600MW机组汽轮机振动大原因分析及处理

张学涛

摘 要：分析潮州发电公司#2机组汽轮机在正常运行工况状态下5、6、7号轴承轴振及瓦振突增的故障，结合汽轮机各部件结构、运行方式调整、相关检修记录等，逐一排查可能影响振动的原因，发现问题，采取有效措施解决该类缺陷。

关键词：汽轮机;振动;轴瓦;叶片;拉筋

前言

潮州发电公司#2机组为哈尔滨汽轮机厂制造的CLN600-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压凝汽式汽轮机，汽轮机转子共有六个径向支持轴承和一个推力轴承，1#～6#轴承均为四瓦可倾轴承，推力轴承位于前箱的1#支持轴承外侧，其中高中压转子、低压（I）转子、中间轴、低压（II）转子、发电机转子、励磁机刷架小轴，各联轴器均为刚性连接。共9个轴承，#1、#2瓦支承高中压转子;#3、#4瓦支承低压（I）转子;#5、#6瓦支承低压（II）转子;#7、#8、#9瓦共同支承发电机转子和励磁机刷架小轴。#1-#6瓦为四瓦块可倾瓦，#7、#8瓦为三瓦块可倾瓦，#9瓦为圆筒瓦。

2020年1月9日，2号机组负荷350MW，高低压凝汽器真空（-97.2kPa/-97.8kPa），凝汽器最大背压4.0kPa，轴封压力、温度稳定，监盘发现大机5、6、7号轴振及瓦振突增，过程报警及硬光字均无报警，数值如下：X方向：5X由 24 μm突增至 31μm后缓慢上涨至 40 μm，基本稳定;6X 由101 μm突增至110μm后缓慢上涨至122 μm，基本稳定;Y方向： 6Y由 56 μm突增至 66μm后缓慢上涨至 73 μm，基本稳定;7Y由 70 μm突增至 74μm后缓慢上涨至 81 μm，基本稳定;W方向：5W由 34 μm突增至 37μm后缓慢上涨至 40 μm，基本稳定;6W由 37 μm突增至 44μm后缓慢上涨至 50 μm，基本稳定;7X由 56 μm缓慢上涨至 60 μm;8X由 43 μm缓慢上涨至 48 μm;

其余轴振、瓦振无明显变化，就地倾听大机低压缸A无明显异音，测得振动与DCS一致，检查凝汽器水位、凝结水Na浓度、电导无变化，各段抽汽压力、温度无明显变化，停1A循泵，缓慢降真空至（-95.8kPa/-97.4kPa），观察大机振动逐渐稳定。

1  原因分析

在#2机组正常运行工况下，参考机组设计图纸、历次2号机A修检修记录、振动突增时数据分析、机组其他运行参数的对比，使用TDM监测系统采集相关数据对可能引起此类振动大的因素逐一分析、确认、排查，初步判断此类异常主要由低压（II）转子不平衡引起。

不平衡是汽轮机转子最常见的故障。引起转子不平衡的原因有：结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀，受热不均匀，运行中转子的腐蚀、磨损、结垢、零部件的松动或脱落等。转子不平衡故障包括：转子质量不平衡、初始弯曲、热态不平衡、部件脱落、结垢、联轴器不平衡等，不同的原因引起的转子不平衡故障规律相近，但也各有特点。

1.1  转子质量不平衡

转子质量不平衡引起的振动，在整个机组轴承中均发生较大的振动，在转子通过临界转速时振动幅值有时特别明显地增大，其振动频率与转子转速一致，波形为正弦波，以一倍频振幅为主，其他谐波的振幅较小，频谱呈枞树形，定速下幅值稳定，相位稳定。

1.2  转子初始弯曲

初弯转子具有与质量不平衡轉子相似的振动特征，所不同的是初弯转子在转速较低时振动较明显，趋于初弯值。

1.3  热态不平衡

在机组启动或停机及较大负荷变动过程中。由于热交换速度的差异，使转子横截面产生不均匀的温度分布，使转子发生瞬时热弯曲，产生较大的不平衡。热弯曲引起的振动一般与负荷有关，改变负荷，振动相应地发生变化，但在时间上较负荷的变化滞后。随着盘车或机组的稳态运行，整体温度趋于均匀，振动会逐渐减小。

1.4  转子部件脱落

运行中的转子部件突然脱落也会引起转子不平衡，使转子振幅突然发生变化。可以将部件脱落失衡现象看作对工作状态的转子的瞬时阶跃响应。由于瞬态响应最终要衰减为零，因此，部件脱落的主要特征是振动会突然发生变化后趋于稳定，振动的振幅一般会有较明显的增大，振动的相位一般会有变化。

1.5  转子部件结垢

如果工质的质量不合格，随着时间的推移，将在转子的动叶和静叶表面产生尘垢，使转子原有的平衡遭到破坏，振动增大。由于结垢需要相当长的时间，所以振动是随着时间逐渐增大的。且由于通流条件变差，轴向推力增加，轴向位移增大，机组级间压力逐渐增大，效率逐渐下降。

1.6  联轴器不平衡

由于制造、安装的偏差或者动平衡时未考虑联轴器的影响，可能使联轴器产生不平衡。联轴器不平衡具有与质量不平衡相似的振动特征，通常是联轴器两端轴承的振动较大，相位基本相同。

综上所述，结合机组以往振动大案例和咨询其他相同型号汽轮机厂家，基本确定为低压（II）转子相关部件松脱导致振动异常。

2  过程处理及效果

2020年1月10日，2号机组停机，打开低压缸人孔检查发现，低压转子末级叶片拉筋有一处裂纹，揭缸检查转子其他部件无异常，修补拉筋裂纹后回装，机组启动冲转至并网600MW负荷1至6号轴承轴振及瓦振恢复正常。

3  结束语

振动产生的原因多种多样且十分复杂，而且每个汽轮机组的情况也都不同，因此需要针对每一个机组，根据异常分析，进行一系列的试验，找出振动的规律，做好记录工作，结合运行与检修时的资料，进行综合分析，才能找到振动的原因，加以消除。在生产运行中，还必须做好振动监测工作。避免异常振动的发生，确保整个电厂的正常运行。