某国产300MW机组轴系振动跳机的原因分析及处理措施

孙德创 崔彦亭 王开晶

摘要：针对某国产300 MW机组因2号轴承轴振超标引起跳机的问题，根据振动特征并结合现场情况，分析轴系振动大的原因。现场采用大锤敲击等临时处理措施，使汽缸膨胀至正常位置，之后机组运行平稳。后期通过对轴承箱及滑销系统进行改造，有效解决了机组膨胀问题。

关键词：汽轮发电机组;膨胀不畅;轴系振动;振动特征

1 机组概况

某发电厂2号机组汽轮机为东方汽轮机厂生产的N300-16.7/535/535型亚临界、一次中间再热、单轴三缸两排汽、冲动凝汽式汽轮机，额定功率为300 MW。发电机由东方电机厂生产制造，型号为QFSN-320-2。

2号机组轴系由高压（HP）转子、中压（IP）转子、低压（LP）转子、发电机（GEN）转子、励磁机（EXC）转子以及8个径向轴承等部分组成。机组轴系如图1所示。

2018年12月10日，2号机组负荷288 MW，2号轴承X方向轴振升至251 μm，Y方向轴振升至222 μm，机组轴承振动大，引发保护动作，机组跳闸。本文将对该机组的轴系振动特征、振动原因及采取的处理措施进行阐述，以期为发电厂机组同类问题的处理提供参考。

2 机组振动情况

2018年12月3日，该电厂2号机组大修启动以来，2号轴承振动值多次发生波动，范围为52～102 μm。2018-12-15T08：44，机组负荷286 MW，1、2号轴承振动值开始爬升，X向轴振分别为28 μm和47 μm;08：52，运行人员采取降负荷措施，1、2号轴承X向轴振仍呈上升趋势;08：56，1、2号轴承X向轴振分别为56 μm和251 μm，机组跳闸。惰走过程中转速降至2 336 r/min时，2号轴承X向轴振为273 μm。机组跳闸时，除高压缸膨胀30.31 mm、中压缸膨胀13.69 mm小于正常值外，润滑油油温、轴瓦温度、进汽压力、进汽温度、轴封温度等运行参数未见异常。振动爬升前1、2号轴承振动情况如表1所示，跳机时1、2号轴承振动情况如表2所示。

2号轴承振动趋势如图2所示。

由表2及图2可知，引起2号轴承振动变化的主要频率为基频，并且基频振动的相位也随着基频振幅的爬升而发生了一定的变化。通过比较表1与表2中的振动数据可知，2号轴承X向轴振由47 μm增大至251 μm，基频振幅的相位由258°变为235°。

3 振动原因分析及处理

3.1    振动原因分析

引起2号轴承振动变化的主要频率为基频，且基频振动的相位随着基频振动幅值的增大而发生变化，2号轴承振动的增大引起了1号轴承振动的增大。振动增大现象是机组带负荷运行过程中逐渐出现的，与转速无关，可以排除转子质量不平衡因素;而振幅升高伴随相位变化，则是碰磨振动故障的典型特征[1-2]。2号机组大修前高压缸膨胀数值为36.768 mm，中压缸膨胀数值为15.595 mm，2018年12月3日机组重新启动以来，高压缸膨胀数值为30.904 mm，中压缸膨胀数值13.693 mm，未达到正常膨胀值水平。大修前后高压缸膨胀数据如表3所示。

基于以上情况，可以确定引起2号轴承振动异常的原因为汽缸膨胀不畅。汽缸膨胀不畅产生振动的机理有如下2种[3]：

（1）轴承座与台板之间的连接刚度降低。连接刚度降低会使轴瓦支撑刚度降低，在激振力不变的情况下导致轴承振动数值增大。如果振动由连接刚度降低引起，最直接的表现是轴承振动增大，而2号轴承X向轴振大幅升高，轴承振动变化不明显，因此，可以排除连接刚度降低的可能。

（2）动静部件之间径向间隙发生改变。汽缸膨胀不畅使得汽缸发生变形，进而导致动静间隙改变，造成汽轮机转子与轴端汽封发生动静碰磨。2号轴承振动特征符合动静碰磨故障的振动特征，且2号轴承振动矢量变化大，因此可以确定2号轴承振动的原因为汽缸膨胀不畅，导致转子与高压后轴封发生了动静碰磨。

3.2    处理措施

（1）机组冷态启动后，特别是2号轴承振动出现波动时，采用大锤敲击高、中压缸猫爪，可使高、中压缸膨胀数值逐渐趋于正常水平，有效缓解轴系振动出现的波动及爬升现象。

（2）机组冷态启动时，尽量采用低负荷、低参数的运行方式，使汽缸充分暖透后，再进一步升负荷运行。

（3）如有检修机会，检查高、中压缸推拉机构，并更换1、2号轴承箱自润滑滑块，确保机组高、中压缸膨胀正常。

该发电厂采取上述措施后，有效解决了机组膨胀问题，彻底解决了振动故障。

4 结语

该发电厂机组大修后，2号轴承振动多次出现波动现象，最终爬升至跳闸值的原因为高、中压缸膨胀不畅，使得汽缸发生变形，进而导致动静间隙发生改变，造成汽轮机转子與轴端汽封发生摩擦振动。对于该类型振动问题，运行人员必须加强对汽缸膨胀的监视，必要时应采取临时措施，以免机组因振动原因跳机，防止通流部分磨损事故的发生。

[参考文献]

[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] 陆颂元.汽轮发电机组振动[M].北京：中国电力出版社，1998.

[3] 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.