1000MW超超臨界汽輪機組振動異常問題分析

1000MW超超臨界汽輪機組振動異常問題分析摘要：本文介紹某發(fā)電廠1000MW超超臨界汽輪機組在投入生產運行半年內出現的振動大導致機組停運問題的分析過程，重點在對產生振動大原因進行多方面分析，并找出振動的根本原因為同類型機組提供可借鑒經驗，并在調試及正常運行期間加以避免。關鍵詞：汽輪機、1000MW、超超臨界、振動分析某電廠1000MW超超臨界汽輪機組于2018年10月投入生產，汽機為上海汽輪機廠生產的超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機。在4個月的運行期內，經歷幾次啟停機，振動參數基本正常，機組帶滿負荷能穩(wěn)定運行。但在第5個月的運行及停機過程中，存在兩個振動異?，F象，一是滿負荷下1瓦軸振波動大，二是機組在滑停惰走過程中，軸系各瓦過臨界軸振大。一、機組振動大具體情況介紹：1.1、滿負荷工況1瓦軸振波動情況2019年2月28日至3月16日，#1軸振隨負荷變化而變化，負荷升高時，#1軸振增大，負荷降低時，#1軸振隨之下降，在800MW負荷以下時，#1軸振單峰值在40~80μm波動；機組在滿負荷1000MW工況下，1瓦軸振頻繁波動并有爬升趨勢，單峰值80~110μm波動，瞬時極值130μm，瓦振0.7mm/s，基本穩(wěn)定不變；其它各瓦波動幅度較少，從#1軸振動曲線看，3月15日1時后有下降趨勢。從TDM系統(tǒng)分析可知，振動波動主要是工頻成分，伴隨明顯的低頻及二倍頻分量。DCS歷史數據表明，在機組調試投運初期，1瓦軸振隨負荷變化就存在明顯波動現象，波動幅度30~130μm不等，頻度相對要低。查看滿負荷工況下1瓦的潤滑油回油溫度在8個軸承中為較低，僅59.7℃。潤滑油壓、油溫基本不變，1瓦左下鎢金溫度有爬升趨勢，2019年1月15日前，#1軸承左前下為81℃以下，1月27日升至83.4℃，2月11日升至88.5℃，3月10日以后，瓦溫又開始上升至16日升至96.5℃，1瓦其它測點溫度在70℃以下并變化不大。其它軸承溫度基本不變。#2軸承右下91℃、左下66℃，#3軸承左下99℃、右下73℃，#4軸承左下101℃、右下74℃，#5軸承左下103℃、右下73℃，各瓦下部軸承溫度不均勻。1.2、停機惰走過臨界振動大情況機組在停機惰走過臨界過程中，軸系在轉速2600r/min、1200~700r/min范圍、630r/min等均存在明顯峰值。查看DCS數據，2018年10月5日、2019年1月26日、2月11日和2月20日四次滑停惰走曲線，1、3-6瓦軸振均在2600r/min、1200~700r/min出現大振動峰值。尤其是2月11日停機這次，振動最大，達250μm，軸振動值在100um以上持續(xù)時間約10分鐘，TDM數據顯示，振動達到峰值區(qū)域，主要為工頻成分。前幾次停機過程振動幅值沒有最近三次滑停時大。該機組由于在啟動時升速率自動為600r/min/min，啟動升速過程基本上看不到臨界振動峰值或者即使有表現，振動幅值也很小。序號打閘停機時刻惰走至600r/min時間（時長）軸系峰值對應轉速及最大軸振備

注12018.09.1811:00:5011:18:34（18min）1184/1000*60@3瓦@1000機組首次沖轉停機22018.09.2406:15:2806:35:34（20min）2593/1173/940109@4瓦@940機組未并網，跳機32018.09.2519:56:3820:16:54（20min）2593/1166/940109@6瓦@259319:52機組首次帶1000MW，DCS跳機42018.10.0523:20:5223:48:40（28min）2640/1168/1000/940131@1瓦@2640984MW甩100%負荷試驗后停機52