关于一起汽轮机大修后振动大的原因分析与应对措施

摘  要：本文通过某电厂11号汽轮机大修并网后机组振动大的事件，详细阐述了参数变化、原因排查以及应对措施，对汽轮机动静碰磨产生的振动进行了分析，并针对不同部位产生的动静磨擦采取的不同措施提出了建议。

关键词：汽轮机;振动;动静碰磨

1.前言

火力发电厂中汽轮机运行中振动的大小，是机组安全与经济运行的重要指标，也是判断机组检修质量的重要指标。汽轮机组运行中振动大会导致轴封、隔板、轴瓦等损坏，甚至会引发叶片断裂等恶性设备事故，其发生的原因主要有启动过暖机不充分、动静碰磨、转子质量不平衡、油膜震荡、气缸进汽不均衡等。因此，汽轮机发出现振动的工况时，要及时分析机组运行参数，准确判定原因，采取有针对性的措施，有效控制机组振动，避免发展扩大，导致发生不安全事件。

2.设备概述

某电厂11号机组为上海汽轮机厂生产的亚临界、单轴、中间再热、双缸双排汽、空冷、抽汽供热式汽轮机。高中压部分采用合缸反流结构，高压缸由1级单列调节级（冲动式）和11级压力级（反动式）所组成;中压缸为全反动式压力级，共12级。低压缸采用双流反动式压力级，共2×6级。

推力轴承设在高中压缸端部的前轴承座内，在推力轴承处形成转子的相对死点。低压外缸两侧的端汽封分别固定在中轴承座和后轴承座下部并通过波纹管与低压外缸相连，既能保持低压外缸真空的密封，又能在低压外缸真空变化时，不影响端汽封的径向间隙。中、后轴承座及低压缸各有一个死点，汽轮机在轴向和横向定位板中心线的交点处形成死点，所以在中、后轴承座及低压缸各有一个死点。中轴承座的死点也可看作是静止部分的死点;低压缸死点在距离低压缸排汽中心线600mm并靠近调阀端的一点。低压转子的3号、4号轴承采用可倾瓦式，3号、4号轴承分别安装在中、后轴承箱内落地布置。

3.事件过程

11号机组于2021年10月29日A级检修结束，按照省调安排，于10月30日开始机组启动，机组于11月1日12：03正式并网。在接带负荷至135MW时，汽轮机低压缸3号、4号轴承轴振同时出现明显上涨的趋势，其它轴承轴振也小幅增加，就地实测振动增大，听音未发现明显异常。通过汽轮机振动和故障诊断系统（TDM）发现3号、4号轴承轴振动频谱主要为工频振动，幅值较大且相位变化大于360°，初步判断为低压缸部分发生轻微动静摩擦，有可能发生在轴封、叶片围带汽封、隔板汽封等部位。立即停止增加负荷，观察振动变化。

首先，对运行参数进行了检查：低壓轴封母管温度160℃，压力35KPa无异常波动;主、再热蒸汽压力温度增加平稳;排汽装置真空维持在-80KPa;汽缸膨胀为18.7mm，胀差为7.0mm，上下缸温差均小于25℃。各参数均控制在正常范围，排除了运行参数控制异常造成动静间隙消失发生摩擦的原因。

其次，针对低压缸部分装配间隙小，在缸体轻微变形时通流部分径向间隙消失发生的摩擦情况，采取稳定负荷、提高润滑油温、降低机组真空、改变低压轴封温度的方法观察振动变化情况。通过调整发现降低真空3KPa左右时，3号、4号轴承轴振由上升趋势变为平缓下降，TDM系统显示轴振幅值下降，相位变化稳定，动静碰摩现象消失。

振动有效控制后，逐步增加负荷至190MW，真空降至-69KPa，轴振动逐步小于50μm且保持基本稳定。但是，当排气装置真空由-69KPa提高至-72KPa时，3号、4号轴承轴振由50μm左右增大至125μm左右，且有继续增大趋势，于是，再次将排汽装置真空降到65KPa左右后，3号、4号轴承轴振降至45μm左右。故判断周振大的原因为：为低压缸通流部分或端部轴封，在真空较高时缸体下沉，径向间隙变小发生碰摩。

2021年11月3日，通过改变轴封压力观察3号、4号轴承轴振变化情况。机组负荷190MW，提高真空至-72KPa，3号、4号轴承轴振由45μm升高至101μm。提高轴封母管压力由35Kpa至46Kpa，发现轴振首先下降至57μm后上升，最高达到110μm。发现提高轴封压力后轴振动有明显下降趋势，判断低压缸端部轴封存在动静碰摩。

4.原因分析

某电厂11号机组于2021年9月5日-10月30日进行了汽轮机揭缸大修检查工作。并对高中低压缸的汽封和轴封齿进行了修复更换。其中，低压缸端部轴封单侧为四道轴封，从外向里分别编号为1、2、3、4，其中最外一道的汽封环（编号为1）径向间隙标准为：0.7-0.8mm，其他三道（编号为2、3、4）径向间隙标准为：0.45-0.55mm。

此次机组大修时，对低压缸前后端部8道接触轴封进行更换，并由厂家进行了间隙调整。调整后，端部轴封间隙测量采取全实缸压胶布的方法（胶布单层厚度为0.25mm），编号1的汽封环两层胶布不接触，三层胶布轻接触;编号2、3、4汽封环两层胶布轻接触，三层胶布重接触。

结合事件过程参数分析，此次造成3号、4号瓦轴振大的原因是，大修更换安装低压缸轴封齿时，汽轮机低压缸上部轴封预留间隙较小，机组启动受热后产生动静部分碰磨，导致低压缸3号、4号轴振偏大。当降低排汽装置真空后，低压缸缸体呈向上部变形的趋势，使得低压缸上部轴封片和转子间隙变大，减缓了碰磨。在多次反复提高真空，进行转子和轴封片碰磨后，上部间隙变大，3号、4号瓦振动恢复正常。

5.措施建议

5.1根据分析判断的原因，运行人员采取了以下措施：

5.1.1 维持汽轮机轴封压力46KPa，反复调整真空，使3号、4号瓦振动在45至120μm之间变化，通过摩擦逐步消除动静接触。于11月6日将真空逐步提高至-82Kpa，轴封母管压力恢复到35Kpa，汽轮机3号、4号瓦轴振动可稳定在30-45μm范围内，振动恢复正常。

5.1.2 在运行继续监视3号、4号瓦轴振变化情况，发现轴振有快速上涨趋势时，及时采取降真空措施，控制轴振不大于130μm。

5.2针对此次汽轮机振动大的事件，笔者建议：

5.2.1在机组大修时，总结全实缸压胶布轴封间隙测量方法经验，留存好11号汽轮机轴封间隙调整的相关参数，为下次机组大修提供间隙调整参考依据，避免间隙调整过小或过大。

5.2.2在机组启动时，要进行充分暖机，保证汽缸足够的膨胀量，并控制胀差在允许的范围内，避免机组并网带负荷后振动增加。

5.2.3 机组冷态启动后，由于缸体和转子膨胀不均，易发生动静碰磨，调整凝汽器真空可有效调整缓解动静间隙。但是需要注意的是，针对落地轴承，上部间隙减小时应采用降低真空，而下部间隙减小时应采用增加真空。

作者简介：

董志超（1974），男，山西省太原市清徐县，太原第二热电厂总工程师，高级工程师，火力发电。