某電廠350 MW汽輪機振動分析及處理

陳維，王振杰

(中國能源建設集團湖南火電建設有限公司，湖南長沙410015)

某電廠350 MW汽輪機振動分析及處理

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

陳維，王振杰

(中國能源建設集團湖南火電建設有限公司，湖南長沙410015)

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

汽輪機；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，裝機容量越來越大，由于節(jié)能降耗，許多電廠對汽輪機動靜間隙要求越來越小，這樣加劇了汽輪機汽流激振的產(chǎn)生概率，嚴重地影響電廠安全、經(jīng)濟運行，甚至影響汽輪機的運行壽命。

某電廠2號機組汽輪機為東方汽輪機有限責任公司制造的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。軸系由高中壓轉子、低壓轉子、發(fā)電機轉子通過剛性聯(lián)軸器連接而成，共6個軸瓦，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)電機端蓋上。軸系臨界轉速為:發(fā)電機轉子一階轉速1 352 r/min，高中壓轉子一階轉速1 616 r/min，低壓轉子一階轉速1 941 r/min，發(fā)電機轉子二階轉速3 514 r/min，整個軸系臨界轉速區(qū)為1 250～1 900 r/min。

1 振動特征及原因分析

1.1 汽輪機運行振動簡介

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

1.2 振動特征分析

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

1)高負荷運行時，1，2號瓦軸振不穩(wěn)定，上下波動大。

2)振動跟負荷、蒸汽流量關系明顯，低負荷時振動小，波動的幅度小；高負荷時振動增大，波動的范圍也變大。

3)振動有突發(fā)性，負荷增大后，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，低負荷時低頻分量有10～20 μm左右；高負荷時低頻分量有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)生的原因是由于機組容量大、轉子長，轉子撓度也大，因而剛性相對較差，同時轉子安裝不良，動靜部分的中心有偏差，在整個圓周上的有些部位，一些蒸汽通過轉子的動葉復環(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，這樣整個圓周壓力不平衡，再加上軸瓦穩(wěn)定性不高，在高負荷下就可能產(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，在運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、潤滑油溫升降試驗、單閥改順序閥運行并進行閥序調(diào)整試驗。

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

2.1 變負荷試驗

試驗中，負荷從初始的220 MW逐步增加負荷，觀察負荷變化對振動的影響趨勢。當負荷增加到290 MW以上時，1，2號軸承振動明顯增大一個臺階。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

負荷增大到290 MW以上，2號軸振動明顯增大并且上下波動范圍變大。此時保持負荷穩(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

在油溫試驗基礎上，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負荷運行，振動基本穩(wěn)定在70 μm左右。

2.4 單閥切順序閥試驗

2013年06月26日上午，機組單閥運行，帶負荷240 MW，2X軸振動基本穩(wěn)定在60 μm左右。升負荷至295 MW前，振動基本穩(wěn)定在80 μm以下。繼續(xù)升負荷至303 MW時，振動幅值及波動范圍加大，2X軸振動最大值159 μm。隨即降負荷至200 MW運行。13時00分左右，機組帶負荷200 MW穩(wěn)定運行時，從單閥切換至順序閥運行方式，此時進汽方式為CV1，CV2全開，CV3根據(jù)負荷情況調(diào)節(jié)、CV4全關。切換后，2X軸振動穩(wěn)定在60 μm左右，負荷加至310 MW之前，2X軸振動基本穩(wěn)定在80 μm以下。負荷加到315 MW時，2X軸振動波動范圍開始加大，最大達到100 μm左右。繼續(xù)加負荷直至滿負荷350 MW時，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)與2X軸振動的關系見圖1。

圖1 單閥切順序閥 (4號閥全關)與2X軸振動的關系

2.5 順序閥閥序切換試驗

2013年08月24日，將順序閥的閥序修改后，進汽方式為:CV3，CV4全開，CV1根據(jù)負荷情況調(diào)節(jié)、CV2全關。升負荷至350 MW時，2X振動為56 μm。另外在試驗過程中發(fā)現(xiàn)在CV2全關的狀態(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)與2X軸振動的關系見圖2。

圖2 單閥切順序閥 (2號閥全關)與2X軸振動的關系

3 處理結果

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

圖3 噴嘴序號及噴嘴個數(shù)分布情況

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

表1 機組滿負荷運行狀態(tài)軸承振動及軸瓦溫度情況

4 安裝及調(diào)試過程中應注意的問題

4.1 安裝過程中應注意的問題

1)汽封間隙的調(diào)整:在安裝過程中汽封調(diào)整時應使缸體四周與葉輪前部動靜間隙盡量均勻，當然，在設計左右汽封間隙偏差的機組，要盡量按照設計偏差來調(diào)整，這樣才能保證在機組運行后轉子在汽缸中心位置。在設計要求范圍內(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子，減少軸承比壓，導致軸承穩(wěn)定性降低。

2)軸系中心的調(diào)整:在東汽300 MW機組在運行中普遍存在2號軸承座上抬，2號軸承座標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候，中低對輪中心張口取上限值，圓周高中壓轉子靠背輪側取上限值。

3)汽門及管道的安裝〔4〕:汽門及導氣管的安裝，一般應在汽封通流間隙驗收前安裝完成，這樣就不會在焊接汽門導氣管時產(chǎn)生焊接應力，導致汽缸中心偏移，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，汽門及導氣管沒有在通流間隙驗收前安裝完畢，我們應在汽缸貓爪位置及軸承箱四角架設百分表監(jiān)視，百分表讀數(shù)變化超過0.02 mm時應停止燒焊，待百分表讀數(shù)恢復后再進行燒焊。另外，抽汽管道的安裝，必須在通流間隙驗收合格前安裝至第一個支吊架。

4)軸瓦安裝:對于產(chǎn)生汽流激振的機組，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 運行方面過程中應注意的問題

在運行過程中出現(xiàn)汽流激振時，我們應采取升高潤滑油溫、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 結論

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

2)在機組運行時，適當提高潤滑油溫度，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超臨界汽輪機汽流激振問題的解決〔J〕.東北電力技術.2002(3):4-7.

〔2〕胡惠平.淺析汽輪發(fā)電機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〕張學延，王延博，張衛(wèi)軍.大型汽輪機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電力建設施工及驗收技術規(guī)范－汽輪機機組篇〔S〕.北京:中國電力出版社，1992.

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

TM311

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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，大學本科，工程師，主要從事大型火力發(fā)電廠汽輪機等熱力設備安裝技術管理及調(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，大學本科，工程師，主要從事大型火力發(fā)電廠汽輪機等熱力設備安裝技術管理工作。