关键词：汽轮机；振动；动静部分；碰磨；
Abstract：The paper describes the abnormal vibration of the turbine shaft of No.1 unit in a power plant. The article believes that its vibration anomaly is mainly caused by the rubbing of the dynamic and static parts. Through the introduction of steam turbine disintegration checking and processing situation,and in-depth analysis of the reasons for the abnormal shafting vibration, the problems exposed behind the event are disclosed and preventive measures are proposed. It can effectively solve the problem of unit shaft system abnormal vibration, and also provide the thinking of analyzing and solving the problem for the unit with similar problems.
Key words：Turbine; Vibration; Dynamic and static parts;Rubbing
一、概述
某电厂2×453MW燃气-蒸汽联合循环机组，燃气轮机由GE公司生产，型号为PG9371FB，蒸汽轮机由哈尔滨汽轮机厂制造，型号为LN150/C120-11.00/3.30/0.43/1.40，型式为三压、再热、两缸、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、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉。
汽轮发电机为三转子六支点支承结构，其中#1、#2轴承支撑高中压转子，#3、#4轴承支撑低压转子，#5、#6轴承支撑发电机转子，在机组转速小于600rpm时为#3、#4、#5、#6轴承提供高压顶轴油，将转子顶起。轴系结构如图1所示。
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图1汽轮发电机轴系结构简图
该电厂1号机组已于2018年9月通过168h试运。近期1号机组冷态启动，机组投入AGC稳定运行约1小时后，因燃料辅助截止阀的电磁阀故障导致机组跳闸，机组惰走过程中轴振异常增大，破坏真空紧急停机。后续几次机组启动均因汽轮机振动大导致启动失败。通过改变冲转参数并对机组振动、相位、差胀等参数进行分析，初步判断汽轮机动静部分存在碰磨。通过对蒸汽轮机解体检查精确测量，最终确定该汽轮机振动异常主要由于高中压转子存在弯曲变形，轴系中心、汽缸中分面间隙、通流间隙均存在明显偏差，同时气缸本体也存在一定程度变形，以上因素共同导致动静碰摩，轴振异常增大。
本文通过对该机组相关数据的分析和研究，介绍了汽轮机解体检查及问题处理情况并对汽轮机振动异常原因进行了深入分析，披露了事件背后暴露的问题并提出了预防措施。解决了汽轮机异常振动难题，同时对同类型机组解决类似振动问题提供参考。
二、振动异常问题描述
2.1 机组跳闸惰走振动异常
14日1号机组冷态启动。启动过程中各参数均无异常，汽轮机最大轴振发生在2909rpm，#5轴振121μm。上午11：55机组投入AGC，稳定运行约1小时后，因燃料辅助截止阀的电磁阀故障导致机组跳闸，跳闸前机组总负荷275MW。汽轮机惰走至转速1604rpm，#1轴振开始有增大趋势。转速至877rpm，#1轴振X、Y方向振动值迅速上涨，立即破坏真空紧急停机。随后#1轴振继续上升，最大值1X升至455μm、1Y升至417μm。汽轮机惰走时间18min（正常约60min），盘车投入后转子偏心显示坏点，1X振动95μm、2X振动66μm、3X振动53μm，并呈缓慢下降趋势。
