600 MW机组给水泵汽轮机振动故障分析及处理

肖继妙

（湛江中粤能源有限公司，广东湛江524099）

1 设备概述

某电厂#2机B给水泵汽轮机是杭州汽轮机股份有限公司生产的，其型号为NK63/71/0，型式为单缸、单流、反动式、纯凝汽、再热器冷端蒸汽外切换。汽动给水泵为沈阳水泵股份有限公司生产的型号为14×14×16-4HDB的四级离心泵（未含增压级）。

2 给水泵汽轮机振动情况介绍

2011年，#2机B给水泵汽轮机首次大修后出现过#1轴瓦振动大而跳闸的故障；2012年12月11号，再次发生碰摩故障而导致跳闸。

2.1 跳闸情况

#2机B给水泵汽轮机跳闸前后#1、#2轴振情况如表1所示。

表1 #2机B给水泵汽轮机跳闸前后#1、#2轴振列表

如图1所示，从跳机前的轴振趋势上看，给水泵汽轮机前瓦（#1轴瓦）和后瓦（#2轴瓦）的轴振呈现先降低后缓慢升高的变化趋势，而给水泵两端轴振无明显变化趋势。后续过程给水泵汽轮机#1轴振增大发散，直至保护跳机。

图1 故障过程中给水泵汽轮机前后瓦轴振趋势图

2.2 振动特征分析

跳机前，给水泵汽轮机前瓦轴振在较短时间内大幅上长，后瓦轴振呈相同趋势，但振幅比前瓦小。根据跳机前后振动趋势分析，应是前瓦侧发生碰摩故障导致振动不断增大。

正常运行条件下，虽然给水泵汽轮机轴振都在合格范围内，但前瓦轴振幅值与后瓦轴振幅值相差近1倍；如图2所示，从轴心轨迹来看，#1瓦转子主要呈现上下方向涡动，左右方向振动幅值很小，表明上下方向油膜刚度弱，左右方向油膜刚度大。在运行过程中，该转子前瓦向左上方偏移，主要承载油膜分布在轴瓦左侧，轴承支撑状态异常，稳定性较差，导致转子易受外界扰动。

图2 给水泵汽轮机前、后瓦轴心轨迹（实际转向反向）

3 振动原因查找及分析

分析周向密封间隙不合理是导致碰摩故障多次发生的主要原因；给水泵汽轮机前瓦稳定性较差，转子容易受到扰动，发生较大的偏移量。针对#2机B给水泵汽轮机自2011年以来存在的振动突增的隐患，尝试过更换#1轴瓦、现场添加平衡块、更换并改大不锈钢材质本体疏水管等措施，都无法彻底解决振动突增的问题。

3.1 汽缸与转子膨胀不同步

每次#2机B给水泵汽轮机刚投入运行时，由于转子与汽缸膨胀不同步，观察汽缸就地测量膨胀的指针，转速超过3 000 r/min以后，汽缸就只膨胀出1.5 mm左右，相对其他正常给水泵汽轮机的膨胀量2.5～3.5 mm较少，导致汽缸与转子膨胀速度不同步。所以振动突增多发生在给水泵汽轮机刚投入运行时、升速较快以及转速超过5 000 r/min以上的情况下。

3.2 汽轮机台板受排汽管应力作用而膨胀不一致

运行中，该给水泵汽轮机排汽缸与台板接触面两侧间隙不一致，靠电侧间隙为0.15 mm，炉侧间隙为0 mm；而排汽管与排汽缸相连，因排汽管安装时残留应力，运行中给水泵汽轮机工况压力与温度偏差，导致电侧排汽缸与台板接触面间隙大，而正常标准为贴合为0 mm，所以两侧汽缸膨胀不一致。

不同的坐标系统之间，由于椭球参数不同，两个椭球之间没有完全统一的方法实现坐标转换[8]。但是，两个椭球所指的同一区域内，由于椭球弯曲度较小，该区域同名点在不同的椭球系上存在一定的曲面数学关系，因此可以通过区域转换模型进行坐标转换。通常采用的转换方法有4参数和7参数转换法。

3.3 联轴器间隙大，有效定中差

给水泵汽轮机与给水泵连接联轴器的内齿套筒与外齿轴毂间隙大，靠近汽轮机侧间隙为0.18 mm，泵侧间隙为0.10 m，采用捻打齿顶临时处理，但是机侧半齿套联轴器与轮毂外齿间隙仍有0.12 mm，不在标准0.04～0.10 mm控制范围内。外齿凸台外径与内齿齿根圆直径配磨间隙过大，造成外齿与凸台对中差，是导致轴系振动过大的原因之一。

