330 MW机组轴振周期性波动分析处理

林 森，王 帅，方 俊

(淮南矿业集团发电有限责任公司，安徽 淮南 232072)

0 引言

长期以来，汽轮发电机组振动大一直是困扰火力发电厂的难题之一。由于引发汽轮发电机组振动大的因素较多，且振动种类多种多样，直接精准判断振动产生的根源较为困难，往往需要进行长期观察和反复试验方能确认。

下面介绍某电厂1号机组5号轴瓦振动周期性波动的异常现象，并记述了原因分析及缺陷处理的过程。

1 汽轮发电机组及其轴系支撑系统简介

某电厂汽轮发电机组汽轮机为亚临界、一次中间再热、双缸双排汽凝汽式，设备型号N330-16.7/538/538；发电机为水氢氢冷却、自并励式，设备型号QFSN-330-2-20B。汽轮机分为高压缸、中压缸及低压缸，其中高中压部分采用合缸结构，高压部分为双层缸，低压缸为对称分流式双层缸结构。汽轮机高、中、低压转子均为无中心孔整体锻造式转子，高中压转子、低压转子、发电机转子分别采用刚性连接。

机组共6个支持轴承，其中汽轮机4个，发电机2个。为了轴系定位和承受转子轴向力，还有1个独立结构的推力轴承，位于高中压转子后端，详见图1。汽轮机的4个支持轴承分别为可倾瓦轴承及椭圆轴承，1号和2号轴承为可倾瓦轴承，3号和4号轴承为椭圆轴承。本机组的推力轴承为活支可倾瓦块型(密切尔型)，采用了独立结构的推力轴承，带有球面轴瓦套，依靠球面的自位能力保证推力瓦块载荷均匀。工作推力瓦和定位推力瓦各11块。分别位于转子推力盘的前后两侧，承受轴向推力，成为轴系的相对死点。

图1 汽轮发电机组轴系示意

2 机组振动现象

1号机组于2018-05-15启动并网，机组轴系各轴瓦参数正常。

8月11日之后，5号瓦轴振X，Y向振动明显增大且呈规律性波动。表1与表2分别统计了8月1日至8月11日、8月12日至8月20日轴系各轴瓦轴振在最大负荷、最低负荷及平均负荷情况下的振动情况。

表1 8月1日至8月11日轴振振动情况统计

表2 8月12日至8月20日轴振振动情况统计

由8月5日至8月15日5号瓦轴振X，Y向的振动历史曲线可知，三条曲线负荷历史曲线、5号瓦轴振X，Y向振动历史曲线中的两条振动曲线高度重合，合并标注。由该振动曲线可观察归纳出两条规律：一是负荷变化趋势与振动变化趋势大致相反，即升负荷过程中振动逐渐减小，降负荷过程中振动逐渐增加，振动变化过程较负荷变化过程有一定的滞后性；二是8月12日开始，5号瓦轴振X，Y向振动值呈周期性波动且最大值、最小值逐渐向上漂移，同负荷下与该时间点之前相比，振动值增加明显。

之后经调阅汽轮机振动在线监测系统(TDM)记录的5号瓦轴振X，Y向振动频谱，发现其振动以一倍频为主。

此外，5号瓦轴振较为平稳，虽略有增加但仍在合格范围内。

3 原因分析

3.1 振动异常原因分类

导致汽轮发电机组轴瓦振动大的原因较多，下面就各种不同的诱发原因及现象判断分析如下：

(1) 汽轮机轴瓦支撑系统刚性不足或安装部件松动。轴承支撑刚度削弱，振动被放大，或使转子临界转速降低，落入共振。现象为轴承振幅沿垂直方向随标高逐渐增大，且在刚度削弱处振幅突变。

(2) 汽轮机中心不正。中心不正是指联轴器中心不对中或两侧端面张口不合适。此类原因导致的振动的频谱一般为二倍频。如果是纯二倍频则为平行不对中，若存在小一倍频和二倍频则可能为角不对中。

(3) 汽轮机转子质量不平衡。该问题可由运行中叶片断裂、脱落或不均匀磨损、腐蚀、结垢，使转子发生质量不平衡或转子找平衡时平衡块选择不当或安放位置不当引起。此种原因导致的振动的频谱一般为一倍频，振幅与转速的平方成正比，通过临界转速时振动明显加剧[1]。

(4) 发电机内部故障。如发电机转子与定子之间的间隙不均匀、发电机转子线圈短路等，均会引起机组振动。此类振动一般出现在励磁电流增加或者励磁电流较大时，并且同方向增加。

