新投产汽轮机过临界振动增大原因分析及处理

郭宝仁，高 峰，董忠海，王燕东

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.大连发电有限责任公司，辽宁 大连 116035；3.国电康平发电有限公司，辽宁 沈阳 110500；4.白音华金山发电有限公司，内蒙古 锡林郭勒 026200）

新投产汽轮机过临界振动增大原因分析及处理

郭宝仁1，高 峰2，董忠海3，王燕东4

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.大连发电有限责任公司，辽宁 大连 116035；3.国电康平发电有限公司，辽宁 沈阳 110500；4.白音华金山发电有限公司，内蒙古 锡林郭勒 026200）

针对新投产的5台600 MW和1台300 MW机组，在运行1年后，发现停机时高中压转子过临界轴的相对振动较启动时明显增大，且随着运行时间延长，轴振不断增大，启停机时甚至超过跳机值，文中叙述了转子振动情况，对其原因进行分析，并采取了消振措施，最后通过实例说明转子动平衡试验过程。

高中压转子；过临界振动；动平衡试验；返厂车削

近年来，多台300 MW和600 MW等级汽轮机均出现了高中压转子过临界振动大的问题，主要为新投产的亚临界和超临界高中压合缸汽轮机。机组运行一段时间后，停机时高中压转子过临界轴相对振动较启动时明显增大，随着运行时间的延长，轴振不断增大，启停机时甚至超过跳机值，危害机组安全、经济运行［1－3］。

1 振动情况

1.1 振动特点

随着运行时间的延长，高中压转子临界转速下的振动值增大，工作转速下的振动值也有增大的趋势，振动值的增大是逐步的，没有出现运行中振动突变的情况，但停机时过临界振动较启动时明显增大。机组带负荷运行时，随着负荷和其它运行参数的变化有一定幅度波动，但总体比较平稳，在临界转速下出现明显的共振响应，表现为典型的普通强迫振动。高中压转子经过现场动平衡试验后，启机时能够顺利通过临界转速，但至下一次停机时过临界振动值又明显增大。

这是因为，停机时高中压转子偏心值较大，经过长时间盘车后，转子偏心值有所减小，多数机组不能够回到原始状态。

1.2 发展趋势

机组投产时，高中压转子在过临界及工作转速时轴振动处于良好状态，随着机组运行时间的延长，高中压转子过临界振动增大。经过1年的运行，有5台机组1Y方向轴振高于254 μm（跳机值），有4台机组2X方向轴振高于200 μm。经现场动平衡试验后，又运行近1年后，有3台机组轴振增大过快，且1Y方向轴振已达到254 μm，有3台机组轴振增大缓慢，具体数据见表1。

表1 高中压转子过临界振动情况

2 原因分析

a.转子存在一阶质量不平衡。由于转子在加工制造或检修过程中更换的转动部件存在原始质量不平衡，导致转子对机组一阶振动响应敏感［4］。

b.转子材质存在缺陷。转子材质不均匀，即受热后膨胀不均匀，导致转子热弯曲。

c.存在动静摩擦。机组运行过程中，转子与汽缸等静止部件易发生摩擦，使接触处温度升高，转子径向存在温差，发生热弯曲。

d.汽缸上下温差较大。机组在启停过程中，由于汽缸上下温差大，易发生向上拱起或向下挠曲的变形，使前后端轴封和隔板汽封的径向间隙减小甚至消失，导致转子热弯曲。

e.转子与水（汽）接触。在停机时，凝汽器、高压加热器、除氧器等水位偏高，此时抽汽逆止门不严，水或汽进入汽轮机，会使转子局部冷却，产生径向偏差，发生热弯曲。

3 处理方法

3.1 采取现场高速动平衡试验方法进行消振

利用停机机会，降速时测量高中压转子过临界振动值，采用模态平衡法和影响系数法计算配重量，对表1中的6台机组在高压转子端面、高中压转子中间面及中压转子端面同时配重，启停机时振动效果明显改善。6台机组中，有5台机组只进行了1次动平衡试验，有1台机组由于振动过快，进行了3次动平衡试验。

