燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)單轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)組振動處理

程遠(yuǎn)林

（大唐蘇州熱電有限責(zé)任公司，江蘇蘇州215214）

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)單轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)組振動處理

程遠(yuǎn)林

（大唐蘇州熱電有限責(zé)任公司，江蘇蘇州215214）

某燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行中汽輪機(jī)組1#瓦和4#瓦突然出現(xiàn)振動緩慢增大的異常情況，最大值達(dá)到152 μm。分析機(jī)組參數(shù)，發(fā)現(xiàn)軸封蒸汽溫度對機(jī)組振動的影響比較大，分析軸封蒸汽溫度對機(jī)組振動的影響，進(jìn)行處理。

燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組；振動；軸封溫度

0 前言

近年來，隨著國家對環(huán)保要求日益提高，國內(nèi)天然氣發(fā)電裝機(jī)容量快速增加，裝機(jī)和發(fā)電量占比也逐漸增大。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會《“十三五”天然氣發(fā)電需求預(yù)測》報告，2020年我國天然氣發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到1億千瓦，占總發(fā)電裝機(jī)容量的4.71%。燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，主要有燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐和汽輪機(jī)組成，一般燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)分軸布置。目前國內(nèi)E級燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組裝配較多，聯(lián)合循環(huán)的容量大約在200 MW，配套的汽輪機(jī)功率在100 MW以下，汽輪機(jī)一般以調(diào)整抽汽供熱機(jī)組為主。由于汽輪機(jī)容量較小，一般采用單一轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。由于汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)查，任何一個設(shè)備或參數(shù)的變化，如主汽參數(shù)、潤滑油溫、疏水和軸封溫度的變化，都可能引起汽輪機(jī)組振動，遇到汽輪機(jī)振動，需認(rèn)真分析、查找原因，最終找到解決的方法。汽輪機(jī)發(fā)生振動異常，將直接威脅汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行，應(yīng)認(rèn)真分析，設(shè)法消除。

1 機(jī)組異常振動的原因分析

（1）汽輪機(jī)組啟動過程中，如疏水不徹底，暖機(jī)時間不充分，汽輪機(jī)升速過快，汽輪機(jī)加負(fù)荷過快，都將引起汽輪機(jī)汽缸膨脹不均勻，造成汽缸相對于轉(zhuǎn)子的熱偏移變大，嚴(yán)重的造成轉(zhuǎn)子和汽缸的摩擦，引起汽輪機(jī)組振動。

（2）汽輪機(jī)組正常運(yùn)行中，真空不正常降低，使得排氣缸溫度上升，導(dǎo)致后軸承座受熱膨脹抬高，引起汽輪機(jī)中心偏移，導(dǎo)致汽輪機(jī)振動。

（3）汽輪機(jī)運(yùn)行中葉片斷裂、脫落、結(jié)垢、腐蝕，平衡塊脫落，造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，引起汽輪機(jī)振動。

（4）汽輪機(jī)葉片受到汽流沖擊產(chǎn)生激振力引起轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生不平衡力，引起汽輪機(jī)組振動。

（5）汽輪機(jī)內(nèi)部構(gòu)件發(fā)生異常，如隔板、葉片變形，內(nèi)部通流間隙片偏小，滑銷系統(tǒng)發(fā)生卡澀汽輪機(jī)汽缸不能自由膨脹，導(dǎo)致內(nèi)部件摩擦，引起汽輪機(jī)振動。

