1 000 MW機組低壓缸軸瓦振動故障原因分析及治理

王勇

(上海發電設備成套設計研究院，上海，200240)

0 引言

某廠商制造的百萬機組作為新引進的機組，其單支撐、落地式軸承完全不同其它類型的百萬機組或常規的300 MW、600 MW機組，對其振動機理產生的原因還有待進一步的探索[1]。該型超超臨界百萬機組大都存在低壓缸軸瓦振動超標問題，嚴重威脅機組的安全、穩定運行。本文以某電廠1#機組5#軸瓦振動的成功治理為例，介紹了該型機組低壓缸軸瓦振動的故障原因和處理方法。

1 汽輪機主要技術規范

某電廠1#機組是超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回熱抽汽、反動凝汽式汽輪機。其主要設計性能參數如下：

額定功率 （ECR）：1 030 MW

最大功率 （MCR）：1 105 MW

額定轉速：3 000 r/min

轉向：從機頭看為順時針方向

主蒸汽壓力：26.25 MPa

主蒸汽溫度：600℃

再熱蒸汽壓力：6.05 MPa

再熱蒸汽溫度：600℃

額定工況設計熱耗：7 318 kJ/kW·h

回熱系統：3高壓加熱器 （雙列）+1除氧器+4低壓加熱器

通流型式：1個高壓缸，1個中壓缸，2個低壓缸，中、低壓缸雙流

末級動葉片長度：1 146 mm

2 汽輪機軸系結構特點

某電廠的該型百萬機組汽輪發電機軸系上共有5個對輪，連接高壓轉子和中壓轉子的簡稱高中對輪，依次還有中低對輪、低低對輪、低發對輪、發勵對輪，另外液力盤車軸與高壓轉子之間有一個齒型聯軸器。其中高壓轉子為雙支撐結構，中壓轉子和2根低壓轉子為單支撐結構，發電機轉子為雙支撐結構，勵磁機轉子為單支撐結構。

3 5#瓦振動異常情況及運行調整

3.1 異常情況簡介

2014年 3月 30日 14∶00，1#機組負荷 830 MW，就地檢查發現1#汽輪機5#瓦處有異音，DCS畫面上瓦振5X在1.9～2.3 mm/s波動，5Y在2.6～3.4 mm/s波動 （汽輪機瓦振保護動作值11.8 mm/s），軸振在0.046～0.052 mm波動（汽輪機ETS跳閘條件中無軸振保護動作值，但要求轉子軸振不應高于0.13 mm），DCS畫面顯示振動值變化不大，但就地實測5#瓦軸承箱的軸向和垂直2個方向上振動值偏大 （軸向0.4 mm，垂直0.057 mm，水平0.01 mm），測量基礎和軸承座振動差值較大（基礎垂直0.01 mm，軸向0.01 mm；軸承座垂直0.05 mm，軸向0.09 mm）。全面檢查汽輪機轉子軸向位移、油系統、旁路系統、真空、排汽溫度等有關數據，未發現異常，但低壓缸膨脹明顯增大（由9.7 mm 變化到13.5 mm）。 從16∶30開始至20∶20，1#機逐漸減負荷至720 MW，汽機5#軸承箱5#瓦對應位置周期性異聲消失，但就地測量5#軸承箱振動仍偏大 （軸向0.384 mm，垂直0.10 mm，水平0.045 mm），但DCS畫面顯示振動值變化不大。由于就地已沒有周期性異音，機組正常運行，觀察5#瓦振動情況。

3.2 運行調整

（1）2014年3月31日，對1#機組分別進行提高軸封溫度試驗，降低再熱主汽溫度試驗，機組負荷擾動試驗，5#瓦軸承箱就地振動均沒有好轉。

（2）2014年4月1日，對1#機組進行降真空試驗，機組振動明顯下降，但提高機組負荷至800 MW，機組的振動不穩定，終止降真空試驗，并觀察運行，保持機組負荷始終維持800 MW以內運行 （就地測量5#瓦軸承箱軸向振動在0.37 mm以內，DCS顯示瓦振最大3.4 mm/s，DCS軸振為0.061 mm）。

（3）2014年4月2日，再次對1#機組進行降真空升負荷試驗，機組負荷780～1 000 MW，高壓凝汽器真空值6.1～7.4 kPa，汽輪機振動較穩定，能夠控制5#瓦軸承箱就地軸向振動值不超過0.3 mm，垂直振動不超過0.05 mm，水平振動不超過0.02 mm，就地軸瓦無異音。