018.10.1412:03:1212:30:33（27min）2620/1172106@1瓦@2620228MW跳機62018.10.2020:34:4221:02:02（28min）2575/1172124@6瓦@2572610MW跳機72018.10.2612:33:3513:10:16（37min）2570/1170/900/720/630123um@4瓦@117012:32:57500MW12:33:35102MW跳機82018.11.0505:09:18至560r/min近37min無數據92019.01.2621:34:2322:00:26（26min）2630/1164/940/630164um@5瓦@1164滑停，寬轉速區(qū)域振動大問題顯現，軸封蒸汽失去102019.02.1103:40:3204:12:24（32min）2579/1164/921/890250um@5瓦@921滑停，寬轉速區(qū)域振動最大，軸封蒸汽變化，引起摩擦112019.02.2020:29:3820:56:32（27min）2579/1156/921/890200um@5瓦@1156滑停，寬轉速區(qū)域振動最大，軸封蒸汽變化，引起摩擦表1機組幾次停機惰走過程振動峰值情況*注：第一行為振動峰值對應的轉速，單位為r/min；第二行為軸線惰走過程最大的振動值對應的軸瓦和轉速值，單位分別為μm@r/min。1.3、高壓缸后軸封（靠近#1軸承）漏汽量比設計值大2019年3月8日，#1機組性能試驗前發(fā)現高壓缸軸封至中壓缸排汽流量比設計值要大，設計為9.63t/h，試驗為17t/h。二、軸系結構及振動測量系統(tǒng)（TDM）介紹機組軸系結構如圖1，汽機4段轉子由5個軸承支撐，發(fā)電轉子由兩個軸承支撐。高壓缸軸承為橢圓軸承，安裝在球形座上；低壓轉子為改良的橢圓形軸承，安裝在圓柱形殼內。轉子端部汽封形式為：低壓轉子為相對的平齒汽封，中壓轉子為交替安裝的高低齒迷宮式汽封，高壓轉子進汽端為平齒和高低齒的汽封，排汽端為平齒和斜齒汽封；所有轉子葉頂均采用迷宮式汽封。機組采用全周進汽方式。機組振動測量系統(tǒng)為MMS600系統(tǒng)；同時配置北京華科同安的TDM系統(tǒng)。圖1軸系結構簡圖三機組振動特征分析3.1、1瓦軸振滿負荷波動特征及原因分析（1）1瓦振動波動特征1瓦軸振在低負荷工況較穩(wěn)定，高負荷特別是滿負荷波動較大。負荷變化，容易誘發(fā)軸振波動；1瓦軸振波動幅度較大，3月11日前主要是1Y方向，1X軸振和瓦振也有波動，但幅值較小。但在3月11日后，1X軸振波動增大，導致1瓦軸振合成值增大；振動波動的主要成分為基頻分量（即與轉速同步的50Hz振動成分），且振動相位基本穩(wěn)定，同時也有少量低頻及二倍頻分量；1瓦軸心軌跡呈扁錘形；除1瓦軸振外，其它各瓦在包括滿負荷工況內的所有穩(wěn)定工況振動穩(wěn)定合格；1瓦軸振波動現象由來已久，從基建調試期起就一直存在，它與軸系結構有關。（2）1瓦振動波動原因分析高壓轉子振動以基頻分量為主，且振動基值有逐漸增大的趨勢，高壓轉子本身的失衡，即轉子運行一段時間后，由于轉子本身殘余應力的釋放等原因，引起高壓轉子平衡狀態(tài)改變；1Y軸振比1X大，可能原因之一在于1號軸承在Y方向和X方向的動剛度不一致，即Y方向剛度弱、X方向剛度強有關。根據滑動軸承油膜與轉軸旋轉方向的關系分析，Y方向的油膜最薄，油膜剛度應比X方向要強。因此，有可能是軸承瓦塊支撐剛度存在差異，或Y方向的動剛度變弱；1Y軸振比1X大，可能原因之二在于橢圓瓦在這兩個方向的間隙不一樣，活動約束不同，即Y方向間隙大轉軸活動空間大、X方向間隙小轉軸活動空間?。?瓦振動波動的另一誘因在于高壓蒸汽的汽流激振。由于1瓦處轉軸小而輕，承載較輕，軸瓦抵抗擾動能力差，很容易被激起振動；1號軸瓦設計為橢圓瓦，穩(wěn)定性及自位能力比可傾瓦要差，其它制造廠的1瓦多為可傾瓦。