3.2 高中压转子返厂车削处理

由于加重面平衡块已满，现场无法再进行配重，只能返厂处理。6台机组中，有1台机组返厂2次，有2台机组返厂1次，有3台机组未返厂。高中压转子返厂对各级围带、各处汽封、主油泵两侧油封环和主油泵前后短轴等部位进行了车削。

4 转子动平衡试验过程

以某电厂2号机组动平衡试验过程为例。该机组为600 MW超临界参数、一次中间再热、单轴、直接空冷凝汽式汽轮机，其轴系由高中压转子、1号、2号低压转子、发电机转子和励磁集电环转子组成，各转子之间为刚性连接，共有9个支承轴承及1个推力轴承，轴系总长度约为38 m。

由于机组停机时，高中压转子过临界振动过大，决定采用高中压转子加重方法补偿转子热弯曲，从而解决机组过临界振动大的问题。

a.加重面确定。选择3个面，分别是高压转子端面、高中压转子中间面及中压转子端面，3个面加重半径分别为670 mm、1 080 mm、910 mm。

b.试加重位置确定。机组每次降速至过临界时，高中压转子两端的轴振动相位接近且同向，具有良好的重复性，具体数据见表2。

表2 一阶动平衡试验前后各轴承处轴相对振动

c.试加重量确定［5］。根据转子重量、加重半径及升降速的一阶临界振动值，兼顾工作转速的振动值，采用模态平衡法，进行3个加重面的加重配置。高压转子端面22号、23号孔均加重195 g，合成重量为387 g／189°；高中压转子中间面21号、22号和24号孔分别加重170 g、180 g和170 g，合成重量为493 g／186°；中压转子端面22号、23号孔分别加重198 g、192 g，合成重量为387 g／189°。

经过一次试加重后，在过临界及工作转速时，高中压转子轴振幅度较上次启动明显下降。

5 结论

a.新投产的机组过临界轴振增大主要原因是转子存在一阶质量不平衡、转子材质存在缺陷、存在动静摩擦、汽缸上下温差较大及转子与水（汽）接触。

b.现场采取动平衡试验应在振动幅度不大时进行，要想同时减小工作转速和临界转速下的振动，应在高压转子端面、高中压转子中间面及中压转子端面同时配重。

c.建议电厂加强对高中压转子振动的监视，特别是在启停机过程中测量转子振动波德图，绘出振动变化趋势图，并分析临界转速下振动的变化情况。

［1］ 许伟轩，常 强.大型转子临界转速下现场动平衡试验［J］.东北电力技术，2012，33（10）：44－46.

［2］ 常 强.200 MW机组发电机转子现场动平衡试验研究［J］.东北电力技术，2010，31（2）：1－3.

［3］ 张立宁，王九崇，常 强.B140低速动平衡机的应用［J］.东北电力技术，2006，27（5）：26－28.

［4］ 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.

［5］ 寇胜利.汽轮发电机组的振动及现场平衡［M］.北京：中国电力出版社，2010.

Cause Analysis and Treatment of Over⁃critical Vibration Increases for Turbines Newly Put into Operation

GUO Bao⁃ren1，GAO Feng2，DONG Zhong⁃hai3，WANG Yan⁃dong4
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Dalian Power Generation Co.，Ltd.，Dalian，Liaoning 116035，China；3.Guodian Kangping Power Generation Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110500，China；4.Baiyinhua Jinshan Power Generation Co.，Ltd.，Xilin Gol，Inner Mongolia 026200，China）

5×600 MW and one 300 MW steam turbine units，which put into operation just over one year，high pressure rotor relative vibration at critical speed is significantly larger during shutdown than that of startup，the shaft vibration increases with passing time，and it becomes even larger during shutdown and startup than that of turbine trip.The viberation is introduced，cause analysis and coun⁃termeasures are discussed.Finally，rotor dynamic balancing test procedure is described by example.

High pressure rotor；Critical vibration；Dynamic balance；Returned to the factory turning

TM311；TK268.＋1

A

1004－7913（2015）02－0051－03

郭宝仁（1963—），男，学士，高级工程师，主要从事电站旋转机械振动故障的诊断工作。

2014－12－08）