2.2 机组后续启停振动异常
蒸汽轮机连续盘车，各轴承振动逐渐恢复正常，转子偏心恢复正常。16日1号机组温态启动。对于冲转参数进行一定调整，提高主蒸汽进汽温度与缸体温度的温差至80℃-100℃并适当降低凝汽器真空度。机组启动成功，最大轴振2X约127μm。机组正常调峰运行一天，夜间机组停机过程中蒸汽轮机转子惰走至1505rpm，#1轴振猛增至402μm，再次出现振动异常现象。
后续几天1号机组多次进行热态启动尝试，机组在600rpm执行摩检试验正常并在1050rpm暖机1.5小时，继续升速至1450rpm时，轴振猛增至跳机值附近，手动打闸停机。多次启动尝试都以转子轴振大而失败告终。具体机组启停情况及转子振动数据如表1所示。
表1 14-20日1号汽机启停振动峰值记录表.png)
通过对1号机组振动、相位、胀差等参数进行分析，蒸汽轮机转子动不平衡现象引起轴振大有三种可能：
一、2号、3号轴瓦间的中低对轮连接螺栓存在松动现象；
二、1号、2号轴瓦（可倾瓦）瓦块严重磨损卡涩；
三、蒸汽轮机高、中压转子弯曲变形，导致动静部分碰磨。
其中转子弯曲变形可能性较大，经决定1号机组立即转入A级检修，对振动原因进行彻底检查。
三、解体检查及处理
3.1 高中压转子弯曲情况及处理
蒸汽轮机高压内缸和中压隔板上半拆开后，立即对高中压转子进行弯曲度测量。测量结果显示，弯曲最大位置为高中压过桥汽封至高压3级处，弯曲值为0.11mm，对转子进行无损探伤未发现缺陷。
将高中压转子返回汽轮机厂处理。由于弯曲度不大，选择对转子直接进行车削并进行高速动平衡试验。最终高中压转子经平衡校正后，在一阶临界转速和工作转速下的轴承振动速度有效值分别为：中压端（0.452mm/s 、1.1mm/s）、高压端（0.503mm/s、 0.272mm/s）。检验合格后，高中压转子返厂。
3.2 轴系中心和高中压通流间隙偏差及处理
解体测量轴系中心和高中压通流情况均比设计值超标较大：
一、中-低对轮中心设计值为低轮高0.051mm、下张口0.152mm；实测值为中轮高0.39mm、中轮偏左0.275mm、上张口0.025mm、左张口0.105mm。
二、低-发对轮中心设计值为低轮低0.076mm、下张口0.178mm；实测值为发轮低0.53mm、发轮偏左0.28mm、下张口0.15mm、左张口0.19mm。
三、高中压转子、隔板、轴封处均存在不同程度的碰磨痕迹（如图2-5），其中以高压1、2、3级动叶叶顶、叶根突肩、叶顶围带处碰磨最为明显。高压1级动叶叶顶间隙设计为0.9-1.1mm，必须小于叶根间隙设计为1.2-1.45mm，然而实际情况是叶根严重碰磨，叶顶碰磨较轻（如图4）。
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图4 高压一级隔板叶根通流间隙处磨损 图5 轴封齿磨损严重
汽轮机解体后对转子、隔板、轴封碰磨位置全部进行了修磨，对磨损严重的轴封和汽封块进行了更换。在高中压转子修复弯曲后，经向厂家再次确认轴系中心和通流间隙设计要求，全部按设计值进行了重新调整，并在扣缸前采用全缸安全胶布的方式确保最小通流间隙满足要求。
3.3 高压缸中分面间隙超标情况及处理
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图6 高中压外缸中分面泄漏痕迹 图7 高中压内缸冷紧1/3螺栓后中分面间隙
解体发现汽轮机高中压内外缸、旋转隔板、中压排汽右侧中分面有贯穿泄漏痕迹，其中，高中压内缸中分面中间部分间隙超标处已接近贯穿。经向厂家确认高压内缸上下半车削处理余量后，对高压内缸上下半进行车削处理。处理后，合缸检查（空扣）均0.03mm不入。
上述缺陷处理完毕，机组再次启动。在一阶临界转速（约1540 r/min）附近，各轴振值均控制在55μm以下。机组定速3000r/min后，各轴振值均处于76μm以下，其他各项参数均正常。机组运行稳定后，进行汽门严密性试验、超速试验等各项试验，并验收合格。
