李衛(wèi)軍，吳文健，應(yīng)光耀，蔡文方，馬思聰

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

半山發(fā)電廠7號(hào)燃?xì)鈾C(jī)組軸系異常振動(dòng)分析與處理

李衛(wèi)軍，吳文健，應(yīng)光耀，蔡文方，馬思聰

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

半山發(fā)電廠7號(hào)單軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組在基建調(diào)試階段出現(xiàn)了異常振動(dòng)情況，通過試驗(yàn)分析，原因主要是低壓轉(zhuǎn)子碰摩、高中壓轉(zhuǎn)子不平衡及熱瞬變等誘發(fā)軸系振動(dòng)加大。詳細(xì)介紹了7號(hào)燃?xì)鈾C(jī)組的振動(dòng)特征、診斷方法和處理措施，為同類機(jī)組的故障分析提供參考。

燃?xì)鈾C(jī)組；振動(dòng)；碰摩；動(dòng)不平衡；熱瞬變

0 引言

半山發(fā)電廠2010年前投運(yùn)的5臺(tái)9F燃機(jī)，在運(yùn)行中均出現(xiàn)熱瞬變振動(dòng)現(xiàn)象，表現(xiàn)為1號(hào)瓦振動(dòng)爬升[1]。有2臺(tái)機(jī)組的高中壓轉(zhuǎn)子存在動(dòng)靜碰摩現(xiàn)象，嚴(yán)重磨損高中壓汽封[2]；還有2臺(tái)機(jī)組的高中壓轉(zhuǎn)子存在動(dòng)不平衡振動(dòng)，導(dǎo)致3號(hào)瓦振動(dòng)大。

7號(hào)燃機(jī)在調(diào)試期間同時(shí)出現(xiàn)了低壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩、高中壓轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡和燃機(jī)轉(zhuǎn)子熱瞬變故障問題，在同類機(jī)組中比較罕見，也增加了振動(dòng)分析與診斷的難度。

1 7號(hào)機(jī)組概述

半山發(fā)電廠二期工程7號(hào)燃?xì)鈾C(jī)組選用美國GE公司與哈爾濱電氣集團(tuán)聯(lián)合生產(chǎn)的PG9315FA型燃?xì)廨啓C(jī)、D10型三壓有再熱系統(tǒng)的雙缸雙流式汽輪機(jī)、390H型氫冷發(fā)電機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)剛性地串聯(lián)在一根長軸上，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣端即冷端輸出功率，軸配置為GT-STGEN（燃機(jī)-汽機(jī)-發(fā)電機(jī)），轉(zhuǎn)速3 000 r/min。燃?xì)鈾C(jī)組主軸分為4段：燃機(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，均為整鍛實(shí)心轉(zhuǎn)子，每段轉(zhuǎn)子均由2個(gè)徑向軸瓦支撐，軸系布置如圖1所示。1，3，4，5為六瓦塊可傾瓦軸承；2，6，7，8為橢圓瓦軸承，推力瓦在1號(hào)軸承處。實(shí)測軸系臨界轉(zhuǎn)速為864 r/min，1 060 r/min，1 930 r/min和2 640 r/min。

圖1 7號(hào)機(jī)組軸系布置

該機(jī)組在基建調(diào)試啟動(dòng)階段，出現(xiàn)了振動(dòng)大、振動(dòng)爬升等異常振動(dòng)問題，特別是3號(hào)瓦多次達(dá)到跳機(jī)值引起機(jī)組跳機(jī)，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)影響了機(jī)組調(diào)試進(jìn)度。浙江電科院全力以赴，通過數(shù)據(jù)測試、分析、診斷，采取有效措施，解決了機(jī)組異常振動(dòng)問題，確保了機(jī)組安全運(yùn)行。

2 低壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩的診斷及處理

2.1 振動(dòng)現(xiàn)象

半山發(fā)電廠7號(hào)機(jī)組于2013年8月1日首次啟動(dòng)，13∶26到達(dá)3 000 r/min，此時(shí)3—6號(hào)瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)見表1。從表1可見，僅3號(hào)瓦振動(dòng)為137 μm，偏大，4—6號(hào)瓦軸振均小于60 μm。從14∶06開始，5號(hào)、6號(hào)瓦軸振逐漸爬升，14∶37振動(dòng)最大，分別達(dá)到130 μm和229 μm，機(jī)組因6號(hào)瓦軸振大跳機(jī)。6號(hào)瓦的振動(dòng)趨勢、升/降速波特圖見圖2、圖3。

