某热电厂汽轮机调试中振动大的诊断处理

摘要：对某热电厂汽轮机调试启动中出现振动大的情况进行了分析诊断，通过调整振动轴瓦的标高，平衡轴瓦载荷，迅速消除了机组振动，为该热电厂节约了启动费用和调试时间。

关键词：轴瓦;油膜振荡;载荷;标高

1    机组调试启动情况

某热电厂共安装3台50 MW空冷单缸抽汽凝汽式汽轮机组，五段调整抽汽作为城市供热。转子为整体锻套组合结构。推力轴承与汽轮机前轴承#1瓦组成径向推力联合轴承，装于可前后膨胀的前轴承座内。后轴承座与后汽缸铸成一体，内部装有汽轮机后轴承#2瓦和发电机前轴承#3瓦，汽轮机转子与发电机转子用刚性联轴器连接。发电机后轴承#4瓦单独布置。4个轴瓦均为椭圆型轴瓦。

一号机组安装后首次启动，3 000 r/min定速下，机组各瓦振动稳定，最大振动是#3瓦（33 μm），乌金温度最高为#2瓦（89 ℃）。由于#2瓦乌金温度较高，停机后将进油节流孔直径由26 mm扩大到32 mm。再次启动，定速下，各瓦振动最大仍是#3瓦（27 μm），其乌金温度65 ℃，#2瓦乌金温度降至66.9 ℃。带负荷至20 MW，#3瓦乌金温度突然升至117 ℃，回油温度也增至100 ℃。停机检查#3瓦上下瓦乌金损坏，更换新轴瓦，将#3瓦上瓦顶隙由原来的0.36 mm增大到0.45 mm，同时在上下瓦均修刮了油囊。再次启动，3 000 r/min下各瓦振动均在30 μm以下，各瓦乌金温度正常。但在负荷升至45 MW时，#3瓦振动由30 μm突升至76 μm，同时机组其他各瓦振动也迅速上升，降负荷至41 MW，#3瓦振动升至116 μm，逐步降低负荷至3.8 MW，#3瓦振动由100 μm突降至29 μm。之后振动稳定30 min后，继续加负荷至25 MW时，#3瓦振动再次上升到129 μm，继续加负荷至30 MW，#1瓦振动42 μm，#2瓦振动46 μm，#3瓦振动129 μm，#4瓦振动48 μm。减负荷，直至负荷降为零，#3瓦和#4瓦振动仍没有降低，打闸停机。调试工作停止。

2    机组振动故障及原因分析

该机组承担着市区本年供热任务，必须尽快正常投运，如果按常规消振程序重新启机测试，会使整个消振工期延长，同时也增加了电厂的启动费用。因此，首先利用机组发生振动时的测试记录，结合运行和以往所做的工作，对该机组振动原因作出诊断，采取相应措施。调出机组振动曲线研究后，发现其时滞时间在10 s之内，依据这一特征，对发生的振动故障原因做出如下诊断：

额定转速下，振动突然增大，故障原因一般有以下4种：

（1）转动部件飞脱：该振动增大时滞是在10 s之内，但振动增大后就不能恢复到原来水平，故而是一次性的。但#3瓦振动增大两次都是可逆的，即可以恢复到原来的振动值，由此可以排除这一故障。

（2）转轴与水接触：由于汽缸、轴封疏水不畅，或抽汽管逆止阀前管内积水，机组带至某一负荷后，管内积水发生闪蒸，使低温蒸汽带水溅到转轴上，转子弯曲，振动突然增大。该振动增大时滞在30～60 s，而且振动降低时滞在2 min以上，这与机组振动特征不符，可以排除。

（3）转轴碰磨：在新机调试初次并网带负荷中最容易发生，会引起转子热弯曲，产生不平衡。振动最大时滞由碰磨的严重性决定，随着碰磨加重，时滞明显减小，参考目前对该振动的统计，该振动增大最小时滞大于2 min，因此这一原因也可以排除。

