呼志廣，鄧明川，呼哲勇

（1.神華神東電力公司，陜西 神木 719300；

2.神華億利能源公司，內(nèi)蒙古 達(dá)旗 014300；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000）

超高壓200 MW機(jī)組振動原因分析及處理

呼志廣1，鄧明川2，呼哲勇3

（1.神華神東電力公司，陜西 神木 719300；

2.神華億利能源公司，內(nèi)蒙古 達(dá)旗 014300；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000）

針對某能源公司1號機(jī)組2號軸振在啟動升速過程中振動嚴(yán)重超標(biāo)導(dǎo)致機(jī)組無法啟動的問題，分析了引起振動超標(biāo)跳機(jī)的主要原因為轉(zhuǎn)子彎曲度大產(chǎn)生較大的不平衡，提出了動平衡處理方案，實施后機(jī)組能夠順利啟動，取得了良好效果。

超高壓；汽輪發(fā)電機(jī)組；軸振；轉(zhuǎn)子；不平衡；摩擦

0 引言

神華億利能源公司1號機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)超高壓、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙分流、雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組型號為NZK200-12.75/535/535。本機(jī)組轉(zhuǎn)子分為高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子兩部分，且均為無中心孔整鍛結(jié)構(gòu)，高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子采用剛性靠背輪連接，整個汽輪機(jī)為四支點支承，即高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子分別由兩個軸承支撐。軸承均為橢圓瓦落地支持軸承。高壓缸、低壓缸采用內(nèi)外雙層缸結(jié)構(gòu)。軸系臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計值：高中壓轉(zhuǎn)子1 469 r/min，低壓轉(zhuǎn)子1 589 r/min，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子1 397 r/min。該機(jī)組在2010年進(jìn)行了首次檢查性A級檢修，A級檢修后機(jī)組啟動升速過程中發(fā)生了二瓦軸振大無法定速的問題。

1 1號汽輪機(jī)A級檢修情況

1號機(jī)組2008年4月26日投入生產(chǎn)運(yùn)營，2010年4月17日進(jìn)行首次檢查性A級檢修。這次檢修針對高中壓缸效率低的問題，對汽輪機(jī)高中、低壓通流部分葉頂汽封齒進(jìn)行更換，并將葉頂汽封間隙調(diào)到標(biāo)準(zhǔn)下限值。為了減小端部汽封漏汽，對高中壓缸、低壓缸端部汽封進(jìn)行了改造，將高中壓缸、低壓缸端部最外兩道汽封由梳齒型汽封改為接觸式蜂窩汽封。隔板汽封和軸封間隙均按標(biāo)準(zhǔn)下限進(jìn)行了調(diào)整。這次檢修測量高中壓轉(zhuǎn)子最大彎曲值57μm，彎曲部位在高中壓轉(zhuǎn)子過橋汽封處，彎曲值超過了制造廠標(biāo)準(zhǔn)。通過征求制造廠意見，這次檢修對轉(zhuǎn)子彎曲沒有進(jìn)行處理。

2 故障情況

1號機(jī)組A級檢修結(jié)束后于5月30日2時30分開始沖車，沖車前轉(zhuǎn)子偏心值為26 μm，在升速過臨界時2瓦X向軸振最大，最大值為200 μm，機(jī)組于6時03分定速，機(jī)組定速后，2瓦X向軸振127 μm，5瓦X向軸振114 μm，其他各瓦振動正常。之后機(jī)組做超速試驗，試驗時2號撞擊子在轉(zhuǎn)速3 360 r/min時沒有脫出，故機(jī)組于5月30日22時50分打閘停機(jī)手動盤車處理2號撞擊子問題，時間為40 min。然后電動盤車4.5 h，轉(zhuǎn)子偏心值30 μm，機(jī)組再次啟動沖車，轉(zhuǎn)速達(dá)1 200 r/min時，2瓦X向軸振最大至252 μm，汽機(jī)跳閘，鍋爐壓火，投入電動盤車，此時轉(zhuǎn)子最大偏心值達(dá)98 μm。之后于5月31日12時25分繼續(xù)沖車，沖車前轉(zhuǎn)子偏心值31 μm，轉(zhuǎn)速達(dá)700 r/min時，2瓦X向軸振增大至213 μm,手動打閘。鍋爐壓火，電動盤車。6月1日22時50分機(jī)組第4次啟動沖車，轉(zhuǎn)速達(dá)1 060 r/min時，2瓦X向軸振最大至202μm手動打閘，電動盤車。6月2日0時52分機(jī)組進(jìn)行第5次啟動，同樣由于2瓦X向軸振大沒有成功。

