汽轮机#1瓦轴振动异常原因分析及处理措施

李东升

[摘    要]许昌龙岗发电有限责任公司2号机组350MW亚临界单轴双缸双排汽、一次再热冷凝式汽轮发电机组，机组正常运行中，在低负荷阶段，频繁发生#1瓦轴振波动问题，振动波动持续时长约2h。针对#1瓦轴振波动情况，邀请大唐华中电力试验研究院，对#1瓦轴振动数据进行在线采集，并进行故障诊断，分析认为#1瓦轴振动是轴承外油挡积碳严重导致动静碰磨，引起振动波动大，通过对#1瓦轴油挡处积碳进行清理，并将油挡间隙调整至设计值，机组启动后，振动正常，未出现波动情况，保证了机组安全稳定运行。

[关键词]汽轮发电机组;轴系;振动;波动

[中图分类号]TM621 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）10–00–03

Cause Analysis and Treatment Measures for Abnormal Vibration of

Steam Turbine 1 Bearing

Li Dong-sheng

[Abstract]In the normal operation of 350MW subcritical single shaft double cylinder double exhaust and once reheat condensing steam turbine generator unit of Xuchang Longgang Power Generation Co.， Ltd.， in the low load stage， the vibration fluctuation of  bearing shaft occurs frequently， and the vibration fluctuation lasts for about two hours. According to the vibration fluctuation of Normal， no fluctuations， to ensure the safe and stable operation of the unit.

[Keywords]steam turbine generator set; shafting; vibration; fluctuation

许昌龙岗发电有限责任公司两台350 MW机组（编号分别为#1、#2）由美国西屋公司总承包，上海汽轮机厂组装建造，2001年投入商业运行，该机组为亚临界单轴双缸双排汽、一次再热冷凝式汽轮发电机组，高中压缸采用合缸，高中压转子一体，采用整体锻造，为减少机组运行时的轴向推力，在设计和制造上采用高、中压缸合缸对称布置，低压缸双缸、进汽分流布置，这样可以在运行时相互抵消部分轴向推力，从而可以减轻推力轴承的负荷，并可减小推力轴承的尺寸，大大提高安全运行系数。

汽轮机的通流部分分为：高缸、中缸、低缸3部分组成，由锅炉过热器来的新蒸汽首先进入高压缸做功，做过功的蒸汽返回到锅炉再热器进行加热，温度提到额定值后再到中缸做功，而后排到低缸，乏汽回到凝汽器。汽轮机缸体均采用双层缸结构，由内缸和外缸分别承受机械应力和热应力，双层缸可减轻每层缸所承受的综合应力，由于每层缸所承受的应力下降，可相应的降低每层汽缸的厚度，减少贵重金属的消耗量，降低设备的成本，提高电厂的经济性。汽轮机喷嘴隔板组装在内缸上，每级隔板与转子之间均有梳齿汽封，使汽轮机级内损失减小到最小以提高机组的内效率。高缸有一个调节级、和14个压力级，中缸有8个压力级，低缸有2×7个压力级，其低压缸末级叶片长度为980 mm。本机组共有7个轴瓦，#1、#2轴瓦支撑高中压转子，#3、#4轴瓦支撑低压转子，#5、#6轴瓦为发电机的2个端盖轴瓦，#7轴瓦为励磁机支撑轴承。其中#1、#2、#3、#4、#5、#6轴瓦为可倾瓦。支持轴承形式：巴氏合金自找中圆形推力轴承组成，各转子之间用刚性联轴器连接。

由锅炉过热器来的一次汽经过汽机侧主蒸汽管道三通后，分为两路经高压主汽门、调节汽门进入高压缸做功，锅炉再热器来的二次汽经过汽机侧再热蒸汽管道三通后，分为两路经中压主汽门、调节汽门进入中、低压缸做功。高压缸有两个主汽门和四个调节汽门，中压缸有两个主汽门和两个调节汽门，由上海汽轮机厂生产，性能可靠，使汽轮机在整个运行范围内能够随意选择节流调节与喷嘴调节，并能够实现两者间无扰切换，从而达到有效控制汽機出力及转速的目的。

轴系结构，如图1所示：

#1轴承是由四块巴氏合金组成的自找中型轴承轴承油系统，润滑油通过四个位于水平和垂直中心线的明管进入轴承瓦块，同时为了防止大量的油从轴承端泄漏，采用了油密封环和油封环护圈由轴承支承环支撑并被其平分。

1 事件描述

2018年3月1日4点55分，监盘发现：2号机1瓦X向振动由77 μm突增至106 μm，Y向振动由88 μm突增至114 μm，后缓慢下降至突变前数值，盘前检查机组负荷、大机调门开度、大机润滑油温、主汽温稳定，派巡检就地检查未发现异常。查历史数据，2号机刚启动时175 MW稳定负荷下#1瓦轴振动为61 μm/68 μm，现175 MW稳定负荷下#1瓦轴振动逐步增大至72 μm/81 μm。

2018年3月23日至3月24日，联系大唐华中电力试验研究院对振动原因进行分析，并对机组振动情况进行监测。自3月1日以来，运行中，#1瓦轴承轴振出现多次波动，其中，x轴振最大至111 μm，y轴振最大至119 μm，振动波动持续时长约1-2h。查看运行数据，未发现与振动趋势明显相关参数，振动波动以基频分量为主，分析认为振动波动是动静部件碰磨导致，如表1所示。

