（江苏国信靖江发电有限公司 安技部 214500）
摘要：本文针对某发电有限公司#10号汽轮机首次大修后,冷态启动过程中，非临界振动区，发生#1、2、3、轴振增大，根据振动测试、检修大修揭缸检查情况、运行调整所得到的经验与结果，应用有限的振动理论，来分析某厂#10机组C135/N150MW中间再热式汽轮机振动升高的原因以及采取的控制对策，取得了一定的效果，确保了机组的安全运行。由于水平有限，文中难免有不足之处，仅供参考。
关键词：汽轮机；冷启；振动；控制；对策
一、原状概述：
某发电有限公司#10机组是哈尔滨汽轮机厂生产的超高压、中间再热、双缸、双排汽、单轴、凝汽式汽轮机，型号为：C135/N150MW-13.24/535/535/0.981。其特点实现了热电联供，提高了机组的经济性及能源的利用率。机组在设计时采用了较大的轴向间隙和较小的径向间隙，以满足变工况的适应性及减小漏汽损失，提高机组效率。#10号汽轮机2006年04月29曰首次大修后,冷态启动过程中，非临界振动区发生#1、2、3、轴振增大，因此分析机组启动的过程中振动升高的原因并积极采取应对的措施，对在保证机组安全的启动有着十分重要的意义。
（一）机组的结构特点：
该机组采用高中低压缸采取内外双层缸结构。通流部分为反向布置，中压缸第13级回转隔板来调整工业抽汽压力、流量。高中压采用夹层汽加热装置,达到加热外缸或冷却外缸的目的。高中低压转子均为无中心孔整锻结构，采用刚性靠背轮连接；本机组共有5只支持轴承，均为椭圆瓦。其轴系结构图如下：
机组从机头向发电机方向看为顺时针3000 r/min。轴系临界转速；一阶：高中压转子1585 r/min，低压转子1890 r/min，发电机转子1086 r/min；二阶：高中压转子4225 r/min，低压转子5888 r/min，发电机转子3495 r/min；各阶段振动控制的标准：过临界转速时最大振动汽机轴承不应超过0.1mm、轴振动不应超过0.250mm，否则立即打闸停机。各轴承振动应小于0.075mm，轴振大于0.125mm报警，轴振大于0.254mm跳机。
（二）大修前启动情况：
机组启前的基本状态：#10机盘车，高、中压缸温：47--50℃。高中压差胀：-0.28mm；低压差胀：0.05 mm；高压缸胀：甲侧：0.88 mm；乙侧：1.77 mm；冷态启动参数：主 汽 压:1.10Mpa; 主蒸汽温:252℃，再热汽温:250℃；真空60Kpa；、油温:38℃；#10机升速过程中#3轴振Y向最高达143um。
（三）大修后启动情况：
1）2006、04、29首次冷态启动：
启动前参数：高压差胀：0.53mm 低压差胀：0.01mm 汽缸膨胀0.37/0.43mm 轴向位移-0.31/-0.32 油温38℃ 汽压1.2Mpa 主再汽温260℃ 真空65Kpa 大轴挠度0.015mm。本次启动是#10机组首次大修后的首次启动,当第一次冲转启动后，由于低压前、后汽封磨擦，而引起#4、5轴振上升，已产生部分共振，此时已升速至1470rpm，#1轴振大跳机。保护动作跳机后认真分析，在第二次启动时采取了很好的对策，使第二次启动能够顺利达到3000rpm。、
