600MW亚临界机组1瓦振动大分析及处理

吴 韬

（中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院，北京 100000）

1 设备概述

某电厂3号机组汽轮机为东方汽轮机厂生产制造，型号为N600-16.7/538/538-1，型式为亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、冲动凝汽式。总级数为42级，高压转子有9级，其中第一级为调速级，中压转子有5级，低压转子有2×2×7级。汽轮机采用高中压缸合缸结构，两个低压缸均为双流反向布置。汽轮发电机组#1、#2轴承采用可倾瓦式轴承，#3～#6轴承采用椭圆抗冲击轴承，#7～#9轴承采用椭圆形轴承。机组结构布置如图1所示。机组于2004年7月投产，2016年2月19日至2016年5月24日完成综合升级改造。

图1 机组结构布置

2 故障概况

自2016年5月通流改造以来，3号机组1瓦X/Y向轴振幅值由改造完启动时的37/48 μm缓慢增长，到2018年1月通流改造后第一次揭缸检修前，轴振已增长到X/Y：49/81 μm。到2021年9月，1瓦X向轴振幅值区间达到60～105 μm，Y向轴振区间达到105～160 μm，振幅变化范围较大，在快速升负荷时振动有上涨的趋势。2020年6月—2022年1月期间1瓦振动趋势如图2所示。

图2 2020年6月—2022年1月期间1瓦振动趋势

2021年10月初，3号机组1瓦Y向轴振幅值最高达到162 μm，进行汽门阀序调整试验，将CV4和CV2阀位函数对调，CV2维持手动全关状态，之后1瓦轴振下降明显。在满负荷状态下，1瓦X/Y轴振由95/145 μm降至78/56 μm。阀序调整后近四次启动过程中，1瓦轴振存在异常升高的情况，汽轮机定速3 000 r/min并网前，1瓦轴振有大幅上涨趋势，X向由中速暖机时的95 μm最大涨至121 μm，Y向由94 μm最大涨至188 μm，并网带负荷后振动缓慢下降至正常范围。为保障机组顺利并网，在启机过程中尽量延长中速暖机时间，定速3 000 r/min后及时并网，避免振动继续上涨。

3 故障分析及结果

（1）从表1振动数据可以得出，自2016年5月通流改造以来，1瓦轴振缓慢增长，2021年5月开始1瓦轴振增长趋势加剧；从表2停机过临界数值可以得出，2020年9月停机1瓦过临界振动数值明显增大，至2022年1月停机1瓦过临界振动数值有增大趋势。

表1 启机定速3 000 r/min的振动情况

表2 停机惰走过临界的振动情况

结合以上现象，怀疑高中压转子存在弯曲并逐渐劣化[1]。2022年大修时揭缸发现高中压转子过桥汽封处弯曲150 μm，中压联轴器处弯曲135 μm。转子弯曲原因：

1）材质缺陷。转子材质不均匀或存在残余应力，运行受热后膨胀不均匀导致弯曲。这可能是制造阶段“时效”时间不够，转子残余内应力过大，受热后应力释放，导致转子弯曲[2]。

2）动静摩擦[3]。机组运行过程中，若转子与静子部件发生摩擦，会导致摩擦接触部位温度升高，转子圆周方向存在温差，如果碰磨达到一定的剧烈程度和时长，或是遇到碰磨情况处理不当，可能会导致转子永久弯曲。但现场转子解体未发现有较严重的碰磨痕迹。

3）转子与水（汽）接触。汽水进入汽轮机，都会使热态时的转子局部遭到冷却，转子产生不对称温差，导致弯曲变形。

（2）运行中1瓦轴振出现波动现象，且定速时1瓦轴振有上涨趋势，怀疑1瓦轴封处发生碰磨，轴瓦存在问题。检修中未发现轴瓦异常。

（3）运行中1瓦振动随时间上涨，怀疑转子位置发生改变。检修中未发现洼窝中心左右差异。

根据上述分析，对3号机组高中压转子返厂进行车削，之后再无异常振动现象。

4 应对措施

（1）运行期间进行阀序调整，降低运行期间振动数值。

（2）停机时进行现场动平衡，降低激振力[4]。

（3）检修时揭缸测量转子弯曲、轴瓦状态、碰磨情况[5]。

（4）防止大轴弯曲措施：

1）汽机启动前必须满足：

①大轴晃度不得超过原始值±0.02 mm；

②汽缸上下缸温差不超过50 ℃；

③主蒸汽温度至少高于汽缸最高金属温度50 ℃，蒸汽过热度不低于50 ℃；

④转子应充分连续盘车，一般不低于2～4 h。

2）机组升速过程中，一阶临界转速前，轴承振动超过0.03 mm时，应立即打闸；临界转速时，轴承振动超过0.1 mm，应立即打闸；因振动异常停机后，必须连续盘车4 h以上才能再次启动。

3）启动前应检查停机记录，并与正常曲线比较。热态启动时，应先向轴封供汽，后拉真空，轴封供汽管路在供汽前必须充分暖管和疏水，防止水或冷气进入汽轮机。

4）机组启动和停止及变工况运行过程中，应按照规定曲线控制蒸汽参数变化。主蒸汽温度和汽缸金属温度的变化率不得大于规程规定。主蒸汽要保持一定的过热度，要避免汽温大幅度直线变化。当10 min内汽温上升或下降达50 ℃时，应立即打闸停机；当主蒸汽汽温过热度过低时，调速汽门的大幅摆动可能引起一定程度的水击，此时应密切监视机组振动、胀差、轴向位移等参数，如有异常应立即打闸停机。

5）停机后应投入连续盘车，注意比较盘车电流值、摆动值与典型正常值。如有动静摩擦，应根据实际情况间断盘车，待摩擦消除后方可连续盘车。因故暂时停止盘车不应超过0.5 h，每0.5 h应盘车180°。不超过0.5 h时也应视情况先盘车180°，待转子热弯曲消失后，再投入连续盘车。

5 结语

本文为寻找汽轮发电机组异常振动的原因，进行了汽门阀序调整试验，并对机组历史振动数据进行了梳理，揭缸检查结果与分析结果一致，对相关类型汽轮发电机组解决振动异常问题有重要的借鉴意义。同时，制定了该类问题的应对措施，提供了宝贵的经验积累。