摘要：随着我国经济的发展，社会对电力资源的需求量与日俱增，可以说，电力是关乎到国计民生的重大事业。火电厂作为电力生产的重要组成部分，其日常操作的660MW机组汽轮机运转状况，对保障火电厂的正常运行意义深远。文章结合工作经验，对660MW机组汽轮机振动异常的原因进行了叙述，并对高中压转子弯曲、转子自生性残余应力等原因进行了分析，希望对汽轮机组的安全运转与维护提供有效建议。
关键词：660MW机组；汽轮机；振动异常
随着电力行业的快速发展，目前600MV等级超临界火力发电机组已经成为国内发电企业的主力机型。然而近年来国内超临界机组高中压转子永久性弯曲事件时有发生，除运行工况突变等因素外，高中压转子加工制造过程中的残余内应力成为某些汽轮机转子弯曲的主要原因，导致汽轮机组振动超标。汽轮机振动水平是衡量机组安全可靠性的重要指标，汽轮机振动故障又是机组经常发生且较难处理的一类故障。
1汽轮机振动数据及振动特征
该汽轮机为国产超临界660MV机组一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式直接空冷汽轮机。高中压转子、低压转子为无中心孔合金钢整锻转子，转子系统由安装在前轴承箱内的推力轴承定位。高中压转子和1号低压转子、1号低压转子和2号低压转子、2号低压转子和发电机转子均通过联轴器刚性联接。本机组共9个支撑轴承支撑（含发电机2个、励磁机1个）。汽轮机通流部分为冲动式与反动式联合设计，进入汽轮机高压缸的蒸汽通过一个调节级和9个压力级后，由高压缸下部两侧排出进入锅炉再热器。进入汽轮机中压缸的蒸汽经过6级反动式中压级后，从中压缸上部排汽口排出，经过中低压连通管，分别进入1号、2号低压缸。2007年12月该机组首次启动，空负荷工况下1号轴瓦及2号轴瓦振动幅值均在50µm以下，达到了优秀标准，随着机组运行时间及机组启停次数的增加，1号轴瓦及2号轴瓦振动一直呈上升趋势。2008年5月2号汽轮机正常启动，通过临界转速1640r/min 时，1x振动幅值达171µm，1x振动幅值达211µm，2x振动幅值达195µm，2x振动幅值达到197µm，与机组上次启动过临界相关数据对比有明显增大迹象。
（1）机组每次启动的振动幅值都会比上一次有所增加，通过临界转速区域增加迹象明显，对比历次停机数据，振动指标呈恶化的趋势。
（2）机组冷态启动与热态停机振动曲线差异很大，主要表现在停机过程中过临界振动幅值要比冷态启动过程中过临界振动幅值大得多。
（3）分析汽轮机1、2号轴瓦振动的频谱可发现工频振动所占分量很大，达90%以上，其他频率成分振动分量很小。
（4）汽轮机带负荷后振动趋于平稳，幅值、相位稳定。
（5）调查国内其他出现同类故障机组还发现该类振动除了存在以上特点外，振动恶化趋势与汽轮机启动次数有一定的相关性，启动次数越频繁，恶化趋势越明显。
2汽轮机震动异常原因分析
结合轴瓦频谱工频振动占主要比例的振动特点，笔者认为机组的振动应该属于强迫振动。根据强迫振动出现的几大原因，笔者进行了逐一排除。在排除了转子质量不平衡、零部件掉落、轴承结合面刚度不足等几项原因之后，发现了振动异常的原因主要如下：
2.1高中压转子弯曲的原因
机组安装时经过检查，不存在转子弯曲的隐患，因此，转子弯曲发生在安装后的使用过程中。从DCS系统的偏心量中可以看出高中压转子的形状发生细微的变化。从DCS系统历史资料和记录数据中，偏心量大小从60µm增加到70µm，结合检查记录与维修记录，笔者排除了汽缸进水、进冷汽、转子存在摩擦过热等问题。所以笔者推测，这种逐渐发生的弯曲是由于残余应力的原因而产生的。根据机组的工作状态，汽轮机在满负荷运转过程中使高中转子存在残余应力，导致随着时间的推移，转子在残余应力的压力下逐渐发生变形，这种不规则的形变打破了机组内部结构的平衡秩序，导致机组振动幅值的异常。