2 某單轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)振動異常處理

某燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，配套燃機(jī)為南京汽輪電機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（以下簡稱南汽）設(shè)計(jì)制造的PG9171E型燃機(jī)（GE公司提供技術(shù)支持），汽輪機(jī)為南汽的LCZ60-5.8/1.3/0.58，雙壓（帶補(bǔ)汽）、可調(diào)抽汽凝汽式聯(lián)供熱抽汽凝汽式汽輪機(jī)，配以南汽生產(chǎn)的QFW-60-2型發(fā)電機(jī)。該汽輪機(jī)為雙壓、沖動、單排汽、單軸、可調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機(jī)，汽缸前部（第1至第6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、四級隔板套、18級隔板、前汽封和后汽封等部套，通流部分由18級壓力級組成。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為二支點(diǎn)支承，分別為1#推力支持聯(lián)合軸承和2#支持軸承，1#軸承為三層帶瓦襯橢圓軸承，1#軸承為二層帶瓦襯橢圓軸承。支持部分尺寸為1#Φ300×240，2#Φ325×260。1#推力部分為可傾瓦推力軸承，推力瓦塊為10塊，內(nèi)、外徑分別為Φ296 mm和Φ545 mm，定位瓦塊為10塊，內(nèi)、外徑分別為Φ300 mm和Φ545 mm。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子通過一副半撓性波型聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為整鍛加4級套裝葉輪結(jié)構(gòu)，裝有18級葉片，其軸系布置見圖1。2015年6月18日該汽輪機(jī)組1#瓦和1#瓦在運(yùn)行中突然出現(xiàn)振動緩慢增大的異常情況，由94 μm逐漸升至152 μm，通過調(diào)整潤滑油溫等參數(shù)，振動最終穩(wěn)定在142 μm左右。

圖1 軸系布置圖

2.1 運(yùn)行工況

2015年6月18日14時50分，該汽輪機(jī)1#瓦和4#瓦軸振在運(yùn)行中突然出現(xiàn)振動緩慢增大的異常情況，最大振動值達(dá)到152 μm（1X：152 μm）?，F(xiàn)場用聽針檢查汽輪機(jī)本體未聽到異常響聲，17時20分調(diào)整潤滑油溫由40℃升至43℃后，機(jī)組最大振動降至142 μm（1X：142 μm），穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 數(shù)據(jù)測量采集

分析18日該機(jī)組振動異常變化原因，對該汽輪機(jī)組降負(fù)荷及停運(yùn)過程的振動情況進(jìn)行現(xiàn)場測試。所有信號取自機(jī)組TSI（本特利3500）緩沖輸出BNC端子，并采用合肥偉博測控公司生產(chǎn)的Vibro916 16通道振動信號采集分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析?，F(xiàn)場測試各軸瓦振動采集數(shù)據(jù)見表1。降負(fù)荷過程中，機(jī)組1#，4#軸承振動如圖2～圖5所示。

表1 40MW時各軸瓦振動數(shù)據(jù)表

圖2 1X方向趨勢圖

由振動趨勢圖可以看出正常運(yùn)行及降負(fù)荷過程中1#，4#軸瓦振動幅值和相位變化平緩，說明軸系狀態(tài)穩(wěn)定。18時07分，機(jī)組打閘停機(jī)后重新掛閘沖轉(zhuǎn)至滿速，空載狀態(tài)下各軸瓦振動值見表2。至18時10分，機(jī)組再次打閘，降速過程中振動趨勢圖如圖6～圖9所示。

2.3 振動原因分析

從上述測試圖譜看，改汽輪機(jī)1#瓦、4#瓦振動值主要以1倍頻為主，振動性質(zhì)為普通強(qiáng)迫振動。根據(jù)之前振動不大且振動上升過程較為平緩這一現(xiàn)象，可以排除軸系本身質(zhì)量不平衡的原因，同時調(diào)用DCS歷史曲線發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組1#軸承振動緩慢上升的同時，2#軸承振動緩慢下降，說明該機(jī)組1#軸承振動的變化與軸承本身應(yīng)無直接關(guān)系，而與軸系的狀態(tài)變化有關(guān)，如軸系局部的溫度變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)子或軸系的不平衡狀態(tài)的改變。進(jìn)一步結(jié)合現(xiàn)場DCS趨勢圖分析，檢查發(fā)現(xiàn)振動值變換前后軸封進(jìn)、回汽溫度變化比較大，回汽溫度由123℃升至137℃，溫度變化和振動變化基本同步（回汽溫度變化略滯后于振動變化，該溫度測點(diǎn)可能存在問題，歷史曲線顯示該溫度變化為階躍式）。