根据此次大修后启动情况来看，临界振动区已发生变化，低速暖机后升速时，当转速大于1200rpm，各轴振上升较快， 1480rpm时，#1轴振Y向最高达190um，当转速大于1500rpm时振动立即下降，当转速达1650rpm时#2、3轴振增大，#3轴振Y向最高达177um当大于1800rpm时，各轴振趋于正常值，当转速高于2950rpm，#3轴振Y向有所上升，3000rpm时140um左右。
2）2006、09、28冷态启动：
启动前参数：高中压内下缸温度50℃，高中压差胀0.38mm，低压差胀-0.43mm，汽缸绝对膨胀甲侧2.75mm、乙侧3.35mm，轴向位移-0.39mm，主汽压力1.5mpa，主汽温度280℃，再热温度275℃，真空60kpa，油温41℃，大轴挠度0.02mm
但#1轴振y向最大达242um，距跳机动作值只有12um。
二、分析原因：
引起汽轮机振动升高的原因很多，主要有以下几个方面：
1、汽轮机组转子中心不正、质量不平衡或动不平衡引起振动；
2、运行工况瞬变；给水及蒸汽品质不合格引起通流部分结垢；蒸汽流量两侧偏差大等使轴向推力异常变化，汽缸金属温差大引起热变形或动静部分异物,使动静磨擦。汽机暖机不良，上下缸温差过大、汽机差胀过大；
3、大轴弯曲超过规定。
4、润滑油压下降或润滑油温过高、过低，油质恶化或油膜振荡。润滑油压力严重下降，使轴承油膜破坏或供油中断；
5、轴承紧力不够或间隙不合标准；主机轴承损坏，轴承基础或地脚螺栓松动；
6、主蒸汽参数过高，过低或主、再温差过大。
7、主蒸汽流量两侧偏差大。
8、汽轮机两侧膨胀不均匀。
9、滑销系统卡涩。
10、汽机叶片断落或内部机械零件损坏脱落；
11、汽机进冷汽冷水发生水冲击；
12、真空过度下降，引起汽机中心偏移或末级叶片喘振；
13、开、停机中，机组转速在临界转速范围；
14、由发电机励磁机引起的振动。发电机磁场不平衡、风扇脱落或发电机非全相运行，电力系统振荡。
三、存在原因：
根据上述可能存在的原因，结合振动测试特征、相关运行参数以及#10机检修记录，分析发现， #10机振动增大与高缸、中缸胀差、膨胀无直接关系；与主蒸汽参数无关；与#1抽压力无关；与油温关系不大。并且可以初步排除碰磨原因来自缸胀不畅和滑销系统存在缺陷造成缸变形引发碰磨的可能；排除调门开启次序不妥造成碰磨的可能。分析认为可能引起#10汽轮机冷态冲转过程中振动升高的原因如下：
（一）由于动静径向间隙偏小、高压内缸变形引起间隙性的动静碰磨：
#10机组在大修中发现汽轮机内缸平面间隙检查高压内缸变形比较严重，中间内、外侧间隙电端、调端配合哈汽厂重新调整及对汽缸平面作研磨处理，局部部位补焊后研磨。通流间隙检查：通流间隙H值偏大，高中压缸阻汽片磨损比较严重，特别是下隔板阻汽片磨损更为严重，低压缸阻汽片有部分磨损或损坏。由哈汽厂全部更换高中压缸隔板阻汽片；高中低压转子围带有局部磨损痕迹；叶片检查低压第3级叶片有一片叶片叶根松动导致叶顶偏斜(向出汽方向)，少量修磨。
由于#10机动静径向间隙偏小、高压内缸的变形、阻汽片易发生部分磨损或损坏更换后，在冲转过程中，可能会引起间隙性的动静碰磨。发生#1、2、3轴振动增大现象。从#10机组首次大修后的首次启动可以看出。
（二）大修后，临界振动区发生变化：
根据此次大修后启动情况来看，临界振动区已发生变化，低速暖机后升速时，当转速大于1200rpm，各轴振上升较快， 1480rpm时，#1轴振Y向最高达190um，当转速大于1500rpm时振动立即下降，当转速达1650rpm时#2、3轴振增大，#3轴振Y向最高达177um当大于1800rpm时，各轴振趋于正常值，当转速高于2950rpm，#3轴振Y向有所上升，3000rpm时140um左右。#1轴振y向最大时达242um，距跳机动作值只有12um。