（4）轴瓦发生自激振动：不论是半速涡动，还是油膜振荡，振动增大和消失的时滞都在10 s之内，因此，#1机的振动特征与这一故障比较吻合。

另外，从轴瓦损坏特征分析，也印证了轴瓦自激振动的存在。

（1）軸瓦损坏：一般因轴瓦检修工艺或设计上问题引起的乌金温度升高、烧瓦，只会使下瓦乌金严重磨损或熔化，而不会损坏上瓦。但从#3瓦损坏情况看，上瓦乌金有较大面积的熔化脱落，而下瓦只有局部两块软化脱落，无严重碾压的痕迹，表明#3瓦下瓦无承重迹象，所以#3瓦载荷太轻降低了稳定性，是诱发油膜振荡的原因。

（2）#3瓦载荷太轻的原因：安装时#2瓦和#3瓦中心一致，后轴承座与后汽缸铸成一体，内部#2瓦靠近汽轮机侧，在升速带负荷过程中，因温度升高大于#3瓦，会使#2瓦标高相对#3瓦出现上升，从而造成#2瓦载荷加大、瓦温偏高，而#3瓦载荷太轻的情况。#2瓦标高上升，通过联轴器带动发电机转子抬高，也可能是造成#3瓦上瓦顶隙小而损坏的原因。

（3）增加轴瓦顶隙：这会显著降低轴瓦稳定性。振动增大是发生在增大轴瓦顶隙之后，因此，增加轴瓦顶隙可能是诱发轴瓦自激振动的另一个原因。

3    消除振动措施

根据上述分析诊断，消除轴瓦振动的措施为提高#3瓦的稳定性。

（1）增加轴瓦载荷：增加#3瓦载荷，也会使#3瓦乌金温度升高，但由上述分析可知，启动时尽管#3瓦乌金损坏，但#3瓦下瓦并无承重的迹象，因此将#3瓦标高抬高0.15 mm，增加#3瓦载荷。如果启动过程中#2瓦的标高上升，分担的载荷增大，则应该不会使#3瓦乌金温度明显升高。

（2）减小轴瓦顶隙：提高轴瓦稳定性最简单有效的方法是减小轴瓦顶隙，但也可能会引起轴瓦乌金温度的升高。是否会再次造成#3瓦乌金损坏，这是首先要考虑的。本次烧瓦是由于#2瓦标高上升带动的，在抬高#3瓦标高后，运行中的顶隙将不会受#2瓦影响而变小。鉴于这些特征，将轴瓦顶隙恢复到原来的0.36 mm是安全可行的。

4    消振措施的实施及结果

拆除#3瓦中分面所加的0.10 mm的垫片，实测#3瓦顶隙为0.355 mm。翻出#3瓦下瓦，检查轴径与轴瓦下瓦乌金的接触情况良好，无需对下瓦进行修刮处理。将#3瓦下方瓦枕加垫使其标高抬高0.15 mm，即发电机转子中心比汽轮机转子中心高0.15 mm。

实施消振措施后，启动，机组在定速3 000 r/min和带负荷下各瓦振动稳定，且无低频分量出现。各瓦乌金温度均在67 ℃以下，#1、#2、#3瓦乌金温度差别不大，说明各瓦轴瓦载荷均匀。具体数据如表1所示。

5    结论

（1）该机带负荷运行中振动突然增大的故障原因是，#3瓦载荷太轻失稳，发生了油膜振荡，振动迅速增大，进而波及机组其他各瓦。

（2）该机的振动故障诊断明确，消振工作针对性强，效果很好。通过这次消振处理，使机组空负荷及满负荷下各瓦振动均小于30 μm，各瓦乌金温度均在67 ℃以下。

（3）该机振动故障的诊断及消振措施的制定仅根据机组运行时的振动曲线和记录情况，未重新启动机组和再次进行振动测试，但实践证实了诊断的正确性。由此不但节省了机组启停的费用，而且缩短了消振时间，为机组尽快投入商业运行提供了有利条件。

[参考文献]

[1] 施维新，石静波.汽轮发电机组振动及事故[M].2版.北京：中国电力出版社，2017.

[2] 张本贤.汽轮机设备检修[M].北京：中国电力出版社，2014.

收稿日期：2020-02-26

作者简介：郝巨虎（1977—），男，山西交城人，工程师，研究方向：热能与动力工程。