某660 MW汽轮机振动大的原因分析

摘要：阐述了国内某火电厂660 MW汽轮机振动异常现象，通过分析汽轮机异常振动的常见原因及其预防措施，找出了造成该汽轮机振动大的原因是机组检修时将原有的汽封改为了接触式汽封，使其与转子发生了动静摩擦导致振动异常，采用暖机升速的手段解决了该问题，为国内汽轮机振动问题的解决提供了参考。

关键词：油膜失稳;气流振动;膨胀不均;动静摩擦;暖机升速

0 引言

汽轮机的老化与磨损大多源于振动，虽然完全消除汽轮机的振动是不可能的，但是如果将其控制在一定范围内，对汽轮机的正常运行造成的影响较小，就可基本忽略其危害。我国汽轮机振动幅度的常用标准为不超过0.05 mm[1]。引起异常振动的因素多种多样，除了设计或装配失误以外，汽轮机轴承的磨损老化，零部件達到其疲劳寿命极限等，都是造成汽轮机异常振动的重要原因。当汽轮机轴系中心发生变化，偏离原来的平衡位置，超过了一定范围，便会产生较大的异常振动幅度，不断加剧机组内部的动摩擦与静摩擦，加剧了汽轮机的异常振动，产生恶性循环，最终使得机组零件松动，加速老化磨损，造成巨大的经济损失[2]。

1 振动异常现象

某660 MW汽轮机机组为国内某火电厂#3机组，型号为N660-25/600/600（超超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、纯凝汽式），汽轮机由8个轴承支撑，高压转子采用双支承，发电机和励磁机转子采用三支承，其余中压转子和低压转子采用单支承。

某次检修结束后，在第一启动过程中，由于汽轮机组振动大出现了打闸停机的情况，随后对机组进行了4次启动，经过各轴振动数据检测，发现机组中有一个可倾瓦轴承轴振异常，该可倾瓦轴承在不同转速下的X/Y轴振Bode图数据如表1所示。根据该机组在不同转速下的轴振Bode图数据可以发现，该机组振动分量90%以上以基频为主，属于不平衡原因引发的强迫振动（基频=工作频率）[3]。

2 汽轮机振动原因及其预防措施

2.1    油膜失稳及其预防措施

油膜失稳问题的判断较为方便明显，汽轮机的涡动频率经常随着转子的转速变化而变化，而转子转速低于两倍第一临界转速是导致油膜失稳的主要原因，及时检测涡动频率的变化可以帮助工作人员快速鉴别油膜失稳问题。其出现原因通常为轴系稳定性较差，系统阻尼不够，在设计人员对汽轮机进行设计时，对于对比压与负载的考虑不足，设计的轴承宽度可能较宽，在遵循运行原则的基础上，不妨适当减小轴承宽度，与此同时，适当提高其承载系数。但也应注意，过量增大轴承承载系数，降低润滑油黏度，会减薄油膜厚度，导致其工作环境温度过高，油质老化较快，在设计时应充分考虑其利弊进行取舍。机组操作人员做好相关工艺的检查与控制，按期对汽轮机轴承做好维护工作，可以有效预防油膜失稳问题。

2.2    气流振动及其预防措施

气流振动是引发汽轮机振动的常见原因，出现频率较高[4]。众所周知，工作转速与临界转速越接近，轴系统稳定性越好，但是较高的临界转速无法满足汽轮机的工作效率要求，机组工作人员常常通过改变汽轮机级数增大跨距来提高工作效率，导致通流部分两侧的径向间隙出现较大的误差，轴径所受切向力增大，产生正向涡动，转子逐渐弯曲、磨损，导致更大的径向间隙，进一步增大流动切向力，最终产生异常振动。气流振动的主要问题为轴向旋流，为了防止这一问题的产生，主要采用扰乱轴向旋流，提高失稳界限转速的技术手段。设计人员在设计之初，可以采用较大轴径偏心率的轴承，也可改变其几何形状，在降低振幅的同时，扰乱轴向旋流，使得汽轮机可以高速稳定运转。

