600 MW超临界机组轴振异常原因分析及处理

申晓杰，韩国强，安学民

（1.中国能源建设集团山西电力建设三公司，山西 太原 030006；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

600 MW超临界机组轴振异常原因分析及处理

申晓杰1，韩国强2，安学民2

（1.中国能源建设集团山西电力建设三公司，山西 太原 030006；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

某电厂一台600MW超临界汽轮发电机组投产后，1号轴振逐步爬升，经多次检修均未能稳定。试验分析表明振动异常是由高中压转子受汽流激振力和轴承轻载共同作用所引发。通过轴系中心调整和优化高压调门开启顺序，使振动得到较好控制。

汽轮机；轴振；汽流激振；轴系调整；顺序阀

0 引言

某电厂2号汽轮机系东方汽轮机厂引进日立公司制造，型号为：CLN600-24.2/566/566型600MW超临界、一次中间再热、三缸四排汽、双背压凝汽式机组。汽轮机轴系由高中压转子、低压转子I、低压转子II组成，每个转子均由2个轴承支持，其中1号、2号轴承为高中压转子的可倾瓦轴承，其余均为椭圆型轴承。该型号汽轮机共有4个高压调节汽门，布置如图1所示，正常运行时首先同时开启下部Ⅰ、Ⅱ调门，然后开启Ⅳ调门，最后开启Ⅲ调门。

2号机组投产初期，1号轴振X向振动稳定在50m左右。2010年6月振动逐步增大，2011年初振动在60m左右。2012年初振动增大到80m左右，2012年7月，针对汽轮机基础不均匀沉降，采取抬高2号轴承标高，改善高中压—低压I转子对轮中心对中度。检修后机组启动1号轴振X向振动升至100m左右，当负荷在450MW左右，工况变化时易出现突发振动，最大可波动到130m，且随高调门变化而波动。

图1 高压调节汽门布置图（从汽轮机向发电机方向看）

1 机组振动试验及分析

鉴于1号轴振在高负荷工况下发生较大波动，对机组进行了负荷变动试验、高压调门开启顺序变动试验和润滑油温变动试验，以观察对振动的影响。

1.1 负荷变动试验

机组在420～600 MW范围升负荷过程和从600～420MW范围降负荷过程期间，NBZJZ-4型便携式多通道振动数据采集和故障分析系统记录了1号轴振波动情况。机组DCS系统记录了机组负荷变化与振动的关系。

a）机组高负荷运行时，1号轴振频谱图显示振动中含有较丰富的25 Hz低频分量，幅值在20m波动，最大接近40m。

b）振动随负荷增加而增大；降负荷时低频分量波动的范围与频率也随之降低并趋于稳定。

c）振动随低频分量而波动，低频分量较大时，X向振动最大波动到120m以上。

1.2 高压调门开启顺序变动试验

1.2.1 Ⅳ调门开启改为Ⅲ调门开启

试验时保持负荷350～450MW，且Ⅰ、Ⅱ调门保持全开，Ⅳ调门开度为19%；然后关闭Ⅳ调门，开启Ⅲ调门至开度21%。随后恢复原先调门工作状态。试验结果显示：关闭Ⅳ调门开启Ⅲ调门时，1号轴振由104m左右降至88m左右，当调门恢复原始状态后，振幅也基本恢复。

1.2.2 Ⅱ调门关、Ⅳ调门开

试验时保持负荷350～450MW，保持Ⅰ、Ⅱ调门全开，然后关闭Ⅱ调门，同时全开启Ⅳ调门。试验结果显示：当Ⅱ调门关闭、Ⅳ调门开启时1号轴振由96m左右降至82m左右。

1.2.3 Ⅰ调门关、Ⅳ调门开

试验时保持负荷350～450MW，保持Ⅰ、Ⅱ调门全开，然后关闭Ⅰ调门，同时全开启Ⅳ调门。试验结果显示：当Ⅰ调门关闭、Ⅳ调门开启时1号轴振由94m左右降至72m左右。

高压调门开启顺序变动试验显示以下结果。

a）开启上部Ⅲ、Ⅳ调门，关闭下部Ⅰ、Ⅱ调门，有利于增加1号轴承载荷，减小振动。

b）Ⅱ、Ⅳ调门全开，Ⅰ、Ⅲ调门全关的进汽方式比Ⅰ、Ⅳ调门全开，Ⅱ、Ⅲ调门全关的进汽方式更有利于1号轴振减小。

c）振动伴随高压调门变化波动。

1.3 润滑油温变动试验

润滑油温变动未对1号轴振产生明显影响，试验记录如表1所示。

表1 润滑油温变动试验记录

1.4 振动分析

通过试验总结1号轴振主要特点如下。

a）振动敏感于负荷且发生在较高负荷，负荷降低振动即能恢复正常，有较好的重复性。

b）低频振动与调节阀的开启顺序和开度有关，通过切换或关闭有关调节阀能够减小低频振动幅值。

c）振动与润滑油温无关。

基于振动特征分析认为：1号轴振属于汽流激振，蒸汽激振力作用于高中压转子使轴系失稳，导致1号轴振幅值随时间迅速扩散。结合振动发展过程和检修情况，自激振动由两方面因素引起。

