國電華北公司霍州發(fā)電廠 葛紅健

汽輪發(fā)電機組在運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象并引發(fā)故障。據(jù)統(tǒng)計，在汽輪機組已經(jīng)發(fā)生振動故障中有80%左右是因轉(zhuǎn)子不平衡而導致的，其中屬轉(zhuǎn)子本身質(zhì)量問題的約占90%。當前汽輪機整體工藝水平有顯著提升，加之火電廠自身不斷總結(jié)經(jīng)驗、不斷提升安裝和檢修質(zhì)量，由轉(zhuǎn)子本身導致的振動故障率在逐漸降低，但當前汽輪機發(fā)電機組振動的主要振源仍來自于轉(zhuǎn)子本身的質(zhì)量不平衡力。

1 國電霍州發(fā)電廠#1機組汽輪機振動大原因分析

1.1 汽輪機概述

國電霍州發(fā)電廠#1機組600MW 汽輪機為東方電氣集團東方汽輪機有限公司引進日立技術(shù)生產(chǎn)制造。型號NZK600-24.2/566/566，型式為超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。設(shè)計額定出力600MW，最大出力（VWO 工況）664.827MW，最大連續(xù)出力638.746MW，壽命不少于30年。汽輪機為沖動式，設(shè)計結(jié)構(gòu)級38級，其中高壓缸8級、中壓缸6級、低壓缸2×2×6級。機組采用復合變壓運行方式，滑壓范圍30%～88%。汽輪機具有七級非調(diào)整回熱抽汽，額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，旋轉(zhuǎn)方向為逆時針（從機頭向發(fā)電機看）。2011年5月投入運營，其振動主要表現(xiàn)在6X 振動大，歷次啟機接近報警值，經(jīng)過大修2017年3月啟動，5、6瓦軸振較大，5X 振動109μm，6X 振動103μm，6X 啟機過臨界振動和大修前變化不大，5X 振動明顯變大。

1.2 原始質(zhì)量不平衡

這是一種汽輪機原本就存在的故障，并不是汽機運行后才引發(fā)的，而是原來自身的條件就包含著。首先轉(zhuǎn)子存在設(shè)計缺陷導致加工存在偏差，此時也易造成安裝偏差，最終導致機組中轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的存在。在運行中因動平衡精度不高，只進行低速動平衡時離心力較小，但轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量離心力會隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高以轉(zhuǎn)速的平方關(guān)系增加[1]。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的不斷上升直到達到工作轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子的這一離心力要迫使機組振動，從而造成汽輪機振動過大。原始質(zhì)量不平衡故障特征可總結(jié)為：轉(zhuǎn)子振動是與轉(zhuǎn)速同頻的強迫振動，在一定轉(zhuǎn)速下振動是比較穩(wěn)的。定振動幅值隨轉(zhuǎn)速及振動理論中的共振曲線規(guī)律變換，在臨界區(qū)達到最大值。

原始質(zhì)量不平衡發(fā)生時間在新機啟動和機組大修后，汽輪機組轉(zhuǎn)子原始質(zhì)量不平衡大多發(fā)生在轉(zhuǎn)子部位，當然也存在低壓轉(zhuǎn)子不平衡狀況，這兩種情況下的轉(zhuǎn)子不平衡部位均是靠發(fā)電機一側(cè)，一般高中壓轉(zhuǎn)子很少發(fā)生原始質(zhì)量不平衡的情況。由原始質(zhì)量不平衡造成的機組振動是轉(zhuǎn)子本身問題，因此這種振動在一定轉(zhuǎn)速下受機組參數(shù)影響不大，與升速時或帶負荷的時間延續(xù)性沒有直接關(guān)聯(lián)，且不受啟動方式影響[2]。結(jié)構(gòu)不合理、設(shè)備部件制造存誤差過大、材料本身不均勻等是原始質(zhì)量不平衡的幾個主要因素。

