一起汽轮机轴瓦振动大跳机原因分析及处理

摘要：某公司发电厂3号机组投运后，在大负荷试运时因1X、2X振动大机组跳闸，主要原因为围带汽封、隔板汽封、轴端汽封间隙比较小或不均匀，当机组负荷增加、主蒸汽流量增大时会产生汽流激振，主蒸汽调门分别在单阀、顺序阀方式下机组带365MW负荷运行、主蒸汽流量达到最大值，进行摩合试验，消除了机组1瓦、2瓦振动大的隐患。对其他两台机组也进行了最大主蒸汽流量下的摩合试验。有效防止新建机组或经过汽封间隙调整后的机组，在初次试运时，发生机组振动大跳机事件。

Abstract： After unit 3 in a power plant of a company was put into operation， the unit tripped due to 1X and 2X vibration during heavy load test run. the main reason was that the gaps between shrouded gland seal， diaphragm gland seal and shaft end gland seal were relatively small or uneven. when the unit load increased and the main steam flow increased， steam flow excitation would be generated. the main steam regulating valve operated with 365MW load and the main steam flow reached the maximum under single valve and sequence valve modes respectively. friction test was conducted to eliminate the hidden danger of large vibration of unit 1 watt and 2 watt. Friction tests were also carried out on the other two units under the maximum main steam flow. It can effectively prevent the occurrence of large vibration jump of newly-built units or units adjusted by gland seal clearance during initial commissioning.

關键词：汽轮机组;振动;汽封;摩合;试验

Key words： turbine unit;vibration;gland;rubbing;test

1  概述

某发电厂建有3×350MW超临界循环流化床机组，并入局域网，主要向自己的电解铝企业供电、氧化铝企业供高低压蒸汽，三台机组汽轮机型号为CC350/328-24.2/7.0/1.0/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、高中压合缸、双缸双排汽、两级调整抽汽、表面水冷凝汽式汽轮机。主蒸汽经汽轮机两个自动主汽门后进入到四个高压调节汽门，经导汽管进入1个单列调节级和9个压力级高压缸膨胀做功后，由高中压缸前端下部的2个高压排汽口排出，高压缸排汽经再热器再热后通过两个中压联合汽阀经四根导汽管进入中压缸膨胀做功，中压缸做功后的蒸汽进入低压缸继续膨胀做功，做功后的乏汽排入凝汽器。

高压缸第7级后设第1段回热抽汽供1号高加及高压供热系统，第10级后（高压排汽）设第2段回热抽汽供2号高加。中压部分共有6个压力级，第3级后设第3段回热抽汽供3号高加，中压6级后（中压缸排汽）设第4段回热抽汽，一部分抽汽供除氧器、给水泵汽轮机、低压供热系统等用汽。低压缸部分为对称分流三层缸结构。蒸汽由低压缸中部进入通流部分，分别向前后两个方向流动，在正反2级、正3级、反4级、正反5级后依次设有5～8段抽汽口，分别供4个低压加热器。

汽轮发电机组轴系如图1所示，机组轴系由高中压、低压、发电机转子刚性连接，共有6个支撑轴承、1个推力轴承、1个稳定轴承，其中1号、2号轴承为可倾瓦支撑，3号-6号瓦为椭圆瓦支撑。

该局域网共有9台机组，总装机容量为232万千瓦，单机容量占比为高达15%，局域网对机组安全运行的可靠性要求非常高，局域网的调度原则为“自发自用、互为安保”。三台机组一次调频死区为5rpm，上调负荷10%，下调负荷70%，对一次调频要求特别高。

2  机组跳闸前运行方式

3号机组于2018年5月3日首次并网，一直在150-300MW之间运行。2018年8月20日15时04分，机组给水流量1107t/h，主汽流量1174t/h，主汽温度539℃，主汽压力23.41MPa，当机组负荷达到337MW时，1号、2号轴承X方向振动值达到250um，机组跳闸，机组跳闸时的运行状况如图2所示。

3  原因分析

3台汽轮机主蒸汽额定流量为1163t/小时，最大主蒸汽流量为1242t/小时，汽轮机组的最大出力为365MW，主蒸汽流量是通过汽轮机调节机压力计算得来的。汽轮机ETS跳机逻辑为同一轴承X方向、Y方向中任一方向振动达到跳机值与另一方向振动值达到报警后相与，没有延时。3台机组六个轴瓦X方向、Y方向振动报警值为125um、跳机值为250um。

3号机组负荷在270MW以上工况运行时，主蒸汽流量已接近甚至突破1163t/小时的额定流量，查阅各轴承振动情况，发现1号、2号轴承X方向振动波动比较大，在投运1号高加时2X振动达到235um（首次磨合），出现了汽流激振现象。

由于对机组的经济性要求越来越高，汽轮机厂在设计时，围带汽封、隔板汽封、轴端汽封间隙控制的比较小，由于在安装过程中汽封调整不均匀、汽封存在毛刺等会产生动静间隙不均匀，当主蒸汽流量增大时会产生汽流激振，再加上高中压转子比较轻，其对应的1号、2号轴瓦各个方向的振动会增加，甚至超允许值，机组跳闸。

本次机组跳闸前，2号轴承X方向的振动值超过250um、Y方向的振动值也超过204um，满足跳机逻辑，而且1号轴承的振动也突然升高，轴承振动突然增大是真实的，ETS跳机正常动作。

