侯 銳

（大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司，河北 邯鄲 056044）

1 概述

某發(fā)電廠10號(hào)機(jī)組為 C300/220－16.7/0.35/537/537型亞臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽抽汽凝汽式汽輪機(jī)，汽輪發(fā)電機(jī)組軸系由4個(gè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成，即1個(gè)高中壓轉(zhuǎn)子、1個(gè)低壓轉(zhuǎn)子、1個(gè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、1個(gè)滑環(huán)軸轉(zhuǎn)子。機(jī)組共7個(gè)軸瓦，其中1、2號(hào)軸瓦為可傾瓦，支撐高中壓轉(zhuǎn)子；3、4號(hào)軸瓦為橢圓瓦，支撐低壓轉(zhuǎn)子；5、6號(hào)軸瓦為橢圓瓦，支撐發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；7號(hào)軸瓦為圓筒瓦，是滑環(huán)軸尾部的小瓦。各轉(zhuǎn)子之間均采用剛性聯(lián)軸器聯(lián)接。

2 機(jī)組振動(dòng)情況

2010年5月1日，該機(jī)組首次啟動(dòng)，汽輪機(jī)沖車過(guò)臨界時(shí)，2號(hào)軸瓦振動(dòng)幅度不大，2X方向振動(dòng)幅度35μm，見(jiàn)圖1。隨著啟停次數(shù)的增加，在機(jī)組升速和降速過(guò)臨界時(shí)，2號(hào)軸瓦振動(dòng)幅度逐步增大，而且降速過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)幅度較升速過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)幅度稍大，其中以2X方向的振動(dòng)最為突出。2010年11月8日機(jī)組升速過(guò)臨界（轉(zhuǎn)速1 501r/min）時(shí)，2X方向振動(dòng)幅度增大至247μm，見(jiàn)圖2，停機(jī)降速過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)幅度257μm，比升速振動(dòng)大；2011年1月12日，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)臨界（轉(zhuǎn)速1 520r/min）時(shí)，2X方向的振動(dòng)幅度增大至282μm，見(jiàn)圖3。

圖1 2010年5月1日升速時(shí)2號(hào)軸瓦2X方向振動(dòng)Bode圖

圖2 2010年11月8日升速時(shí)2號(hào)軸瓦2X方向振動(dòng)Bode圖

圖3 2011年1月12日升速時(shí)2號(hào)軸瓦2X方向振動(dòng)Bode圖

該機(jī)組過(guò)臨界時(shí)，2號(hào)軸瓦的振動(dòng)特征為：一次比一次大，降速比升速大，熱態(tài)比冷態(tài)大。對(duì)比2011年1月機(jī)組啟動(dòng)后運(yùn)行情況，在機(jī)組額定轉(zhuǎn)速（3 000r/min）時(shí)，2號(hào)軸瓦振動(dòng)幅度較投產(chǎn)時(shí)也明顯增大。

3 振動(dòng)不穩(wěn)定的原因分析

通過(guò)分析機(jī)組過(guò)臨界時(shí)2號(hào)軸瓦振動(dòng)Bode圖，發(fā)現(xiàn)引起機(jī)組過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)幅度增加的主振頻率為基頻，此外，機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，在額定轉(zhuǎn)速（3 000r/min）時(shí)，1、2號(hào)軸瓦振動(dòng)幅度有所增大，基頻相位有一定變化，而且振動(dòng)由原來(lái)的反向變成了同向。同時(shí)，從2010年5月到2011年1月，2X方向基頻振動(dòng)幅度由25μm變?yōu)?80μm，基頻相位由311°變?yōu)?69°；1X方向基頻相位由250°變?yōu)?73°。

以上振動(dòng)特征說(shuō)明，高中壓轉(zhuǎn)子發(fā)生了彎曲?？赡芤鸶咧袎恨D(zhuǎn)子彎曲的原因有：嚴(yán)重動(dòng)靜碰摩；汽缸進(jìn)水；轉(zhuǎn)子存在大的殘余內(nèi)應(yīng)力。機(jī)組在正常運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)存在較大殘余內(nèi)應(yīng)力的轉(zhuǎn)子高溫軸段（尤其是熱應(yīng)力系數(shù)變化強(qiáng)烈的400℃左右的軸段）突然遭遇大量冷卻介質(zhì)等異常情況導(dǎo)致停機(jī)時(shí)，由于初始溫度高、溫降梯度大及機(jī)組轉(zhuǎn)速大幅降低等原因，轉(zhuǎn)子內(nèi)部殘余應(yīng)力的各相異性迅速顯現(xiàn)，此時(shí)，即使異常外力不超標(biāo)，但較大的內(nèi)、外應(yīng)力矢量相互替加，也會(huì)在敏感軸段的某些方向形成很大的應(yīng)力躍變，當(dāng)應(yīng)力躍變的幅度達(dá)到或超過(guò)材料在該溫度下的屈服極限時(shí)，就會(huì)形成局部塑性變形，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生永久性彎曲［1］。

通過(guò)追憶DCS曲線，以及每次啟動(dòng)時(shí)機(jī)組的膨脹、脹差、上下缸溫差等參數(shù)均在合格范圍內(nèi)，而且嚴(yán)重動(dòng)靜碰摩和汽缸進(jìn)水，不會(huì)造成機(jī)組振動(dòng)一次比一次大，因此可初步確定轉(zhuǎn)子存在較大的殘余內(nèi)應(yīng)力。

