劉柳

（江蘇華電通州熱電有限公司， 江蘇 南通， 226300）

0 引言

某雙軸布置的聯(lián)合循環(huán)機組汽輪機在運行兩年后出現(xiàn)#1-2 軸承軸振異常現(xiàn)象， 具體表現(xiàn)為#1-2 軸承軸振值迅速爬升并在半小時內(nèi)快速回落至基礎(chǔ)軸振值。 電廠專業(yè)技術(shù)人員經(jīng)過研究分析軸振異?，F(xiàn)象由汽輪機動靜部件摩擦引起， 并在機組大修中成功發(fā)現(xiàn)摩擦部位并進行處理， 機組修后啟動運行， 軸振異?，F(xiàn)象消除。

1 機組運行概況

1.1 機組概況

某電廠使用的西門子V94.2 型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組為雙軸布置， 其配套的聯(lián)合循環(huán)汽機為上海汽輪廠生產(chǎn)。 本汽輪機為次高壓、 單缸、 單軸、 雙壓、 無再熱、 無回?zé)帷?抽汽凝汽式汽輪機，汽缸前部（第1-5 級）為雙層結(jié)構(gòu)， 之后為單層結(jié)構(gòu)。 汽缸內(nèi)裝有高壓內(nèi)缸， 中壓隔板套， 1 個中壓蒸汽室， 低壓隔板套， 前汽封和后汽封等部套，通流部分共由14 級壓力級和1 級中壓調(diào)節(jié)級組成。 汽輪機轉(zhuǎn)子為雙支點， #1-2 軸承為可傾瓦，發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸承為橢圓瓦， 汽輪機軸系布置見圖1。 汽輪機轉(zhuǎn)子與發(fā)電機借助與汽輪機轉(zhuǎn)子一體的鋼性聯(lián)軸器相連[1]。

圖1 汽輪機軸系布置圖

1.2 軸振異常現(xiàn)象描述

聯(lián)合循環(huán)機組配套的汽輪機自2016 年12 月投入商業(yè)運行以來軸系振動一直良好。 運行兩年后， 從2019 年開始， 汽輪機在供熱量或者負(fù)荷發(fā)生波動時會出現(xiàn)軸振異?，F(xiàn)象， 具體表現(xiàn)為汽機#1-2 可傾瓦的X 向及Y 向軸振值會在半小時內(nèi)快速爬升至120 μm 左右后回落至基礎(chǔ)振動值， 瓦振增幅不明顯， 軸振先突升后突降的異?，F(xiàn)象無明顯規(guī)律變化可尋， 主要發(fā)生于汽機供熱量和負(fù)荷變化時， 軸振最高已達130 μm,超過報警值127 μm， 嚴(yán)重威脅機組安全運行。

2 原因分析

2.1 振動發(fā)生時的參數(shù)

通過DCS 及汽輪機TDM 系統(tǒng)， 調(diào)取汽輪機軸振異常發(fā)生的振動參數(shù)及圖表， 分別見表1 和圖2-5。

表1 軸振異常發(fā)生時#1-4 軸承軸振數(shù)值 μm

圖2 振動時域波形圖

圖3 振動時頻譜圖

圖4 振動時#1 瓦軸心軌跡

圖5 振動時#2 瓦軸心軌跡

2.2 軸振異常原因分析

（1）軸振異?，F(xiàn)象始發(fā)于 2019 年初， 2016 年12 月機組投產(chǎn)以來汽輪機各軸承軸振值一直穩(wěn)定無異常波動， 應(yīng)將動靜摩擦作為軸振異常的重點原因進行排查；

（2）由表 1 數(shù)據(jù)可以看出， 1X 向軸振增大時，1Y 也同時增大， 2X 向振動增大時， 2Y 也同時增大， 而發(fā)電機軸承 3X， 3Y， 4X， 4Y 軸振值幾乎無變化， 排除汽輪機軸系存在問題， 推斷#1～2 軸承振動可能因為動靜摩擦引起， 且#1 軸承處摩擦相對劇烈；

