陳維，王振杰

(中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南火電建設(shè)有限公司，湖南長沙410015)

某電廠350 MW汽輪機(jī)振動分析及處理

Analysis and processing of steam turbine vibration for a certain 350 MW unit

陳維，王振杰

(中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南火電建設(shè)有限公司，湖南長沙410015)

某電廠2號機(jī)組汽輪機(jī)在安裝過程中汽封間隙節(jié)能改造后，在首次啟動調(diào)試過程中帶高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，高中壓轉(zhuǎn)子汽流激振故障，2號軸瓦X方向振動最高達(dá)到247 μm(250 μm保護(hù)跳機(jī))，本文針對汽輪機(jī)振動原因進(jìn)行分析，并提出了具體的處理方案和建議，為以后同類型的機(jī)組安裝調(diào)試提供參考意見。

汽輪機(jī)；低頻振動；汽流激振；分析；特征；處理

近年來，隨著電力行業(yè)的發(fā)展，裝機(jī)容量越來越大，由于節(jié)能降耗，許多電廠對汽輪機(jī)動靜間隙要求越來越小，這樣加劇了汽輪機(jī)汽流激振的產(chǎn)生概率，嚴(yán)重地影響電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，甚至影響汽輪機(jī)的運(yùn)行壽命。

某電廠2號機(jī)組汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限責(zé)任公司制造的NK350－16.7/537/537型亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸、空冷凝汽式汽輪機(jī)。軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過剛性聯(lián)軸器連接而成，共6個(gè)軸瓦，其中1—2號軸瓦為可傾瓦，3—6號軸瓦為橢圓瓦，1—4號軸承為落地式軸承座，5，6號軸瓦支撐在發(fā)電機(jī)端蓋上。軸系臨界轉(zhuǎn)速為:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一階轉(zhuǎn)速1 352 r/min，高中壓轉(zhuǎn)子一階轉(zhuǎn)速1 616 r/min，低壓轉(zhuǎn)子一階轉(zhuǎn)速1 941 r/min，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階轉(zhuǎn)速3 514 r/min，整個(gè)軸系臨界轉(zhuǎn)速區(qū)為1 250～1 900 r/min。

1 振動特征及原因分析

1.1 汽輪機(jī)運(yùn)行振動簡介

2013年04月08日，某電廠2號機(jī)組在整套啟動后帶負(fù)荷階段升負(fù)荷過程中，負(fù)荷在300 MW時(shí)運(yùn)行時(shí)機(jī)組振動正常，首次升負(fù)荷至320 MW后1，2號瓦軸振大，最大2X軸振141 μm，降負(fù)荷至300 MW機(jī)組振動恢復(fù)正常；04月09日升負(fù)荷至310 MW后1，2號瓦軸振仍然很大，其中2X軸振182 μm，降負(fù)荷至295 MW機(jī)組振動恢復(fù)正常；反復(fù)升降負(fù)荷后，1，2號瓦振動并沒有降低。在04月10日，機(jī)組退出CCS協(xié)調(diào)，采用定壓運(yùn)行方式手動參與調(diào)節(jié)負(fù)荷，每次升負(fù)荷10 MW，升負(fù)荷率控制在1 MW/min，于當(dāng)日帶至滿負(fù)荷350 MW，機(jī)組振動優(yōu)良，但是由于鍋爐燃燒調(diào)節(jié)沒控制好，鍋爐壓力達(dá)到17 MPa，機(jī)組振動立即變大，隨即降負(fù)荷至300 MW，機(jī)組運(yùn)行正常。

1.2 振動特征分析

該電廠2號機(jī)組在試運(yùn)期間存在高負(fù)荷下1，2號瓦軸振大，通過運(yùn)行數(shù)據(jù)比較分析，有如下特征:

1)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，1，2號瓦軸振不穩(wěn)定，上下波動大。

2)振動跟負(fù)荷、蒸汽流量關(guān)系明顯，低負(fù)荷時(shí)振動小，波動的幅度??；高負(fù)荷時(shí)振動增大，波動的范圍也變大。

3)振動有突發(fā)性，負(fù)荷增大后，振幅的升、降較為突然。

4)振動頻譜中，含有較大的低頻 (22 Hz)分量，低負(fù)荷時(shí)低頻分量有10～20 μm左右；高負(fù)荷時(shí)低頻分量有40～60 μm左右，工頻分量基本穩(wěn)定在40 μm。

1.3 振動原因分析

從以上振動特征分析，1，2號軸承振動大的原因在于高中壓轉(zhuǎn)子受蒸汽激振和軸瓦輕載共同作用產(chǎn)生的自激振動。

汽流激振產(chǎn)生的原因是由于機(jī)組容量大、轉(zhuǎn)子長，轉(zhuǎn)子撓度也大，因而剛性相對較差，同時(shí)轉(zhuǎn)子安裝不良，動靜部分的中心有偏差，在整個(gè)圓周上的有些部位，一些蒸汽通過轉(zhuǎn)子的動葉復(fù)環(huán)和阻汽環(huán)之間的較大間隙，一些蒸汽通過較小間隙部位，這樣整個(gè)圓周壓力不平衡，再加上軸瓦穩(wěn)定性不高，在高負(fù)荷下就可能產(chǎn)生汽流激振故障〔1〕。