圖2 6號(hào)瓦X向軸振趨勢

2.2 振動(dòng)分析及診斷

由表1及圖2、圖3可知，7號(hào)機(jī)組開機(jī)過程中的振動(dòng)特征如下：

（1）在定速3 000 r/min時(shí)，5號(hào)、6號(hào)瓦振動(dòng)均小于50 μm，運(yùn)行40 min后逐漸爬升，30 min后，5號(hào)、6號(hào)瓦振動(dòng)分別達(dá)到130 μm和225 μm。表明5號(hào)、6號(hào)瓦的振動(dòng)是逐步爬升，而不是突增，排除了低壓轉(zhuǎn)子部件脫落、靠背輪移位等突發(fā)事故的可能性。

圖3 6X啟停機(jī)振動(dòng)波特圖

（2）5號(hào)、6號(hào)瓦振動(dòng)爬升過程中，振動(dòng)頻率均以1倍頻為主。5號(hào)、6號(hào)瓦軸振幅值增大時(shí)，相位也隨之增大，工頻幅值的變化量分別為106 μm和191 μm，是3號(hào)、4號(hào)瓦變化量的2倍多。5號(hào)、6號(hào)瓦振動(dòng)相位角變化量分別為205°和96°。

（3）5號(hào)、6號(hào)瓦在升、降速階段的振動(dòng)幅值和相位角差別較大，其中降速時(shí)的振動(dòng)幅值是升速時(shí)的數(shù)倍，這和文獻(xiàn)[2，3]中動(dòng)靜碰摩的振動(dòng)特征是一致的。

（4）從振動(dòng)變化幅度來看，5號(hào)、6號(hào)瓦的變化幅度最大，3號(hào)、4號(hào)瓦變化較小。因此低壓缸上發(fā)生動(dòng)靜碰摩的可能性很大。

由以上分析可知，7號(hào)機(jī)組5號(hào)、6號(hào)瓦的振動(dòng)爬升是由低壓轉(zhuǎn)子的動(dòng)靜碰摩引起的。

2.3 低壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩原因分析

汽輪機(jī)組的徑向和軸向碰摩通常發(fā)生在隔板汽封、葉片圍帶汽封和軸端汽封，徑向碰摩還有可能發(fā)生在各軸承的油擋、擋汽片部位[4]。7號(hào)機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜碰摩的原因可能為：

（1）轉(zhuǎn)子原始振動(dòng)過大。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲、軸系失穩(wěn)等造成機(jī)組振動(dòng)過大，而一旦振動(dòng)大于動(dòng)靜間隙，就可能與靜止部件發(fā)生碰摩。但7號(hào)機(jī)組定速3 000 r/min時(shí)，5號(hào)、6號(hào)瓦的振動(dòng)均小于63 μm，且持續(xù)了一段時(shí)間，因此，低壓轉(zhuǎn)子的不平衡量很小，可排除該原因。

表1 7號(hào)機(jī)組3 000 r/min時(shí)X向軸振數(shù)據(jù)

（2）動(dòng)靜間隙偏小。為了盡可能地提高汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)采用了盡可能小的間隙值；在安裝、檢修過程中，也將動(dòng)靜間隙調(diào)整得盡可能小[4]。轉(zhuǎn)子軸向定位尺寸K值與設(shè)計(jì)值有較大的偏差，容易誘發(fā)轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩[2]。在新機(jī)組或大修機(jī)組首次啟動(dòng)中，容易出現(xiàn)該類動(dòng)靜碰摩的現(xiàn)象，采用調(diào)整軸封氣溫度或壓力，均可延緩或避免轉(zhuǎn)子的動(dòng)靜碰摩。

7號(hào)機(jī)組的軸封汽由4號(hào)機(jī)組提供，軸封汽溫度為210℃，較高的軸封汽溫度也會(huì)導(dǎo)致軸封被過度加熱，軸封膨脹較大，使得動(dòng)靜間隙更小，容易誘發(fā)低壓軸封與轉(zhuǎn)子的動(dòng)靜碰摩。

（3）7號(hào)機(jī)組真空過高。較高的真空使汽缸的相對(duì)收縮量增加，動(dòng)靜部件間隙變小，容易發(fā)生碰摩故障。7號(hào)機(jī)組開機(jī)之初的真空為－94 kPa，明顯偏高，可能是誘發(fā)低壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩的原因。

2.4 處理措施及結(jié)果

根據(jù)以上分析，將7號(hào)機(jī)組軸封蒸汽溫度降低至185℃左右、凝汽器真空降至－91 kPa左右，機(jī)組再次啟動(dòng)。當(dāng)機(jī)組再次沖轉(zhuǎn)到3 000 r/min時(shí)，3—6號(hào)瓦的振動(dòng)與第一次基本一致。3號(hào)瓦振動(dòng)為136 μm，其它各瓦振動(dòng)均低于50 μm。但機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，5號(hào)、6號(hào)瓦振動(dòng)再次出現(xiàn)爬升，最大值分別達(dá)到91 μm和136 μm，隨后振動(dòng)開始逐漸降低，最后恢復(fù)到較低水平。說明通過調(diào)整軸封汽溫度和機(jī)組真空，低壓轉(zhuǎn)子的碰摩得到了較大程度的改善。