3 故障特點

機(jī)組A修后，第一次冷態(tài)啟動，考慮到汽封改造工作量大，啟動過程進(jìn)行了汽封磨檢，啟動時間比較長，過臨界時各瓦的軸振均在跳機(jī)保護(hù)值以下。而以后四次熱態(tài)啟動均由于2X軸振大而過不了一階臨界轉(zhuǎn)速。下面看一下兩次熱態(tài)啟動波德圖。

3.1 6月1日啟動振動情況

2010年6月1日，缸溫260℃，偏心為33 μm，主汽壓力約2.0 MPa，溫度340℃，22時50分1號機(jī)組掛閘沖車，500 r/min以下升速率為150 r/min，500 r/min以上升速率為300 r/min。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至1 060 r/min時，2X軸振達(dá)到202 μm，打閘停機(jī)。啟盤車時轉(zhuǎn)子偏心值為76μm，約1 h后轉(zhuǎn)子偏心36 μm。6月1日啟動2X波德圖見圖1。

圖1 2010年6月1日汽輪機(jī)啟動振動情況

3.2 6月2日啟動振動情況

2010年6月2日，0時52分1號機(jī)組再次掛閘沖車。沖車參數(shù)：缸溫255℃，偏心為35 μm，主汽壓力約2.3 MPa，溫度370℃。500 r/min以下升速速率為150 r/min，500 r/min以上升速速率為100 r/min，轉(zhuǎn)速升至800 r/min后觀察，2X振動從120 μm緩慢增大到200 μm，后打閘停機(jī)。啟動盤車后偏心值最大為199 μm。6月2日啟動2X波德圖見圖2。

圖2 2010年6月2日啟動2X波德圖

4 故障原因初步分析

A級檢修時測量，高中壓轉(zhuǎn)子過橋汽封處彎曲值57 μm，制造廠規(guī)定不超30 μm，說明高中壓轉(zhuǎn)子過橋汽封處發(fā)生了永久彎曲。引起高中壓轉(zhuǎn)子彎軸的原因可能有以下幾種。

4.1 材質(zhì)問題

從經(jīng)驗中的發(fā)生彎軸的機(jī)組看，大多數(shù)是投產(chǎn)不到一年的機(jī)組。其特點是運(yùn)行過程中高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的振動越來越高，直至無法通過。

如果轉(zhuǎn)子的材質(zhì)存在問題，有可能導(dǎo)致這樣的情況發(fā)生。按照常規(guī)，在制造階段，轉(zhuǎn)子的毛坯應(yīng)該在露天放置兩年后才能進(jìn)行加工，其目的是消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力。但近幾年由于新機(jī)組投產(chǎn)量大，工期緊張。有的制造廠的毛坯不經(jīng)放置就直接加工。使出廠的轉(zhuǎn)子存在內(nèi)應(yīng)力。投入運(yùn)行后在高溫條件下應(yīng)力釋放，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲。

另外轉(zhuǎn)子加工過程在截面突變的部位也可能產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力。

4.2 瞬態(tài)沖擊

跳機(jī)事故會對在軸系產(chǎn)生很大的瞬態(tài)沖擊轉(zhuǎn)矩，由于彎扭（彎曲-扭矩）的偶合響應(yīng)，同時產(chǎn)生瞬態(tài)沖擊彎矩，彎曲應(yīng)力超過一定程度就可能使轉(zhuǎn)子彎曲。

有一臺機(jī)組運(yùn)行中因鍋爐事故跳機(jī)，高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的振動為150 μm，而跳機(jī)增加到300 μm。

4.3 動靜摩擦

高中壓轉(zhuǎn)子的跨中有約1 m長的過橋汽封。這個部位轉(zhuǎn)子的橈度較大，容易發(fā)生動靜摩擦。動靜摩擦?xí)菇佑|部位溫度升高產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱應(yīng)力超過屈服極限時轉(zhuǎn)子發(fā)生永久彎曲[1]。

彎軸的處理方法是直軸，按照經(jīng)驗，若轉(zhuǎn)子彎曲值小于60 μm，也可以不進(jìn)行直軸，但為了防止機(jī)組振動必須用動平衡方法進(jìn)行校核，電廠在A級檢修時未對高中壓轉(zhuǎn)子做任何處理。

機(jī)組熱態(tài)啟動時高中壓轉(zhuǎn)子在永久彎曲的基礎(chǔ)上又疊加了臨時熱彎曲。臨時性彎曲產(chǎn)生的原因包括以下幾種。

a）高中壓轉(zhuǎn)子的長徑比比較大，即轉(zhuǎn)子的柔度較大。而高中壓缸的蒸汽參數(shù)較高，轉(zhuǎn)子的工作條件比較惡劣，容易發(fā)生熱彎曲；啟動前連續(xù)盤車時間不夠長，停機(jī)期間的熱彎曲沒有完全恢復(fù)。

b）熱態(tài)啟動時高壓上下缸溫差不好控制，溫差在23～30℃之間，引起局部動靜間隙減小，啟動過程發(fā)生動靜摩擦，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了臨時性彎曲。