2 振動處理措施

對于產(chǎn)生汽流激振的汽輪機(jī)，在運(yùn)行過程中只能通過外部調(diào)整手段加以改善和消除，如:潤滑油壓升降試驗(yàn)、潤滑油溫升降試驗(yàn)、單閥改順序閥運(yùn)行并進(jìn)行閥序調(diào)整試驗(yàn)。

2013年06月25日，2號機(jī)組帶220 MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，1X/Y、2X/Y軸振動分別為42/32 μm，51/27 μm，負(fù)荷不變時(shí)，振動比較穩(wěn)定。隨后進(jìn)行了變負(fù)荷、潤滑油溫、潤滑油壓、單閥切換順序閥及更改閥序等運(yùn)行試驗(yàn)，觀察每個(gè)試驗(yàn)中振動隨所變參數(shù)的變化趨勢。

2.1 變負(fù)荷試驗(yàn)

試驗(yàn)中，負(fù)荷從初始的220 MW逐步增加負(fù)荷，觀察負(fù)荷變化對振動的影響趨勢。當(dāng)負(fù)荷增加到290 MW以上時(shí)，1，2號軸承振動明顯增大一個(gè)臺階。2X軸振動增大到80 μm左右，并上下波動，峰值在100 μm附近。

2.2 變潤滑油溫試驗(yàn)

負(fù)荷增大到290 MW以上，2號軸振動明顯增大并且上下波動范圍變大。此時(shí)保持負(fù)荷穩(wěn)定，將潤滑油溫從40℃提高到45℃左右，觀察振動的變化趨勢。當(dāng)油溫提高后，2號軸振動逐漸降低至70 μm左右，而且上下波動的范圍明顯減小。

2.3 變潤滑油壓試驗(yàn)

在油溫試驗(yàn)基礎(chǔ)上，開啟一臺交流油泵，潤滑油壓從0.20 MPa增大到0.23 MPa，對振動基本無影響。隨后停油泵，保持295 MW負(fù)荷運(yùn)行，振動基本穩(wěn)定在70 μm左右。

2.4 單閥切順序閥試驗(yàn)

2013年06月26日上午，機(jī)組單閥運(yùn)行，帶負(fù)荷240 MW，2X軸振動基本穩(wěn)定在60 μm左右。升負(fù)荷至295 MW前，振動基本穩(wěn)定在80 μm以下。繼續(xù)升負(fù)荷至303 MW時(shí)，振動幅值及波動范圍加大，2X軸振動最大值159 μm。隨即降負(fù)荷至200 MW運(yùn)行。13時(shí)00分左右，機(jī)組帶負(fù)荷200 MW穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，從單閥切換至順序閥運(yùn)行方式，此時(shí)進(jìn)汽方式為CV1，CV2全開，CV3根據(jù)負(fù)荷情況調(diào)節(jié)、CV4全關(guān)。切換后，2X軸振動穩(wěn)定在60 μm左右，負(fù)荷加至310 MW之前，2X軸振動基本穩(wěn)定在80 μm以下。負(fù)荷加到315 MW時(shí)，2X軸振動波動范圍開始加大，最大達(dá)到100 μm左右。繼續(xù)加負(fù)荷直至滿負(fù)荷350 MW時(shí)，2X軸振動在125 μm上下波動，最大值140 μm。單閥切順序閥(4號閥全關(guān))與2X軸振動的關(guān)系見圖1。

圖1 單閥切順序閥 (4號閥全關(guān))與2X軸振動的關(guān)系

2.5 順序閥閥序切換試驗(yàn)

2013年08月24日，將順序閥的閥序修改后，進(jìn)汽方式為:CV3，CV4全開，CV1根據(jù)負(fù)荷情況調(diào)節(jié)、CV2全關(guān)。升負(fù)荷至350 MW時(shí)，2X振動為56 μm。另外在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)在CV2全關(guān)的狀態(tài)下2X振動表現(xiàn)為非常穩(wěn)定，隨著CV2開度的增大，2X振動顯著增大。單閥切順序閥 (2號閥全關(guān))與2X軸振動的關(guān)系見圖2。

圖2 單閥切順序閥 (2號閥全關(guān))與2X軸振動的關(guān)系

3 處理結(jié)果

2號機(jī)組高壓調(diào)節(jié)閥共4個(gè)，對應(yīng)4個(gè)噴嘴組，其噴嘴序號及噴嘴個(gè)數(shù)分布如圖3所示。每個(gè)噴嘴對轉(zhuǎn)子都有徑向分力作用，因此轉(zhuǎn)子位置會隨著噴嘴進(jìn)汽量和壓力的不同而變化。我們通過調(diào)整閥序，在CV2閥全關(guān)時(shí)，使蒸汽對于轉(zhuǎn)子的作用力將轉(zhuǎn)子推到動靜間隙較均勻的位置，從而降低了轉(zhuǎn)子的振動。