四、运行控制操作要点及理由：
1、选择合理的低冲转参数。冲转前对主蒸汽管道、再热蒸汽管道、本体和各联箱充分暖管暖箱并确保疏水充分。机组启动前应根据缸温合理的选择与金属温度匹配的冲转参数并严格控制主再温差、左右温差在规定范围内，以保证在金属部件安全的前提下实现优化启动。规程规定冷态滑启冲转条件：主汽压力2.00-2.50Mpa，主汽温度250℃，主蒸汽与再热蒸汽温度差≯40℃； 润滑油温40℃～45℃，润滑油油压为0.098±0.0196Mpa，抗燃油油压为14±0.2Mpa；凝汽器真空在60 Kpa之间；盘车运行正常，连续盘车时间不小于2h。（热态4h）；大轴晃动值不得超过原始晃动值0.02mm；高、中压内缸上、下温差≯35℃，高、中压外缸上、下温差≯50℃。
选用参数: 主汽压力0.98-1.5Mpa，主汽温度180-220℃，高于高压内上缸50℃以上；严禁负温差启动；保证50℃过热度，主蒸汽与再热蒸汽温度差、左右温度差≯20℃；有利于开足调门提高暖机效果；减少金属温差引起的热应力；防止变形引起间隙性的动静碰磨。
2、选择合理的低温轴封汽源，严格控制轴封压力、温度。机组冷态启动高压轴封汽温度应控制在180-200℃之间，低压轴封汽温度控制在130-155℃之间。并尽量避免温度高低交叉变化。向轴封送汽时应进行充分疏水，使轴封汽温度接近轴封体温度。（无低温轴封汽源，设法改进由相邻机组除氧器汽平衡供，但由于负荷不稳定、汽量不够；无法使用）备用厂用汽轴封汽源0.75Mpa，温度360℃较高（设计考虑到热态启动）；严格控制轴封压力、减温水，加强对轴封压力、温度的精心调整，防止轴颈过热、过冷却变形，机组振动增大。
3、转子冲转后 500rpm时，及时停顶轴油泵。防止造成转子过大的上移偏心过大，油膜失稳；否则转速高时机组振动增大。
4、转子冲转后500rpm时，及时检查高排逆止门开启。因高排逆止门前后压差不够，及时关小一级旁路，适当开大二级旁路，否则高排后压力高打不开，提高压差打开高排逆止门。否则升速至临界转速区间机组#1、2轴振大跳机。
5、机组冷态启动，机组冲转后早些投用汽缸夹层加热；因汽缸、法兰加热滞后于转子，减少金属温差。控制各部温差在规定范围内。
6、严格控制升速率及暖机时间。机组在800 r/min时应充分暖机，及时关小二级旁路增加中压缸进汽量；一定要等汽缸膨胀胀出上升时以200r/min升速率直升至2500r/min暖机。特别注意因临界振动区发生变化提前了200rpm；低速暖机后升速至1100rpm时，立即同时进行：1）关闭真空破坏门；2)开启备用射水泵；3)提高低压轴封压力；(迅速提高真空至85 Kpa)；4）手动提高升速率至500r/min；5）及时关小一级旁路提高冲转压力；6）及时关小二级旁路增加中压缸进汽量；快速平稳地通过临界区；否则升速至临界转速区间机组#1、2轴振大跳机。
7、升速过程中，严格控制油压正常、润滑油温40--42℃之间。防止油压系统内漏、油温过高、过低引起轴振。
8、各阶段振动控制的标准，严格执行，严禁使用降速方法消除振动。
