1000 MW机组轴瓦异常振动问题的分析与处理

陈思宁

（江苏新海发电有限公司，江苏连云港 222000）

0 概述

某公司1#机组系上海电气集团引进德国西门子技术生产的超超临界、一次中间再热、单轴、4缸4排汽、双背压凝汽式汽轮发电机组，额定容量1030 MW。汽轮机型号N1000－26.25/600/600（TC4F），发电机型号THDF125/67。该机组于2012年11月24日投入商业运行。1#机组自2016年7月检修后运行以来，1#轴瓦轴振频繁出现异常。轴瓦异常振动问题的存在严重影响机组运行的安全性和可靠性。2017年3月检修中发现问题并进行处理，修复后轴瓦振动正常，机组运行稳定。

1 机组简介

西门子1000 MW机组轴系由高压转子、中压转子、2根低压转子、发电机转子和励磁机转子及8个支持轴承组成。轴系中高压转子为双支撑结构，中压转子和2根低压转子都是单支撑结构，发电机和励磁机转子是三支撑结构。汽轮机轴承使用椭圆瓦落地轴承，发电机轴承为端盖轴承。

2 振动异常分析

2.1 第一阶段

（1）异常情况。某公司1#机组1#轴瓦自2016年7月检修后轴振频繁出现异常，①2016年8月16日21：46，1#机负荷82万（主参数稳定），1瓦轴振由65 μm跳变增大至135 μm，瓦振由3.0 mm/s增大至3.6 mm/s，立即解除AGC降负荷，21：51轴振、瓦振恢复正常，22：10投入AGC；②2016年8月18日19：50，1#机组1#瓦轴振持续波动并逐渐升高（最高至120 μm），立即降负荷至780 MW，至21：30参数稳定后投入AGC。

（2）问题分析。①由图1、图2可以看出，1#轴瓦轴振异常时，X，Y向轴振的25 Hz分量明显增大，同时伴随着1#轴瓦油膜压力的下降，据此判断振动异常原因应为油膜失稳。②根据图3、图4可知，8月16日机组正常运行期间1#轴瓦存在较大的25 Hz分量，由此判断1#轴瓦存在着一定的油膜涡动现象。③根据图5、图6可知，7月22日（即1#机组跳机前）机组正常运行期间1#轴瓦还不存在较大的25 Hz分量，由此判断1#轴瓦可能在本次跳机过程中出现碰磨，影响轴瓦的稳定性。④查看运行数据发现，8月16日1#轴瓦轴振异常前油膜压力约为1.5 MPa；8月18日1#轴瓦轴振异常前油膜压力约为1.8 MPa。两次轴振异常时，油膜压力都较低。⑤查看运行数据发现，1#轴瓦油膜压力与两侧主汽温存在关联。可以通过调整两侧主蒸汽温差达到微调1#轴瓦油膜压力的目的。

（3）处理措施。①基于1#机组的振动特性，加强对1#轴瓦油膜压力的监测，必要时通过控制1#机组两侧高压主汽温差的方式，保证1#轴瓦油膜压力的稳定。②运行部门做好相应预案，出现问题及时处理。

图1 1#轴瓦轴振异常时频谱

图2 1#轴瓦轴振正常时频谱

图3 1#轴瓦8月16日轴振X向水瀑图

图4 1#轴瓦8月16日轴振Y向水瀑图

图5 1#轴瓦7月22日轴振X向水瀑图

图6 1#轴瓦7月22日轴振Y向水瀑图

2.2 第二阶段

（1）异常情况。2016年12月1日和12月20日1#机组1#轴瓦两次出现振动异常。

（2）问题分析。①根据运行数据分析，12月1日1#轴瓦轴振异常时，油膜压力下降，轴振、瓦振迅速上升。据此判断，此时1#机组1#轴瓦异常振动的原因应为1#轴瓦负载过低，造成轴瓦油膜涡动、油膜失稳。②根据运行数据分析，12月20日在1#轴瓦振动异常时，油膜压力、轴振基本不变，瓦振上升。此时的

振动情况与12月1日异常振动情况不同，初步判断原因为：1#轴瓦的轴振长期处于较高水平，1#轴瓦存在较大的激振力，如轴瓦存在底部接触不好、轴瓦左右两侧垫块的间隙超标、轴瓦间隙紧力不符合标准等缺陷。③针对1#机组存在的两侧主蒸汽温度偏差对1#轴瓦振动影响大的问题，初步判断原因为：两侧主蒸汽温度偏差变化后引起高压缸变形或偏移，此变化一方面可能出现动静部件碰磨引起1#轴瓦振动增大；另一方面，高压缸变形或偏移后蒸汽在高压缸内的分布出现变化，使高压转子出现偏移、轴系产生动不平衡，在1#轴瓦处产生较大的1倍频分量。④鉴于浙江玉环电厂1000 MW机组高压缸返厂检修的情况，高压缸内部可能存在碰磨情况，此时在频谱上并不会反映出振动相位明显变化。因此，高压缸内部存在碰磨情况，也是1#机组1#轴瓦轴振大的可能原因。