汽封間隙調(diào)整沒有考慮彎軸的影響，按標(biāo)準(zhǔn)的下限值進(jìn)行了調(diào)整。

機(jī)組熱態(tài)啟動時，轉(zhuǎn)子沒有恢復(fù)到原始狀態(tài)，加之汽封間隙調(diào)整得又偏小，啟動過程中上下缸溫差又大，沖車時轉(zhuǎn)子發(fā)生了動靜摩擦，轉(zhuǎn)子振動大過不了一階臨界轉(zhuǎn)速[2]。

5 處理措施及結(jié)果

a）將機(jī)組冷卻至汽缸溫度小于50℃，讓轉(zhuǎn)子恢復(fù)到原始狀態(tài)。啟動時采取投夾層加熱措施將高中壓缸上下缸溫差控制在20℃以內(nèi)。

1號機(jī)組冷卻至冷態(tài)后，2010年6月13日19時成功定速3 000 r/min，各軸承軸振數(shù)據(jù)見表1。

表1 1號機(jī)組定速3 000 r/min時振動數(shù)據(jù)表

b）如果機(jī)組故障或調(diào)停，機(jī)組在熱態(tài)情況下就無法啟動，必須等機(jī)組冷態(tài)后再啟動，這顯然是不行的。為了使機(jī)組在熱態(tài)情況下也能夠順利啟動，2010年12月份1號機(jī)組C級檢修中，采用高中壓轉(zhuǎn)子平衡的辦法降低轉(zhuǎn)子基礎(chǔ)振動幅值。在中壓末級葉輪燕尾槽內(nèi)加配重，重量為1 000 g，位置為鍵相器后邊緣反轉(zhuǎn)向270°。加重位置見圖3。

圖3 加重位置圖

檢修人員從導(dǎo)管口進(jìn)入汽缸內(nèi)加重。通過平衡，機(jī)組在熱態(tài)啟動過臨界時2X向振動在150 μm左右，取得了很好的效果。

6 結(jié)束語

億利能源公司1號機(jī)組，由于高中壓轉(zhuǎn)子原始彎曲度大，A級檢修時汽封間隙按標(biāo)準(zhǔn)下限進(jìn)行了調(diào)整，機(jī)組熱態(tài)啟動時高中壓缸上下缸溫差又大，動靜間隙減小，機(jī)組發(fā)生了動靜摩擦，2X向軸振大跳機(jī)，機(jī)組升速過不了一階臨界轉(zhuǎn)速。最后通過轉(zhuǎn)子動平衡降低轉(zhuǎn)子基礎(chǔ)振動值而得以解決。

［1］ 寇勝利.汽輪發(fā)電機(jī)組的振動及現(xiàn)場平衡［M］.北京:中國電力出版社，2007：55-60.

［2］ 施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動及事故［M］.北京：中國電力出版社，1998：171-178.

Causal Analysis and Treatment of the Vibration of 200 MW Super-high Pressure Turboset

HU Zhi-guang1，DENG Ming-chuan2，HU Zhe-yong3
（1.Shenhua Shendong Power Company，Shenmu，Shaanxi 719300，China；
2.Shenhua Yili Energy Corporation，Daqi，Inner Mongolia 014300，China；
3.Liaoning Technical University，F(xiàn)uxin，Liaoning 123000，China）

Serious vibration occurred on No.2 axle of No1.unit in Shenhua Yili Energy Corporation during the unit’s speedup process,which led to the failure of the unit’s start-up.In this paper,the reasons for the malfunction were analyzed,and the result showed that the vibration was brought about by unbalance caused by excessive rotor bending.It put forward the treatment of dynamic balance,the implementation of which could render the unit to start up successfully.

ultra-high voltage；turboset；axle vibration；rotor；unbalance；rubbing

TM311

B

1671-0320（2011）04-0057-0004

2011-04-11，

2011-05-23

呼志廣(1964-)，男，山西天鎮(zhèn)人，2000年畢業(yè)于太原理工大學(xué)熱能工程專業(yè)，高級工程師，從事發(fā)電廠汽輪機(jī)技術(shù)管理工作；

鄧明川（1973-），男，遼寧撫順人，1995年畢業(yè)于沈陽電校熱動專業(yè)，助理工程師，從事發(fā)電廠汽輪機(jī)技術(shù)管理工作；

呼哲勇（1990-），男，山西天鎮(zhèn)人，遼寧工程技術(shù)大學(xué)2009級機(jī)械電子工程專業(yè)在讀。