超临界机组小汽轮机振动分析与处理

孙猛

摘要：汽轮机（小汽轮机）作为现代大容量燃煤电厂的重要辅机，其运行的可靠性对机组的安全稳定运行有很大影响。汽动给水泵跳闸一方面会导致机组出力降低，影响机组发电，另一方面严重时会导致机组跳闸，影响电力系统的安全。小汽轮机振动是汽动给水泵组跳闸的主要原因之一。因此，必须从管理和技术上给予足够的重视。

关键词：超临界机组;小型汽轮机;振动分析;处理;研究

1项目概述

华能大庆热电有限公司机组汽轮机型号为CLN350-24.2/566/566型，是哈尔滨汽轮机厂有限责任公司制造的超临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、双抽凝汽式汽轮机。

华能大庆热电 2 x 350 MW 机组设计的驱动半容量锅炉给水泵的汽轮机，型号为NK50/56/0。两台本汽轮机驱动两台锅炉给水泵，并联运行，配一台主机。一台30%容量的电动机驱动的锅炉给水泵作备用。

引起各种小汽轮机异常振动增加，主要包括：振动部件故障、滑销系统卡涩、汽流激振、轴封温度过低、动静摩擦、轴承磨损、轴承松动、汽动给水泵转子中心不直、转子热弯、，联轴器松动、轴承缺润滑油、油温过低、轴承油膜振荡、转子质量不平衡等公司统计显示，80%以上的旋转机械振动故障是由转子质量不平衡、转子中心静摩擦和静摩擦这三个原因引起的。

2小汽輪机振动

电厂2号机组小汽轮机的前、后轴承分别为1瓦（前轴承）和2瓦（后轴承）。两者都配备了x和Y方向的轴向振动探头。轴向振动报警值设置为80μm，跳闸值设置为125μm。

2B小机组在4500-4700r/min转速范围内，前轴承振动突然异常增大，严重威胁机组的安全运行。为此，电厂技术人员利用EVM-8动态数据采集分析系统对2B给水泵组的振动故障数据进行采集和诊断。

第二单元转速为4500～4700r/min，席前轴承的X轴振动明显波动，约60μm～100μm，机组加载后，小机组2B转速超过4700r/min。小机组席前轴承的X轴振动从100μm迅速下降到约50μm，负荷继续上升，机组负荷下降，小汽轮机转速下降到4700r/min以下时，振动保持在50μm附近;2B机组前面轴承的X轴振动从65μm增加到101μm。

3振动原因分析

（1）蒸汽流激励。机组2次启动停机，小汽轮机也多次启动停机。每次蒸汽源不同（四泵或辅助蒸汽），每次启动参数都有一定程度的不同，但小汽轮机前后的轴承振动值差异不显著。因此，小汽轮机振动的增加与小汽轮机启动参数的选择无关。由于小汽轮机的振动突变只发生在特定的转速范围内，且具有一定的偶然性，因此可以排除汽流激励。

（2）扩展被阻止。小汽轮机壳体与基础之间没有异常，滑动销系统状态良好，表明小汽轮机的振动突变不是由膨胀障碍引起的。

（3）压板和预埋地脚螺栓之间的间隙。现场检查了小型汽轮机基础底板与埋入式地脚螺栓之间的间隙。结果表明，在热态下，锚杆螺栓与基础底板之间的膨胀间隙为2mm，满足了小型汽轮机厂家的设计要求。检查轴承座和联轴器，无松动现象，排除上述原因。

（4）轴封和轴承的润滑油参数。通过查阅2B小型机械振动突然增加前后的历史数据，发现轴封压力和温度均在规定值内，润滑油压力、流量和油温也在规定值范围内，无异常变化。因此，可以排除轴封温度过低、轴承油温过低或轴承供油不足。

（5）油膜振荡。油膜振荡的一个重要特征是，只有当小汽轮机的转速超过一阶临界转速的2倍时，才会发生油膜振荡，振动幅度突然增大，振动非常严重，甚至可能导致轴瓦损坏。查阅2B小型机械的历史振动数据后发现，在4250r/min的转速下（约为一阶临界转速的2倍），前后轴承的振幅稳定，变化不大，可以排除油膜振荡的原因。

（6）静电和静电摩擦或振动探头故障。从小型机器2B前面的轴承收集的数据可以看出，在振动稳定期间，振幅稳定在50μm。振动变化主要发生在4500～4700r/min阶段，速度变化较快。当速度变化缓慢时，不会发生振动突变。分析表明，振动主要为1倍频，变化过程也为1倍频，表明转子可能存在静碰和静碰等问题，可能是1号轴承的碰摩故障。同时，由于1x方向的振动变化，1Y方向的振动基本不变，因此不能排除信号异常的可能性。综上所述，1x振动有两种可能的原因：一种是摩擦故障，可能是轴封、蒸汽盘或油块处的摩擦;二是1x振动探头共振，在4500～4700r/min速度范围内有时会发生振动，可能与支架松动程度有关。

4故障排除

（1）摩擦故障处理。初步分析认为2B小机前轴承振动故障为碰摩故障。因此，在机组的正常运行中，应加强运行调整，以避免小汽轮机转速在4500～4700r/min范围内快速变化。2017年8月31日，2号机组停机检修，其中2B小机彻底检查，主要检查1号轴封间隙，轴瓦、挡油块和其他装置。检查发现小汽轮机汽缸内的部分汽封和1号轴承的油块明显碰伤，这也证明了之前的判断。在一次维修中对2B小机进行如下处理：2B小机轴封间隙按标准值调整，对小机轴瓦进行研磨，为了保证良好的接触面积，小机轴承间隙按标准值下限进行调整。

（2）质量不平衡故障处理。初步分析了2B小型发动机后轴承的振动故障是由二阶质量不平衡引起的。由于称重位置的限制，现场动平衡效果无法保证。在此A维修期间，2B小型机器转子被送回工厂进行高速动平衡处理。在1w侧110°位置和2w侧290°位置处，将120g平衡块添加到2B小型机器转子的配重孔中。单元2A修复后，在小单元2B上进行超速试验。小机组1X、1y轴振动约20μm，2x、2Y轴振动约50μm。我国现行汽轮机轴系振动标准：当汽轮机转速3000r/min及以上时，轴系振动25μm以下为良好，50μm以下为合格。

结论

汽轮机小振动的原因比较复杂，同时，监测数据的分析也应结合现场设备的运行维护，同时应注意设备基础的安装和维护数据的收集、整理和汇总，从汽轮机机组振动数据的变化分析机组运行状况，再到设备异常和故障诊断，可以达到事半功倍的效果。

参考文献

[1]胡慧园.350MW辅机单列超临界机组APS技术研究及应用[D].华北电力大学，2018