(5) 汽轮机润滑油油膜振荡。此类振动的频谱一般以半倍频为主，振动时有时无，运行方式发生变化时，振动有变化。

(6) 汽轮机进汽气流扰动。顺序阀运行工况下，机组运行至中高负荷时，振动上升较快。

(7) 汽轮机局部发生接触摩擦。此类振动的频谱一般以一倍频为主，转速增加振动增大，同时伴有金属摩擦声，严重时会迸溅火星。

(8) 汽轮机进汽带水发生水冲击。此类原因导致的振动现象较为明显。

(9) 振动测点故障。该类原因最直接的表现是在低转速下即有较高的振动值。一般而言这不是真正意义上的转子振动，主要反映测量面存在缺陷，如测量面表明存在凹坑、测量面不圆等[2]。

3.2 排除法分析原因

结合上述几个方面的原因、现象，采用排除法进行分析判断。

汽轮机轴瓦支撑系统刚性不足或安装部件松动、汽轮机中心不正、汽轮机转子质量不平衡引起的振动异常一般在机组启动时就会表现出来，而故障机组是在运行一段时间后发生的异常，故可以排除上述三种原因。

发电机内部故障引起的振动异常，如为发电机转子与定子之间的间隙不均匀导致，则应在启动初期发生；如为发电机转子线圈短路导致，则电气发电机励磁电压和励磁电流的比例关系会改变，励磁电流不变时无功出力下降。故障机组励磁系统正常，故可排除此类原因。

由于振动频谱以一倍频为主，且汽轮机油质、油温、油压等均无较大波动，可以排除汽轮机润滑油油膜振荡的可能性。

汽轮机进汽汽温汽压正常，且振动与机组负荷高低变化无对应关系，可以排除汽轮机进汽气流扰动、进汽带水发生水冲击导致振动异常的可能性。

振动测点故障可通过低转速下是否存在高振动值或测量测点间隙电压进行判断。经现场实际测量，振动测点间隙电压正常，因此排除测点问题。

3.3 确认最可能的原因

排除上述几方面的原因后，汽轮机局部发生碰磨导致汽轮发电机组5号瓦轴振大的可能性最大。下面根据汽轮机局部发生碰磨的主要诱因，同时结合机组相关运行参数的实际情况，逐一分析判断。

(1) 大轴弯曲或动静间隙过小。因机组为运行过程中发生的振动异常波动，此两项诱因可以排除。

(2) 膨胀不均匀。机组缸温监视数据无异常，胀差在正常范围值内无波动，且仅5号瓦轴振偏大，此项诱因可以排除。

(3) 转子轴向位移过大。机组轴向位移数据正常，且仅5号瓦轴振偏大，此项诱因可以排除。

(4) 轴封部位密封不佳。5号瓦处并无轴封且机组轴封供汽压力、温度正常，此项诱因可以排除。

(5) 发电机碳刷过紧。经长时间定时测温观察，碳刷组整体温度均匀无超温及温差大现象，同时6号瓦轴振参数正常，此项诱因可以排除。

(6) 油挡、汽封等因异常原因与转子接触摩擦。摩擦振动的机理为：对汽轮机转子来讲，摩擦可以产生抖动、涡动等现象，但实际有影响的主要是转子热弯曲。动静摩擦时圆周上各点的摩擦程度是不同的，由于重摩擦侧温度高于轻摩擦侧，导致转子径向截面上温度不均匀，局部加热造成转子热弯曲，产生一个新的不平衡力作用到转子上引起振动。当热量散失后，热弯曲恢复，不平衡力消失，振动减弱或者消失。但是由于机组持续运行，且接触摩擦会导致接触部件劣化不可逆，使发电机振动呈波动上扬趋势[3]。对照上述分析，综合判断在汽轮发电机组5号轴瓦处发生轻微接触摩擦的可能性较大。

4 检查处理

8月24日机组停运后，对汽轮发电机组5号轴瓦进行了翻瓦检查，发现该位置有两处碰磨较为严重，分别为密封瓦左侧单边磨损及密封瓦座内挡油环左侧磨损。同时发现密封瓦背部弹簧弹力不均，上半部弹力较为松弛。在检修过程中，对密封瓦、挡油环及密封瓦背部弹簧进行了更换并调整弹力到设计值，对密封瓦座与转子同心度、密封瓦座与转子凸肩垂直度、汽轮机与发电机对轮同心度、5号轴瓦扬度等进行了测量并确认在合格范围内。10月28日机组重新启动，5号瓦轴振参数正常，振动值周期性波动的现象消失。

5 结束语

动、静部件间的接触摩擦导致汽轮发电机组振动大的现象较为普遍。但由于缺乏直观高效的检测手段，在机组运行期间对这一因素的诊断往往能判明方向但精准性不足。通过对机组振动大的不同原因的现象进行渐进式分析，使得导致发生周期性振动波动的诱发因素最终确认并消除。希望这一分析诊断过程能为其他电厂处理此类问题提供有益的经验参考。