朱小紅 姚杰新 南陽天益發(fā)電有限責任公司，河南 南陽

某國產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機組振動故障診斷及處理

朱小紅 姚杰新 南陽天益發(fā)電有限責任公司，河南 南陽

某國產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機組投產(chǎn)以來存在低壓轉(zhuǎn)子支承軸承瓦振超標的故障問題。本文針對產(chǎn)生該振動問題的根本原因進行了分析，在此基礎上在現(xiàn)場進行了增加低壓缸支承軸承動剛度的嘗試。最后利用機組幾次臨停機會，在機組低壓1轉(zhuǎn)子、低壓2 轉(zhuǎn)子及低發(fā)對輪上加重，進行現(xiàn)場精細動平衡，將機組軸振降低到了50 μ m以內(nèi)，從而使該機組低壓缸瓦振得到控制。

汽輪機；振動；故障診斷；現(xiàn)場動平衡；動剛度

turbine；vibration；field dynamic balance；dynamic stiffness

1 概述

近年來，國產(chǎn)600MW汽輪發(fā)電機組大量投產(chǎn)，據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)已有上百臺國產(chǎn)600MW亞臨界和超臨界汽輪發(fā)電機組投產(chǎn)，河南省內(nèi)也已有20多臺投產(chǎn)。雖然，三大制造廠對國外引進技術進行了充分的消化與吸收，國內(nèi)的制造加工工藝及安裝水平也有了很大的提高，但是，由于近年來國內(nèi)投產(chǎn)600MW級汽輪發(fā)電機組數(shù)量較多，三大動力集團產(chǎn)能已經(jīng)達到極限，機組生產(chǎn)工期大大縮短；加之火電機組安裝建設工期也一再縮短，從目前新投產(chǎn)機組的運行情況來看，仍有不少振動方面的問題。

南陽天益發(fā)電有限責任公司#4機組，系東方汽輪機廠和東方電機廠生產(chǎn)的600MW汽輪發(fā)電機組，2008年4月投產(chǎn)。該機組共有9個支承軸承（如圖1）。#1、#2號軸承為支承汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子的兩個落地可傾瓦軸承； #3、#4、#5、#6號為橢圓瓦，軸承坐落在低壓缸上，其中#3、#4軸承支承低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子（LPI），#5、#6軸承支承低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子（LPII）；#7、#8號軸承為支承發(fā)電機轉(zhuǎn)子的端蓋軸承，#9軸承為支承集電環(huán)轉(zhuǎn)子的落地軸承，發(fā)電機和集電環(huán)轉(zhuǎn)子為三支承結構。

2 機組故障診斷及分析

2.1 振動現(xiàn)象和試驗分析

圖1 #4機組軸系圖

表1 08年處理前 350MW時機組振動情況

圖2 #3、#4、#5、#6瓦振降速過程波特圖

機組首次啟動定速后，除#3軸瓦振動偏大為61μm外，其他各瓦振動均小于50μm。該機組在通過168h試運前整組啟動四次，在空負荷和低負荷試驗中，先后三次出現(xiàn)#1～4軸振逐步上升現(xiàn)象，其中#1X軸振最大到180μm，后通過關閉軸封減溫水和調(diào)整軸封壓力，各軸振數(shù)據(jù)下降，說明高中壓汽封有帶水現(xiàn)象。機組在升負荷及168h試運過程中，出現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子支承軸承#3、#4、#5、#6瓦振超標，#7Y軸振超標，現(xiàn)場測量瓦蓋及低壓缸端板振感明顯，而且越靠近低壓缸軸封處，振動越大，其中#4瓦軸承箱蓋最大達110 μ m。表1是機組在350MW負荷時各瓦振動數(shù)據(jù)。

帶350MW負荷情況下，機組軸振除#3X向為80 μ m、#4Y向為91 μm外，其余均達到小于76 μ m的優(yōu)良標準；而#3、#4、#5、#6瓦振分別為86 μm、88 μm、57 μ m、97 μm，嚴重超標，威脅著機組的安全穩(wěn)定運行。

