汽轮机顺序阀运行期间轴振大原因分析与处理

2023.03.22

张林

摘要：汽轮发电机组的振动大小，是用来评价汽轮发电机组运行的重要指标。对于汽轮发电组来说，机组轻微的振动是无法避免的，只要保证振动的幅值不超过规定的标准属于正常振动。对汽轮发电机组运行没有很大的影响，但是当振动超过标准值后，对整个汽轮发电机组都面对着设备损坏的风险，因此，针对汽轮发电机组振动原因的分析与处理就显得尤为重要。特别对于新安装、检修后的机组，必须经过机组试运，确认各瓦振、轴振在标准范围内，方可将启动机组并投入运行。如发现有振动超标的必须查找原因，和采取有效措施将振动降到合格范围内，才可投入正常运行。本文介绍了某发电厂出现的多次轴振大的情况及处理过程，并对汽轮机组低频振动形式的特点和原因进行了介绍和分析。

关键词：汽轮机;低频振动;汽流激振

1 某发电厂机组振动情况

某发电厂#2机为上海汽轮机厂生产的超临界、中间一次再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式、8级回热、反动式汽轮机，额定出力600MW，額定转速3000r/min。汽轮机轴系部分由1根高中压转子、2根低压转子等组成，2根低压转子通过1根中间轴连接。高中压转子和低压转子的径向轴承（#1-#6，#9）都采用可倾瓦轴承，#7和#8轴承采用椭圆瓦轴承。#2汽轮发电机组在调试期间，一直存在着单阀切换为顺序阀运时，1号轴颈轴振大问题，且单阀运行时1X向一直存在有不稳定跳变。

机组投产后，为满足#2机安全运行，一直采用单阀运行方式。2017年11月27日，尝试再次对#2汽轮机进行单阀切顺序阀运行，11：44负荷450MW，开始进行单阀切顺序阀，锅炉开始升压，11：59#2高调门关至10%， #1轴承温度升至84摄氏度，继续升压， #1高调门开始关闭，关至30%时，轴承温度升至105摄氏度（标准：107-113℃）时，停止升压，取消切阀工作。

2018年3月电厂汽机专业试图通过将#2机阀序由3/4-1-2更改为3/4-2-1、1/2-3-4（现场调阀布局图1），在单阀切顺序阀运行过程中，#1轴径轴振有少量变化，但还是存在有不稳定跳变现象。

2018年5月小修期间对#1瓦进行翻瓦检查，发现下瓦左侧瓦块有磨痕、右侧瓦块有偏磨现象，上瓦左侧瓦块有轻微偏磨，将轴瓦偏磨处重新修刮，并对轴瓦乌金采用着色探伤检查，确认钨金无裂纹、脱胎等缺陷后，按照相关标准对轴瓦各个间隙进行调整并回装。

#2机小修工作结束后，于2018年6月6日10时35分在机组启动并运行稳定后，进行单阀切顺阀运行，当时#2机组负荷600MW，阀序#1/#2-#3-#4，下进汽。#1轴径轴振X方向最大199μm，Y方向最大121μm，持续时间1秒（#1、#2调阀全开，#3调阀47%、#4调阀4%），润滑油温度正常。22：40顺阀切至单阀运行，（用先全开高调阀再切阀的方式）切换过程中大机轴承温度和振动均无明显变化，正常。观察至23：10，#1轴承振动X方向最大60μm，Y方向最大40μm。

2 机组低频振动的原因和分析

机组在运行期间通过在机组TDM在线检测系统查看后，发现机组低频振动主要发生在#2机高中压缸转子上1X向偏大，但从主频来看，一般在0.38X低频振动为主。一般引起低频振动主要与轴承油膜振荡和汽流激振有很大关系，轴承油膜振荡和汽流激振是汽轮发电机组运行中轴系最容易发生的两种不稳定自激振动。一般为不稳定的振动特征，均为低频振动，造成的危害较大。油膜振荡产生的振动主要与机组安装、检修期间轴瓦乌金和轴瓦间隙、参数以及润滑油温度等其他外界基础管道振动因素有很大影响，汽流激振则通常与机组的负荷、叶片、隔板轴封的间隙等有关，主要产生于大容量高参数机组的高压中压转子上。

