火电厂660MW机组汽轮机振动异常原因分析

摘要：文章结合笔者工作经验，对日常操作中660MW机组汽轮机振动异常的原因进行了叙述，并对高中压转子弯曲、转子自生性残余应力等原因进行了分析，对如何预防和处理660MW机组汽轮机振动异常进行了阐述，希望对汽轮机组的安全运转与维护提供有效建议。

关键词：660MW机组；汽轮机；振动异常；转子；火电厂 文献标识码：A

中图分类号：TK263 文章编号：1009-2374（2016）10-0128-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.10.063

建国以来，随着我国电力事业的不断进步，发电方式有了长足的改进，但是火力发电依然是我国发电的主要渠道。在大部分发电企业中，660MW火力发电机组依然是发电的重要设备之一。一直以来，660MW火力发电机组的震动异常都是电力企业在设备运行检修与维护时较为关注的一项内容。基于此，笔者结合多年工作经验，对汽轮机组震动异常的具体原因进行了总结和分析，并对该类故障的处理方式进行了简单的介绍。

1 660MW机组汽轮机设备振动问题概述

1.1 设备简述

笔者工作期间接触的660MW机组汽轮机设备是国产的超临界660MW机组，是一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式直接空冷汽轮机。内部的高中压转子与低压转子均采用非空心孔的整钢合金整体转子，使用推力轴承来定位转子系统；使用联轴器将高中压转子、1号低压转子与2号低压转子刚性连接。自机组投入使用以来，空负荷下两个轴瓦的振动幅度均在50μm以内，符合国家标准。

1.2 汽轮机振动简述

1.2.1 振动数据。随着机组使用频率的增加，660MW机组汽轮机设备振动幅值出现异常变化的趋势。分别在临界转速在700～850r/min、1550～1750r/min、2020～2150r/min时，对机组振动数据进行了检查，其震动幅度分别达到了170μm、190μm和200μm，呈现明显的增加态势。对此，笔者调取了近期机组1#和2#轴瓦的震动数据进行分析。其结果见表1。

1.2.2 振动特征。经过笔者的分析和总结，发现汽轮机组的振动呈现以下特征：（1）660MW机组的下一次启动的振动数据比上一次启动均有明显的提升，其中对于通过临界转速区域提高的趋势比较突出，且机组停机后振动数据有异常加大的不良发展态势；（2）数据中反映了机组在冷态启动时的临界振动幅值高于与热态停机时的临界振动幅值；（3）机组两个轴瓦的振动数据反应大部分振动属于工频振动，其他振动形式分布体现不明显。带负荷振动较为平稳，幅值、相位等参数波动不大；（4）结合企业内其他机组的震动数据记录，笔者发现，机组启动的次数与振动异常的程度成正比，可见操作的不良习惯对于机组的正常运转有较大的

破坏。

2 汽轮机震动异常原因分析

根据表1中的震动数据以及相关工作人员的反应，结合轴瓦频谱工频振动占主要比例的振动特点，笔者认为机组的振动应该属于强迫振动。根据强迫振动出现的几大原因，笔者进行了逐一排除。在排除了转子质量不平衡、零部件掉落、轴承结合面刚度不足等几项原因之后，发现了振动异常的原因主要如下：

2.1 高中压转子弯曲的原因

机组安装时经过检查，不存在转子弯曲的隐患，因此，转子弯曲发生在安装后的使用过程中。从DCS系统的偏心量中可以看出高中压转子的形状发生细微的变化。从DCS系统历史资料和记录数据中，偏心量大小从60μm增加到70μm，结合检查记录与维修记录，笔者排除了汽缸进水、进冷汽、转子存在摩擦过热等问题。所以笔者推测，这种逐渐发生的弯曲是由于残余应力的原因而产生的。根据机组的工作状态，汽轮机在满负荷运转过程中使高中转子存在残余应力，导致随着时间的推移，转子在残余应力的压力下逐渐发生变形，这种不规则的形变打破了机组内部结构的平衡秩序，导致机组振动幅值的异常。

