摘要：在汽轮机机组的运行过程中，常常会发生振动异常的情况，若不及时进行处理，将会影响到机组运行的经济效益。本文结合某汽轮机机组振动异常实例，对其振动异常的情况进行了详细的分析，并介绍该机组振动异常的处理，为其他机组振动异常分析和处理提供参考。
关键词：汽轮机机组；振动异常；处理
改革开放以来，我国社会经济得到了迅猛的发展，对电力的需求日益增加，电力行业也取得了巨大的进步。在电力企业生产中，汽轮机是重要的发电设备之一，其机组的正常、安全运行直接关系到电力企业生产的经济性及电网的稳定性。而在汽轮机机组运行中，振动异常的情况时有发生，对其处理展开分析和探讨具有十分重要的意义。
1.机组概述及振动异常情况
1.1机组基本概述及测试
某机组为超临界、单轴、三缸四排汽、一次中间再热、凝器式汽轮机机组。该机组共有9个轴承，其中1、2号轴承为支撑高中压转子的落地轴承，3、4、5和6号轴承为支撑两低压转子的汽缸轴承，7、8号轴承为支撑发电机转子的两个端盖轴承，9号轴承为支撑励磁机转子的落地轴承。该机组的轴系简图如图1所示。
图1机组轴系简图
1.2机组振动异常情况
该机组于2016年6月完成A级检修，并于6月26日进行首次启动。当机组冲转至2000r/min暖机过程中，转轴1X、1Y、2X和2Y振动幅值出现缓慢爬升趋势，最终转轴1X、1Y、2X和2Y幅值至97.9μm、98.5μm、126μm、117μm，机组保护动作，汽轮机跳闸。在降速过程中，转轴1X、1Y、2X和2Y向振动幅值最大至256μm、205μm、247μm和205μm，遂决定紧急破坏真空停机。振动变化趋势如图2所示。
图2转轴1X/1Y和2X/2Y向振动幅值变化趋势
由机组振动变化趋势，分析判断该机组在2000r/min暖机过程中，高中压转子存在碰磨情况导致1、2号轴承轴振出现缓慢增加趋势。
经现场了解得知：该机组在大修期间，为提高其经济性，特将高中压转子的叶顶、隔板汽封间隙调整至规定值下限；同时，由于旋转机械存在“泊桑效应”，当机组升速过程中，汽轮机转子在离心力的作用下，转子发生径向和轴向的变形，最终导致转子会“变粗变短”，因而，机组在暖机2000r/min过程中出现碰磨故障，致使高中压转子出现振动恶化情况。
当机组转速降至0r/min后，试投盘车顺利，并在低速下倾听各轴承的声音，未发现有异常情况。随后在投盘车时，记录下转子挠度值为0.053mm，与冲转前比较转子的挠度为0.06mm，说明转子未发生弯曲变形情况，经几个小时连续盘车后，再次进行冲转。
1.3机组再次启动异常情况
机组再次启动冲转，并严密监视各轴承振动情况，如有异常及时采取紧急措施，避免出现振动恶化情况，保障设备安全。
机组升速至2000r/min过程中，发现振动均在合格范围，并进行40min的中速暖机，在暖机过程中未发现各轴承振动异常情况。于是进行升速，当机组升速至2950r/min时，5、6号轴承振动幅值快速攀升，最终因5、6号轴承座振动幅值超标，导致保护动作而跳闸，其中，5、6号轴承振动及转轴振动变化伯德图如图2所示。
图3转轴5X/5Y、6X/6Y和5/6号轴承振动伯德图
机组跳闸时，5、6号轴承振动现象：其振动幅值主要以基频为主，随着转速的升高而振动幅值快速增加。
现场检查发现：图4中轴加风机至排大气后管道疏水不畅，且低压转子轴封向外漏汽严重，此时轴加风机已出现满水情况，如图5所示。
图4汽轮机轴封系统简图
发现轴加满水情况后，对轴加排汽后疏水管道进行检查，发现疏水管道存在疏水不畅问题。对其进行处理后，低压转子轴封外漏情况减弱，轴加水位已缓慢恢复正常。
图5低压转子轴封外漏和轴加风机满水图
机组转速惰走至0r/min后，试投盘车顺利，并检查各轴承处无碰磨情况，记录转子在盘车时的挠度值为0.06mm，分析认为转子未发生弯曲情况，经连续盘车后，决定再次冲转。
2机组启动后异常情况
2.1机组首次定速情况
轴加疏水不畅导致转子与水接触故障排除后，机组再次启动。机组空载3000r/min时，各轴承振动情况如表1所示。除了9号轴承9Y轴振幅值不合格外，机组其他轴承振动幅值均在合格范围。
表1空载3000r/min各轴承振动情况
注：润滑油供油温度为42℃。
机组540MW负荷时，各轴承振动和瓦温情况如表2所示。
表2机组540MW各轴承情况
注：润滑油供油温度为41℃。
2.2机组存在几类异常问题
在空载3000r/min和540MW负荷下，各轴承的振动情况见表1、2，机组存在的主要问题如下：
