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摘要：介绍了某发电厂1号机组汽轮机轴系异常振动现象，认为其#2轴承振动异常主要是由#2轴承箱油挡积碳引起，而该机组轴封系统和润滑油系统存在设计和安装缺陷是造成油档积碳的主要原因。通过分析油档积碳型振动的形成过程，探讨了几项常用的应对油挡积碳的具体措施，并结合该发电厂的实际条件对相关系统进行了针对性改造，有效缓解了#2轴承的振动异常问题，同时也为出现类似问题的机组提供了分析和解决问题的思路。
关键词：汽轮机；积碳；振动；技术改造；轴封；油档
Abstract：The paper describes the abnormal vibration of the turbine shaft of No.1 unit in a power plant. The article believes that its #2 bearing vibration anomaly is mainly caused by the carbon deposit of the #2 bearing housing. The design and installation defects of the shaft seal system and the lubricant system of the unit are the main reasons for the buildup of carbon in the oil. Through the analysis of the formation process of carbon-carbon-type vibration in the oil range，several common measures to deal with carbon deposits are discussed. Combined with the actual conditions of the power plant，relevant systems were targeted for transformation，which effectively mitigated the abnormal vibration problems of #2 bearings. And it also provides ideas for analyzing and solving problems for units that have similar problems.
Key words：Turbine；Carbon deposition；Vibration；Technical renovation；Shaft seals；oil baffle
某发电厂2×390MW燃气-蒸汽联合循环热电联产机组，燃气轮机由GE公司生产，型号为PG9351FA，由1台18级的轴流式压气机、1套包含18个低NOX燃烧器的燃烧系统、1台3级透平和有关辅助系统组成。蒸汽轮机由哈尔滨汽轮机厂制造，型号为LC85/N125-13.00/3.30/0.42/1.2，型式为三压、再热、三缸、冲动、抽凝式汽轮机。余热锅炉采用东方日立锅炉有限公司的三压、再热、自然循环、无补燃、卧式余热锅炉。
汽轮机为三转子五支点支承结构，其中高、中压转子为三支点支撑，分别通过下猫爪支撑在#1、#2、#3轴承上，#2轴承为推力支持联合轴承。#4、#5轴承支撑低压转子，并配置有高压顶轴油，在机组盘车及汽机启动时高压顶轴油投入，把低压转子顶起。其中#1支持轴承和#2支持轴承均为椭圆轴承，#3、#4、#5支撑轴承为可倾瓦轴承。轴系结构如图1所示。
图1 汽轮机和发电机轴系结构简图
该发电厂1号机组于2014年11月通过168h试运。在2015年2月开始，汽轮机#2轴承在运行过程中时常会出现非稳定性间歇式振动。通过对上述现象长时间的现场跟踪和调查、分析，最后确定#2轴承存在的非稳定性间歇式振动是由油档在油垢碳化后与汽轮机转子发生碰磨引起。
文章通过对#2轴承振动现象和相关数据的分析和对油档积碳反应机理的研究，在全面查阅该发电厂轴封系统、润滑油系统设计和安装相关资料的基础上，提出了缓解其积碳型振动的临时运行调整措施。同时提出了对高、中压缸轴封系统、润滑油系统及油档进行一系列技术改造的方案，以此来减少油档漏油和高中压进气端轴封高温蒸汽的泄漏，进而彻底缓解该机组轴系油档积碳型振动的问题。
一、#2轴承振动异常现象与分析
1号机组自投产以来，高压缸进汽和中压缸进汽端由于轴封间隙较大，轴封蒸汽泄露严重，#2轴承箱长期处于高温环境中。一段时间后，#2轴瓦振动幅值会突然在正常值35 μm左右至60 μm左右之间反复突变，无周期性，然后再趋向于正常运行值。最高振动至100μm 左右。
通过对机组出力、主蒸汽压力、主蒸汽温度、润滑油压力、润滑油回油温度等历史曲线与#2轴瓦振幅历史曲线进行对比，发现未存在必然关联。鉴于该机组#2轴瓦之前振幅一直稳定在37μm 以下，而此类振动异常呈现出波动剧烈，且在运行过程中突然发生，可以排除由于动平衡产生的振动。
