某燃機電廠汽輪機振動異常的原因分析及處理方法

陳松 林曉宇 陶宇彤

摘? 要：燃機電廠汽輪機產生異常振動是機組運行過程中最為常見的故障之一。能夠引起汽輪機振動的原因有很多，這些原因不僅與制造、安裝、檢修和運行管理的水平有關，而且它們之間又互相影響。因此，要找出產生振動的主要原因并非易事，必須通過仔細調查研究、適當的原因分析才能確定。本文以某燃機電廠汽輪機軸振異常為例，從機組振動表象，及對振動異常數據的分析為基礎，對汽輪機的異常振動進行原因分析，再通過對汽輪機開缸大修檢查進行實際驗證確定具體原因并采取相應措施，異常振動的問題得到解決，隱患消除。

關鍵詞：燃機電廠;汽輪機;異常振動

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 某燃機電廠汽輪機機組概況

某燃機電廠為燃氣-蒸汽聯合循環機組，其汽輪機（LZC83-7.9/1.3/0.57型）為次高壓、單缸、單軸、雙壓、無再熱、無回熱、抽汽凝汽式汽輪機，汽缸前部（第1至5級）為雙層結構，之后為單層結構（如圖1結構）。汽缸內裝有高壓內缸，中壓隔板套，中壓蒸汽室，低壓隔板套，前汽封和后汽封等部套，通流部分共由14級壓力級和1級中壓調節級組成。本機組作為熱電聯供機組，在高中壓缸下半第8壓力級后設有一級調整抽汽，用于1.3MPa工業抽汽，年平均功率（純凝工況）83.728MW，額定抽汽功率（性能保證工況）64.945MW。

2 機組振動異常

2.1 機組異常振動情況

該機組在投產幾年后，2號汽輪機在供熱量或者負荷波動時會出現軸振異?，F象，具體表現為2號汽輪機1號和2號軸承的軸振會在半小時內逐步爬升至120μm左右后回落，軸振異?，F象無明顯規律變化可尋，主要發生于汽機供熱量和負荷變化時，軸振最高已達130μm，超過報警值（軸振報警值125μm，跳機值254μm）。汽輪機軸承的異常振動給機組運行帶來了極大的安全隱患，且該機組還承擔著電網頂峰及地區的供熱任務，問題需要盡快解決。

2.2 數據采集

在2號機組供熱抽汽逐步切換的過程中，汽輪機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，如圖2、3所示。調取了機組振動異常時的歷史曲線，發現振動與抽汽供熱量關系明顯，即抽汽量減小時，振動增大，抽汽量增大時，振動變小，如圖4、5所示。進行頻譜分析，#1、#2軸承振動以工頻振動為主，如圖6所示。調取運行畫面發現高壓軸封溫度達到436.5℃，上缸溫度418.1℃，下缸溫度458.5℃，上下缸溫差達到 40.4℃。

3 動靜碰磨可能出現的特征

動靜碰磨具有多種征兆，易變的信號特征與外界條件有密切的關系，在某一時刻出現的特征，在其它時刻可能不再復現，這使得碰磨帶有不確定性。發生存在碰磨時，具體的信號特征如下：

（1）振動信號的時域波形發生畸變;

（2）碰磨點處軸振的工頻或通頻振動值快速增大;

（3）輕微碰磨主要是工頻振動（1X），當嚴重碰磨時，除了工頻成分外還有其它的倍頻成分，如2X、3X等;

（4）當軸頸和軸瓦發生碰磨時，軸瓦的烏金溫度和回油溫度將會升高;

（5）低轉速時在汽封或軸瓦處用聽針能聽到異常的聲音。

4 原因分析

（1）結合動靜碰磨可能出現的特征及該機組日常的運行情況進行分析，如上圖2、3、6可知，該機組軸承振動隨工況間歇性變化，以工頻振動為主，沒有存在半倍頻、二倍頻等頻率成分，排除汽輪機存在質量不平衡、汽流激振、中心不正的可能。

（2）軸振1X振動增大時，1Y也同時增大，2X振動增大時，2Y也同時增大，振動頻率以工頻振動為主，說明1號、2號軸承振動可能因為汽輪機內某處動靜摩擦引起，且1號軸承處摩擦相對劇烈。