低频振动与油膜压力的大小、润滑油温度、轴瓦的结构形式和轴瓦安装、检修数据等都有很大的关系，机组油膜压力的大小可以反应轴承的负载。油膜压力小，负载轻，极可能导致机组低频振动的发生，解决。低频振动还与汽流激振有关，汽流激振有两个主要特征：一是应该出现较大量值的低频分量;二是振动的增大受运行参数的影响明显，且增大应该呈突发性，如负荷。其原因主要是由于叶片受不均衡的气体来流冲击就会发生汽流激振;对于大型机组，由于末级较长，气体在叶片膨胀末端产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象;轴封也可能发生汽流激振现象。

从机组结构形式考虑，该类型机组#1轴承为可倾瓦，小修期间对#1轴承进行翻出检查，使用着色法对轴瓦钨金进行检测，未发现钨金有脱胎现象。通过在线DCS监测系统对润滑油进回油温度进行查看，未发现异常。

3 汽流激振的特征

汽流激振是自激振动，其振动的主要形态为周期性的振动，该振动频率应是一定的，其频谱一般是离散谱。其主要特征是：具有良好的再现性，既：当新蒸汽压力流量（机组负荷）增加时，低频振幅随新蒸汽的增加而加大。当新蒸汽压力流量（机组负荷）降低到某一数值时，低频振幅恢复正常，该振动发生突变拐点处的振动值，一般称为门槛值。汽流激振一般还与调门的阀序、阀门重叠度有关，在某个调门开启或关闭时，低频振动幅值也随之而增大或变小，但无拐点突变现象，低频振动幅值也不大。此时，低频振动其振幅低于拐地时依然存在，虽有明显减小，却并不消失。当发生汽流激振时，大部分机组单阀运行低频振动明显小于顺序阀运行。

4 消除振动办法

由汽流激振的特征可知，通过改变调门的阀序有效的避免转子在单侧进汽下，发生径向偏移和引起周向力矩不平衡。再者，从上述振动状况来看，机组主要在单阀切顺序阀时，极易造成1瓦轴振偏大现象，轴振随高调门逐渐启闭而急剧变化，以致超过了振动报警值，该类汽轮机顺序阀的形式是根据西屋公司的推荐，采用3-4-1-2（3、4同时开启）的形式。也就造成在阀切换过程中出现了瓦温升高，振动也随之急剧变化。经过现场对汽轮机进汽阀序和阀门重叠度进行重新设定，具体调整：将阀门重叠度调整为10%，将阀序改为1/2-4-3，并进行了单阀切顺序阀试验，#1瓦频轴振由之前1X向跳变最大值199um降至88um（标准：127um-254um）。

5 振动的在线监测

目前大型机组都装有轴系监测装置，对振动进行在线监测，为振动监测及分析创造了良好的条件。对于振动的在线监测，首先要做好记录工作，以便在发生异常振动时进行对比分析，找出诱发振动的原因。如果在运行时发现机组振动异常，应马上派人进行现场检查和测量，如果振动确实超过了规定限值，应做到及时停机，防止对机组造成损坏;对于未超过限值的振动异常增大，要及时查找原因，并采取措施，防止振动继续增大。如果在线监测仪表未出现异常变化，但现场人员听到汽轮机组有异常声响时，也应进行停机检查，防止叶片脱落或有异物进去汽轮机，对汽轮机组造成破坏。

6 结束语

汽轮发电机组振动产生的原因是十分复杂的，而且每个汽轮机组的情况也都不同，因此需要针对每一个机组，进行一系列的试验，找出振动的规律，做好记录工作，结合运行与检修时的资料，进行综合分析，才能找到振动的原因，加以消除。在机组检修和安装时应严格按照标准做好轴系扬度、轴瓦紧力和机组负荷分配的控制工作，确保机组正常负荷工况下轴瓦稳定性能良好，并对汽轮机高中压转子、低压转子叶顶封、隔板汽封间隙按要求进行调整，防止汽封间隙过大，在机组高负荷运行期间，造成汽流激振的发生。本次是通过改变高压调阀阀序和阀门重叠度的方法，基本避免了突发性的振动发生，但是在生产运行中，还必须做好振动监测工作。避免异常振动的发生，确保整个汽轮发电组的的安全稳定运行。

参考文献：

[1]施维新.轮发电机组振动及事故[M].中国电力出版社，1999.

[2]张学延，王延博，张卫军.大型汽轮机汽流激振问题的分析和处理[J].热力发电，2004，33（02）：47-55.

[3]赵珣.汽轮机振动大的原因分析及其解决方法[J].中国高新技术企业，2009（16）：173-174.