表1 檢修前后具體數(shù)據(jù)對比

表2 #1機組加平衡塊后振動值（2017年4月26日）

1.3 部件摩擦、受熱變形等因素

由于各種原因，像摩擦碰撞，在汽輪機內(nèi)部工作時常會發(fā)生振動摩擦現(xiàn)象。在此過程中如有部件脫落，工作狀態(tài)就會很危險，所以在汽輪機內(nèi)部轉(zhuǎn)動部件松動脫落故障就會發(fā)生。此外轉(zhuǎn)子在工作過程中本身會產(chǎn)生大量的熱，如不能將熱量及時散發(fā)出去很容易因熱積累導致轉(zhuǎn)子發(fā)生應(yīng)力變形[3]。一旦出現(xiàn)變形彎曲汽輪機組就會發(fā)生異常振動的現(xiàn)象。氣流激振現(xiàn)象也是發(fā)電機組常見振動之一，這種振動往往會伴隨兩個明顯的信號，一是運行參數(shù)對機器振動的增強有較強的影響，二是會有大量值的低頻分量出現(xiàn)。如今處理這種問題的方法是采用動平衡技術(shù)。國電霍州發(fā)電廠#1機組大修后啟動，#5，#6軸承振動增大，均達到報警值125μm（表1）。

2 汽輪機振動大對策分析

由表1數(shù)據(jù)看出，振動的分量主要以轉(zhuǎn)速分量為主，相位穩(wěn)定，增加的分量是一倍頻量，為改善3000rpm 振動狀況，根據(jù)過臨界和帶負荷的振動相位計算，太原電科院時工、明工分析造成#1機組振動大的原因為轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，建議加裝平衡塊。

如圖1所示，#2號低壓兩端加重5瓦側(cè)：408克∠100°；6瓦側(cè)：417克∠280°。其中加重角度以汽機前箱的鍵相槽為0°，逆轉(zhuǎn)動方向度量；圖1中所示是指從機頭向發(fā)電機看，機組為逆時針轉(zhuǎn)動。加裝平衡塊后，2017年3月16日#1機組重新啟動，并做啟動分析（表1），由表2數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ瓤煽闯?，加裝平衡塊后#1機組啟機時的振動值有明顯改善，充分說明此次對策的正確性。

圖1 霍州電廠#1號機組#2號低壓轉(zhuǎn)子平衡示意圖

3 汽輪機組運行優(yōu)化建議

汽輪機沖轉(zhuǎn)過程中，必須就地嚴密監(jiān)視汽輪機轉(zhuǎn)速的變化及機組聲音、振動、各軸承溫度等變化情況。應(yīng)確認高壓缸通風閥在打開位置，并嚴密監(jiān)視高壓缸排汽口金屬溫度變化。沖轉(zhuǎn)升速過程，禁止利用“調(diào)節(jié)器設(shè)定”進行手動方式增減轉(zhuǎn)速。及時調(diào)整高低壓旁路系統(tǒng)，按啟動曲線控制汽溫、汽壓。及時調(diào)整排汽裝置熱井、除氧器水位，注意軸封壓力的變化。

沖轉(zhuǎn)過程中禁止在臨界轉(zhuǎn)速附近停留，振動超限保護拒動時應(yīng)立即打閘停機，投入連續(xù)盤車，檢查大軸彎曲值，待大軸彎曲值回到原始值并檢查機組無異常、連續(xù)盤車時間足夠（應(yīng)不少于4小時）后方可重新啟動[4]。嚴禁降低轉(zhuǎn)速暖機或強迫升速。在中速暖機前軸承振動不得超過30μm，過臨界轉(zhuǎn)速時，軸承振動不得超過80μm，軸振不得超過150μm，當軸承振動達100μm 或軸振達250μm時，應(yīng)緊急打閘停機。

火電廠里有很多重要的輸配電設(shè)備，汽輪機發(fā)電組就是其中之一，對其進行有效地預(yù)防并控制故障，才能使汽輪發(fā)電組穩(wěn)定而高效地運行[5]。如何有效解決汽輪機組振動大的現(xiàn)象，需技術(shù)人員進一步研究分析數(shù)據(jù)，提出對應(yīng)的優(yōu)化運行策略，從而提高汽輪機組的運行可靠性能。