降速過程中，#3～#6瓦振（圖2）在3000r/min處隨著轉(zhuǎn)速的降低很快下降，但是在轉(zhuǎn)速下降過程中，#3～#6軸振（圖3）雖然也有一定程度的降低，但是與瓦振相比降低幅度較小，這說明低壓缸轉(zhuǎn)子支承軸承固有頻率比較接近3000r/min。

另對現(xiàn)場真空、排汽溫度、凝汽水位、潤滑油溫等運行數(shù)據(jù)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)#3～6軸承振動與機組真空值及排汽溫度大小有一定的關系，其他參數(shù)對機組振動影響不大。

2.2 振動原因分析

根據(jù)以上振動現(xiàn)象和現(xiàn)場運行試驗與分析，可將該機組各振動問題可能因素歸結于以下幾方面：

（1）對于在空負荷和低負荷試驗中，先后三次出現(xiàn)#1～4軸振逐步上升現(xiàn)象，是由于機組軸封供汽系統(tǒng)存在蒸汽，易帶水或溫度變化劇烈問題。當?shù)蜏剌S封蒸汽進入軸封，尤其是高中壓軸封，會導致啟動過程或帶負荷運行過程軸封局部變形，發(fā)生動靜碰磨產(chǎn)生熱不平衡量影響機組振動；另外轉(zhuǎn)子受到冷水或冷氣的直接冷卻也會產(chǎn)生熱不平衡量造成轉(zhuǎn)子彎曲或產(chǎn)生熱不平衡量影響機組振動。當軸封供汽溫度正常后，軸封變形及轉(zhuǎn)子局部冷卻的現(xiàn)象消失，振動現(xiàn)象就會緩解。

（2）機組低壓缸軸承坐落在缸體兩端，瓦振幅值隨機組真空或排汽溫度變化有較大的變化，而軸振卻比較穩(wěn)定，說明低壓缸端板及軸承座支承剛度易受真空或排汽溫度影響。而軸承座及端板支承剛度又決定了缸體的固有振動頻率，當缸體及軸承座的固有振動頻率與機組工作頻率比較接近時，就會導致瓦蓋及汽缸端板振動放大。查DCS歷史數(shù)據(jù)中的超速試驗過程（圖4）發(fā)現(xiàn)，#3～#5蓋振在2800～3060r/min的確存在一個峰值，這也說明該機組低壓缸轉(zhuǎn)子支承軸承振動偏大的根本原因在于其固有頻率處于工作轉(zhuǎn)速附近。

圖3 #3、#4、#5、#6軸振振降速過程波特圖

表2 09年動平衡處理后，該機組600MW時機組振動情況

圖4 DCS歷史記錄顯示#3、#4、#5瓦振在3000rpm附近存在共振峰值

（3）發(fā)電機前軸承（#7Y）軸振偏大，且隨機組負荷增加而有一定增加趨勢，根據(jù)東方電機廠600MW發(fā)電機近年運行情況分析，該現(xiàn)象與汽-發(fā)轉(zhuǎn)子中心偏差、軸系動不平衡及發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱變量有關。

3.振動處理

對于某一個動力學系統(tǒng)，影響其振動大小的因素有以下三個因素：剛度、激振力、阻尼，要降低一個系統(tǒng)的振動水平，相應的可以針對以上三個方面采取以下措施，降低系統(tǒng)的激振力，增加系統(tǒng)的剛度，或增加系統(tǒng)的阻尼。