采用控制軸封汽溫度與機(jī)組真空，5號(hào)、6號(hào)瓦在后續(xù)幾次啟動(dòng)過程中雖出現(xiàn)振動(dòng)爬升，但爬升幅度慢慢減小、時(shí)間逐漸增長，最終分別穩(wěn)定在35 μm和60 μm左右?？梢姡蛪恨D(zhuǎn)子在經(jīng)過幾次動(dòng)靜碰摩后，其動(dòng)靜間隙已略有增大，因而再未發(fā)生動(dòng)靜碰摩現(xiàn)象。

3 高中壓轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)的診斷及處理

3.1 振動(dòng)現(xiàn)象

半山發(fā)電廠7號(hào)機(jī)組于8月1日13∶26首次定速3 000 r/min時(shí)，3號(hào)瓦的振動(dòng)較大，為137 μm，隨后爬升至182 μm，見表1。在后來的多次啟動(dòng)中，3號(hào)瓦的振動(dòng)基本穩(wěn)定在120～136 μm。

3.2 振動(dòng)分析

由表1及之后幾次啟動(dòng)振動(dòng)數(shù)據(jù)可知，7號(hào)機(jī)組在定速3 000 r/min下，3號(hào)、4號(hào)瓦軸振的幅值和相位基本不變，且振動(dòng)以基頻為主；啟、停機(jī)過程中，3號(hào)、4號(hào)瓦各轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)也基本一致。

可見3號(hào)瓦振動(dòng)屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)，主要因高中壓轉(zhuǎn)子上存在一定的不平衡量引起，可采用現(xiàn)場動(dòng)平衡進(jìn)行處理[5]。

3.3 振動(dòng)處理

7號(hào)機(jī)組沖管結(jié)束后，在燃機(jī)與高中壓轉(zhuǎn)子靠近3號(hào)瓦側(cè)的對(duì)輪上加重0.13 kg，8月26日開機(jī)后動(dòng)平衡前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。加重后，3號(hào)瓦振動(dòng)低于70 μm，為優(yōu)良，低壓轉(zhuǎn)子的支撐瓦（5號(hào)、6號(hào)瓦）更穩(wěn)定。

表2 處理前后7號(hào)機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子X向軸振數(shù)據(jù)

4 1號(hào)瓦振動(dòng)大的診斷及處理

4.1 振動(dòng)現(xiàn)象

7號(hào)機(jī)組在沖管期間，第一次冷態(tài)啟動(dòng)定速3 000 r/min下，1號(hào)瓦振動(dòng)高達(dá)200 μm，運(yùn)行30 min左右，逐步回落到約105 μm并趨于穩(wěn)定。振動(dòng)以1倍頻分量為主，見圖4。在后來的熱態(tài)啟動(dòng)過程中，3 000 r/min下1號(hào)瓦振動(dòng)高達(dá)150 μm，運(yùn)行30 min左右后，逐步回落到100 μm并趨于穩(wěn)定，數(shù)據(jù)見表3。

圖4 1號(hào)瓦X向軸振趨勢

表3 7號(hào)機(jī)組1號(hào)瓦處理前后振動(dòng)數(shù)據(jù)

4.2 振動(dòng)原因分析

由表3可知，機(jī)組定速3 000 r/min下，1號(hào)瓦振動(dòng)很大，為150～200 μm，隨后回落至約105 μm，而2號(hào)瓦振動(dòng)較小，約為50 μm，隨后增大至85 μm左右，最后逐漸減小至50 μm。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，1號(hào)、2號(hào)軸振均以基頻為主，屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)。機(jī)組每次開機(jī)時(shí)振動(dòng)的重復(fù)性較好。分析1號(hào)瓦振動(dòng)波動(dòng)的原因?yàn)椋?/p>

（1）燃機(jī)轉(zhuǎn)子存在熱瞬變振動(dòng)現(xiàn)象。9F燃機(jī)的熱瞬變振動(dòng)現(xiàn)象是因該類型機(jī)組的燃機(jī)－壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)造成的，其壓氣機(jī)和透平轉(zhuǎn)子是盤鼓式拉桿結(jié)構(gòu)，并且設(shè)有抽氣口，在啟動(dòng)期間，抽氣口在抽氣時(shí)會(huì)造成轉(zhuǎn)子微小的熱不對(duì)稱，從而導(dǎo)致熱態(tài)瞬變的振動(dòng)現(xiàn)象。在機(jī)組達(dá)到全速后，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)會(huì)隨之達(dá)到穩(wěn)定的熱狀態(tài)，從而逐步衰減至穩(wěn)定的振動(dòng)水平。熱瞬變振動(dòng)過大會(huì)導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)，可以通過動(dòng)平衡手段來處理，但有可能會(huì)給機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)帶來負(fù)面影響，需要綜合考慮。