由轉(zhuǎn)子存在較大殘余內(nèi)應(yīng)力引起振動(dòng)的典型特征為［1］：機(jī)組首次啟動(dòng)時(shí)振動(dòng)幅度不大，但隨著機(jī)組啟停次數(shù)的增加，盡管每次啟停過(guò)程中機(jī)組的蒸汽參數(shù)、上下缸溫差、膨脹及脹差等參數(shù)均正常，機(jī)組過(guò)臨界振動(dòng)幅度也會(huì)逐漸增大，即一次比一次大；機(jī)組過(guò)臨界時(shí)，振動(dòng)幅度增大，而且在機(jī)組額定轉(zhuǎn)速，振動(dòng)幅度也有所增大，但增大幅度明顯小于過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)幅度的增大量；在任一轉(zhuǎn)速下，當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)，振動(dòng)幅值及相位基本穩(wěn)定；振動(dòng)主振頻率為基頻，其它頻率成分的振動(dòng)分量均較小；機(jī)組降速過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)幅度較升速過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)幅度大，熱態(tài)較冷態(tài)大，但振動(dòng)曲線形式基本相同。

通過(guò)前述現(xiàn)象可知該機(jī)組的振動(dòng)特征與上述特征相符，所以可以確定引起該機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)增大的原因是高中壓轉(zhuǎn)子存在較大的殘余內(nèi)應(yīng)力。

4 振動(dòng)不穩(wěn)定的處理措施

根據(jù)轉(zhuǎn)子彎曲程度的不同，處理此類故障常用的方法有3種［1］：轉(zhuǎn)子返廠處理；對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)直軸處理；對(duì)彎曲變形小于50μm的轉(zhuǎn)子，僅在機(jī)組檢修啟動(dòng)時(shí)直接進(jìn)行高速動(dòng)平衡來(lái)處理振動(dòng)問(wèn)題。根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)子彎曲原因的分析可知，第1種處理方式比較完善；第2種處理方式存在彎曲回彈的隱患；采用第3種處理方式時(shí)，若轉(zhuǎn)子內(nèi)應(yīng)力未得到徹底釋放，則在機(jī)組非正常啟、停機(jī)過(guò)程中，應(yīng)防止內(nèi)應(yīng)力發(fā)生突變，加重轉(zhuǎn)子的彎曲變形。

為了處理2號(hào)軸瓦過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)幅度超標(biāo)的問(wèn)題，于2010年9月對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了大修，揭開(kāi)高中壓缸進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)中壓第4級(jí)、第5級(jí)動(dòng)葉葉頂汽封有部分脫落與動(dòng)葉圍帶發(fā)生碰摩，圍帶頂部有約100μm深的溝痕，缸內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他磨痕，由于正常運(yùn)行時(shí)振動(dòng)無(wú)異常，說(shuō)明機(jī)組啟停過(guò)程中振動(dòng)引起碰摩，但碰摩不會(huì)使振動(dòng)幅度一次比一次大，因此碰摩是振動(dòng)造成的結(jié)果，而不是振動(dòng)的原因。通過(guò)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，高中壓過(guò)橋汽封及中壓第2級(jí)隔板汽封處轉(zhuǎn)子彎曲了100μm。鑒于轉(zhuǎn)子彎曲量不大，以及去應(yīng)力處理的工藝要求，轉(zhuǎn)子返廠沒(méi)有進(jìn)行去應(yīng)力處理，只將轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速動(dòng)平衡處理，將磨損的兩級(jí)動(dòng)葉圍帶車削掉磨損痕跡，并將脫落汽封的隔板返廠修復(fù)。2010年10月，該機(jī)組大修結(jié)束，啟動(dòng)過(guò)臨界時(shí)2號(hào)軸瓦振動(dòng)得到明顯改善，臨界振動(dòng)值為101μm。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著大型超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行水平日漸成熟，發(fā)生轉(zhuǎn)子彎曲的概率已很小，但近年來(lái)超臨界汽輪機(jī)的高中壓轉(zhuǎn)子在若干電廠相繼發(fā)生了熱彎曲或永久性彎曲事故，嚴(yán)重危及機(jī)組的安全，且造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由于鍛件毛坯的“自然時(shí)效”時(shí)間不夠，未進(jìn)行去應(yīng)力熱處理，或熱處理工藝不當(dāng)，可能造成轉(zhuǎn)子存在較大殘余內(nèi)應(yīng)力，引起高中壓轉(zhuǎn)子彎曲［2］。因此，建議汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝，確保轉(zhuǎn)子內(nèi)部殘余應(yīng)力得以完全釋放。對(duì)于已投產(chǎn)存在該類振動(dòng)情況的機(jī)組，在采取有效措施處理轉(zhuǎn)子的同時(shí)，運(yùn)行中應(yīng)避免出現(xiàn)溫度、負(fù)荷等參數(shù)的大幅度波動(dòng)，另外，在停機(jī)時(shí)不應(yīng)投入快速冷卻裝置，避免冷介質(zhì)進(jìn)入高中壓缸內(nèi)。

［1］ 田國(guó)成，陳會(huì)平，柳洪濤.超臨界汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子彎曲及異常振動(dòng)的分析與處理［J］.動(dòng)力工程，2009，29（10）：909－913.

［2］ 張學(xué)延，楊壽敏，張衛(wèi)軍，等.汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子材質(zhì)缺陷引起的振動(dòng)問(wèn)題［J］.中國(guó)電力，2010，43（5）：38－42.