本機組根據(jù)現(xiàn)場難易程度，從三個方面分析入手，一是對于#3～6瓦振需要從其裝配及結構設計方面來查找原因，解決其瓦振偏大甚至大于軸振的問題；二是降低振動的激振力，具體說對于汽封帶水帶冷氣造成機組振動問題，就是設法使軸封溫度正常，消除由此產(chǎn)生的熱不平衡量，進而消除振動。對于低壓缸瓦振問題及#7軸振問題，就是通過進行現(xiàn)場精細動平衡的方式減小機組轉(zhuǎn)子的不平衡量，即通過現(xiàn)場動平衡的方式將機組軸振控制在一個比較低的水平（＜50μm）；三是增大該機組#3瓦的振動阻尼，但這一方案由于受現(xiàn)場條件的限制，幾乎無法實施。基于以上基本思想，制定以下故障處理方案。

3.1 系統(tǒng)優(yōu)化

根據(jù)上述方案，電廠現(xiàn)場重點檢查了該機組的軸封和本體熱力系統(tǒng)，并對可能導致軸封進水或疏水不暢問題的系統(tǒng)進行改進完善。具體進行的工作有：

（1）完善軸封供汽系統(tǒng)。軸封供汽母管至高、中、低壓軸封支管上各有一道斜插式濾網(wǎng)處于垂直安裝狀態(tài)，而濾網(wǎng)筒體下部未安裝疏放水管，濾網(wǎng)筒體就相當于疏水灌，在機組啟動或停運過程中，濾網(wǎng)筒體積水無法排除，就會隨著軸封供汽進入軸封，導致軸封進汽溫度發(fā)生較大的變化，進而造成機組軸振變化。

經(jīng)改變?yōu)V網(wǎng)安裝方向或增加疏放水管路，就可改善軸封進汽質(zhì)量，保證軸封系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。

（2）完善軸封減溫水系統(tǒng)。原設計汽輪機正常運行可實現(xiàn)自密封，高中壓缸末級軸封漏氣經(jīng)減溫器減溫后供Ⅰ、Ⅱ低壓缸軸封用汽，實際減溫水來自凝結水系統(tǒng)，機組負荷變化造成凝結水壓力有0.4～0.7MPa的變化，會影響到減溫水壓力和流量。而減溫器后測溫元件的相對距離較近又會影響到減溫水調(diào)整閥的開度和進入低壓缸兩端軸封供汽的溫度。

經(jīng)對減溫水管道增加Φ5的節(jié)流孔板，并將軸封減溫器后測溫元件后移，即可改善進入低壓缸軸封的供汽品質(zhì)。

經(jīng)系統(tǒng)優(yōu)化，軸封系統(tǒng)趨于合理完善，機組啟停和運行中不再出現(xiàn)#1～4軸振產(chǎn)生較大波動的現(xiàn)象。也說明新裝機組在軸封系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試方面需要早期考慮系統(tǒng)的合理完善，以減少機組啟動運行過程中的參數(shù)干擾。

3.2 缸體結構分析

168 h試運后，電廠利用停機機會檢查#3～#6軸承的安裝情況，沒有發(fā)現(xiàn)安裝、焊接等方面異常問題，由于現(xiàn)場已經(jīng)采取了增加低壓缸軸承座支承的方式，試圖通過提高低壓缸軸承工作轉(zhuǎn)速下動剛度（即使支承軸承固有頻率遠離工作轉(zhuǎn)速），但這一方法沒能奏效。

考慮到該機組是東方汽輪機廠引進日立技術生產(chǎn)，目前國內(nèi)投產(chǎn)的部分同類機組不同程度存在類似振動問題，電廠與制造廠就缸體結構方面進行了分析交流。制造廠認為：上述瓦振超標只是軸承箱蓋振動超標，并非反映軸瓦實際振動，主要考核軸振指標，并出具了可在上述瓦振水平長期運行的反饋意見。但根據(jù)現(xiàn)場就地測量，并不是像廠家所說只是“蓋振”超標，軸承中分面甚至包括整個缸體振動都嚴重超標，所以說制造廠這一說法缺乏理論依據(jù)。且在以后的機組計劃檢修中，對低壓缸各瓦進行進檢查發(fā)現(xiàn)，#3、4、5、6瓦（尤其是上瓦）的烏金部位有不同程度的脫胎和震裂現(xiàn)象，這進一步說明了，該振動對軸瓦具有一定的破壞力。因此，建議制造廠有必要從汽缸結構、金屬材料選型和焊接等方面考慮加強汽缸軸承座和端板的剛度，改變軸承座固有頻率，以從根本上解決該振動問題。