（3）1號、2號軸瓦回油溫度正常，且在運行時用聽針并未聽到明顯異音，故判斷軸頸與軸瓦碰磨引起的振動異?？赡苄圆淮?。

（4）汽機上下缸溫差大，軸向位移隨供熱抽汽變化敏感，說明汽缸溫度場分布不均勻及葉片結垢明顯。

綜上現象分析，高壓軸封處漏氣量大（高壓軸封達到436.5℃），高壓缸前軸封可能存在變形或磨損;內缸軸封漏氣量大，上下缸溫差達到 40.4℃，汽缸可能存在變形。軸向位移隨供熱抽汽量變化，抽汽量增加到一定量（如 80 噸/時）時，轉子向機頭側移動到最大位置，引起轉子與軸封或葉頂汽封輕微摩擦，1號、2號軸振增大，隨著供熱抽汽量減少，轉子向機頭側移動變小，動靜碰磨退出，振動逐步變小?；蛘吖岢槠兓柏摵勺兓鹌诇囟葓鲎兓?，導致動靜間隙發生變化，引起振動傳感器與轉子軸頸之前的距離發生變化，產生“振動”增大的現象。

5 汽輪機開缸檢查及缺陷處理

根據上述初步分析與診斷，汽輪機內存在動靜碰磨應該是該機組軸振異常的主要原因。為了進一步確定汽輪機故障原因解決汽輪機振動大的故障及證實上述的分析診斷，遂利用機組大修的機會，對汽輪機進行開缸檢查。

在開缸后發現如下情況：

（1）第一級動葉葉頂汽封（汽機側）阻汽片（鑲嵌于第一級隔板上）破損，上半隔板第一道高齒破損，破損量占上半隔板阻汽片的三分之二，下半隔板第三道高齒破損，破損量占下半隔板阻汽片的三分之一，部分阻汽片出現缺失（如圖7、圖8）。

（2）前汽封Ⅱ后三道高壓汽封（蜂窩形式）徑向磨損嚴重（如圖9、圖10）。徑向間隙變大，高壓蒸汽從此處滲漏到軸封處，致使軸封溫度升高。對此，更換前汽封Ⅱ后三道高壓氣汽封并保證間隙合格。

開缸下來分析，第一級動葉葉頂汽封（汽機側）阻汽片（鑲嵌于第一級隔板上）破損，上半隔板第一道高齒破損，下半隔板第三道高齒破損，阻汽片破損后卷邊導致葉頂汽封軸向間隙變小，汽機在供熱量或者負荷波動時汽機轉子軸向位移發生變化（推力間隙范圍內），轉子葉頂凸肩與卷邊的阻汽片發生動靜碰磨造成汽機振動加劇，軸振迅速攀升，碰磨點磨平后軸振又迅速回落至基礎振動值。對葉頂汽封阻汽片進行修復，剔除舊阻汽片并鑲嵌新的阻汽片，并按照該汽輪機圖紙要求修出合格的間隙。

6 開機測試

修前2號汽機1、2號瓦軸振基礎振動為：1瓦X向60μm，Y向48μm，2瓦X向53μm，Y向42μm。利用大修機會通過調整1、2號軸承間隙，有效降低了1、2號瓦基礎軸振值，修后2號汽機1瓦X向34μm，Y向33μm，2瓦X向37μm，Y向33μm，基礎軸振值較修前降低15μm以上，極大提高了機組運行的安全性。如圖11，在大修時針對碰磨點采取有效措施后，修后2號汽機1、2瓦軸振曲線平穩，不隨供熱及負荷波動出現急劇爬升的現象，軸振值在理想范圍內。至此，2號汽輪機振動異常的故障得到解決。

7 結論

由于汽輪機的振動往往受多方面的影響，只要跟機本體有關的任何一個設備或介質都會是機組振動的原因。像本文中抽汽供熱機組，在抽汽供熱變化時，軸向位移變化，伴隨著軸振攀升，同時振動為工頻振動時，汽輪機振動故障往往與動靜碰磨的原因有關。本文通過對該機組的運行模式、負荷與振動關系的變化曲線及振動頻譜分析初步診斷機組振動異常的原因，再通過開缸檢查最終鎖定影響因素，這種解決實際問題的方法也值得我們以后遇到類似問題進行借鑒。

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