摘要：汽封改造在提高汽轮机热效率的同时，也引发了一些机组的振动故障．其中不乏疑难、顽固的振动问题对某汽轮机在蜂窝汽封改造后出现的振动问题进行分析．得出振动原因是由于该型汽封的技术特点与高压轴封工艺设计不匹配，引发了轴封体变形，同时在一定程度上影响到汽缸膨胀．最终导致了高中压转子在轴封处发生持久的动静碰摩，在此基础上指出．由于许多汽轮机在低负荷工况下，高中压轴封供汽温度与附近缸壁都会存在显著温差的工艺特点．高中压轴封应慎重选用蜂窝汽封．以避免因汽封改造带来的振动问题。
关键词：汽轮机；汽封改造：振动：膨胀不畅；动静碰摩
引言：
近年来．在国家大力倡导“节能减排”的背景下．许多电厂利用大修机会．采用各式新型汽封来替代传统的迷宫汽封．并把汽封间隙按照相关标准的下限进行调整。这些工作对提高机组热效率起到了积极作用．但同时也给机组带来了一些振动问题．其中不乏疑难、顽固的振动故障。
1汽封密封型式及原理
旋转机械所采用的密封形式均是被动形式，可分为接触式和非接触式两种。接触式密封泄漏量最小，理论泄漏量为“0”，应是理想的密封形式。但是，由于汽轮机是在高温高压状态下高速旋转的机械设备，运行过程中伴随缸体热梯度变形、启停过临界转速时振动增大进而产生旋转磨擦等现象，均会使接触式汽封体产生磨损，形成动态间隙。汽轮机运行的动态过程中，转子与汽封始终存在间隙，即在汽轮机这种高速旋转设备上只存在非接触的密封形式，所谓接触式密封也只是相对于非接触式密封而言，间隙相对较小。
当前汽轮机组均采用梳齿式结构和原理，汽封背部加装板簧，使汽封与转子发生碰磨时能产生退让，当碰磨消失后，汽封在板簧的作用下又恢复到工作位置。
2振动现象
例如，某热电厂2号机组系亚临界、330MW汽轮发电机组。该机组进行蜂窝汽封改造后．在每次启动过程(特别是冷态启动)中．高中压转子在低负荷工况下出现大幅的振动波动．且常常超过振动保护值而跳机，这给设备的安全、稳定运行带来较大的风险。
3振动原因分析
3.1基于现场实测数据．并结合2号机组历次启停及带负荷过程的振动、缸胀、轴封供汽等相关参数的查询结果．总结高中压转子低负荷工况的振动波动主要存在如下特征：
3.2高中压转子在低负荷工况下振动波动的剧烈程度与汽缸温度有明显关系．当机组启动距离上一次停机间隔时间越短(即启动时汽缸温度越高)．启动后的低负荷T况波动就越趋于缓和．直至在极热态下启动时，低负荷下的振动波动相对有限。
3.3在机组降负荷停机过程中，高中压转子在低负荷段也会出现一定程度的振动波动：
3.4振动波动主要表现为基频成分。
3.5相比于1号机组．2号机组的缸胀速度更慢。南于振动的异常波动以基频分量为主．说明振动的性质属于普通强迫振动。从振动波动发生时机及可以复原的特征分析．2号机组高中压转子在肩动带负荷过程中的振动波动原因是动静碰摩故障。机组的动静碰摩使转子在圆周方向上产生温差．引发转子热弯曲．导致振动加大，同时这又加剧了动静碰摩的剧烈程度．形成恶性循环．激发了振动的快速增长．通常造成动静碰摩故障的原因有：
(1)动静间隙调整过小或不均匀：
(2)运行参数控制不当引发的转子热弯曲；
(3)汽缸膨胀不畅、保温不良、进冷蒸汽或水等引起的汽缸变形、跑偏；
(4)隔板、汽封等结构部件的变形：
(5)汽缸或基础的沉降；
(6)机组剧烈的振动。
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就2号机组而言，由于高中压转子振动波动与汽缸温度明显相关、且汽缸膨胀速度偏慢．再加上降负荷停机过程中．在低负荷工况也会出现振动波动．故此诊断该机组动静碰摩的原因存在2种可能：一是高中压汽缸膨胀不畅：二是汽封部件的变形。
4动静碰摩的溯源分析及处理
4.1依据汽缸膨胀不畅的故障机理进行振动处理