（3）查閱系統(tǒng)振動歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時， 隨運行時間的增長， 振動量值和相位發(fā)生明顯的波動， 波動幅值和波動周期都是隨機的。 由圖2 時域波形圖及圖3 頻譜圖可以看出， 剛開始發(fā)生碰磨時， 轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動頻率成分幅值較高， #1-2 軸承振動頻率均以工頻為主， #1 軸承有時伴隨出現(xiàn)了少量半頻、 倍頻和高頻， #2 軸承的1 倍頻及2 倍頻分量較#1 軸承偏高并伴有少量高頻， 顯示#2 軸承的軸振是受到#1 軸承的軸振直接影響， 此時轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定圓周局部碰摩狀態(tài)， 這是典型早期碰磨振動特征[2]；

（4）由圖2 時域波形圖及圖4-5 軸承軸心軌跡可以分析： 當(dāng)軸振異常現(xiàn)象發(fā)生時， 時域波形為正弦波， 附帶有明顯毛刺,有時波形存在 “削頂”現(xiàn)象， 且軸心軌跡呈現(xiàn)出 “花狀”， 這些都是動靜摩擦振動的顯著特征。

2.3 分析結(jié)論

通過汽輪機軸振異常發(fā)生時的振動參數(shù)及圖表分析得出： 軸振異常由汽輪機內(nèi)部動靜部分構(gòu)件摩擦引起。

3 明確振動原因及處理過程

3.1 軸振異常原因確認(rèn)

汽輪機開缸后， 發(fā)現(xiàn)第一級動葉葉頂汽封（汽機側(cè)）阻汽片（鑲嵌于第一級隔板上）破損， 上半隔板第一道高齒破損， 下半隔板第三道高齒破損， 破損照片如圖6。 阻汽片破損后卷邊導(dǎo)致葉頂汽封軸向間隙變小， 汽機在供熱量或者負(fù)荷波動時汽機轉(zhuǎn)子軸向位移發(fā)生變化（推力間隙范圍內(nèi)），轉(zhuǎn)子葉頂凸肩與卷邊的阻汽片發(fā)生動靜碰磨造成汽機振動加劇， 軸振迅速攀升， 碰磨點磨平后軸振又迅速回落至基礎(chǔ)振動值。

圖6 破損的汽封齒

汽輪機揭缸后的發(fā)現(xiàn)明確了汽機軸振異常原因是動靜摩擦。

3.2 缺陷處理過程

在機組檢修過程中， 對破損的汽封阻汽片進行修復(fù)， 剔除舊的阻汽片， 按照工藝要求鑲嵌新的阻汽片， 調(diào)整通流間隙至合格值。

3.3 修后機組運行情況

本次檢修通過調(diào)整1/2 號軸承間隙， 有效降低了1/2 號瓦基礎(chǔ)軸振值， 修后 2 號汽機 1 瓦 X 向34 μm， Y 向 33 μm， 2 瓦 X 向 37 μm， Y 向 33 μm， 基礎(chǔ)軸振值較修前降低 15 μm 以上， 極大提高了機組運行的安全性， 修后值詳見表2。 同時，修后2 號汽機1/2 瓦軸振曲線平穩(wěn)， 不隨供熱及負(fù)荷波動出現(xiàn)急劇爬升的異?，F(xiàn)象。

表2 修后#1-4 軸承軸振數(shù)值 μm

4 結(jié)束語

這是一起典型的由于動靜摩擦引起的聯(lián)合循環(huán)機組汽輪機振動異常案例， 從這起案例的分析和處理過程來看， 對于汽輪機運行中發(fā)生的振動異常問題， 可以通過對振動趨勢、 時域波形圖、頻譜分析圖、 軸心軌跡、 波特圖等數(shù)據(jù)的分析及時判斷振動產(chǎn)生的機理和原因， 有針對性地進行檢修。 汽輪機運行過程中軸系振動的好壞直接影響到機組軸承瓦溫， 嚴(yán)重的甚至影響機組啟動。因此， 對于機組運行中出現(xiàn)的振動異常要及時進行分析和處理， 才能有效地減少引起軸系振動增大的因素， 保障機組安全穩(wěn)定運行。