600MW汽轮发电机组汽流激振故障分析及处理

陈浩，邴汉昆，徐厚达

(华电电力科学研究院，杭州 310000)

0 引言

汽流激振是汽轮发电机组运行过程中产生的非线性振动，属于自激振动，大多发生于高参数机组，尤其是高压缸转子部分，振动具有突发性且振动幅值较大，严重危害机组的安全稳定运行。

1 汽流激振的机制

1.1 汽流激振故障产生的原因

汽轮机转子发生振动故障是因为有外加力的作用，在机组发生汽流激振故障时，便产生相应的汽流激振力。作用在转子上的汽流激振力可分为静态力和动态力［1］。对于喷嘴调节的汽轮机而言，蒸汽除了使转子产生力偶外，还会附加一个作用于转子中心的静态力，该力有可能导致转子失稳。汽轮机转子偏心会造成圆周方向叶顶间隙分布不均和同一级上叶片气动力不对称。叶片周向气动力除了合成一个扭矩外，还合成一个作用于转子轴心的横向力，该横向力为动态力，随着转子径向位移的变化，呈周期性变化。

1.2 汽流激振故障特征

汽流激振故障多发生于高参数汽轮机高压缸部分，在高负荷下振动具有突发性，振动频谱中包含较高的半频成分［2］。振动与负荷有关，超过一定负荷振动会出现突发性，低于该负荷，振动又会衰减下去。振动和主蒸汽参数有关，降低主蒸汽温度有利于消除汽流激振故障。

2 某电厂600 MW亚临界汽轮发电机组振动故障

2.1 振动数据分析

该机组为600 MW亚临界机组，轴系由高、中压转子、低压#1转子、低压#2转子以及发电机转子构成。

该机组在满负荷下稳定运行时，各个轴瓦的振动幅值全部低于100 μm，振动处于良好状态。稳定运行一段时间后，#1，#2，#3，#4轴瓦振动幅值陡然增加，尤其#2和#3轴瓦变化最大，超过报警值，持续数小时后振动又回落，该情况起初每个月发生1次或2次，后来越来越频繁，每隔两三天就会出现振动突增现象，严重影响机组的安全运行。

在机组正常运行且负荷为530 MW时，#2，#3轴瓦振动数据见表1，各个瓦振动幅值维持在100 μm以下。2012－07－13 T 15:12，#2轴瓦振动突然增大，2x幅值达到近170 μm，持续数小时又降低，同时#1，#3，#4轴瓦也出现振动突增，此时负荷为553 MW，振动突增时#2，#3轴瓦振动数据见表2。图1为振动突变时#2轴瓦频谱图。

表1 负荷530 MW机组稳定状态下振动数据

表2 振动突变时#2，#3轴瓦振动数据

该机组进汽方式为部分进汽，#2，#3，#4阀门开启，开度均为65%，#1阀门作为调节阀门处于关闭状态，进汽阀门布置位置如图2所示。

图1 振动突变时#2轴瓦频谱图

图2 进汽阀门布置

从表1和表2可以看出，当发生故障时，2x振动幅值增大到近 170 μm，3x 幅值达到 120 μm，2x 相位也发生较大的变化。从图1可以看出，机组发生汽流激振故障时#2轴瓦频谱图中产生很大的半频成分，半频幅值超过工频幅值，这是典型的自激振动故障特征。

图3～图6为2012－07－09 T 14:00—2012－07－10 T 10:00#1，#2，#3，#4轴瓦振动趋势图，从图3～图6中可以看出，在这段时间段内，各个轴瓦出现2次振动波动，而且波动的时间段都相同，每次波动持续时间约1 h。

上述振动特征和汽流激振故障特征吻合，分析原因与阀门开启顺序有较大关系，该机组为顺序阀运行，#1阀门作为调节阀处于关闭状态，转子受到一个方向向上的汽流力，影响轴承的稳定性，激发出汽流激振故障。

2.2 振动故障分析与处理

图3 1 y趋势图(2012－07－09—10)

图4 2 y趋势图(2012－07－09—10)

图5 3 y趋势图(2012－07－09—10)

图6 4 y趋势图(2012－07－09—10)

根据以上分析，#1，#2，#3，#4轴瓦发生振动突增现象比较频繁，而靠低压缸和发电机端的轴瓦没有类似现象，故障主要发生在高压缸部分，改变负荷后，各个轴瓦的振动幅值也相应减小，根据故障特征，作者判断为汽流激振故障。处理措施如下。

(1)将#2轴承油温提高5℃。

(2)调节进汽方式:开启#1，#2，#3阀门，关闭#4阀门，将#4阀门作为调节阀;然后开启#2和#3阀门，再开启#1阀门，最后开启#4阀门。

故障处理后，机组在高负荷下稳定运行了1个月，#1，#2，#3，#4轴瓦振动一直处于稳定状态，其中#1轴瓦振动较小，在20 μm以下，#2，#3，#4轴瓦x方向的振动一直处于90 μm以下，y方向振动低于70 μm，振动处于较良好的状态。故障处理后负荷为500 MW时各轴瓦的振动数据见表3。

表3 故障处理后负荷为500 MW时各轴瓦的振动数据

3 结论

(1)该机组出现突发性振动，主要原因是高压缸处轴瓦稳定性较差并有汽流激振力，建议在大修时将轴承更换为可倾瓦轴承，以提高轴承的稳定性。

(2)调节机组的进汽方式，改变阀门开启顺序，或将顺序阀控制改为单阀控制，可有效消除汽流激振故障。

(3)建议在机组大修时，更换汽封，并将汽封间隙调整到规定值，检修时将转子和汽缸的偏心值控制在合理范围内，可有效减小汽流激振力，消除转子的低频振动。

［1］杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用［M］.北京:中国电力出版社，2007.

［2］郭力.大型发电机组低频振动剖析［J］.电站系统工程，1998，14(5):24 －26.