a）汽轮机基础不均匀沉降，造成转子在汽缸中发生径向偏移，高中压缸通流间隙产生不均匀变化，当机组负荷变化时汽流扰动产生蒸汽激振力增大高中压转子振动。

b）机组检修中抬高2号轴承标高，改变了轴系载荷分配导致1号轴承失稳。在蒸汽激振力附加作用下使高中压转子发生的自激振动显著放大。

2 机组振动处理方案

为消除2号机组高中压转子不稳定振动，从检修和运行两方面制定相关措施进行处理。

2.1 检修方面

针对汽流激振发生机理和1号轴承轻载，在机组A级检修中重点进行了轴系中心调整和通流部分间隙调整。

2.1.1 轴系中心检查调整

汽轮机全实缸修前测量高中压转子比低压Ⅰ转子低0.08mm，下张口0.04mm（厂家标准要求低压Ⅰ转子比高中压转子高0.10±0.05mm，下张口0.07±0.05mm）。各联轴器解开后，测量各轴颈扬度与安装时比较发现：高中压转子明显前仰，低压转子明显后仰。

分析测量数据和运行参数，认为增大1号轴承载荷有利于减小振动。因此决定抬高1号轴承标高，适当增大1号轴承载荷。同时采用增大高中压—低压Ⅰ转子高差的方法，适当减小2号轴承载荷，以达到重新调整轴系载荷的目的。考虑到厂家安装标准要求，本次调整将高中压—低压Ⅰ转子对轮中心控制在厂家标准值上限附近，即高中压转子比低压转子偏低值调整为0.13mm；下张口调整为0.10mm。

轴系中心调整后，轴颈扬度明显改善，由于基础不均匀沉降恢复安装时的状态难度非常大，调整结果经确认可满足正常运行。

2.1.2 通流间隙检查调整

基于修前轴系中心变化，高中压缸在运行状态下，上部通流间隙减小，下部通流间隙增大。轴系中心调整后，由于高中压转子调整量较大，而通流间隙设计值偏小导致变化量比较大，需做较大调整。首先根据测量结果，调整猫爪下垫片对高中压缸进行整体调整，然后分别调整静叶环套和前后轴封，更换或修刮超标部分使其间隙合格。低压通流间隙调整量小，经测量缸内的动静间隙在合格范围内。

2.2 运行方面

机组运行中采取以下措施。

a）改变高压调门开启顺序，采用上部进汽方式：Ⅲ+Ⅳ-Ⅱ-Ⅰ，增大上部进汽的Ⅲ、Ⅳ调门开度，减小汽流对轴承载荷的影响，提高1号轴承的稳定性。

b）机组高负荷变工况时，减小负荷变化速率，减缓蒸汽激振力突变的影响。

c）防止中压缸后轴封大量漏气，造成2号轴承标高受热上移量过大，影响轴承载荷分配，造成轴系失稳。

d）制定突发振动紧急处理方法包括：立即减负荷避开突发振动负荷区间；立即投入顶轴油泵提高油膜刚度等措施。

2.3 处理效果

机组大修后正常启动一次成功，在各种工况下1号轴振显著下降。1号轴振X向振动：52～76 μm；Y向振动：44～56μm，其他各轴振、轴瓦温度均在合格范围内。机组轴系存在的振动问题得到比较满意的解决。

3 结束语

大型汽轮机（尤其是超临界机组）的高、中压转子由汽流激振而引起的突发性低频振动因与机组负荷和高压调节阀的开度相关，使其成为限制机组出力的重要因素[1]。通过提高轴系中心对中度,保证转子与汽缸同心度和动静通流间隙均匀。掌握基础沉降动态，采取合理措施减小其对轴系中心及扬度的影响。重视机组运行模式和调节阀开启顺序对突发低频振动的影响，避免在不利工况下运行，基本可以解决此类问题。

［1］ 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（02）：55-62.

Causal Analysis and Treatment on Abnormal Axial Vibration of 600MW Supercritical Turbine

SHEN Xiaojie1，HAN Guoqiang2，AN Xuem in2
（1.China Energy Engineering Group Co.，Ltd.，Shanxi No.3 Electric Power Construction Com pany，Taiyuan，Shanxi 030006，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The vibration of No.1 bearing became gradually serious after 600 MW supercritical steam turbine generating units has been putinto operation，and failed to remain stable althoughmaintenancewasdone formany times.The vibration testanalysis showed that the abnormal vibration was caused by steam exciting force and bearing light load on HP-IP rotor.Through adjusting axial center and optimizing the opening sequence ofhigh pressure regulating valve,the vibration gotbetter control.

turbine；axle vibration；steam-excited vibration；shafting adjustment；sequence valve

TM311

B

1671-0320（2015）01-0050-03

2015-01-05，

2015-01-16

申晓杰（1973），男，山西长治人，1996年毕业于太原电力高等专科学校电厂热能动力专业，工程师，从事电力工程技术管理工作；

韩国强（1973），男，山西太原人，1996年毕业于太原电力高等专科学校电厂热能动力专业，工程师，从事汽轮机组热力试验研究、调试及入网安评工作；

安学民（1984），男，山西晋城人，2009年毕业于华北电力大学控制理论与控制工程专业，硕士，工程师，从事信息安全督查及网络运维工作。