9、#10机冷态启动时，汽缸膨胀在0—5mm之间特别难膨胀,有膨胀受阻现象；及时联系检修在机组各轴承座台板上加注润滑脂；以改善轴承台板的滑动性能。分析滑销系统正常。高、低加应随机启动。根据负荷及时开启三抽至除氧器电动门，防止上下缸温差过大和抽汽管道影响汽缸膨胀。
10、严格控制机组缸温、缸胀、差胀、振动参数。冷态启动应在机组定速、并网后，应及时关小本体疏水，防止疏水量太大影响本体疏水畅通。保持开足调门进行初始负荷暖机，提高暖机效果。在40 MW负荷必需充分暖机。此外，高压轴封第四腔室至除氧器隔离门应在三抽供除氧器后且高排压力大于除氧器时开启，防止高压轴封第四腔室供汽量过大引起高压差胀增大或除氧器内湿蒸汽倒回引起高压差胀减小，防止引起轴振。冷态启动应严格执行冷态滑启曲线带至满负荷。
五、结束语
一般情况下，机组碰磨可能发生在轴端汽封、隔板汽封、叶顶汽封；多数是径向碰、也可能是轴向碰。通常情况，引起碰磨的原因很多，较常见的原因有间隙过小、缸胀不畅、缸变形、缸跑偏、支撑标高变化、隔板变形、真空影响（主要对低压转子）、振动过大等。结合振动测试情况、相关运行参数以及#10机检修记录，分析发现， #10机振动增大由于#10机动静径向间隙偏小、高压内缸的变形、阻汽片易发生部分磨损或损坏;以及大修后，临界振动区发生变化，在冲转过程中，可能会引起间隙性的动静碰磨。根据上述特征，#10机组#1、#2瓦轴振故障为高压通流部分动静径向碰磨引起振动。低压缸阻汽片有部分磨损、低压转子围带有局部磨损痕迹，低压第3级叶片有一片叶片叶根松动导致叶顶偏斜(向出汽方向)，可能形成通流部分或汽封的径向偏心，当构成适当的间隙参数时，会发生汽流激振；引起#3轴振增大。目前，#10机正常运行中，#3轴振Y向未超限运行，达140um左右。这有待于今后进一步探讨和大修时配合制造厂进一步处理。（因历史遗留原因, #10机投产前调试期间断油烧瓦1、2、3主轴承烧坏,更换了新轴承大轴未换,高压内缸变形引起间隙性的动静碰磨；动静径向间隙减小；高中压缸阻汽片磨损比较严重，特别是下隔板阻汽片磨损更为严重。经过检修配合哈汽厂重新调整及对汽缸平面作研磨处理，局部部位补焊后研磨。但还是导致了上述每次大、小修后更换了新汽封片引起冷态启动时汽封片动静碰磨，引起轴振大跳机。）上述各种运行控制对策和运行操作要点的及时实施，基本上避免了#1、2、3、轴振大跳机现象的发生。这也是目前至今唯一较好的运行控制对策和方法。
根据同类机组运行经验，由于动静碰磨而引起的汽轮机非稳定性振动，碰磨点不需要很大，只要有局部范围的动静接触，就可以引起机组足够大的振动，从#10机实际振动增大的幅度和速率看，碰磨并不严重，动静接触范围应该不大，特别是#10号机轴振动出现历史最大值以后，机组振动仍处于正常状况运行，目前没有出现任何不稳定趋势；这样，因动静碰磨而引起的汽轮机非稳定性振动在多次启动后和运行中逐渐好转。上述运行控制对策和方法；至今确保了机组的安全冷态启动及运行。
参考资料：
1、哈尔滨汽轮机厂生产的超高压、中间再热、双缸、双排汽、单轴、凝汽式汽轮机，型号为：C135/N150-13.24/535/535/0.981设备说明书。
2、江苏国信盐城发电有限公司C135/N150MW机组集控运行规程。
论文作者:韩亚平
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/9
标签：机组论文; 间隙论文; 转子论文; 转速论文; 汽轮机论文; 临界论文; 低压论文; 《电力设备》2017年第29期论文;