给水泵汽轮机振动大跳闸的原因分析

靳振欢，温志梅，王海洋

1.中国能源建设集团华北电力试验研究院有限公司，天津 300171

2.山东华宇工学院能源与建筑工程学院，山东 德州 253000

3.华润电力（沧州运东）有限公司，河北 沧州 061000

电站辅机为电站设备的重要组成部分，是电站设备正常运行所必不可少的设备。如今随着大容量高参数机组的迅速发展，辅机的单机容量也越来越大，解决辅机运行过程中出现的问题显得尤为重要。给水泵汽轮机作为电厂的重要辅机，其运行的可靠性及稳定性对电力生产的影响极大。近年来，随着我国装备制造技术的进步及节能减排要求的不断提高，单台全容量给水泵汽轮机普遍应用于发电厂，并成为新的发展趋势。因汽动给水泵无备用设备，该设备的可靠运行要求进一步提高，对整个机组的安全运行起到了重要作用。因此，必须从设备制造、安装、调试等各方面提高关注度，保证设备在运行期间保持安全稳定的状态。

某发电厂机组容量为350MW，每台机组配置单台100%容量汽动给水泵，给水泵汽轮机是我国某厂生产的单轴-单缸-中低压汽源内切换-变速-独立凝汽器、凝汽式汽轮机。给水系统采用单元制，设置1台100%容量汽动给水泵，不设置除氧器，不设置汽动给水泵前置泵，不设电动启动给水泵，给水直接由凝结水泵来水经过低加、高加进入汽动给水泵。给水泵汽轮机单独设置凝汽器，小机排汽向下进入独立的凝汽器，汽轮机汽缸疏水直接疏往凝汽器。给水泵汽轮机额定转速为5399r/min，一阶临界转速为2265r/min，二阶临界转速为9936r/min。

1号机组处于调试阶段，机组准备做100%甩负荷试验前，升负荷过程中，小机及给水泵轴振均突然增大，达到跳闸值，汽泵跳闸，联跳机组。由于该厂设计是单台汽动给水泵为锅炉提供给水，汽动给水泵无法正常运行时，会导致整个发电机组停运，造成巨大的经济损失，可见单台汽动给水泵的可靠稳定运行至关重要。

1 跳闸事件概况

1号机组准备做100%甩负荷试验，开始升负荷。18：09负荷升至281MW，汽泵随着机组负荷上升而对应增加出力，在加大流量的过程中，当小机的转速升至4300r/min时，小机及给水泵前后轴承振动均在1s内突升，小机自由端轴承X、Y向振动由14um、4.7um突升至173um、141um，汽泵振动大跳闸，引起锅炉主燃料跳闸（MFT），导致汽轮机跳闸。

考虑到突变前运行参数均正常，首先检查是否为热工信号导致误动，由于之前发生过此类事件，胶球泵的动力电缆铺设在小机轴振等保护信号线槽内，启动胶球泵清洗凝汽器时，导致小机振动大跳闸。然而，在小机跳闸时，没有相关启停设备操作，热工信号误动可能性较小。因此，初步推断是叶片折断、围带或平衡块掉落等原因，引起小机动不平衡[1]。

2 跳闸原因

架设测试设备：小机安装了相对轴振传感器，MTSI监测装置采用BENTLY公司的3500系统，测试时用BENTLY公司的DAIU-408P数据采集分析仪从TSI监测装置接入相对轴振输出信号，对机组进行振动监测分析。测量采用BENTLY公司生产的DAIU-408P数据采集分析仪，测量经过国家计量局认可的计量单位的标定，符合国家有关规定。

经各参建方研究决定，再次对小机进行冲车，架设测振设备，根据振动特性进一步确定跳闸原因。调整冲转参数至厂家规定范围内，小机挂闸，目标转速为600r/min，随着转速的上升，小机各轴振逐渐升高，升至600r/min时暖机，发现振动稳定。然后再次升速，随着转速的升高，小机各轴振上升趋势明显。根据冲车曲线判断，跳闸大概率是由小机动不平衡引起的。