2.2 残余应力的原因

2.2.1 热处理原因。残余应力是机组在缺少外力、外力矩的作用下，机组内部零部件在平衡状态下自身残存的内部应力。物理机械经过加热后，或多或少的会存在一些受热不均现象，尤其是大型设备。因此在冷却时间超过材料的自身韧性以及强度时，就容易导致残余应力的出现。火电厂660MW机组出现振动异常的大部分原因是残余应力，因此，受热不均而导致的残余应力是机组使用过程中应该注意的重要方面。

2.2.2 转子的材料材质与制作工艺不精。高中压转子的质地、毛坯材料的均匀性也是制约机组稳定运行的一项限制因素。由于我国金属冶炼的发展程度尚未达到较高的水平，导致转子由于材质的限制而出现内部各向异性，同时在受热不均等原因下，出现弯曲等变形问题。

众所周知，高中压转子在制作过程中，必须经过一定时间的时效处理，才能保证转子的质量和承受能力。高中压转子的工作环境温度较高，在低温回火时，转子中的内部应力逐渐增加，如果转子没经过时效处理，将会难以承受这种温度的剧烈波动，从而导致变形、弯曲。

3 对震动异常现象的技术优化

为了防止出现不安全隐患，避免重大安全事故的发生，笔者建议机组车间部门应按照相关的规定采取措施，关注机组的震动数据。

3.1 定期安排检修计划

针对上述问题，车间主任或班长要结合机组的参与应力释放现状制定相应的机组检修计划，在应力释放进入稳定期后进行揭缸检查，查看转子是否出现弯曲，再由技术人员决定机组持续工作性能，对于需要处理的应及时提交现场直轴或返厂修理等处理的报告。

3.2 监视参数变化动态

在实际操作中，火电厂660MW机组汽轮出现震动数据异常的原因是十分复杂的，机组内部结构中任何一个部件都会导致振动上的不规律。因此，操作者在工作过程中，要时刻关注机组的运行参数，包括进汽参数、油温参数、疏水参数、油质等，及时分析汽轮机异常振动的真实原因，以便促进解决异常振动。

由于末级较长，汽轮内部的气体在叶片膨胀末端产生流道的紊乱会导致气流激振。所以，在检测参数的时候，要对以下两种参数进行及时的监测：机组出现大量值的低频分量以及运行参数的爆发性变动量。尽量避免负荷的剧烈波动，调节负荷时，要合理设置升负荷率。

3.3 进行设备结构维护

机组内部的轴承距离也是引发机组异常振动的重要原因之一。若轴承间隙过小或过大，会导致机组内部结构的碰撞或者运行不稳定。因此，在对汽轮机组进行调整与维护时，需要根据原始数据将轴承间隙重新控制在一个合理的区间内，以确保汽轮机组的健康运转。

同时，为了保证转子的运转顺畅，还要对转子的油膜等构件进行定期的检查与更换。如果大机组顶轴油没有调好，就会削弱油膜的工作效果，导致轴承之间的失灵，加大振动变化。因此，设备的使用者要经常检查油膜、溢流孔等结构是否合理正常。

4 结语

火电厂660MW机组汽轮出现异常振动的根源是十分复杂的，从长期的工作经历中总结出来的各种操作流程和历史数据是当前的管理维护过程中可以运用的经验。因此，工人一定要在日常的操作中牢记本文对汽轮机组振动异常原因的分析方式，并结合不同的工作环境进行具体应用。同时，管理者还要在以后的工作中不断学习、仔细思考，发现机组异常的细微变化，争取找到更快、更方便的判断、分析方法，为火力发电节省更多的能源，提高发电效率，创造更大的价值。

参考文献

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[2] 曹浩，施青.汽轮机轴承故障引起的不稳定振动特征分析[J].湖南电力，2015，（3）.

[3] 魏艳辉，赵红雨，颜庭选，刘宇西.660MW临界机组汽轮机振动异常原因分析[J].吉林电力，2013，（9）.

作者简介：马福泽（1984-），男，甘肃景泰人，大唐景泰发电厂助理工程师，研究方向：集控运行。