3.3 降低振動的激振力

在現(xiàn)場系統(tǒng)完善、汽輪機本體檢查及現(xiàn)場對軸承座加固后，低壓轉(zhuǎn)子支承軸承振動仍然超標。結合河南電力試驗研究院及制造廠兩方意見，考慮到機組安全運行及發(fā)電公司經(jīng)濟效益等，決定機組暫時堅持運行，利用以后的停機機會，采用現(xiàn)場精細動平衡的方式，進行現(xiàn)場動平衡，即降低轉(zhuǎn)子的激振力，通過減小軸振進而控制低壓缸瓦振。

此后約1年時間內(nèi)，利用該機組臨停機會，先后對該機組進行了二次動平衡處理，分別在低壓1、低壓2轉(zhuǎn)子及低發(fā)對輪上加重。處理后，（表2）機組在空載及帶負荷情況下，#1～#8軸振均小于50 μ m。由于機組軸振已經(jīng)降低到了很低的水平，對于機組軸承來說，激振力已經(jīng)非常小，低壓缸瓦振也都控制到了40 μ m以內(nèi)，達到合格水平，在振動方面機組具備了安全穩(wěn)定運行的條件。

4.結論

（1）引起該機組低壓缸兩端軸承振動大問題的根本原因是低壓轉(zhuǎn)子支承軸承固有頻率在工作轉(zhuǎn)速附近，造成該軸承動剛度偏低，具體表現(xiàn)為瓦振與軸振相比明顯偏大，甚至出現(xiàn)瓦振超過軸振的現(xiàn)象。實際中反映出國內(nèi)生產(chǎn)、質(zhì)量、工藝、材料等方面存在著消化、吸收國外先進技術方面時仍然存在一定的問題。

（2）處理低壓缸軸承振動大問題，從理論上分析具體可以從兩方面采取措施，即增強其動剛度或降低激振力。結合現(xiàn)場情況，前者實施起來一般帶有一定的盲目性，效果不可預測，一般很難將機組振動降低到合格范圍內(nèi)；而后者現(xiàn)場可操作性強，實施方便，投入少，所有完全利用機組臨停時間來進行，不需要單獨對機組進行啟、停操作，且經(jīng)過處理后機組瓦振在各種負荷下都能控制到50 μ m以內(nèi)。

（3）需要考慮新裝機組在軸封系統(tǒng)的設計、安裝方面系統(tǒng)的合理完善，以減少機組啟動運行過程中參數(shù)干擾。本機組啟動初期出現(xiàn)#1～4軸振偏大或波動大的原因是軸封系統(tǒng)存在軸封易進水的設計、安裝方面的缺陷。經(jīng)系統(tǒng)優(yōu)化后軸封系統(tǒng)趨于完善，機組啟停和運行中不再出現(xiàn)#1～4軸振偏大或產(chǎn)生較大波動現(xiàn)象。

[1]施維新.汽輪發(fā)電機組振動及事故[M].北京:水利電力出版社.1999

[2]陸頌元.汽輪發(fā)電機組振動[M].北京：中國電力出版社.2004

[3]王再田,趙學賓,等.135MW機組軸承振動偏大的處理經(jīng)驗[J].電力建設.2002,23(12):20-28

[4]寇勝利.汽輪發(fā)電機組振動及現(xiàn)場平衡[M].北京:中國電力出版社.2007

The Vibration Failure diagnosis and Treatment of domestic 600MW Steam Turbo-set

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.068

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1、朱小紅（1970 -）男， 河南南陽人，生產(chǎn)技術部主任，長期從事發(fā)電設備管理工作。

2、姚杰新(1964 -)，男， 河南南陽人，高級工程師，長期從事發(fā)電設備管理工作