查看测振设备的伯德图，可确定小机轴振是动不平衡引起的，验证了初步判断结论的正确性，事故是由叶片折断、围带或平衡块掉落等原因引起的小机轴振大保护动作跳机。

伯德图是表示振动幅值、相位与转速之间变化关系的图形。图形分为上下两部分，下半部分是振幅-转速曲线，又被称为幅频特性，纵坐标是振幅峰值；上半部分是相位-转速，又被称为相频特性，纵坐标是相位；横坐标均为转速。振幅-转速曲线是双线，一根是通频振幅，另一根是倍频振幅，常用的是一倍频振幅；相位-转速曲线是单线，表示n倍频振动相位。通频振幅和小机轴振振幅随转速的升高而升高，且相位变化较小，该典型的图谱进一步验证了转子动不平衡引起的振动[2-3]。

对小机进行揭缸查看，待小机达到停止盘车条件，停盘车及小机润滑油系统，对小机进行揭缸处理。揭缸后的转子情况如图1所示。从图1可以看出，小机第三级转子叶片折断脱落，同级其余叶片外观未见擦伤，建议更换叶片，且对全部叶片进行探伤。第三级转子及折断叶片如图2所示。

图1 揭缸后的转子情况

图2 第三级转子及折断叶片

经过分析研究可知，小机厂家判断是叶片在生产过程中叶片片根部存在内伤，导致该叶片在运行时叶片根部受力大，负荷越大受力越大，在根部产生裂纹从而导致叶片折断。由厂家更换新生产的叶片，更换后的第三级叶片如图3所示。

图3 更换后的第三级叶片

小机转子回装后，再次对小机进行冲车。2019年11月7日进行小机冲转，4：16达到冲转参数，即汽压0.63MPa，汽温180.2℃，真空-84.4kPa，盘车94.4r/min。4：20小机挂闸，开主汽门，暖至调门前。4：40调门暖充分后远方打闸。4：42对小机重新挂闸，此时冲转参数为汽压0.60MPa，汽温190.8℃，真空-91.1kPa，小机前列级温度为50.3℃。4：46开始冲转，在MEH画面点击“控制设定值”按钮，在设定值框内设定目标值为600r/min，升速率为300r/min2,点击“确定”按钮，开启低压调节阀，转速上升。在转速升至600r/min时，MEH能自动“Hold”，在此转速下暖机15min。4：49冲至600r/min，暖机15min。5：05继续对小机升速，升速率设置为300r/min2，目标设置为1800r/min。5：11小机转速升至1800r/min，暖机20min，各项参数均正常。5：34开始升速，目标转速为3000r/min，升速率为300r/min2。5：38转速升至3000r/min，各项参数正常。5：47对小机升速，目标转速设置为5000r/min，升速率设置为300r/min2。5：53小机转速升至5000r/min。在小机升速至5000r/min的过程中，最大轴振为38μm，运行平稳，各项参数均正常。在小机超速运行的过程中，小机的最大轴振为41μm，各项指标均正常。经过处理，消除动不平衡影响后，对小机的运行状态进行检测，各项运行参数良好。

3 振动预防

设备振动无法避免，但在允许范围内运行，对设备无损害是可接受的。在设备运行过程中对设备的振动预防不可或缺，应从以下方面防止汽轮机振动。

（1）加强设备制造监管，督促制造厂严格控制叶片制造装配工艺，对叶片的制造装配做严格检验，消除可能存在的隐患。

（2）在安装和调试期间应对转子在制造厂的检验情况、动平衡情况、残余不平衡大小做到心中有数。安装时严格控制安装工艺，严格按照制造厂要求调整标高和对中工作。

（3）调整好冲转参数，润滑油对转子有润滑和冷却作用，而润滑油温对油膜厚度有直接影响，油温越高油膜越薄，油温越低油膜越厚，因此调整好润滑油温可降低机组振动。

（4）汽机冲转时，选择合适的冲转参数使汽机热应力减小。启动前应充分暖管，保证蒸汽有56℃以上的过热度。

（5）在汽机启动过程中对于振动问题应高度重视，不得硬闯临界或盲目加负荷，不得降速暖机，查明原因后放方可确定，适当调整启动过程。

（6）在汽机启动过程中注意检查机组有无动静摩擦，在暖机过程中检查汽缸各膨胀是否充分、均匀，滑销系统有无卡涩，暖机时间应充分。

4 结束语

单元制机组配备单台100%容量的汽泵，这对于机组安全稳定运行至关重要。文章通过对跳闸事件进行分析，总结了小机此种形式的轴振大跳闸曲线和冲车过程曲线，可以优先判断叶片折断、拉筋、围带或平衡块掉落等原因引起的跳闸事故，为后续调试机组的相关工作积累了经验。