某联合循环机组汽轮机轴振异常分析和处理

刘柳

（江苏华电通州热电有限公司， 江苏 南通， 226300）

0 引言

某双轴布置的联合循环机组汽轮机在运行两年后出现#1-2 轴承轴振异常现象， 具体表现为#1-2 轴承轴振值迅速爬升并在半小时内快速回落至基础轴振值。 电厂专业技术人员经过研究分析轴振异常现象由汽轮机动静部件摩擦引起， 并在机组大修中成功发现摩擦部位并进行处理， 机组修后启动运行， 轴振异常现象消除。

1 机组运行概况

1.1 机组概况

某电厂使用的西门子V94.2 型燃气-蒸汽联合循环机组为双轴布置， 其配套的联合循环汽机为上海汽轮厂生产。 本汽轮机为次高压、 单缸、 单轴、 双压、 无再热、 无回热、 抽汽凝汽式汽轮机，汽缸前部（第1-5 级）为双层结构， 之后为单层结构。 汽缸内装有高压内缸， 中压隔板套， 1 个中压蒸汽室， 低压隔板套， 前汽封和后汽封等部套，通流部分共由14 级压力级和1 级中压调节级组成。 汽轮机转子为双支点， #1-2 轴承为可倾瓦，发电机转子轴承为椭圆瓦， 汽轮机轴系布置见图1。 汽轮机转子与发电机借助与汽轮机转子一体的钢性联轴器相连[1]。

图1 汽轮机轴系布置图

1.2 轴振异常现象描述

联合循环机组配套的汽轮机自2016 年12 月投入商业运行以来轴系振动一直良好。 运行两年后， 从2019 年开始， 汽轮机在供热量或者负荷发生波动时会出现轴振异常现象， 具体表现为汽机#1-2 可倾瓦的X 向及Y 向轴振值会在半小时内快速爬升至120 μm 左右后回落至基础振动值， 瓦振增幅不明显， 轴振先突升后突降的异常现象无明显规律变化可寻， 主要发生于汽机供热量和负荷变化时， 轴振最高已达130 μm,超过报警值127 μm， 严重威胁机组安全运行。

2 原因分析

2.1 振动发生时的参数

通过DCS 及汽轮机TDM 系统， 调取汽轮机轴振异常发生的振动参数及图表， 分别见表1 和图2-5。

表1 轴振异常发生时#1-4 轴承轴振数值 μm

图2 振动时域波形图

图3 振动时频谱图

图4 振动时#1 瓦轴心轨迹

图5 振动时#2 瓦轴心轨迹

2.2 轴振异常原因分析

（1）轴振异常现象始发于 2019 年初， 2016 年12 月机组投产以来汽轮机各轴承轴振值一直稳定无异常波动， 应将动静摩擦作为轴振异常的重点原因进行排查；

（2）由表 1 数据可以看出， 1X 向轴振增大时，1Y 也同时增大， 2X 向振动增大时， 2Y 也同时增大， 而发电机轴承 3X， 3Y， 4X， 4Y 轴振值几乎无变化， 排除汽轮机轴系存在问题， 推断#1～2 轴承振动可能因为动静摩擦引起， 且#1 轴承处摩擦相对剧烈；

（3）查阅系统振动历史数据发现当转速一定时， 随运行时间的增长， 振动量值和相位发生明显的波动， 波动幅值和波动周期都是随机的。 由图2 时域波形图及图3 频谱图可以看出， 刚开始发生碰磨时， 转子不平衡引起的振动频率成分幅值较高， #1-2 轴承振动频率均以工频为主， #1 轴承有时伴随出现了少量半频、 倍频和高频， #2 轴承的1 倍频及2 倍频分量较#1 轴承偏高并伴有少量高频， 显示#2 轴承的轴振是受到#1 轴承的轴振直接影响， 此时转子处于稳定圆周局部碰摩状态， 这是典型早期碰磨振动特征[2]；

（4）由图2 时域波形图及图4-5 轴承轴心轨迹可以分析： 当轴振异常现象发生时， 时域波形为正弦波， 附带有明显毛刺,有时波形存在 “削顶”现象， 且轴心轨迹呈现出 “花状”， 这些都是动静摩擦振动的显著特征。

2.3 分析结论

通过汽轮机轴振异常发生时的振动参数及图表分析得出： 轴振异常由汽轮机内部动静部分构件摩擦引起。

3 明确振动原因及处理过程

3.1 轴振异常原因确认

汽轮机开缸后， 发现第一级动叶叶顶汽封（汽机侧）阻汽片（镶嵌于第一级隔板上）破损， 上半隔板第一道高齿破损， 下半隔板第三道高齿破损， 破损照片如图6。 阻汽片破损后卷边导致叶顶汽封轴向间隙变小， 汽机在供热量或者负荷波动时汽机转子轴向位移发生变化（推力间隙范围内），转子叶顶凸肩与卷边的阻汽片发生动静碰磨造成汽机振动加剧， 轴振迅速攀升， 碰磨点磨平后轴振又迅速回落至基础振动值。

图6 破损的汽封齿

汽轮机揭缸后的发现明确了汽机轴振异常原因是动静摩擦。

3.2 缺陷处理过程

在机组检修过程中， 对破损的汽封阻汽片进行修复， 剔除旧的阻汽片， 按照工艺要求镶嵌新的阻汽片， 调整通流间隙至合格值。

3.3 修后机组运行情况

本次检修通过调整1/2 号轴承间隙， 有效降低了1/2 号瓦基础轴振值， 修后 2 号汽机 1 瓦 X 向34 μm， Y 向 33 μm， 2 瓦 X 向 37 μm， Y 向 33 μm， 基础轴振值较修前降低 15 μm 以上， 极大提高了机组运行的安全性， 修后值详见表2。 同时，修后2 号汽机1/2 瓦轴振曲线平稳， 不随供热及负荷波动出现急剧爬升的异常现象。

表2 修后#1-4 轴承轴振数值 μm

4 结束语

这是一起典型的由于动静摩擦引起的联合循环机组汽轮机振动异常案例， 从这起案例的分析和处理过程来看， 对于汽轮机运行中发生的振动异常问题， 可以通过对振动趋势、 时域波形图、频谱分析图、 轴心轨迹、 波特图等数据的分析及时判断振动产生的机理和原因， 有针对性地进行检修。 汽轮机运行过程中轴系振动的好坏直接影响到机组轴承瓦温， 严重的甚至影响机组启动。因此， 对于机组运行中出现的振动异常要及时进行分析和处理， 才能有效地减少引起轴系振动增大的因素， 保障机组安全稳定运行。