（福建福清核电有限公司 福建省福清市 350318）
摘要：在核电厂调试过程中，汽轮发电机组非核蒸汽冲转是具备里程碑性质的一项综合性试验。通过非核蒸汽冲转，汽轮机能够比较早地暴露和发现问题并及时采取纠正处理措施。汽轮发电机组的故障缺陷一般情况下均会通过机组振动情况比较明显的反应出来，所以分析和研究机组振动情况对把握机组运行状态具有非常明显的意义。本文介绍了某核电厂1号机组汽轮机非核蒸汽冲转振动测量情况，分析各轴承相对振动幅值及相位，评价机组振动水平，对同类型机组核蒸汽冲转及后续安全可靠运行具有一定的借鉴意义。
关键词：汽轮机；非核冲转；振动
1.汽轮机非核冲转轴系振动监测系统
1.1核电厂汽轮发电机组轴系简介
某核电厂1号机组汽轮机为东汽产单轴、三缸四排汽、带有中间汽水分离再热器的多级冲动凝汽式汽轮机，发电机为东电与法国Alstom公司合作生产的大型四极半转速同步发电机，型号为TA-1100-78，额定功率为1150MW，转速为1500rpm。其轴系由高中压转子（HIP）、两个低压转子（LP1、LP2）和发电机转子（GEN）构成，各个转子均为双支撑结构，由两个径向轴承支撑，轴系还有一个推力轴承，位于中压缸和1号低压缸之间的轴承箱内，高中压转子、低压转子和发电机转子通过刚性联轴器连接。机组轴系简图如图1所示：
图1 机组轴系示意简图
1.2核电厂汽轮机组轴系振动传感器布置
核电厂汽轮发电机组的振动参数是通过汽轮机监视系统（简称GME）进行采集，每个轴承（1#~8#）设有四路振动信号，共同安装在轴承同一个支架上，包括绝对振动（瓦振）的水平和垂直信号及相对振动（轴振）的水平和垂直信号，同一位置的水平和垂直信号呈90°且向逆时针偏转5°方向布置。振动相位通过键相信号进行测量，瓦振传感器类型为速度式传感器，轴振及键相传感器类型为涡流传感器。其他辅助监测信号包括高中压转子偏心、推力轴承处的轴向位移、前轴承箱处的高中压胀差、高中压缸绝对膨胀及低压转子胀差等信号。
1.3核电厂汽轮机组振动测量分析系统
针对此次非核蒸汽冲转，除采用汽轮发电机组振动监测及故障诊断系统（TDM）数据外，还另行于GME系统的缓冲输出端子（BUF）将轴振动信号、轴承座振动信号以及键相信号接入引入“TP3000”型振动数据采集和分析系统，以实现振动数据实时监测及分析功能，为汽轮机冲转“保驾护航”。该系统主要实现以下功能：
（1）实时在线监测
以每秒一次的速率从服务器上读取实时采集数据，经过计算和处理，可以输出实时波形图、轴心轨迹图、振动谐波分量图标、轴心位置图、数据列表、趋势图、棒图、波特图和A/D参数图。系统具有FFT分析功能，把时域的信号转换成频域的信号。获得振动的频谱并分析谐波分量的变化，为振动故障诊断和处理提供大量的信息。
（2）历史数据分析
客户端可以访问存储在服务器数据库中的历史数据获取历史信息，经数据计算，处理和绘图以完成历史数据分析功能。可以绘制并打印输出趋势图、波特图、极坐标图、波形图、频谱图、全拼谱图、瀑布图、立体三维频谱图、轴心轨迹图和轴心位置图。系统提供随意捕捉幅值，图形任意缩放和旋转的图形处理功能，对感兴趣的重要数据可使用这些功能快速的放大或细化，得到更加形象而详细的图形分析。
系统进行动平衡计算时，可进行转子振动的同相和反相分量分析；或进行以下三种的振动平衡重量计算：1）已知原始振动、各平衡面试加重和试加重后振动，求影响系数、应加重量和残余振动；2）已知原始振动和各平衡面影响系数，求各平衡面应加重量和残余振动；3）已知原始振动、各平衡面影响系数和计划加重，求残余振动。
2.启动过程中不同转速下振动测量及评价
2.1振动测量
