陳浩，邴漢昆，徐厚達(dá)

(華電電力科學(xué)研究院，杭州 310000)

0 引言

汽流激振是汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的非線性振動(dòng)，屬于自激振動(dòng)，大多發(fā)生于高參數(shù)機(jī)組，尤其是高壓缸轉(zhuǎn)子部分，振動(dòng)具有突發(fā)性且振動(dòng)幅值較大，嚴(yán)重危害機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 汽流激振的機(jī)制

1.1 汽流激振故障產(chǎn)生的原因

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)故障是因?yàn)橛型饧恿Φ淖饔茫跈C(jī)組發(fā)生汽流激振故障時(shí)，便產(chǎn)生相應(yīng)的汽流激振力。作用在轉(zhuǎn)子上的汽流激振力可分為靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力［1］。對(duì)于噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)而言，蒸汽除了使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生力偶外，還會(huì)附加一個(gè)作用于轉(zhuǎn)子中心的靜態(tài)力，該力有可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子偏心會(huì)造成圓周方向葉頂間隙分布不均和同一級(jí)上葉片氣動(dòng)力不對(duì)稱。葉片周向氣動(dòng)力除了合成一個(gè)扭矩外，還合成一個(gè)作用于轉(zhuǎn)子軸心的橫向力，該橫向力為動(dòng)態(tài)力，隨著轉(zhuǎn)子徑向位移的變化，呈周期性變化。

1.2 汽流激振故障特征

汽流激振故障多發(fā)生于高參數(shù)汽輪機(jī)高壓缸部分，在高負(fù)荷下振動(dòng)具有突發(fā)性，振動(dòng)頻譜中包含較高的半頻成分［2］。振動(dòng)與負(fù)荷有關(guān)，超過(guò)一定負(fù)荷振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性，低于該負(fù)荷，振動(dòng)又會(huì)衰減下去。振動(dòng)和主蒸汽參數(shù)有關(guān)，降低主蒸汽溫度有利于消除汽流激振故障。

2 某電廠600 MW亞臨界汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障

2.1 振動(dòng)數(shù)據(jù)分析

該機(jī)組為600 MW亞臨界機(jī)組，軸系由高、中壓轉(zhuǎn)子、低壓#1轉(zhuǎn)子、低壓#2轉(zhuǎn)子以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)成。

該機(jī)組在滿負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，各個(gè)軸瓦的振動(dòng)幅值全部低于100 μm，振動(dòng)處于良好狀態(tài)。穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，#1，#2，#3，#4軸瓦振動(dòng)幅值陡然增加，尤其#2和#3軸瓦變化最大，超過(guò)報(bào)警值，持續(xù)數(shù)小時(shí)后振動(dòng)又回落，該情況起初每個(gè)月發(fā)生1次或2次，后來(lái)越來(lái)越頻繁，每隔兩三天就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)突增現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

在機(jī)組正常運(yùn)行且負(fù)荷為530 MW時(shí)，#2，#3軸瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)見表1，各個(gè)瓦振動(dòng)幅值維持在100 μm以下。2012－07－13 T 15:12，#2軸瓦振動(dòng)突然增大，2x幅值達(dá)到近170 μm，持續(xù)數(shù)小時(shí)又降低，同時(shí)#1，#3，#4軸瓦也出現(xiàn)振動(dòng)突增，此時(shí)負(fù)荷為553 MW，振動(dòng)突增時(shí)#2，#3軸瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。圖1為振動(dòng)突變時(shí)#2軸瓦頻譜圖。

表1 負(fù)荷530 MW機(jī)組穩(wěn)定狀態(tài)下振動(dòng)數(shù)據(jù)

表2 振動(dòng)突變時(shí)#2，#3軸瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)

該機(jī)組進(jìn)汽方式為部分進(jìn)汽，#2，#3，#4閥門開啟，開度均為65%，#1閥門作為調(diào)節(jié)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)汽閥門布置位置如圖2所示。