半山發(fā)電廠7號(hào)機(jī)組1號(hào)瓦振動(dòng)是典型的熱瞬變現(xiàn)象，可通過熱態(tài)動(dòng)平衡進(jìn)行處理。

（2）燃機(jī)轉(zhuǎn)子存在一定的不平衡量。7號(hào)機(jī)組每次定速3 000 r/min后，1號(hào)、2號(hào)瓦的振動(dòng)值基本相當(dāng)，以基頻為主，軸系軌跡為橢圓形，因此判斷燃機(jī)轉(zhuǎn)子上存在一定的不平衡分量。

不同機(jī)組由于制造、安裝以及原始不平衡情況不同，熱瞬變振動(dòng)爬升情況也不一樣。較多機(jī)組往往爬升到振動(dòng)保護(hù)值而跳機(jī)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性[1]。

因此應(yīng)采用精細(xì)動(dòng)平衡進(jìn)行處理，降低1號(hào)瓦的振動(dòng)值，同時(shí)降低燃機(jī)轉(zhuǎn)子熱瞬變誘發(fā)的振動(dòng)爬升最大值。

4.3 振動(dòng)處理

綜合考慮1號(hào)瓦在3 000 r/min下的振動(dòng)值及熱瞬變時(shí)振動(dòng)的最大值，在燃機(jī)轉(zhuǎn)子2號(hào)瓦側(cè)BP10處加重1.53 kg。2013年8月21日開機(jī)后，燃機(jī)轉(zhuǎn)子各瓦振動(dòng)見表3，1號(hào)瓦在3 000 r/min和滿負(fù)荷時(shí)的振動(dòng)分別為70 μm和68 μm，達(dá)到優(yōu)良值。

5 結(jié)論

半山發(fā)電廠7號(hào)燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組在調(diào)試中出現(xiàn)異常振動(dòng)，經(jīng)分析處理后，各瓦振動(dòng)均達(dá)到優(yōu)良范圍，確保了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（1）機(jī)組啟動(dòng)過程中，低壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩引起5號(hào)、6號(hào)瓦振動(dòng)爬升，甚至跳機(jī)。調(diào)整軸封汽參數(shù)、真空值后，逐步消除了低壓轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩振動(dòng)爬升問題。

（2）因制造、安裝等因素，9F燃機(jī)的高中壓轉(zhuǎn)子存在一定的不平衡量。通過現(xiàn)場動(dòng)平衡，降低了3號(hào)瓦的軸振。

（3）機(jī)組燃機(jī)轉(zhuǎn)子的熱瞬變振動(dòng)現(xiàn)象依然存在，通過現(xiàn)場綜合精細(xì)動(dòng)平衡，降低1號(hào)瓦振動(dòng)基準(zhǔn)值，同時(shí)降低了機(jī)組熱瞬變振動(dòng)的最大值。

[1]吳文健，吳斌，戴惠慶.大型9FA燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的振動(dòng)試驗(yàn)研究及處理[J].浙江電力，2013，32（7）∶38-41.

[2]應(yīng)光耀，童小忠，吳文健.9F聯(lián)合循環(huán)機(jī)組嚴(yán)重碰摩診斷分析及處理[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2010，52（1）∶74-76.

[3]李衛(wèi)軍，顧正皓，吳文健.280 MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)異常分析[J].發(fā)電設(shè)備，2007（6）∶457-459.

[4]陸頌元.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)[M].北京：中國電力出版社，2000.

[5]吳文健，童小忠，應(yīng)光耀，等.浙江省內(nèi)國產(chǎn)化600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)綜合處理[J].浙江電力，2010，29（10）∶28-31.

（本文編輯：徐晗）

Analysis and Treatment of Abnormal Shafting Vibration of 7#Gas-fired Generating Units in Banshan Power Plant

LI Weijun，WU Wenjian，YING Guangyao，CAI Wenfang，MA Sicong
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Abnormal vibration happened in 7#single-shaft gas-stream combined cycle generating units in Banshan Power Plant during capital construction and commissioning.It is analyzed through test that large shafting vibration was mainly caused by rubbing of low-pressure rotors，unbalance of high-and-medium pressure rotors and thermal transient.This paper offers references for fault analysis of similar units by describing vibration features，diagnostic method and treatment measures.

gas-fired generating units；vibration；rubbing；dynamic unbalance；thermal transient

TK267

：B

：1007-1881（2014）10-0049-04

2014-08-04

李衛(wèi)軍（1975-），男，甘肅靈臺(tái)人，高級(jí)工程師，主要從事汽輪機(jī)故障診斷及處理工作。