（3）处理措施。①基于1#机组1#轴瓦的振动特性，运行部门做好相应预案，出现问题及时处理。②制定详细的检修措施，各相关单位做好检修准备工作。

3 检修情况

3.1 检修中发现的问题

（1）1#瓦轴承室有金属屑散落在轴承室底部，怀疑有部件发生磨削，继续解体1#瓦，发现1#瓦B侧下球面及其接触的基座存在大量凹坑，底部球面接触情况差，可塞入0.1 mm塞尺。

（2）1#瓦乌金表面有轻微磨痕，轴瓦上有磨痕，着色探伤后在瓦口位置发现脱胎迹象。

（3）盘车推力间隙超标，标准值 0.16～0.20 mm，实测值0.57 mm。

3.2 问题分析

（1）1#瓦B侧下球面及其接触的基座存在大量凹坑。某公司1#机组在历次1#轴瓦解体检修中都发现此问题，每次都将轴瓦返厂进行球面加工，但下次检修依然出现凹坑。针对此问题，上海汽轮机厂的解释为电腐蚀，通过与江苏方天以及谏壁电厂技术人员交流，认为凹坑产生的原因是：由于轴瓦的长期振动，轴瓦与底座发生长时间撞击而产生凹坑。即此凹痕为轴瓦长期振动的结果，凹痕的存在会影响轴瓦的刚度，进而造成轴瓦瓦振异常。

（2）1#轴瓦轴振异常原因。①由1#轴瓦修前数据可知轴瓦的间隙基本符合标准，顶隙数值偏小，且轴瓦乌金完好、无显著磨痕。基本可排除轴瓦缺陷造成1#轴瓦轴振异常。②对比1#，2#机组1#轴瓦油膜压力，2016年12月1#机组1#轴瓦油膜压力约为2.2 MPa，2#机组1#轴瓦油膜压力约为3.3 MPa。同时分析1#机组1#轴瓦2016年异常振动时的相关数据，可知1#轴瓦负载过低。轴瓦负载过低易出现轴瓦油膜涡动、油膜失稳的情况。③鉴于浙江玉环电厂1000 MW机组高压缸内部存在碰磨情况，以及谏壁电厂1000 MW机组1#轴瓦振动异常情况分析，高压缸内部可能存在碰磨情况，而此时在频谱上并不会反映出振动相位明显变化。因此，高压缸内部存在碰磨情况，也是1#机组1#轴瓦轴振大的可能原因。

3.3 处理措施

（1）轴瓦返厂重新浇注乌金，加工至标准尺寸。

（2）轴瓦底部的球面垫块接触面返厂重新加工，通过涂红丹检查（红丹涂于轴瓦凸球面上），若达不到70%以上接触的要求，必须用刮刀对球面支架（凹球面）进行修刮。

（3）复查轴瓦相关间隙尺寸，按图纸要求尺寸下公差数值做准。应检查轴瓦左右两侧垫块的间隙，以满足图纸的要求。

（4）测量盘车推力间隙、轴瓦晃动，盘车检修数据必须符合标准要求。测量、调整盘车与高压转子中心，调整结果必须符合要求。

（5）调整1#轴瓦标高、增加轴瓦负载，增加其稳定性。通过某公司专业技术人员讨论，确定调整量为1#轴瓦标高向上调整0.10 mm，同时为避免轴瓦向上调整后动静部件出现碰磨，高压缸缸体在前猫爪处向上调整0.10 mm。

4 维修效果

1#机组检修后于2017年5月2日冲转至3000 r/min,目前机组负荷最大已达到980 MW，各道轴瓦振动情况稳定。维修后1#轴瓦振动频谱显示1#轴瓦无25 Hz分量。

5 结语

通过机组停运后揭瓦检查的情况，确认轴承承载较轻稳定性裕度不足、高压缸内部存在动静碰摩是引起1#轴瓦振动异常的主要原因。通过实际的运行状况，确认1#机组两侧主蒸汽温度偏差对1#轴瓦油膜压力影响大。可以利用这一特性，有针对性的调整两侧主蒸汽温度偏差改善1#轴瓦的振动状况，提高机组运行的安全性。1#瓦B侧下球面及其接触的基座存在大量凹坑，目前已成为西门子机组的通性问题，影响轴瓦的安全、稳定运行，目前还没有有效的解决方法，需要继续进行跟踪，不断完善检修措施。

［1］张学延.汽轮发电机组振动诊断［M］.北京:中国电力出版社，2008.

［2］施维新,石静波.汽轮发电机组振动及事故［M］.北京：中国电力出版社,2008.

［3］施维新.振动故障诊断原理及发展［J］.中国电力，2008，41（3）：48－52.