四、汽轮机振动异常原因分析
4.1转子弯曲和动静碰摩
根据机组几次启动情况进行分析，调整冲转参数对汽轮机振动情况没有明显影响。通过解体检查，排除了中低对轮螺栓松动和#1、#2轴瓦（可倾瓦）瓦块严重卡涩导致振动异常的可能性。汽轮机解体测量发现转子存在弯曲变形，转子过桥汽封至高压3级处弯曲值最大，与高压1、2、3级动叶叶顶、叶根突肩、叶顶围带处碰磨最为明显的现象相符。机组跳闸惰走时间较正常运行时减少42分钟，判断振动大的主要原因为碰磨。该汽轮机轴系一阶临界转速区为1200rpm-1700rpm，高中压转子出厂报告一阶临界转速为1530rpm，转子过临界转速附近振动迅速增大，与碰磨共同作用导致振动加剧，这与机组跳闸惰走过程和后续机组启动冲转过程中1500rpm左右高中压转子轴振超限的实际情况相符。综上，转子弯曲和动静碰摩是汽轮机振动大的直接原因。
4.2. 汽轮机设计制造和安装质量较差
一是转子出厂存在不平衡量，机组调试时振动较大通过增加平衡块进行调整；二是转子出厂存在残余应力，运行过程中转子内应力释放，导致转子产生弯曲；三是汽轮机轴系中心、汽缸中分面间隙、通流间隙均明显超标，且叶根通流间隙小于叶顶通流间隙，说明安装数据与实际明显不符。因此，转子设计制造和安装质量差，是导致并加剧动静碰摩，使汽轮机振动大的根本原因。
4.3. 机组频繁启停调峰
经核查1号机组自投产1年以来的运行数据（表2），汽轮机高中压转子前后轴承振动确有增大趋势：正常运行时轴振缓慢增大约10-25μm，惰走至1500rpm时的轴振缓慢增大约10μm。1号机组受电网调度频繁启停调峰，加剧了转子内应力释放过程，从而产生弯曲，加上汽缸变形引起动静间隙变小，从而产生动静碰磨，加剧转子振动。因此，机组频繁启停调峰是汽轮机振动大的间接原因。
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表2 2018年10月至2019年09月#1机组汽机#1、#2轴承振动变化
五、暴露问题及预防措施
5.1暴露问题
汽轮机监造、安装环节的监督管理不到位，验收人员把关不严；1号汽轮机轴振自投产以来有缓慢增大趋势，未引起足够重视，说明技术监督管理有待完善；机组招标、设计过程完全按机组连续运行考虑，未能充分考虑当前电力市场形势。
5.2预防措施
根据技术监督管理相关要求，完善技术监督管理工作，提高三级技术监督管理人员水平，加强对其他机组汽轮机绝对膨胀、相对膨胀、转子振动等参数的监视与分析；加强运行人员、检修人员培训，提高运行监盘质量和设备安装检修质量。
六、结语
通过对该电厂1号机组汽轮机解体检查和相关振动数据的分析研究，得出了汽轮机轴振异常的原因，并就该机组存在的问题提出了解决方案及处理措施。结论如下：
6.1转子弯曲和动静碰摩是汽轮机振动大的直接原因。转子设计制造和安装质量差是汽轮机振动大的根本原因。机组频繁启停调峰是汽轮机振动大的间接原因。
6.2通过对汽轮机转子直接进行车削并进行高速动平衡试验，消除转子弯曲及动不平衡；通过对汽轮机转子、隔板、轴封碰磨位置进行修磨，并重新调整轴系中心和通流间隙，确保最小通流间隙满足要求；通过对汽轮机高压内缸上下半车削处理，消除高中压内缸中分面间隙超标问题。
综合上述处理措施，消除了1号汽轮机振动大的问题根源，保证机组安全稳定运行，同时为同类型机组振动问题的分析与处理提供了可靠数据及宝贵经验。
参考文献：
哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 - 《LN150/C120-11.00/3.30/0.43/1.40型汽轮机启动运行说明书》171.000.6SM
论文作者:杨明远, 冯鹏飞, 关先恒
论文发表刊物:《中国电业》2019年 23期
论文发表时间:2020/4/24
标签：转子论文; 汽轮机论文; 机组论文; 间隙论文; 通流论文; 中压论文; 弯曲论文; 《中国电业》2019年 23期论文;