4  试验过程及效果

为判断机组运行状态，消除1号、2号轴承振动，进行摩合试验。摩合试验前，在汽轮机厂家的指导下，将6个轴瓦的跳机值由250um改为300um。

本次试验采取先投入全部高压加热器、退出一次调频运行、主蒸汽高压调节阀单阀运行，每次按2MW、升负荷率为2MW/min，逐步加负荷至365MW，若振动增大，则进行摩合，若振动无较大波动，则降负荷至345MW，降主蒸汽压力至主蒸汽四个高压调节阀全开，若振动无异常，则降负荷至295MW，切换为序阀运行，检验机组带365MW负荷及机组带330MW下投一次调频后的各轴瓦振动情况。

制订好应急预案后，开始进行磨合试验。

4.1 单阀方式下振动试验

机组投高加运行，负荷到310MW，按2MW/次、升负荷率2MW/min，逐步加负荷至365MW，1瓦、2瓦振动无异常，2X最大波动至50um，主汽流量最大至1232t/h，如图3所示。

为检验主汽压力对振动的影响，分别在365MW负荷将主汽压力由24.4MPa降至22.6MPa，高压调节门CV1-CV4开至60%，1瓦、2瓦振动均无异常。345MW时，主汽压力22.77MPa，调门开度39.35%，将主汽压力降至21.4MPa，四阀全开，主蒸汽流量达到1150t/小时，各参数趋势变化如图4所示，1瓦、2瓦振动最大到33um，其他轴瓦振动均无异常。

4.2 顺序阀方式下振动试验

3号机组降负荷至295MW，切顺序阀运行，阀序为1/2-3-4，按2MW/min的速率逐步升负荷至365MW，机组振动平稳，各轴瓦振动最大波动至35um。为检验主汽压力降低，调门开大对振动的影响，将主汽压力降低至22.58MPa，CV4全开，主蒸汽流量达到1210T/小时，各参数趋势变化如图5所示，1瓦、2瓦振动最大到35um，其他轴瓦振动无异常。

通过试验可以看出，切顺序阀运行后，1瓦、2瓦振动比在单阀运行方式下更平稳。

为检验一次调频投入后加负荷对振动的影响，降负荷至330MW，投入一次调频，按正常的升负荷率3MW/min，加10MW负荷至340MW，振动无异常，各参数趋势变化如图6所示。

此次主蒸汽高压调节阀在单阀运行及顺序阀运行工况下，经过高负荷（365MW）及降主汽压力实现四阀全开的过程，各个轴瓦振动均未发生象以往的突增现象，分析得出，机组出现高中压轴瓦振动大的负荷或主蒸汽流量达到限值，经过前两次振动大过程的摩合，汽轮机汽封已得到碰磨。

4.3 对1、2机组进行摩合试验

按照上述方法对1号机组、2号机组汽轮机进行大负荷摩合试验，考虑到局域网的安全运行，通过控制电负荷、增加高低压抽汽量来控制主蒸汽流量进行摩合试验。

图7为1号机组摩合试验时相关参数变化趋势，主汽流量达1264t/小时、机组负荷310MW时，2瓦振动为27um，其他轴瓦振动均无异常。

图8为2号机组摩合试验时相关参数变化趋势，主汽流量达1252t/小时、机组负荷314MW时，2瓦振动为27um，其他轴瓦振动均无异常。

5  结论

考虑到该电厂3台机组在局域网运行，一次调频幅度上浮达10%（+35MW），尽管此次试验尽量模拟了一次调频动作快速加负荷（即调门开大，主汽压力降低）的过程，为确保3台机组安全运行稳定，对下一步工作安排如下：

①机组保持顺序阀方式下运行。

②保持当前的高中压轴振保护定值300um运行3个月，观察各轴瓦振动情况，若高中压振动未再发生突增超过76um，则期满后恢复至正常定值。

③机组在90%以上负荷运行时，按运行规程规定参数运行，以减小一次调频动作时引起的负荷波动过大对转子的扰动冲击;运行中若有重大操作影响负荷或主蒸汽流量大幅波动的情况时，要控制、操作平稳或选择低负荷下进行，同时密切监视轴瓦振动变化，若振动出现突增，及时降负荷运行。

新建机组或经过汽封间隙调整后的机组，在初次试运时，要密切关注机组在升负荷过程中的振动情况，及时采取措施，有效防止汽轮机组跳闸事件发生。

参考文献：

[1]东方电气集团东方汽轮机有限公司汽轮机产品说明书（主机部分）.四川：2017，4.

[2]东方电气集团东方汽轮机有限公司汽轮机启动运行说明书.四川：2017，4.

[3]笵德，等.广西华磊新材料有限公司发电厂主机运行规程.广西：2017，6.

[4]吴少伟主编.超超临界火电机组运行[M].北京：中国电力出版社，2012.

[5]郭延秋编.大型火电机组检修实用技术丛书 汽轮机分册[M].北京：中国电力出版社，2003.

[6]夏波，等.330MW机组冷态启动时轴系振动故障分析[J].电力安全技术，2016，18（3）：26-28.

[7]田寧.300MW汽轮机组热工保护报警的优化[J].电力安全技术，2018，20（5）：73-74.

作者简介：李建军（1970-），男，高级工程师，硕士学位，广西华磊新材料有限公司发电厂副厂长，一直从事火力发电厂设备管理、技术管理、检修管理工作。