圖3 1Y方向趨勢圖

圖4 4X方向趨勢圖

圖5 4Y方向趨勢圖

6月22日，4#機(jī)組啟動，根據(jù)以上分析決定拆除該汽輪機(jī)軸封進(jìn)、回汽溫度測點(diǎn)附近保溫，就地比對溫度，發(fā)現(xiàn)進(jìn)汽溫度就地160℃，CRT顯示只有130℃，確定為測點(diǎn)故障。對該機(jī)組軸封供汽溫度進(jìn)行調(diào)整，控制軸封回汽溫度≤120℃，該汽輪機(jī)1#瓦和4#瓦振動慢慢下降逐漸回復(fù)原始值。

兩次降低軸封送汽溫度，振動值均明顯隨之下降，第一次后汽封進(jìn)汽溫度由137℃降至120℃，1#軸承振動由151 μm最低降至88 μm；第二次后汽封進(jìn)汽溫度由120℃降至108℃，1#軸承振動由98 μm最低降至62 μm，調(diào)整效果明顯，說明軸封供汽溫度的變化是導(dǎo)致該機(jī)組1#，2#軸承振動異常變化的原因。

表2 空載各軸瓦振動數(shù)據(jù)

圖6 1X方向趨勢圖

圖7 1Y方向趨勢圖

3 結(jié)論

（1）對于單轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)來說，因只配置一個高調(diào)門，相對大型多轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，存在汽輪機(jī)汽流激振的可能性較小，應(yīng)從摩擦振動和轉(zhuǎn)子熱變形考慮。

圖8 4X方向趨勢圖

圖9 4Y方向趨勢圖

（2）軸封蒸汽溫度變化導(dǎo)致振動變化的原因?yàn)椋涸跈C(jī)組參數(shù)不變的情況下，轉(zhuǎn)子（或軸系）本身達(dá)到一個平衡的狀態(tài)，轉(zhuǎn)子本身的質(zhì)量不平衡位置或狀態(tài)也是相對穩(wěn)定的，軸封蒸汽溫度變化，使得轉(zhuǎn)子表面局部受熱膨脹，轉(zhuǎn)子不平衡狀態(tài)發(fā)生了變化，振動幅值和相位相應(yīng)變化，這個過程是隨著溫度緩慢變化的，并且隨著溫度的穩(wěn)定最終會趨于一個新的平衡，有時可能也會伴隨著動靜碰摩。

（3）汽輪機(jī)異常的振動是汽輪機(jī)運(yùn)行過程中比較常見的故障，也是不可避免的。在進(jìn)行汽輪機(jī)振動故障處理時，應(yīng)根據(jù)故障的特點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)真分析、研究，對比振動變化前后機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如潤滑油溫、軸封溫度和疏水的開啟情況等。

（4）汽輪機(jī)組振動分析首先應(yīng)查看振動的頻率是1倍頻還是高倍頻或低頻等，振動的相位是否穩(wěn)定，如振動相位變化，則應(yīng)重點(diǎn)觀察相鄰軸承相位的關(guān)系。

（5）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子可逆熱彎曲引起的振動，一般主要表現(xiàn)在軸向振動，且主要以1倍頻為主，一般這類熱彎曲都是可以恢復(fù)的。當(dāng)形成轉(zhuǎn)子熱彎曲的原因消除后，振動異常的現(xiàn)象也會隨之消除。

［1］中國國家能源局.DL/T5210.3-2009，電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評價規(guī)程（汽輪機(jī)機(jī)組篇）[S].

〔編輯凌瑞〕

TM611.31

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.48