4 5#瓦振動原因分析及運行控制措施

4.1 振動原因分析

（1）調取了2013年7月至2013年11月1#機5#瓦的振動數據，5#瓦的軸振和瓦振在5個月范圍內都沒有大幅波動，軸振和瓦振值均在良好范圍之內。從數據來看振動是突然變大的，不是緩慢變化的。

（2）根據1#機組5#瓦振動相關數據分析（見圖1），軸振一倍頻基值較大，且有波動 （0.05～0.081 mm）， 二 倍 頻 有 少 量 波 動 （0.015～0.022 mm），相位角變化50°；凝汽器真空對振動的影響較大（調整高壓凝汽器真空值在6 kPa以上時，就地瓦軸向振動能控制在0.3 mm以內，機組正常運行時高壓凝汽器真空值應在5 kPa左右）、低脹突變（低脹由9.7 mm突變到13.5 mm），經以上分析，初步判斷1#機低壓缸內部可能存在輕微動靜碰磨。

圖1 1#機5#瓦振動頻譜圖

（3）5#瓦5X軸振存在低頻量 （5X在0.5～2.4 μm波動），振動大時有異音，而且頂軸油壓不穩定，判斷軸瓦本身可能存在問題。

（4）軸承座基礎和軸承座實測振動差異較大（基礎垂直0.01 mm，軸向0.01 mm；軸承座垂直0.05 mm，軸向0.09 mm），軸承座剛度可能不足。

（5）5#瓦軸承座剛度不足會影響2#低壓缸轉子和發電機轉子對輪中心，對輪中心偏差會導致5#瓦振動偏大。

（6）查閱制造廠資料，低壓缸膨脹正常值應該在20～25 mm，1#機低壓缸膨脹只有13.5 mm，低壓缸膨脹不暢影響5#瓦振動。

4.2 運行中采取的主要控制措施

（1）通過降低機組真空值，可以控制1#機組5#瓦振動值，保證1#機5#瓦軸向振動值不超過0.3 mm，垂直振動不超過0.05 mm，水平振動不超過0.02 mm，目前機組可以短期監測運行，但振動不能超過規定值。

（2）1#機5#軸承箱剛性不足也是影響5#瓦振動偏大的因素之一，在發電機端蓋和5#軸承箱之間加裝方木板硬性支撐，加裝方式見圖2。5#瓦軸承箱加裝軸向支撐后振動明顯下降，1#機組正常加、減負荷并保持最佳真空，就地測量5#瓦軸承箱的軸向振動在0.07～0.095 mm，振動值在正常范圍之內。

圖2 1#機5#瓦運行加支撐圖

（3）5#瓦軸承箱加裝軸向支撐后，1#機組5#瓦的振動值已回復正常，暫不停機處理5#瓦振動大問題，待2014年10月1#機組大修時一并解決該問題。目前，運行和檢修人員做好相關的防范措施，1#機組監視運行。

5 5#瓦振動異常停機后的檢查處理

1#機組在2014年10月停機后，根據5#瓦振動異常的可能原因，逐條進行了檢查和處理。

5.1 2#低壓轉子定位值K1檢查

2#低壓轉子定位值K1，由于廠家設計問題，比正常值偏小10 mm，造成2#低壓轉子和隔板輕微碰磨；碰磨車削部位見圖3。檢修期間2#低壓轉子送制造廠車削，恢復正確K1值。

圖3 1#機低壓轉子碰磨車削部位圖

5.2 5#瓦檢查

解體檢查5#瓦，翻出下瓦后發現下瓦左側鎢金面大面積發黃有過熱痕跡，如圖4所示。判斷5#瓦下瓦左側承受較大載荷，鎢金面溫度過高，導致油質碳化；另外，5#瓦經過長時間的振動運行，致局部過熱，導致油質碳化。5#瓦經金屬專業做著色和探傷檢查未發現異常，5#瓦除去碳化油跡不做其它處理。