2.3    膨胀不均及其预防措施

汽轮机的工作环境一般为高温环境，机组零部件具有热胀冷缩的特性，在其整体加热与受热过程中，不能保证整体受热均匀，使得汽轮机各部分受热膨胀不均，在此过程中，轴承极易发生位置偏移，刚度变差，导致产生机械振动[5]。膨胀不均比较容易监测与预防，当气缸与在热压力之间出现了受力不稳的情况时，及时检查预防，同时在汽轮机正式投入运行之前，认真检查疏通管道，疏水期间及时清理管道。遇到膨胀不均的问题，应及时检查汽轮机各部分的零件变形情况，如有问题及时更换。与此同时，考虑汽轮机膨胀不均是否与未正确设置参数有关，若是则及时调整设备参数，留心设备使用时长。

2.4    动静摩擦及其预防措施

动静摩擦对于汽轮机振动的损害最为严重，一旦发生动静摩擦，容易增大汽轮机内部零件碰撞的概率，必然导致汽轮机振动的增加，剧烈的振动导致更为剧烈的动静摩擦，产生负反馈效应，一些直接接触的零件，如接触式汽封、轴承等可能会发生永久性弯曲形变，造成严重事故，这也是汽轮机在设计时要求汽封的硬度要低于汽轮机转子的主要原因。面对动静摩擦问题，机组设计人员一定要遵循设计原则，认真计算考虑汽轮机运行时的各项参数，汽轮机运行时，机组人员应当严格遵守操作规程，不要盲目追求汽轮机工作效率，在日常维护中要注意及时补充润滑油，增强润滑。

3 振动异常分析

通过观察该660 MW汽轮机组在不同转速下的基频振幅与相位角的变化发现，当转速发生变化时，二者发生了明显变化波动，如果该机组因为质量不平衡引发振动，则二者会基本保持不变，故首先排除本身质量不平衡问题。通过检测涡动频率的变化情况也排除了油膜失稳问题。在该机组运行时，并未对高压进气阀进行操作，其开度未发生任何变化，该可倾瓦轴承依然存在，说明其轴振与高压进气阀开度无关，可以排除气流振动问题。随后，对该机组的启动参数控制进行了检查，各项参数均无问题，认真检查管道疏水情况，均无问题，汽轮机组进疏水流畅，机组受热均匀，可排除膨胀不均问题。

将机组长时间停留在1 000 r/min左右的转速下，发现该可倾瓦轴承X/Y向轴振逐渐减小，初步判断该可倾瓦轴承轴振是由于汽轮机中高中压转子热弯曲引发。通过查阅本次检修记录发现，中高压部分汽封、轴封更换为了接触式汽封。该可倾瓦轴承所在的轴系也进行了更换，甚至存在过盈现象。故认为此次机组振动是由于汽封与转子之间发生了碰撞摩擦，产生了动静摩擦而造成的。为解决该问题，将该机组启动并维持在1 500 r/min（该机组的临界转速）左右的转速下，使该可倾瓦轴承轴振逐渐趋于稳定，更换转速（升速），再次使该可倾瓦轴承轴振逐渐趋于稳定，不断重复该过程，直至最终振动减小趋于稳定（动静接触部分磨平）。

4 结语

该660 MW汽轮机振动异常是由明显的动静摩擦引起的，其主要原因在于在检修时将原有的汽封改为接触式汽封，在装配时甚至存在过盈现象，导致汽轮机组启动时，接触式汽封与转子之间间隙较小，发生了动静摩擦。对于该问题，可以采用暖机升速的手段予以解决，操作人员一定要按照操作规程进行操作，防止由于温差过大引发膨胀不均等新的问题。

[参考文献]

[1] 刘湘萍.汽轮机运行中的振动及防止技术研究[J].当代化工研究，2020（1）：56-57.

[2] 谢巍.汽轮机组安装中振动影响因素分析[J].科技创新与应用，2019（35）：94-95.

[3] 廖申丁.火力发电厂汽轮机轴承振动大的原因分析及处理措施[J].机电信息，2019（35）：83-84.

[4] 陈志峰.汽轮机振动故障机理分析[J].电工技术，2019（23）：118-120.

[5] 杨森，杨旭辉，马长亮.某上汽1 000 MW汽轮机组轴系振动原因探索[J].科学技术创新，2019（33）：19-21.

收稿日期：2020-01-18

作者简介：姜波（1987—），男，山西朔州人，助理工程师，从事火电厂设备安装工作。