330 MW汽轮机冷态启动时轴系振动故障分析

夏 波，李建军，付东海

(大唐略阳发电有限责任公司，陕西 汉中 724300)



330 MW汽轮机冷态启动时轴系振动故障分析

夏 波，李建军，付东海

(大唐略阳发电有限责任公司，陕西 汉中 724300)

〔摘 要〕分析了某公司330 MW汽轮机在冲转及带负荷过程中轴系异常振动的原因，查明4号瓦轴振动随负荷增大的原因是中-低压转子对轮螺栓紧力不足，并提出了相应的处理措施。处理结果表明：该措施成功解决了轴系振动异常问题，保证了机组的安全运行，也为处理同类型机组的轴系振动积累了经验。

〔关键词〕汽轮机；轴系振动；冷态启动；联轴器

0　汽轮机概述

某公司6号汽轮机是北京汽轮电机有限责任公司生产的N330-17.75/540/540型单轴、三缸、亚临界、一次中间再热、双排汽、凝汽式汽轮机，配用GEC ALSTHOM-BED生产的T255-460型330 MW发电机。机组整个轴系由汽轮机高、中、低压转子和发电机转子及励磁机转子组成，全部采用刚性联轴器联接，由8个径向支持轴承和1个稳定轴承支承。从汽轮机向发电机方向看，转子为逆时针方向旋转，机组轴系示意如图1所示。

图1　高中压分缸330 MW汽轮机轴系示意

1　振动故障

该公司6号机组A修后于2013-10-19启动。在冲转过程中，汽轮机3Y轴振动偏大，定速后3Y约140-150 μm。电气试验时，汽轮机降速至2 700 r/min，3Y振动达到保护值180 μm跳机，其余各瓦轴振动无异常，机组其他参数正常。经现场检查及初步分析判断，3Y振动偏大是因为3号瓦轴处存在动静碰磨。随着机组充分暖机，碰磨现象将所改善。

盘车运行后，机组无异常，汽轮机再次冲转至1 600 r/min时，3Y振动约为106 μm。随着转速上升，3Y轴振逐渐下降，定速后3Y轴振93 μm，4Y轴振51 μm。并网带负荷后，3Y轴振进一步下降，但4Y，4X轴振随着负荷增加持续上升。当负荷为170 MW时，4Y轴振120 μm，4X轴振99 μm，3Y轴振66 μm。随着负荷增加，4Y，4X轴振增加明显，机组以4号瓦轴振动控制带负荷。机组在启动过程中的各瓦轴振动值如表1所示。

表1　启动过程中的各瓦轴振动值 μm

2　原因分析

对6号机组于2013-10-19启动加负荷过程中的3，4号瓦轴振动情况进行分析。

2.13号瓦轴振动分析

分析机组数次升降速数据，发现3号瓦轴振动差异较大。在定速及带负荷过程中，其振动有所回落且趋于稳定，认定转子平衡状态良好，振动是由3号瓦轴处的动静碰磨引起的。经充分暖机后，机组受热，膨胀均匀，3号瓦轴振动将会有所改善。

2.24号瓦轴振动分析

4号瓦轴振动随负荷增加而持续上升。当负荷为200 MW时，4Y已由并网时的60 μm上升至140 μm，4X由68 μm上升至94 μm。当机组负荷降低至175 MW后，4号瓦轴振动回落至126-130 μm后趋于稳定。

为了进一步分析原因，开展加减负荷试验，对振动进行测试。当负荷由175 MW升至250 MW时，4Y轴振由126-130 μm增大至162-171 μm，4X轴振由90 μm上升至113 μm；当减负荷到224 MW时，4Y轴振减小至152 μm并趋于稳定。从监测数据来看，4号瓦轴振动基本为工频分量，且3-5号轴振同相。从趋势来看，4号瓦轴振动与机组负荷对应关系较好，负荷增加，振动增大；负荷稳定，振动也趋于稳定；当负荷减小时，振动会小幅回落，在此过程中4号瓦轴振动相位基本不变。分析认为，4号瓦轴振动随负荷增大是由中-低压转子对轮螺栓紧力不足造成的。

2.3中-低压转子对轮螺栓紧力不足的分析

6号汽轮机高、中、低压转子均为整锻转子，转子之间用刚性联轴器联接，以传递扭矩和轴向力。2个联轴器法兰通过使用锥形衬套，把螺栓孔咬合住。为了使每个锥形衬套和螺栓受力均匀，避免个别受力过大损坏，轮衬套、衬套与螺栓之间必须精确配合，组装严密。

联轴器螺栓的紧固工艺，由专用工具通过液压(千斤顶)冷拉。对于这种带锥套的对轮螺栓，施加预紧力时，应注意拉伸方向及锥套定位是否可靠。联轴器装配如图2所示。

图2　联轴器装配示意

经了解，同型机组运行一段时间后，个别机组中-低压转子对轮螺栓有紧力不足的现象。进一步查设计资料，发现该型汽轮发电机组轴系设计的低阶固有扭振频率如表2所示。

表2　汽轮发电机组轴系设计的低阶固有扭振频率 Hz

从表2可以看出，轴系第3阶扭振固有频率47.9 Hz接近工频，且主振型在中压转子后，一般设计要求避开47-53 Hz。

上述分析认为，造成中-低压转子对轮螺栓紧力不足的原因：内因是轴系第3阶扭振固有频率(中压后)避开裕度不足；外因是对轮连接螺栓施工工艺不严格。

3　 处理措施

(1)复查中-低压转子对轮晃度，复查对轮螺栓紧力。当中-低压转子对轮晃度超标时，应进行调整，使其不大于0.03 mm；对轮螺栓预紧力可增加至标准要求的110 %。

(2)3Y振动大是由于局部碰磨所致，机组带负荷后3Y振动已趋于稳定，可不予处理。

4　 处理效果

停机后，复查中-低压转子对轮晃度为0.06 mm，对轮螺栓紧力不足，个别螺栓甚至失去紧力；高-中压转子对轮晃度0.05 mm。为此重新连接高-中、中-低压转子对轮，调整后晃度均为0.04 mm。在开机及带负荷过程中，3，4号瓦轴振动良好，数据如表3所示。

5　 结论

（1） 3号瓦轴振动的主要原因是由动静碰摩引起，在机组检修中应认真执行轴承检修工艺，对轴承的接触角度、面积进行检查，顶隙尽量取下限，增大轴承稳定性，注重油挡间隙的调整。

(2)在机组带负荷过程中，4号瓦振动随负荷增加而增大，这是由于中-低压转子对轮螺栓紧力不足造成的。停机消缺后，4号瓦轴振动在带负荷过程一直比较稳定。中-低压转子对轮螺栓紧力不足，一方面由于设计原因，中压转子3阶扭振频率避开率不足；另一方面与紧螺栓工艺有关，对于这种带锥套的对轮螺栓，在检修中应特别注意拉伸螺栓的方向、长度，锥套要可靠定位。

表3　处理后的3，4号瓦轴振动值 μm

夏 波(1972-)，女，工程师，主要从事火力发电厂汽轮机振动测试、分析及主设备技术管理工作，email：xb_3284@126.com。

李建军(1970-)，男，高级工程师，主要从事火力发电厂设备管理、技术管理、检修管理工作。

付东海(1970-)，男，助理工程师，主要从事火力发电厂设备管理、技术管理工作。

作者简介：

收稿日期：2015-10-22。