汽轮机冲转过程中，通过振动在线监测系统测量，就地离线设备辅助监测，分别于100rpm，200rpm，500rpm，750rpm平台采集轴系各轴承相对轴振动以及750rpm平台轴承绝对振动7，并对结果进行频谱分析，得出基频振动的幅值、相位以及通频幅值。例如12月20日13：30工况100rpm时1#轴承X方向振动为8∠48/22，表示1#轴承水平方向相对轴振基频振幅8 
，相位48°，通频振幅22 
。轴系各测点振动实测值振动分析
（1）临界转速区域分析
非核冲转临界转速区（800-1100rpm）是根据汽轮发电机组转子理论临界转速确定的，各转子理论临界转速见表2。
表2 汽轮发电机组转子理论临界转速表
Table3 The Theory Critical Tachometer of Turbine Rotors
根据高中压转子和发电机转子相对轴振BODE曲线图分析，临界转速区域低限800rpm没有问题，高中压转子和发电机转子的临界转速都位于800rpm之上，且整个过临界振动振幅都很小，基本位于50 m以内。
1号低压转子（LP1）根据3#、4#的BODE曲线图，可以发现临界振幅最大为118 m，临界转速出现在1050rpm，为整个轴系最大值，见图3：
2号低压转子（LP2）根据5#、6#的BODE曲线图，可以发现机组在1050rpm出现临界高点之后又在1192rpm处出现第二个波峰，BODE图呈马鞍状。所以机组理论临界转速区定为800-1100rpm是不安全的，至少应该定为800-1200rpm。
（2）过临界振动评价
根据某核电厂1号汽轮发电机组过临界转速振动最大的测点为3号和4号水平轴振，分别达到110μm左右、100μm左右，其它各轴振测点过临界转速区域振动都在100μm以内。
显然，目前1号机组过临界转速的振动满足现行国家标准规定的限值，同时也满足制造厂规定的振动限值，不会危及设备的安全运行。
3.额定转速下汽轮发电机组振动测量与评价
3.1振动测量
汽轮发电机组非核蒸汽冲转因蒸汽量少，只能再额定转速下（1500rpm）停留10min左右，机组额定转速下测量的各轴承相对振动和绝对振动
3.2振动分析
某核电厂核电汽轮发电机组因属于半转速机，额定转速位于一阶临界转速之上，二阶临界转速之下，不存在过二阶临界转速问题。根据表4额定转速下各测点振动实测值分析，可以看出轴系各轴振测点的振动均在50μm以内，处于现行国标（GB/T11348.2-2012）规定的振动A区运行，即达到了工程中常说的振动优良水平。同时也满足了制造厂规定的振动限值。
另外，轴系各瓦振测点的振动数据也非常小（<25μm），振动达到优良水平。
4.结论
1）核电厂汽轮机组临界转速区域需调整，从振动BODE图结合实测值分析，2号低压转子在1200rpm附近有二次峰值，所以临界转速区域应由800-1100rpm更改为800-1200rpm；
2）核电厂半转速汽轮机设计有效避开了二阶临界转速区域，相比全转速汽轮发电机组，对汽轮发电机组快速升至额定转速有更积极的意义；
3）核电厂汽轮发电机组非核蒸汽冲转的开展对于节约机组调试工期、降低消除涉核缺陷的人员剂量问题，具有十分重要的作用，应在各核电厂推广开展汽轮机组的非核蒸汽冲转试验。
参考文献：
［1］GB/T11348.2-2012.旋转机械转轴径向振动的测量和评定.第4.2.2节
论文作者:董波1,郑东佳2,何明圆3,杨凯4
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/11
标签：转速论文; 机组论文; 转子论文; 临界论文; 汽轮论文; 核电厂论文; 非核论文; 《电力设备》2018年第20期论文;