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某燃机电厂汽轮机振动异常的原因分析及处理方法

范文

陈松林晓宇陶宇彤

摘? 要：燃机电厂汽轮机产生异常振动是机组运行过程中最为常见的故障之一。能够引起汽轮机振动的原因有很多，这些原因不仅与制造、安装、检修和运行管理的水平有关，而且它们之间又互相影响。因此，要找出产生振动的主要原因并非易事，必须通过仔细调查研究、适当的原因分析才能确定。本文以某燃机电厂汽轮机轴振异常为例，从机组振动表象，及对振动异常数据的分析为基础，对汽轮机的异常振动进行原因分析，再通过对汽轮机开缸大修检查进行实际验证确定具体原因并采取相应措施，异常振动的问題得到解决，隐患消除。

关键词：燃机电厂;汽轮机;异常振动

Abstract： Abnormal vibration of steam turbine in gas turbine power plant is one of the most common faults in the operation of unit. There are many reasons that can cause turbine vibration. These reasons are not only related to the level of manufacturing， installation， maintenance and operation management， but also affect each other. Therefore， it is not easy to find out the main cause of vibration， which can only be determined by careful investigation and analysis. In this paper， the abnormal vibration of turbine shaft in a gas turbine plant is taken as an example. Based on the vibration representation of the unit and the analysis of the abnormal vibration data， the causes of the abnormal vibration of the turbine are analyzed， and then the specific causes are determined through the actual verification of the overhaul inspection of the turbine cylinder opening and the corresponding measures are taken. The problem of abnormal vibration is solved and the hidden dangers are eliminated.

Keywords： gas turbine plant， steam turbine， abnormal vibration

1 某燃机电厂汽轮机机组概况

某燃机电厂为燃气-蒸汽联合循环机组，其汽轮机（LZC83-7.9/1.3/0.57型）为次高压、单缸、单轴、双压、无再热、无回热、抽汽凝汽式汽轮机，汽缸前部（第1至5级）为双层结构，之后为单层结构（如图1结构）。汽缸内装有高压内缸，中压隔板套，中压蒸汽室，低压隔板套，前汽封和后汽封等部套，通流部分共由14级压力级和1级中压调节级组成。本机组作为热电联供机组，在高中压缸下半第8压力级后设有一级调整抽汽，用于1.3MPa工业抽汽，年平均功率（纯凝工况）83.728MW，额定抽汽功率（性能保证工况）64.945MW。

2 机组振动异常

2.1 机组异常振动情况

该机组在投产几年后，2号汽轮机在供热量或者负荷波动时会出现轴振异常现象，具体表现为2号汽轮机1号和2号轴承的轴振会在半小时内逐步爬升至120μm左右后回落，轴振异常现象无明显规律变化可寻，主要发生于汽机供热量和负荷变化时，轴振最高已达130μm，超过报警值（轴振报警值125μm，跳机值254μm）。汽轮机轴承的异常振动给机组运行带来了极大的安全隐患，且该机组还承担着电网顶峰及地区的供热任务，问题需要尽快解决。

2.2 数据采集

在2号机组供热抽汽逐步切换的过程中，汽轮机1瓦X方向由52μm升高到96μm、1瓦Y方向由46μm升高到 84μm、2瓦X方向由43μm升高到72μm、2瓦Y方向由 37μm升高到61μm，如图2、3所示。调取了机组振动异常时的历史曲线，发现振动与抽汽供热量关系明显，即抽汽量减小时，振动增大，抽汽量增大时，振动变小，如图4、5所示。进行频谱分析，#1、#2轴承振动以工频振动为主，如图6所示。调取运行画面发现高压轴封温度达到436.5℃，上缸温度418.1℃，下缸温度458.5℃，上下缸温差达到 40.4℃。

3 动静碰磨可能出现的特征

动静碰磨具有多种征兆，易变的信号特征与外界条件有密切的关系，在某一时刻出现的特征，在其它时刻可能不再复现，这使得碰磨带有不确定性。发生存在碰磨时，具体的信号特征如下：

（1）振动信号的时域波形发生畸变;

（2）碰磨点处轴振的工频或通频振动值快速增大;

（3）轻微碰磨主要是工频振动（1X），当严重碰磨时，除了工频成分外还有其它的倍频成分，如2X、3X等;

（4）当轴颈和轴瓦发生碰磨时，轴瓦的乌金温度和回油温度将会升高;

