某厂高背压机组转子更换后机组振动原因分析

某厂高背压机组转子更换后机组振动原因分析

张勰 ,郭俊杰 ,王艳军

晋控电力山西工程有限公司

[摘要] 汽轮机转子异常振动是发电厂常见故障中比较复杂的一种故障。由于机组振动往往受多方因素影响，只要跟机本体有关的任何一个设备部件或介质都会是机组振动的原因之一。因此，针对汽轮机异常振动原因的分析就显得尤为重要。本文针对某电厂的汽轮机组在更换高背压转子运行一段时间后出现二三四号轴瓦同时振动飙升问题及原因进行分析判断并作出处理措施。

[关键词]膨胀；碰磨；轴封供汽温度；汽封间隙

一、东汽某320MW机组设备情况

山西某电厂#4机组型式为：亚临界、中间再热、高中压合缸、双缸双排汽、单轴、凝汽式/高背压循环水供热汽轮机。

型号（抽汽供热工况）：C320/256-16.67/0.8/537/537型

额定工况参数（高背压）：新蒸汽压力16.67MPa，新蒸汽温度537℃，再热蒸汽压力3.056 MPa，再热蒸汽温度537℃，背压45 kPa，额定新蒸汽流量958 t/h，功率270MW。

二、事件过程

机组C级检修将纯凝低压转子更换为具有专门设计且效率较高的4级动静叶片的转子。修后启动并网运行（高背压运行）。机组平稳运行一天后#3、#4轴瓦振动频繁出现振动波动异常升高的现象，期间采取升降负荷、调整凝汽器背压、单顺阀切换、调整轴封压力、提高润滑油温等措施均无效。具体情况如下：

10月29日机组C修结束转并网运行。10月30日12：48轴瓦振动上涨，3瓦振动最高154/110/32，4瓦振动最高130/63/28，负荷从171加至200，振动稳定后开始回落，期间间断性出现波动。

11月8日0:07负荷180MW高背压运行，但#2、#3、#4瓦振动仍存在异常波动情况。

11月10日08：44分2X 146.6um ，3X 190.54um，4X 137.66um。

11月19-23日运行期间3x，4x轴振一直波动（最低45/22 um），10:40左右3x4x振动开始逐步下降，13:20下降至98/62 um；

11月24日04:25振动开始上涨，3x轴振达紧停值（250um），机组打闸停机。

三、解体检查及处理情况

1、中心不符合设计标准：解体发现低压转子比发电机转子低0.42mm，由此判断#4轴瓦可能存在载荷分配轻的情况。现将低压转子整体抬高0.50mm，轴瓦修研后重新测量中心，低压转子比高中压转子高0.45mm，低压转子比发电机转子高0.02mm。调整后增加了#3、#4瓦的受力。对轮组合晃度，同心度修后调整至标准范围0.02mm以内。

2、解体发现#3，#4轴瓦上油挡有磨损现象，怀疑#3、#4轴瓦处转子振动时磨损，或者悬挂式油挡螺栓未固定牢固造成此问题，对油挡齿进行修刮后，并将间隙调整至合格范围内，然后将油挡悬挂螺栓固定，防止松动。

3、检查轴封系统相关管道及阀门，检查发现调端轴封回汽管道焊口存在裂纹，后在检修期间进行挖补补焊处理，并对所有系统进行灌水检查。

4、将低压缸调电端汽封间隙放大，由原来的0.35-0.50mm放大至0.60-0.80mm，以此来弥补低压缸变形的余量，防止运行过程中汽缸缸体发生变形导致动静碰磨的情况发生。

5、机组安装时低压缸和排汽装置连接处可能存在应力无法释放，在运行时膨胀不畅对低压缸缸体造成扭曲变形致使动静部分碰磨。本次检修将低压缸与排汽装置喉部切割，释放应力后重新焊接。