圖4 1#機5#瓦下瓦鎢金面過熱發黃圖

5.3 低壓缸膨脹不暢檢查

1#機低壓缸膨脹不暢也是影響5#瓦振動的因素之一，檢修期間，針對低壓缸膨脹不暢進行了檢查并對檢查存在的問題進行了處理：

（1）如圖5所示，檢查發現中低壓缸拉桿鎖緊螺帽松動導致膨脹和收縮量減少。將中低壓缸拉桿鎖緊螺帽擰緊并加止動墊片。

圖5 1#機中低壓缸拉桿鎖緊螺帽松動圖

（2）如圖6所示， 檢查發現1#、2#低壓內缸之間推拉杠螺帽鎖緊墊片嚴重變形以及A排1#、2#低壓內缸之間推拉杠補焊處斷裂導致低壓缸膨脹和收縮量減少。將連接桿更換成等徑圓鋼，墊片更換成一個小平墊片和一個大鎖緊墊片，螺帽緊固，進行加強，防止斷裂。

圖6 1#、2#低壓內缸之間推拉杠處理前后對比圖

（3）檢查1#、2#低壓內缸8個貓爪支撐墊塊、4個中心導向鍵良好，墊塊和導向鍵無明顯摩擦劃痕，不會阻礙到低壓內缸膨脹。

5.4 中心調整

重新按標準調整中低、低低、低發對輪中心，使整個低壓轉子軸系和各軸瓦載荷恢復到廠家要求狀態。

5.5 地腳螺栓緊固

重新緊固5#瓦所在低壓軸承箱地腳螺栓，保證軸承箱有良好的剛性。

6 振動異常處理的重點、難點及建議

（1）5#瓦振動異常發生在1#機組搶、發電的關鍵時期，1#機組立即停機處理5#瓦振動異常會造成很大的經濟損失，同時也會對電廠的信譽造成一定影響；其次1#機組年初就確定并上報了檢修計劃，定在10月份進行大修，所有1#機組的檢修、改造項目的實施方案、物資計劃、施工單位都按10月份的進度準備的，突然停機，無法按要求完成機組的檢修和改造任務；如何在1#機組正常運行的前提下控制5#瓦的振動，直到10月份停機處理是一個重點和難點，本次5#瓦振動異常的處理，成功解決了這一難題。建議今后其它電廠遇到類似問題時，盡可能在保證機組運行的前提下，控制軸瓦振動，掌握主動權，選擇合適時機停機處理。

（2）本次5#瓦振動異常的原因比較多，包括動靜碰磨、軸瓦自身缺陷、低壓缸膨脹不暢、轉子中心偏差、軸承箱剛度差等諸多原因，如果分析和處理不夠完全， 5#瓦振動異常就不會成功處理。建議今后其它電廠遇到類似問題時，最好進行全面分析，找準全部原因。

（3）本次在5#瓦振動異常的處理過程中，低壓轉子進行了返廠車削，由于低壓轉子超高、超寬、超重 （96 t），它的運輸也是重點和難點之一。這次提前制定了低壓轉子運輸方案并制定了應急預案，確保低壓轉子運輸過程的安全。建議今后其它電廠在進行轉子運輸時，制定完善的方案，確保安全。

7 5#瓦振動異常處理后的效果

1#機組大修后，于2014年12月下旬開機，機組在沖轉、并網、帶負荷、升負荷整個過程中5#瓦的振動都達到了優秀標準，滿負荷1 000 MW運行時，整個軸系的振動情況良好。1#機組滿負荷運行時5#瓦振動情況：DCS瓦振0.3～0.4 mm/s，軸振5X和5Y方向的振動值均小于0.025 mm；就地測量5#瓦軸承箱的軸向振動在0.05～0.07 mm；低壓缸膨脹為21 mm，恢復至正常值。經過1#機組大修，5#瓦振動的問題得到了徹底解決，消除了機組的安全隱患。

8 結論

（1）某廠商設計制造的超超臨界百萬機組因其特殊的軸系和超長的大修間隔，在運行中出現的軸瓦振動故障，其故障原因分析和處理存在較大的困難，需要不斷加強研究，積累經驗[2]。

（2）對于軸瓦振動故障的治理，軸瓦自身缺陷的處理要和整個軸系的調整同步進行。運行中軸系是一個整體，單純處理故障軸瓦可能會引起鄰近軸瓦振動的增加，會導致整個軸系失穩。

（3）軸瓦振動有時并不是軸瓦自身缺陷造成，而是由于制造廠其它相關部件加工存在問題或是基建時未嚴格按質量標準安裝引起的。本次5#瓦振動故障原因分析和治理為同類型機組軸瓦振動問題的處理提供了行之有效的思路和方法。