高中压缸膨胀不畅使得缸体在受热时膨胀不畅。受到了压缩，产生压应力；冷却时收缩不畅，受到了拉伸．产生拉应力．这都将使缸体发生变形．引发动静碰摩。一般．汽缸膨胀不畅的常见原因有滑销系统卡涩、管道额外作用力、缸体被急剧加热或冷却。
(1)对滑销系统的安装间隙进行检查．发现前箱下部的滑销没有间隙，随后在前侧左、右滑销分别加垫．把滑销间隙调整为0．10mm。
(2)汽缸滑销及推拉装置的外观检查，并进行加润滑脂处理．但实际注入油脂量十分有限。
(3)检查与高中压缸相连的大口径管道，未发现存在错位或憋劲的地方。
(4)查询各抽汽温度均处于正常范围．各疏水正常。未发现缸体被急剧加热或冷却。
2号机组启动后发现．尽管汽缸相比以前膨胀更顺畅．但其缸胀的过程曲线仍然不如同型的l号机组平滑．而且低负荷工况下振动的剧烈波动没有得到改善：同时在停机过程中，通过架设百分表的方法．检测汽缸冷却收缩过程的数据，发现了一些瑕疵，比如：前箱在升压站侧和锅炉侧冷却收缩数据最大相差0．6mm．这相对于前箱的膨胀基数来说是偏大的．且升压站侧的收缩数据基本不变．这说明前箱的膨胀存在偏斜；这些都表明汽缸仍然存在膨胀不畅的问题。
4.2依据汽封部件变形的故障机理进行振动处理
依据汽缸膨胀不畅常见原因进行振动处理的效果不佳后。决定从2号机组汽封部件变形的故障机理、并结合高中压转子振动波动发生时机人手，查找动静碰摩的原因，具体分析如下：
(1)在冷态启动过程中。机组处于低负荷工况下、进入自密封前，高中压缸轴封供汽来源于辅汽联箱(即邻机的四级抽汽)．温度都在350℃左右．而轴封附近的缸壁温度此时还处于加热过程中，与排汽温度基本相符，大约260℃。这表明在低负荷工况下，由于汽轮机工艺设计的特点。轴封供汽与其附近高中压缸壁温度总会有90℃左右的温差。
(2)相比于迷宫汽封，2号机组高中压轴封采用蜂窝汽封后，由于轴封级间泄漏小．使得高温轴封供汽被堵在轴封套内．减少了轴向流动．与轴封体及其附近缸壁温差更为明显和持久．继而引发了轴封体变形．同时在一定程度上会影响汽缸的膨胀。
(3)迷宫汽封由于存在环形腔室．工质的环向流动会产生自激扰动，当汽封间隙较小时．就容易出现汽流激振。而蜂窝汽封的蜂窝带结构会把类似于迷宫汽封的环形腔室割裂．减小了圆周方向的力，大大减弱了汽流激振产生的可能性．这就使得蜂窝汽封的设计动静间隙更大。
(4)高中压转子远离一阶I临界转速．处于二阶振型运行，而两端轴封恰好是振型曲线的高点．这就使得运行中更容易在轴封处发生动静碰摩．综上所述，2号机组高中压转子轴封改造成蜂窝汽封后．导致了轴封体的变形．且在一定程度上阻碍了汽缸膨胀．同时由于蜂窝汽封的动静间隙更小．而转子运行中的振型高点又恰好在轴封处，高中压转子就在轴封处引发动静碰摩：同时，蜂窝汽封耐磨性好．使得轴封处的摩擦振动十分持久、顽固，以至于长达数年。
结束语：
2号机组高中压转子汽封改造后．由于蜂窝汽封良好的密封特性．引发了轴封体的变形。同时在一定程度上影响到汽缸的膨胀．再叠加上转子运行中的振型高点恰好在轴封处、且改造后汽封间隙更小等多重因素影响．导致了高中压转子在轴封处发生持久、顽固的动静碰摩。考虑到各型汽轮机在低负荷工况下．高中压轴封供汽温度与附近缸壁都会存在90℃左右的温差．因此与2号机组类似．汽轮机高中压转子轴封应慎重使用蜂窝汽封。以尽量避免因汽封改造带来的振动问题。
参考文献：
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论文作者:高思明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/4/1
标签：转子论文; 汽缸论文; 机组论文; 汽轮机论文; 动静论文; 负荷论文; 中压论文; 《电力设备》2018年第28期论文;