6、检查低压缸滑销系统，内部支吊架，抽汽管口，排汽装置下管道支座，对发现的开裂不受力的管道支座等缺陷进行了处理。

四、原因分析

1、振动分析

从现场测振仪振动波动特征上看，振动主要为工频（基频）分量为主，其他频谱分量很小，相位的变化较大。磨擦振动的特征之一，就是当磨擦产生的热不平衡的方向和转子原有不平衡的方向相同时，振动呈现最大值，当磨擦产生的热不平衡的方向和转子原有不平衡的方向相反时，振动出现最小值。在高背压运行情况下，汽缸的缸温高，经过一段时间运行，静止部件变形（与纯凝比较），或上下缸温差大（喷淋水蒸发，上缸温度高），转子发生弯曲，引起动静接触或动静磨擦。另外，处于工作转速下，低压转子因为磨擦产生的不平衡的机械滞后角比较大，往往会在较长时间内出现大幅度波动。

上图为#3轴承X方向轴振频谱图，当振动处于高点时，通频/基频分别为183μm/164μm和284μm/ 279μm，振动主要为工频（基频）分量为主，其他频谱分量很小，相位的变化在几十度。

9日#3轴承X方向轴振时的基图           10日#3轴承X方向轴振时的基图

上图为#3轴承X方向轴振时基图分析，波形均存在削顶现象，是动静接触磨擦特征之一。

2、结构分析

（1）高背压供热改造后，低压缸排汽温度升高、膨胀量增加，就本机组而言，凝汽器排汽温度由45℃升高到85℃，这就使得低压缸与排汽缸在不同工况下的位置变化更为明显，容易引发局部动静消失或者低压缸的刚度发生变化，充水、抽真空和受热后容易发生热膨胀变形。

（2）轴系标高变化。低压轴承（#3号和#4号轴承）属于坐缸轴承，轴承标高也将随着排汽缸的膨胀而大幅变化，而轴承和汽缸膨胀不一致使得转子在汽缸中的相对位置发生变化，引发动静碰磨。

（3）高背压工况影响。在高背压供热时，凝汽器通过的循环水流量大幅下降，比如#4机组循环水量由26000 t/h 减少到8500 t/h ，这也会使得凝汽器所承受的压力发生变化，继而引发缸体位置的变化导致动静碰磨。

（4）高背压机组，低压进汽量小，运行状态转子中心上移，一定程度上造成轴端汽封上部间隙减少，既定的汽封间隙0.35-0.50mm无法满足运行要求。

（5）轴封系统工作异常。调取10月29日和11月1日相关数据3号轴振过快增大前，前后供汽轴封温度均有波动，温度在200度左右。如果前后供汽温度保持在127度左右不变，3号轴振振动保持在正常范围。从调取数据的振动变化情况看，振动波动常出现在低压缸前后轴封供热支管温度升高到200度以上且发生温度波动时。说明高背压供热的过程中，振动与低压缸前后轴封供热支管温度有一定关系，可能是造成碰磨原因之一。

综上所述，3X轴振大的主要原因是高背压供热改造后，转子与静子（比如轴封等）的相对位置变化更大，更容易引发动静碰摩故障。因此，相比于纯凝工况，高背压改造后汽轮机应预留更大的动静间隙。

五、结束语

12月23日启机，机组负荷从0-260MW，监测1-7瓦处、轴颈处振动基频角度稳定振动正常，通频振动最大3瓦X向46.2μm，振动稳定。本文通过对东汽供热与纯凝低压转子互换式高背压供热机组振动超标的现象进行分析、诊断，并提出方案和解决办法，有效提高了机组运行的安全性和稳定性，对此类型汽轮机的检修回装保证了质量，为设备安全稳定运行奠定了基础。

参考文献

[1].欧阳安{火电厂汽轮机故障诊断分析处理与技术改造手册}2005年6月银声音像出版社

[2].李江海.陈桥伟.王俊启.300MW汽轮机组轴瓦振动问题的探讨及处理[期刊论文]-华中电力2002,15（1）

作者简介：张勰  1988.04.27  汉族山西省芮城县，本科，晋控电力山西工程有限公司  助理工程师  汽轮机本体检修技术