汽轮机A修后冷态启动过程中振动大原因分析及处理

郝鹏伟

摘要：针对某电厂330MW热电联产机组#1汽轮机A修后冷态启动过程中#2轴承振动现象，通过启动过程中汽轮机振动监测、分析及采取多个转速状态主动实施摩擦试验后，机组轴系轴振幅值均在正常范围内，动静间隙稳定，满足运行需要。

关键词：热电联产、汽轮机、转子、振动、动静摩擦

正常运行中汽轮机组引发振动异常的原因有多种,比如轴系失去平衡、轴承磨损、动静摩擦、膨胀受到阻力等都会引起汽轮机振动异常，对机组振动异常进行详细的分析和正确的判断,并通过现场试验,采取相应的解决措施,对电厂机组安全有着重要意义^[1]。

1 设备概述

某电厂汽轮机为东方汽轮机厂 CC330/250-16.67/3.5/1.0/538/538 型亚临界、 中间再热、单轴、两缸两排汽、双抽汽凝汽式供热汽轮机，高、中压合缸，通流部分反向布置，高压缸为双层缸结构，中压部分为隔板套结构，低压缸为双缸双排汽对称分流，低压缸采用焊接双层缸结构。

汽轮机轴承为四点支撑，高中压转子与低压转子分别由#1、2 和#3、4 轴承支撑，#1和#2轴承为可倾瓦，#3和#4为椭圆轴承，推力轴承为活支撑可倾瓦块型。

2 振动事故发生的经过

某电厂#1机组2020年1月14号A修后冷态启动，1月15号 做#1主机喷油试验、主机 ETS 危急遮断系统试验、主机主汽门严密性试验和主机调门严密性试验、主机OPC 超速试验、主机DEH逻辑超速试验正常。09:10 #1机重新挂闸冲转，因#2 轴承振动异常打闸，转速到零投盘车。13:50 #1机挂闸冲转，因#2轴承振动偏大打闸，转速到零投盘车。15:48冲转至200rpm低速摩擦检查，16:05冲转至1100rpm低速摩擦检查正常，16:35 #2轴承振动150μm主动打闸；19:58再次冲转至1100rpm低速摩擦检查，20:43 #2轴承振动240μm主动打闸。1月16号02:01 #1汽轮机冲转至1100rpm低速摩擦检查正常，02:14升速2100rpm，1448rpm时因#2轴承振动异常升至250μm主机跳闸，14:30调整运行参数再次进行升速，1376rpm时因#2轴承振动大打闸。16:37重新冲转至1100rpm低速摩擦检查正常，17:05冲转至2100rpm，17:33冲转至3000rpm，18:11 #1机组并网成功。

3 振动测试

确认冲转参数正常后，#1机组挂闸冲转至500r/min时进行摩擦检查无异常，机组升速至1100r/min暖机3小时。暖机过程中，轴系各测点振动保持平稳。高速暖机3小时后直接冲转至3000rpm，轴系各测点轴振幅值均在正常范围内。后续机组进行电气试验和严密性试验过程，机组轴系振动均保持正常状态。

机组实施超速试验过程中，当汽轮机转速降低至976rpm时，高中压转子降速通过临界转速区域时高中压转子轴振幅值分别为43μm、32μm、98μm、53μm，相比于之前的降速过程轴振幅值并未出现明显变化，峰值对应转速变化量也在50rpm以内，降速过程没有明显异常，当转速再次提升至1360rpm，2瓦轴振超过250μm，机组保护动作跳机。记录这2个转速下汽轮机振动情况，见表1。

分析振动变化的趋势，认为高中压转子发生动静碰摩故障^[2]，转子的临界转速区域可能有向下降低的变化。且本次升速过程转子建立油膜产生的上浮量远小于正常启动过程的上浮量，运行参数等方面也没有发现异常。转子自身特性决定了临界转速区域内摩擦位置为过桥汽封处，该处只有高压缸泄漏到中压缸的蒸汽，没有其它影响因素，综合分析难以明确机组发生碰摩的原因，不排除动静间隙发生动态变化。

表1 汽轮机振动情况 单位μm

	测量位置
转速	1X/1Y	2X/2Y	3X/3Y	4X/4Y
976 r/min	43/32	98/53	47/37	65/73
1360 r/min	165/119	265/140	25/19	54/67
1104 r/min	48/51	154/108	45/28	55/65
1106 r/min	67/72	244/193	75/41	76/84
1448 r/min	146/101	241/132	19/19	54/62
1504 r/min	132/80	224/102	14/20	52/64
1568 r/min	105/83	203/129	25/37	63/77

4 摩擦试验

因机组完成电超速试验，汽缸温度比较高，且主汽温度不好控制在高温状态，于是决定采用多次升降速方式摩出间隙^[3]，采用在临界区域前的异常振动转速区域以摩擦的方式获取动静间隙。为保证机组安全，经过讨论将摩擦转速定在1100rpm，#2轴振幅值达到160μm即降低转速。当机组转速降低后，高中压转子轴振幅值也迅速降低，发现转子该特性同时增加摩擦量，决定将#2轴承振动值调整为230μm。4次摩擦试验后，机组第五次摩擦试验过程，轴振连续在1100r/min和1200r/min保持稳定，即没有表现出碰摩故障，也比较接近临界转速区域，于是直接升速至工作转速。通过临界转速区域时，轴振幅值分别为105μm、83μm、203μm、129μm，转子还是存在碰摩故障但程度已明显减轻，表明前几次的摩擦试验已获取较大的动静间隙。记录这5个转速下汽轮机振动情况，见表1。

5 本次汽轮机异常振动事故总结

通过#1机组启动过程振动测试，机组升速及试验过程，轴系振动幅值均在正常范围内，轴系平衡状态优良，满足长期运行的需要。机组实施超速试验过程，升速区间内高中压转子发生动静碰摩故障，同时伴随着转子临界转速区域变化，导致机组不能成功启动。

根据故障特征，采取在临界转速前不同转速状态主动实施摩擦试验，以获取充足的动静间隙。机组经历多次摩擦试验后正常升速至3000r/min，通过临界转速区域时仍旧存在碰摩故障。其后并网带负荷及降速、升速试验过程，机组轴系轴振幅值均在正常范围内，当前动静间隙满足运行需要。为了避免出现类似情况,应严格控制汽轮机通流部分间隙的调整并要对检修工艺严格把关。

参考文献：

[1]刘永辉. 300 MW汽轮机低压转子异常振动分析及处理[J]. 广东电力, 2009(12):85-87+97.

[2]张文斌, 唐贵基, 王维珍. 大型汽轮机动静碰摩故障的分析和处理[J]. 东方电气评论, 2004(04):231-234.

[3]丁怀高. 汽轮机汽封间隙调整方法[J]. 华电技术, 2010, 32(003):28-30.