3.4 给水泵汽轮机与给水泵中心不正

2015年以前，给水泵汽轮机中心都是按零对零（端面偏差≤0.03 mm，圆周偏差≤0.03 mm）标准找中心；其他给水泵汽轮机虽然没有出现振动突增的现象，但是多重因素叠加，给水泵汽轮机与汽泵受热后中心变化方向一致，也可能是给水泵汽轮机转轴振动突增的一个因素。

结合#2机B给水泵汽轮机振动大多次检查情况及振动突增各参数分析，认为振动突增的原因为：

（1）机组升负荷率过快，汽缸受热膨胀不均匀，周向某一位置处动静间隙消失，导致动静部件碰摩。

（2）汽缸滑销系统存在一定程度的卡涩情况，在给水泵汽轮机运行期间，因滑销卡涩，导致汽缸膨胀不畅，使其静止部件间隙消失，导致动静部件碰摩。

（3）汽缸与转子动静间隙不合理（缸体局部变形所致），转子在高速区域内向某方向移动，而该位置处在安装状态下未预留充足的间隙，导致碰摩故障。

综上所述，振动主要原因是转子质量不平衡、滑销生锈卡涩，振动次要原因是齿形联轴器内外齿间隙大、给水泵汽轮机与给水泵中心不正等。

4 消除振动措施及实施

利用机组大修机会，制定综合治理给水泵汽轮机振动计划，以彻底解决振动问题。具体措施包括：转子返厂做动平衡试验、滑销部件清理、排汽管割开检查、套筒联轴器更换、给水泵汽轮机与水泵中心重新修定标准。

4.1 给水泵汽轮机转子返回杭州汽轮机股份有限公司做动平衡

该转子重量为5 330 kg，型号为NK63/71/0，动平衡试验报告如表2所示。

4.2 检查处理汽缸滑销、排汽管等存在的缺陷

（1）给水泵汽轮机汽缸前猫爪横销调整块生锈严重，滑动性差。

检查给水泵汽轮机汽缸前猫爪横销调整块，发现前猫爪螺钉生锈严重，灵活性差，汽缸前猫爪搁在前轴承座上，汽缸受热膨胀时猫爪推动前轴承座一起向前移动，所以猫爪螺钉生锈可能会影响汽缸膨胀，导致膨胀受限。检查滑销及间隙，清理积垢；校正膨胀指示器在冷状态下为零。

（2）排汽管切割、自然恢复，解决排汽缸与台板间隙不一致问题。

1）在汽缸排汽管底部加支撑撑住汽缸，防止管道切开后汽缸移位。

2）在汽缸排汽管的垂直段选择切口部位，后进行环切；切开排汽管检查汽缸、排汽管的变化情况。

表2 #2机B给水泵汽轮机转子动平衡试验报告

3）汽缸台板水平调整、排汽管经调整及定位后进行焊接恢复，拆除临时支撑材料。

4.3 更换联轴器

针对内齿套筒与外齿联轴器之间配合间隙大，更换新的整体联轴器；间隙控制在标准值0.04～0.10 mm内，能迫使内齿套筒在高转速运行时有效自动定中，阻止齿套瞬时偏离中心线而引起轴系有较大的不平衡量，阻止轴系产生较大的强迫振动。

4.4 修正给水泵汽轮机与给水泵中心调整的数据

根据杭州汽轮机股份有限公司说明书及该公司现场检修经验丰富的检修师傅建议，结合给水泵设备厂家找中心要求，给出给水泵汽轮机与给水泵中心值修正标准，如表3所示。

表3 给水泵汽轮机与给水泵中心值修正标准

5 给水泵汽轮机大修后运行效果

2016年5月，对#2机B给水泵汽轮机进行大修，大修前后该汽轮机推力瓦、前后轴瓦瓦温正常，变化不大；因大修前#1、#2轴振突增隐患，影响机组带高负荷，下面重点列举振动值。大修前后运行数据如表4所示。

根据表4进行分析，给水泵汽轮机大修后设备运行状态良好，在高转速阶段，#1、#2轴瓦振动值都比大修前小，并且从来未发生过振动突增的现象，彻底解决了该给水泵汽轮机振动突增的问题。

6 结论

通过对#2机B给水泵汽轮机振动突增进行原因分析和处理，总结了如下经验：

表4 #2机B给水泵汽轮机大修前后运行数据

（1）转子质量动不平衡必须返回厂家做动平衡试验，彻底解决转子质量动不平衡问题。

（2）汽缸与转子膨胀不同步，必须释放汽缸排汽管应力，保证汽缸与台板左右侧间隙一致，解体清理滑销部件使之滑动顺畅。

（3）汽轮机与给水泵中心必须按照汽轮机厂要求，保证汽轮机与给水泵热胀与冷缩时同步一致。

（4）给水泵汽轮机内齿套筒与外齿联轴器间隙必须控制在该类设备出厂标准以内。