運行一段時間后，同樣工況下振動波動頻率加大，表明軸瓦抗擾動能力進一步變弱，軸瓦穩(wěn)定性變差，特別是1瓦左前下的溫度持續(xù)增大。3.2、停機惰走過臨界振動特征機組在720r/min、840r/min、1200r/min、1320r/min、2600r/min等轉速附近，均存在臨界轉速區(qū)。在每次停機過程中，不論軸振和瓦振，均存在振動峰值；機組定速空載、帶負荷過程及滿負荷狀態(tài)下，機組軸系振動存在波動，但除#1軸振外，其它軸承振動一旦穩(wěn)定，軸系振動穩(wěn)定，且不超過60μm；最近三次機組滑停，在解列打閘時刻，軸封蒸汽壓力和溫度變化相對較大，雖停機時軸系振動與以前一樣，但在降速過臨界特別是1200~700r/min轉速區(qū)域時，振動異常變大，振動主要是工頻成分；停機后再啟動，并網帶滿負荷機組振動基本能恢復到以前的水平。3.3、降速過臨界振動變大原因分析機組過臨界時，振動存在峰值，轉子制造時存在殘余質量不平衡激振力，進而在臨界轉速區(qū)域激發(fā)共振；降速過臨界振動異常變大，再次開機振動又能恢復，表明機組在熱態(tài)停機前存在臨時熱彎曲。前三次機組解列打閘前，軸系振動并沒有異常增大，表明在這個時刻以前，軸系的臨時熱彎曲變形影響尚不明顯；最近三次停機過程中均可能因為軸封蒸汽參數的變化，導致機組在停機前或停機過程中發(fā)生動靜摩擦，摩擦使轉子產生臨時熱彎曲變形，這個熱彎曲與轉子固有殘余不平衡疊加一起，導致機組在過臨界時振動被放大，異常增大。動靜摩擦程度不一樣，使得每次停機過臨界振動增大的幅度不同；本型汽輪機軸系設計為4軸段共5個支撐，機組降速過臨界時軸系3-6瓦振動均相繼在1200~700r/min區(qū)域出現較大峰值，懷疑與這種軸系支撐結構設計特性有關。即只要軸系有一個軸段或軸瓦振動增大，會很快影響到其它軸瓦的振動增大。四、同類型機組振動情況1、外高橋電廠#8機組在高負荷時#1軸振、#7軸振波動大，其中1X軸振動值50-170μm波動，1Y軸振動值20-50μm波動，絕對振動1.1mm/s升至2.1mm/s。7X軸振動值100-170μm波動，7Y軸振動值55-90μm波動，絕對振動3.2mm/s升至5.5mm/s。#1軸振動主要以基頻成分（50Hz）為主，相位在20-30度變化，是轉子熱彎曲引起動靜碰摩，機組運行一段時間后，振動下降并穩(wěn)定。2、玉環(huán)電廠#3機組#5、#6軸承在高負荷時，振動波動大，#5軸振在機組500MW負荷時，軸振為86μm，在滿負荷時接近130μm（單峰值），低壓轉子存在一定的質量不平衡，通過對低壓轉子實施高速動平衡降低了振動。五、結論及建議5.1、關于1瓦軸振大的問題機組滿負荷工況1瓦的波動屬該型機組正常變化現象，運行中采取盡量放緩機組升降負荷速率，減弱蒸汽流量對振動的波動，維持1瓦軸振穩(wěn)定運行；適當提高潤滑油溫度，增大軸瓦振動穩(wěn)定性，在低負荷提高油溫至53~54℃，觀察振動變化；將補汽閥開度限制全關閉位置，防止補汽閥開啟誘發(fā)汽流激振；對1瓦軸振和瓦振加強監(jiān)測，增加就地巡測。當#1軸振（單峰值）基值達130μm，瞬間波動值150μm時，同時觀察絕對振動和#2軸承振動變化情況，軸承溫度變化，采取減負荷運行，直到振動能控制；下次停機前，可進行變真空、變凝汽器水位和變軸封溫度試驗，測試機組振動與這些因素的關聯(lián)變化情況；下次停機檢查：a）檢查1瓦振動測量系統(tǒng)，確保測量結果正確可靠，不受干擾。b）檢查1瓦支撐剛度情況，合理調整軸瓦間隙，在廠家指導下，盡量取小間隙值；檢查接觸面情況。在保證瓦溫不超標的前提下，適當增加1瓦標高，增大承載。c）檢查液壓盤車小軸與高壓轉子連接情況。5.2、關于停機惰走過臨