2019年4月11日前夜班，23：30监盘发现2号机大机#1瓦轴振缓慢上涨，x：上涨至113 μm（正常73 μm），y：上涨至118 μm（正常80 μm）;#2瓦轴振下降，x：下降至37 μm（正常47 μm），y：下降至38 μm（正常48 μm），其他轴振无明显变化。查看大机高低加、润滑油、TSI各参数无异常，00：15#1瓦轴振自动逐步恢复至正常值。查看运行数据，未发现与振动趋势明显相关参数。

2 原因分析

2号机组#1瓦轴自2018年3月1日以来，机组正常重，频繁出现#1瓦轴振动波动问题，然后缓慢下降至突变前数值，查询历史数据，未未发现与振动趋势明显相关参数。

根据2号机#1瓦轴振动波动数据以及华中院对#1瓦轴振动在线监测情况，结合#1瓦轴结构，分析振动原因如下：

2.1 汽流激振引起#1瓦軸振波动

汽流激振多发生在高中压转子上，属于典型的低频失稳振动，振动分量以0.5倍频分量为主，结合华中院振动分析报告，#1瓦轴承振动波动以基频分量为主，排处汽流激振引起#1瓦轴振波动。

2.2 汽轮机调节阀运行方式不合理造成#1瓦轴振波动

2号机组配汽机构采用喷嘴调节，喷嘴配汽如果设计不合理，调节级在部分进汽时会产生较大的配汽不平衡汽流力，影响机组安全稳定运行，同时由于转子轴心位置发生偏移，支撑高压转子的油膜厚度发生变化，造成轴瓦稳定性差，振动增加。高压部分配置2个高压主汽调节联合阀，共2个主汽阀、4个高压调阀;对应关系为TV1—GV1/3、TV2—GV2/4。高压调阀原设计阀序为GV3/4→GV2→GV1，布置示意图如图2所示，联系热控人员将阀序改为GV3/4→GV1→GV2，通过运行，#1瓦轴在低负荷时仍出现振动波动情况，排除汽轮机调节阀阀序设计不合理造成#1瓦轴振波动。

2.3 油膜振荡引起#1瓦轴振波动

发生油膜振荡时，振幅突然增加，声音异常，轴承润滑油温度变化对振动有明显的影响，降低润滑油温度可以有效低抑制振动。通过就地听针检查#1瓦轴未发现异常声音，同时，联系运行人员调整润滑油温度，振动变化趋势不明显，排除油膜振荡引起#1瓦轴振波动。

2.4 #1瓦轴零部件松动或有缺陷导致振动波动

汽轮机轴瓦对汽轮机转子起支撑作用，机组运行过程中，各种振动会使零部件发生松动，无法有效地汽轮机转子进行约束，同时，零部件松动会造成与转子动静碰磨，导致振动大，另外，轴瓦有缺陷，如轴瓦巴氏合金脱胎、龟裂，轴瓦按照间隙不合格，瓦壳在轴承座中松动等均会造成振动波动，对#1瓦解体未发现零部件松动问题，复测轴瓦间隙，金相检查轴瓦钨金均正常。

2.5 #1瓦轴外油挡积碳导致动静碰磨引起振动波动

高中压缸调速器端与#1瓦轴承室间距较小，受轴封体处保温层厚度和保温质量的影响，高中压转子油档处的温度较高，机组运行中高中压转子油档处温度始终在100 ℃以上。在轴承箱的微负压作用下，进入油挡的赃物也随之增多，油挡内残留的润滑油和轴承室负压吸进来的保温棉絮等杂质混合物黏结在油挡密封齿上，形成碳化固体颗粒，堵塞在油挡上铜齿间，在高温作用下形成积碳。当积碳高出铜齿并达到一定高度后，与转子发生碰磨引起振动。机组振动将积碳磨掉后，轴系重新达到稳定状态，轴承振动恢复正常值，随着新积碳的产生，又发生振动，如此反复。

3 处理措施

2019年6月22日，针对2号机#1瓦轴承轴振运行中振动波动大，通过修前对1瓦轴承振动进行监测分析，结合就地检查情况，以及1瓦振动频谱图，认为2号机#1瓦轴处外油挡存在碰磨导致，6月24日，揭开#1瓦轴后，轴瓦本体检查正常，安装间隙等符合设计标准，检查外油挡后发现1瓦外油挡处积碳严重，对2号机#1瓦轴外油挡处积碳进行清理后，2019年7月3日，2号机启动后并网运行后，#1瓦轴承轴振正常，未出现波动情况。

4 结语

汽轮发电机组担负着火力发电企业发电任务的重点，由于其运行时间长、关键部位长期磨损等原因，汽轮机组故障时常出现，严重影响发电机组的正常运行，汽轮机组异常振动是汽轮机常见故障中较为复杂的一种，汽轮机运行中振动大小，是机组安全与经济运行的重要指标，也是判断机组检修的重要指标。汽轮机运转中振动大，可能会造成轴封磨损、轴瓦损坏、转动部件材料的疲劳强度降低、调速系统不稳定、危急遮断器误动作等，严重影响机组的正常运行。

积碳碰磨引起的振动波动问题主要原因是#1瓦轴外油档齿处积碳造成的动静摩擦引起，通过按照检修质量标准调整油挡间隙，并定期清理油挡积碳，以减缓油档积碳速度、降低发生碰磨引起振动的可能性。

参考文献

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