圖1 振動(dòng)突變時(shí)#2軸瓦頻譜圖

圖2 進(jìn)汽閥門布置

從表1和表2可以看出，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，2x振動(dòng)幅值增大到近 170 μm，3x 幅值達(dá)到 120 μm，2x 相位也發(fā)生較大的變化。從圖1可以看出，機(jī)組發(fā)生汽流激振故障時(shí)#2軸瓦頻譜圖中產(chǎn)生很大的半頻成分，半頻幅值超過(guò)工頻幅值，這是典型的自激振動(dòng)故障特征。

圖3～圖6為2012－07－09 T 14:00—2012－07－10 T 10:00#1，#2，#3，#4軸瓦振動(dòng)趨勢(shì)圖，從圖3～圖6中可以看出，在這段時(shí)間段內(nèi)，各個(gè)軸瓦出現(xiàn)2次振動(dòng)波動(dòng)，而且波動(dòng)的時(shí)間段都相同，每次波動(dòng)持續(xù)時(shí)間約1 h。

上述振動(dòng)特征和汽流激振故障特征吻合，分析原因與閥門開啟順序有較大關(guān)系，該機(jī)組為順序閥運(yùn)行，#1閥門作為調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)方向向上的汽流力，影響軸承的穩(wěn)定性，激發(fā)出汽流激振故障。

2.2 振動(dòng)故障分析與處理

圖3 1 y趨勢(shì)圖(2012－07－09—10)

圖4 2 y趨勢(shì)圖(2012－07－09—10)

圖5 3 y趨勢(shì)圖(2012－07－09—10)

圖6 4 y趨勢(shì)圖(2012－07－09—10)

根據(jù)以上分析，#1，#2，#3，#4軸瓦發(fā)生振動(dòng)突增現(xiàn)象比較頻繁，而靠低壓缸和發(fā)電機(jī)端的軸瓦沒(méi)有類似現(xiàn)象，故障主要發(fā)生在高壓缸部分，改變負(fù)荷后，各個(gè)軸瓦的振動(dòng)幅值也相應(yīng)減小，根據(jù)故障特征，作者判斷為汽流激振故障。處理措施如下。

(1)將#2軸承油溫提高5℃。

(2)調(diào)節(jié)進(jìn)汽方式:開啟#1，#2，#3閥門，關(guān)閉#4閥門，將#4閥門作為調(diào)節(jié)閥;然后開啟#2和#3閥門，再開啟#1閥門，最后開啟#4閥門。

故障處理后，機(jī)組在高負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行了1個(gè)月，#1，#2，#3，#4軸瓦振動(dòng)一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，其中#1軸瓦振動(dòng)較小，在20 μm以下，#2，#3，#4軸瓦x方向的振動(dòng)一直處于90 μm以下，y方向振動(dòng)低于70 μm，振動(dòng)處于較良好的狀態(tài)。故障處理后負(fù)荷為500 MW時(shí)各軸瓦的振動(dòng)數(shù)據(jù)見表3。

表3 故障處理后負(fù)荷為500 MW時(shí)各軸瓦的振動(dòng)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

(1)該機(jī)組出現(xiàn)突發(fā)性振動(dòng)，主要原因是高壓缸處軸瓦穩(wěn)定性較差并有汽流激振力，建議在大修時(shí)將軸承更換為可傾瓦軸承，以提高軸承的穩(wěn)定性。

(2)調(diào)節(jié)機(jī)組的進(jìn)汽方式，改變閥門開啟順序，或?qū)㈨樞蜷y控制改為單閥控制，可有效消除汽流激振故障。

(3)建議在機(jī)組大修時(shí)，更換汽封，并將汽封間隙調(diào)整到規(guī)定值，檢修時(shí)將轉(zhuǎn)子和汽缸的偏心值控制在合理范圍內(nèi)，可有效減小汽流激振力，消除轉(zhuǎn)子的低頻振動(dòng)。

［1］楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析與工程應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

［2］郭力.大型發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)剖析［J］.電站系統(tǒng)工程，1998，14(5):24 －26.