圖3 噴嘴序號及噴嘴個(gè)數(shù)分布情況

因此，在機(jī)組運(yùn)行過程中，改單閥運(yùn)行為順序閥運(yùn)行，徹底解決的2號機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子在高負(fù)荷狀態(tài)下振動大的問題。其滿負(fù)荷350 MW運(yùn)行參數(shù)見表1。

表1 機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)軸承振動及軸瓦溫度情況

4 安裝及調(diào)試過程中應(yīng)注意的問題

4.1 安裝過程中應(yīng)注意的問題

1)汽封間隙的調(diào)整:在安裝過程中汽封調(diào)整時(shí)應(yīng)使缸體四周與葉輪前部動靜間隙盡量均勻，當(dāng)然，在設(shè)計(jì)左右汽封間隙偏差的機(jī)組，要盡量按照設(shè)計(jì)偏差來調(diào)整，這樣才能保證在機(jī)組運(yùn)行后轉(zhuǎn)子在汽缸中心位置。在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)盡量增大葉頂汽封的徑向間隙〔2〕，這樣可以減少蒸汽作用于轉(zhuǎn)子的徑向作用力。另外，在汽缸軸封間隙調(diào)整過程中，盡量取下限值，防止大量蒸汽的泄漏抬高轉(zhuǎn)子，減少軸承比壓，導(dǎo)致軸承穩(wěn)定性降低。

2)軸系中心的調(diào)整:在東汽300 MW機(jī)組在運(yùn)行中普遍存在2號軸承座上抬，2號軸承座標(biāo)高的上升對其相鄰軸承載荷產(chǎn)生較大影響，降低了軸承的穩(wěn)定性〔3〕，因此在軸系找中的時(shí)候，中低對輪中心張口取上限值，圓周高中壓轉(zhuǎn)子靠背輪側(cè)取上限值。

3)汽門及管道的安裝〔4〕:汽門及導(dǎo)氣管的安裝，一般應(yīng)在汽封通流間隙驗(yàn)收前安裝完成，這樣就不會在焊接汽門導(dǎo)氣管時(shí)產(chǎn)生焊接應(yīng)力，導(dǎo)致汽缸中心偏移，汽缸通流間隙四周不均勻，產(chǎn)生蒸汽激振力。如果由于工期原因，汽門及導(dǎo)氣管沒有在通流間隙驗(yàn)收前安裝完畢，我們應(yīng)在汽缸貓爪位置及軸承箱四角架設(shè)百分表監(jiān)視，百分表讀數(shù)變化超過0.02 mm時(shí)應(yīng)停止燒焊，待百分表讀數(shù)恢復(fù)后再進(jìn)行燒焊。另外，抽汽管道的安裝，必須在通流間隙驗(yàn)收合格前安裝至第一個(gè)支吊架。

4)軸瓦安裝:對于產(chǎn)生汽流激振的機(jī)組，我們可以采取軸承與軸頸頂部間隙取下限值〔5〕、軸承的大蓋緊力取上限值的辦法來增加軸承的穩(wěn)定性。

4.2 運(yùn)行方面過程中應(yīng)注意的問題

在運(yùn)行過程中出現(xiàn)汽流激振時(shí)，我們應(yīng)采取升高潤滑油溫、降低軸封壓力、調(diào)整順序閥開啟順序等辦法來盡量消除汽流激振。

5 結(jié)論

1)在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，調(diào)整順序閥開啟順序，可有效消除汽流激振對機(jī)組運(yùn)行的影響。

2)在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，適當(dāng)提高潤滑油溫度，對因汽流激振產(chǎn)生的振動有抑制作用。

〔1〕王向前，劉景春，楊曉東.800 MW超臨界汽輪機(jī)汽流激振問題的解決〔J〕.東北電力技術(shù).2002(3):4-7.

〔2〕胡惠平.淺析汽輪發(fā)電機(jī)組的汽流激振及處理措施〔J〕.內(nèi)蒙古石油化工，2010(19):35-36.

〔3〕張學(xué)延，王延博，張衛(wèi)軍.大型汽輪機(jī)汽流激振問題的分析和處理〔J〕.熱力發(fā)電，2004(2):47-55.

〔4〕中國電力企業(yè)聯(lián)合會基建工作部.DL5011－1992電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范－汽輪機(jī)機(jī)組篇〔S〕.北京:中國電力出版社，1992.

〔5〕閆偉.試論降低汽輪發(fā)電機(jī)組振動的幾點(diǎn)措施〔J〕.黑龍江科技信息，2011(28):101.

TM311

B

1008-0198(2015)06-0071-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.06.020

陳維(1982)，男，漢族，湖南湘鄉(xiāng)人，大學(xué)本科，工程師，主要從事大型火力發(fā)電廠汽輪機(jī)等熱力設(shè)備安裝技術(shù)管理及調(diào)試工作。

2015-04-07 改回日期:2015-05-22

王振杰 (1982)，男，漢族，甘肅臨澤人，大學(xué)本科，工程師，主要從事大型火力發(fā)電廠汽輪機(jī)等熱力設(shè)備安裝技術(shù)管理工作。