通过对#1、#2、#3轴瓦振幅综合比较，发现#1、#3轴瓦振幅明显低于#2轴瓦，且#3轴瓦振幅远大于#1轴瓦。由此可以确定引起振动的振源位于#2轴瓦附近，#1、#3 轴瓦轴振波动均由于#2轴瓦轴振的异常波动引起。
表1：1号机组1-3号轴瓦轴振分析
综上所述，该电厂1号机组#2轴承振动异常现象与李俊峰[1]对某电厂汽轮机轴系异常振动现象的原因相似，基本可以认为#2轴瓦处油挡存在积碳的可能性比较大。具体表现是：停留在油档里的汽轮机润滑油与轴封泄露蒸汽相遇后发生碳化，油档与转子的间隙减小，导致油档与汽轮机转子碰磨。在多次不定期的碰磨后，其油垢的厚度逐渐变薄，故机组运行期间当发生大幅振动后，振动波动幅度又会减弱，但随着时间的延长，因油档上碳化油垢层的逐渐增厚，碰磨故障又会反复发生。因此造成轴振发生不规律波动。
二、油档积碳原因分析
2015年6月初，利用1号机组的停备间歇，检查油档时发现，#2轴承油档油垢碳化比较严重，将油挡拆下后，发现油挡外侧三排铜齿全圆周方向已被碳化物完全堵死，并且碳化物经过不断累积、挤压，形成比较坚硬的固体，封死在油挡齿之间（见图1）。对油档碳化油垢清除后重新开机，轴系振动正常。此后，每次停机后均对油档油垢进行清除，机组运行再未出现振动异常现象。
油垢物碳化的条件是必须有灰尘、油烟和高温的共同作用[2]。首先是灰尘与油烟混合形成油垢物，这些油垢物在高温的作用下被碳化固结，灰尘使油烟粘结在密封齿上，只有当固结的碳化物堆积到与转子相碰后才有可能发生摩擦振动。根据碳化再现试验的结果［3］，当温度达到170℃左右时碳化开始，温度达到200℃以上时碳化加剧，在混有高温碎屑时更容易碳化。
通过对该2号机组现场的勘查，发现#2轴承所在的高中压缸进汽口有大量高温蒸汽冒出，正常运行时巡检人员都不敢靠近，这毫无疑问为油档积碳的形成提供的高温条件。经过对汽轮机轴封系统、润滑油系统等有关设计、安装和历次检修的数据进行分析，认为某发电厂在其轴封系统和润滑油系统存在不合理之处，主要包括（1）轴封间隙太大，漏气量太大：由于之前对振动形成的原因分析不明确，误认为是轴封齿与转子碰磨造成，因此在之前检修时将轴封与大轴的间隙调大，大于厂家给的定值，致使漏气量增大。（2）高中压进汽端轴封回汽不畅。原因是设计院在设计初期对高中低压轴封回汽管管径设计不合理，低压轴封回汽管管径较粗且无调节阀调节回汽量，高中压轴封回汽管管径较细，使正常运行中，轴抽风机的出力基本上全部用于低压回汽。致使高中压两端回汽不畅。（3）润滑油油箱有油气聚集，油挡处润滑油回油不畅。
三、机组改造方案
3.1 轴承箱顶部增加至润滑油箱油器抽气管。调节并维持轴承座内合理的负压值，有效降低轴承箱内油气量，但负压增大有利于轴承座通过油挡齿与转子之间的间隙向轴承座内部吸入空气，而轴承座外部的细小杂质如灰尘、保温棉碎屑会随着空气一起被抽入轴承座，反而有利于积碳生成。因此只能通过实际运行中，微调抽气阀门开度，找到润滑油箱内部负压的最佳区间。
3.2 增加高中压进气轴封回汽管道。增加低压轴封蒸汽手动阀（调节回汽力度），正常运行中合理调节低压轴封蒸汽回汽手动阀，平衡轴抽风机的出力。可以使高中压缸两端轴封，特别是进汽端轴封回汽正常，减少漏汽量。经过改造后表明，漏气量大大减少，巡检人员完全可以靠近轴承箱。
3.3 改用气密式油挡。同时增大下油档的泄油孔数目和直径：在油档铜齿间引入1股干净、常温及恒压的压缩空气。这样，外涌的气流阻挡沿轴窜流到轴承箱的空气，引入的压缩空气沿轴进入轴承箱以阻止油档内渗出的润滑油，实现了全密封效果［4］，气密式油挡目前在治理油挡积碳问题上有较多的应用案例。但是相应改造成本较高，施工难度较大，并且增加维护工作量（见图）。
3.4 增加隔热板。增加隔热板的方式为在油挡外部增加1层铝制隔热板，减少轴封体对油挡的辐射传热，避免油挡长时间处于高温状态，延迟积碳产生的过程。此种方式造价低，改造方便，但不能从根本上解决油挡积碳问题，而且隔热板受高温辐射，较容易损坏。
四、结束语：
结合某电厂1号机组#2轴瓦振动异常波动的分析和处理过程，找到了机组振动故障原因及其机理，并就该类型振动问题提供了解决办法，从这一故障的分析和处理过程可以得出如下结论：
4.1经过对机组#2轴瓦振动异常波动的分析，得出汽轮机运行过程中出现的非稳定性间歇式振动波是由油档积碳引起，是典型的积碳型振动。
4.2经过对油挡积碳产生的原因的分析，结合现场勘查和设计图纸、安装检修等数据校验，提出了积碳产生的直接原因，并就机组改造提供了合理的方案。
4.3通过对汽轮机轴封系统和润滑油系统进行改造，并采用气密式油挡，增加隔热板的补充措施，彻底解决了某电厂的油挡积碳和积碳型振动问题。
参考文献：
[1]李俊峰，汽轮机油挡积碳问题的分析与处理．江西电力·2017（2）；
[2]赵建民，安志勇，靳旺宗等，北重３３０ＭＷ机组间隙性振动原因分析及处理2014（8）；[3]谢蔚扬．汽轮机碳化摩擦振动分析．华东电力，2000（8）；
[4]牟法海，卢盛阳，王文营．汽轮机动静碰磨故障的原因分析及处理．热力发电，2000（3）。
论文作者:冯鹏飞1,周许文2,关先恒1
论文发表刊物:《河南电力》2018年2期
论文发表时间:2018/6/11
标签：轴承论文; 汽轮机论文; 轴瓦论文; 机组论文; 油垢论文; 转子论文; 润滑油论文; 《河南电力》2018年2期论文;