（5）低转速时在汽封或轴瓦处用听针能听到异常的声音。

4 原因分析

（1）结合动静碰磨可能出现的特征及该机组日常的运行情况进行分析，如上图2、3、6可知，该机组轴承振动随工况间歇性变化，以工频振动为主，没有存在半倍频、二倍频等频率成分，排除汽轮机存在质量不平衡、汽流激振、中心不正的可能。

（2）轴振1X振动增大时，1Y也同时增大，2X振动增大时，2Y也同时增大，振动频率以工频振动为主，说明1号、2号轴承振动可能因为汽轮机内某处动静摩擦引起，且1號轴承处摩擦相对剧烈。

（3）1号、2号轴瓦回油温度正常，且在运行时用听针并未听到明显异音，故判断轴颈与轴瓦碰磨引起的振动异常可能性不大。

（4）汽机上下缸温差大，轴向位移随供热抽汽变化敏感，说明汽缸温度场分布不均匀及叶片结垢明显。

综上现象分析，高压轴封处漏气量大（高压轴封达到436.5℃），高压缸前轴封可能存在变形或磨损;内缸轴封漏气量大，上下缸温差达到 40.4℃，汽缸可能存在变形。轴向位移随供热抽汽量变化，抽汽量增加到一定量（如 80 吨/时）时，转子向机头侧移动到最大位置，引起转子与轴封或叶顶汽封轻微摩擦，1号、2号轴振增大，随着供热抽汽量减少，转子向机头侧移动变小，动静碰磨退出，振动逐步变小。或者供热抽汽变化及负荷变化引起汽缸温度场变化，导致动静间隙发生变化，引起振动传感器与转子轴颈之前的距离发生变化，产生“振动”增大的现象。

5 汽轮机开缸检查及缺陷处理

根据上述初步分析与诊断，汽轮机内存在动静碰磨应该是该机组轴振异常的主要原因。为了进一步确定汽轮机故障原因解决汽轮机振动大的故障及证实上述的分析诊断，遂利用机组大修的机会，对汽轮机进行开缸检查。

在开缸后发现如下情况：

（1）第一级动叶叶顶汽封（汽机侧）阻汽片（镶嵌于第一级隔板上）破损，上半隔板第一道高齿破损，破损量占上半隔板阻汽片的三分之二，下半隔板第三道高齿破损，破损量占下半隔板阻汽片的三分之一，部分阻汽片出现缺失（如图7、图8）。

（2）前汽封Ⅱ后三道高压汽封（蜂窝形式）径向磨损严重（如图9、图10）。径向间隙变大，高压蒸汽从此处渗漏到轴封处，致使轴封温度升高。对此，更换前汽封Ⅱ后三道高压气汽封并保证间隙合格。

开缸下来分析，第一级动叶叶顶汽封（汽机侧）阻汽片（镶嵌于第一级隔板上）破损，上半隔板第一道高齿破损，下半隔板第三道高齿破损，阻汽片破损后卷边导致叶顶汽封轴向间隙变小，汽机在供热量或者负荷波动时汽机转子轴向位移发生变化（推力间隙范围内），转子叶顶凸肩与卷边的阻汽片发生动静碰磨造成汽机振动加剧，轴振迅速攀升，碰磨点磨平后轴振又迅速回落至基础振动值。对叶顶汽封阻汽片进行修复，剔除旧阻汽片并镶嵌新的阻汽片，并按照该汽轮机图纸要求修出合格的间隙。

6 开机测试

修前2号汽机1、2号瓦轴振基础振动为：1瓦X向60μm，Y向48μm，2瓦X向53μm，Y向42μm。利用大修机会通过调整1、2号轴承间隙，有效降低了1、2号瓦基础轴振值，修后2号汽机1瓦X向34μm，Y向33μm，2瓦X向37μm，Y向33μm，基础轴振值较修前降低15μm以上，极大提高了机组运行的安全性。如图11，在大修时针对碰磨点采取有效措施后，修后2号汽机1、2瓦轴振曲线平稳，不随供热及负荷波动出现急剧爬升的现象，轴振值在理想范围内。至此，2号汽轮机振动异常的故障得到解决。

7 结论

由于汽轮机的振动往往受多方面的影响，只要跟机本体有关的任何一个设备或介质都会是机组振动的原因。像本文中抽汽供热机组，在抽汽供热变化时，轴向位移变化，伴随着轴振攀升，同时振动为工频振动时，汽轮机振动故障往往与动静碰磨的原因有关。本文通过对该机组的运行模式、负荷与振动关系的变化曲线及振动频谱分析初步诊断机组振动异常的原因，再通过开缸检查最终锁定影响因素，这种解决实际问题的方法也值得我们以后遇到类似问题进行借鉴。

参考文献

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