(1)1、2号轴承振动和转轴X、Y向振动幅值均有变化，且2号轴承存在瓦温偏高（2号轴承瓦温最高至100℃）。经现场了解得知，空载3000r/min时，高压缸的为单阀运行，而540MW负荷，高压缸的为顺序阀运行；造成1、2号轴承振动变化的主要原因是高压缸进汽方式的改变，导致高中压转子受力状态改变，1、2号轴承载荷分配也随之变化。要解决2号轴承瓦温偏高和1、2号轴承振动变化的矛盾关系，需要对高压缸的进汽调阀开启顺序进行优化调整试验。
(2)3、4号轴承和转轴X、Y向振动幅值较空载3000r/min工况下，有不同幅度增加，且经1个多月的稳定运行后，3、4号轴承和转轴X、Y向振动幅值及基频相位均比较稳定，数据如表3所示。由此数据分析认为，低压Ⅰ转子存在一定的质量不平衡，要消除此故障，需对该低压转子进行高速动平衡。
表3稳定运行1个月后3、4号轴承振动情况(μm/μm∠°)
图6转轴9X/9Y振动幅值变化趋势
(3)9号轴承X、Y向振动幅值存在一定范围的波动情况，见图6。其中，转轴9Y向振动幅值波动最为明显（最大至220μm），但9号轴承座振动幅值和瓦温较为稳定，9号轴承瓦温偏低（瓦温为57℃）。分析认为9号轴承负载较轻，且9号轴承为落地轴承其刚度比较大，可能存在励磁滑环椭圆度超标导致9号轴承X、Y向振动存在波动情况，要消除此故障，需适当增加发电机和集电环转子联轴器的张口，避免集电环转子出现甩头情况。
3机组异常故障处理结果
3.1高压缸进汽方式调整
为解决1、2号轴承振动和2号轴承瓦温之间的矛盾关系，决定对高压缸的进汽方式进行优化调整试验。
图7所示为高压缸主汽阀和调阀的物理位置布置简图。2016年6月中旬，机组A修结束。机组启动后，高压缸进汽调阀开启顺序为GV3/GV4-GV1-GV2。其中，高压进汽调阀GV3、GV4同步开启。在此顺序阀运行方式下，1、2号轴承振动和瓦温情况如表4所示。
表4原设计阀序下1、2号轴承振动和瓦温（560MW，顺序阀运行方式）
注：润滑油供油温度为41℃。
图7高压缸进汽调节阀布置简图
注：①从调速器向发电机方向看；②TV1、TV2——高压缸主汽阀；GV1、GV2、GV3、GV4——高压缸进汽调阀
经试验测试后，最终确定将高压缸进汽调阀开启顺序调整为GV1/GV4-GV2-GV3。经调整后，1、2号轴承振动和瓦温情况如表5所示。
表5阀序调整后1、2号轴承振动和瓦温（560MW，顺序阀运行方式）
经此次阀序优化调整后，1、2号轴承振动和瓦温达到最优水平，实现了机组安全稳定运行。
3.2低压Ⅰ转子高速动平衡
为解决低压Ⅰ转子存在质量不平衡故障，分别在低压Ⅰ转子两端加0.614kg反对称质量。经平衡后，在空载3000r/min和330MW负荷工况下，3、4号轴承振动数据如表6、7所示[1,2,7,8,9]。
表6平衡后空载3000r/min下3、4号轴承振动情况(μm/μm∠°)
表7平衡后330MW工况下3、4号轴承振动情况(μm/μm∠°)
经本次平衡加重后，3、4号轴承振动幅值均降至优良水平。
3.39号轴承转轴X、Y向振动波动处理为解决9号轴承转轴X、Y向振动波动和轴承负载轻故障，利用停机机会，将9号轴承座标高上抬0.4mm。经处理后，再次启动后空载3000r/min和400MW负荷下，9号轴承振动情况如表8所示。
表8 9号轴承座标高上抬后振动和瓦温情况
注：润滑油供油温度为42℃。
经9号轴承座标高上抬0.4mm后，9号轴承转轴X、Y向振动波动故障消除。
4结语
综上所述，汽轮机作为现代火力发电厂的主要设备之一，在汽轮机机组运行过程中，若出现振动异常问题，必须要采取有效的措施进行处理，否则将会影响到电力企业生产的经济效益及电网的稳定性。因此，机组运行人员要加强对机组设备的监测和巡查，确保机组故障的及时发现及处理，从而保障机组的安全稳定运行。
参考文献:
[1]某电厂3~#机组振动异常分析及处理[J].刘涛.设备管理与维修.2017(16)
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[3]火电厂660MW机组汽轮机振动异常原因分析[J].马福泽.中国高新技术企业.2016(10)
论文作者:王开来
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/11
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