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2.2残余应力的原因
2.2.1热处理原因。残余应力是机组在缺少外力、外力矩的作用下，机组内部零部件在平衡状态下自身残存的内部应力。物理机械经过加热后，或多或少的会存在一些受热不均现象，尤其是大型设备。因此在冷却时间超过材料的自身韧性以及强度时，就容易导致残余应力的出现。火电厂660MW机组出现振动异常的大部分原因是残余应力，因此，受热不均而导致的残余应力是机组使用过程中应该注意的重要方面。
2.2.2转子的材料材质与制作工艺不精。高中压转子的质地、毛坯材料的均匀性也是制约机组稳定运行的一项限制因素。由于我国金属冶炼的发展程度尚未达到较高的水平，导致转子由于材质的限制而出现内部各向异性，同时在受热不均等原因下，出现弯曲等变形问题。众所周知，高中压转子在制作过程中，必须经过一定时间的时效处理，才能保证转子的质量和承受能力。高中压转子的工作环境温度较高，在低温回火时，转子中的内部应力逐渐增加，如果转子没经过时效处理，将会难以承受这种温度的剧烈波动，从而导致变形、弯曲。
3对震动异常现象的技术优化
为了防止出现不安全隐患，避免重大安全事故的发生，笔者建议机组车间部门应按照相关的规定采取措施，关注机组的震动数据。
3.1定期安排检修计划
针对上述问题，车间主任或班长要结合机组的参与应力释放现状制定相应的机组检修计划，在应力释放进入稳定期后进行揭缸检查，查看转子是否出现弯曲，再由技术人员决定机组持续工作性能，对于需要处理的应及时提交现场直轴或返厂修理等处理的报告。
3.2监视参数变化动态
在实际操作中，火电厂660MW机组汽轮出现震动数据异常的原因是十分复杂的，机组内部结构中任何一个部件都会导致振动上的不规律。因此，操作者在工作过程中，要时刻关注机组的运行参数，包括进汽参数、油温参数、疏水参数、油质等，及时分析汽轮机异常振动的真实原因，以便促进解决异常振动。由于末级较长，汽轮内部的气体在叶片膨胀末端产生流道的紊乱会导致气流激振。所以，在检测参数的时候，要对以下两种参数进行及时的监测：机组出现大量值的低频分量以及运行参数的爆发性变动量。尽量避免负荷的剧烈波动，调节负荷时，要合理设置升负荷率。
3.3进行设备结构维护
机组内部的轴承距离也是引发机组异常振动的重要原因之一。若轴承间隙过小或过大，会导致机组内部结构的碰撞或者运行不稳定。因此，在对汽轮机组进行调整与维护时，需要根据原始数据将轴承间隙重新控制在一个合理的区间内，以确保汽轮机组的健康运转。同时，为了保证转子的运转顺畅，还要对转子的油膜等构件进行定期的检查与更换。如果大机组顶轴油没有调好，就会削弱油膜的工作效果，导致轴承之间的润滑失灵，加大振动变化。因此，设备的使用者要经常检查油膜、溢流孔等结构是否合理正常。
4结语
火电厂660MW机组汽轮出现异常振动的根源是十分复杂的，从长期的工作经历中总结出来的各种操作流程和历史数据是当前的管理维护过程中可以运用的经验。因此，工人一定要在日常的操作中牢记本文对汽轮机组振动异常原因的分析方式，并结合不同的工作环境进行具体应用。同时，管理者还要在以后的工作中不断学习、仔细思考，发现机组异常的细微变化，争取找到更快、更方便的判断、分析方法，为火力发电节省更多的能源，提高发电效率，创造更大的价值。
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论文作者:孙志彬,曹政
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/10
标签：机组论文; 转子论文; 汽轮机论文; 应力论文; 原因论文; 异常论文; 残余论文; 《电力设备》2017年第36期论文;