汽轮机异常振动原因分析及处理

万兴倡

摘  要：某电厂经检修启动运行一周后，在正常运行中，因负荷调整、停运循环水泵后，突发汽轮机3X/4X轴承振动大幅升高，立即启动循环水泵并快减负荷后振动恢复正常，这之后多次出现振动突升，通过快速降负荷、调整润滑油温、启停润滑油事故直流油泵、开关低压缸排汽喷水、调整凝汽器真空等其中一种或多种方法均只能暂时使其降低至正常值，均未找到任何规律，严重影响机组运行安全性。后通过振动频率曲线诊断，判断为油膜失稳。根据油膜失稳的特征，制定检修方案，最终开机运行检验正常，保障机组的安全稳定运行。

关键词：汽轮机组  油膜失稳  振动  检修和处理

中图分类号：TK26                             文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2020）10（a）-0104-03

Abstract： One week after the maintenance and start-up of a power plant， in the normal operation， after the load adjustment and shutdown of the circulating water pump， the vibration of the 3x / 4x bearing of the steam turbine suddenly increased significantly， the circulating water pump was immediately started and the vibration returned to normal after the quick load reduction. After that， the vibration suddenly increased for many times. Through the quick load reduction， adjustment of the lubricating oil temperature， start and stop of the lubricating oil emergency DC oil pump， low-pressure cylinder exhaust and water spray， adjusting condenser vacuum， switch one or more of the methods， can only temporarily reduce it to normal value， and no rule has been found， which seriously affects the operation safety of the unit. After the vibration frequency curve diagnosis， it is judged that the oil film is unstable. According to the characteristics of oil film instability， develop maintenance plan， and finally start up and run normally to ensure the safe and stable operation of the unit.

Key Words： Steam turbine unit; Oil film instability; Vibration; Maintenance and treatment

某电厂#3汽轮机为东方汽轮机制造有限公司生产的亚临界、中间再热、冲动式、单轴、双缸双排汽凝汽式汽轮机，型号：N300-16.7/537/537-8，汽轮机高中压和低压转子由#1～#4轴承支持，其中#1、#2瓦为非对称可倾五瓦块轴承，#3、#4轴承为带球面轴瓦套的椭圆轴承，汽轮发电机组共6个支持轴承。#3～#6轴承下瓦设有顶轴油孔。该机组于2007年06月正式投入商业运营。2019年7月29日大修完成，并网稳定运行至2019年12月19日23时打闸停机。

2020年2月28日晚因电网负荷调度再次启动，3月5日凌晨1点机组正常运行中，因负荷调整、启停循环水泵后，突发汽轮机3X/4X轴承振动大幅升高，截止4月13日停机，期间多次发生振动突升情况，通过快速降负荷、调整润滑油温、启停润滑油事故直流油泵、开关低压缸排汽喷水、调整凝汽器真空等其中一种或多种方法均只能暂时使其降低至正常值，均未找到任何規律，其中最大振幅286um（跳闸值300um，延时5s），严重影响机组运行安全性。

1  振动异常情况概述

通过对振动曲线及数据调查，发现此次振动异常主要表现为：（1）振动突增，变化突然，振动幅度较大，经采取快速降低负荷、启停直流油泵等进行操作调整后，振动消除较快，振动持续时间相对较短。

（2）振动异常与机组负荷情况、机组运行真空等运行工况无显著关联，振动异常无较好预见性。

（3）振动曲线表现出，振动曲线毛刺感强烈。

2  振动原因分析

经过现场对汽轮机进行连续振动监测，可以发现，在振动异常发生过程中，16.5Hz的低频振动成分明显，且占据较大比重，振动发生时，轴心轨迹的变化也较为明显。而工频等其他频率成分与正常运行时相比没有明显变化。根据数据分析判断，造成本次机组汽轮机振动异常的原因为油膜失稳。

另外，对#3机组大修以来的所有启停过程进行追溯，发现在2019年12月19日机组停机过程中，低压转子在952r/min 左右存在显著峰值，根据失稳机理，油膜失稳力产生后，推动转子以系统的最低阶共振频率涡动，而16.5Hz的低频振动转速基本接近952r/min。

在2019年12月19日机组停机后经现场检查，发现发电机#5轴承顶轴油管发生断裂，怀疑在机组滑停转速980～952r/min过程中#5轴承顶轴油管发生断裂，发电机转子失去有效支撑而下坠，轴系已发生不对中，3号轴承负荷脱空。现场查看#3机组轴瓦油膜压力发现，3号轴瓦的油膜压力要明显低于其余各瓦，处于2.3～2.8MPa之间波动。其余各轴瓦油膜压力相对较为稳定，为4.0MPa左右。

3  振動检修方案

#1-#4轴承的解体检查，数据测量结果如表1。

通过对1-4瓦乌金接触面检查发现，无脱胎、裂胎，及胎面发黑现象，乌金完好润滑。但轴承侧隙明显低于设计值。

#3机组油膜失稳的特征明显，是导致振动异常的主要原因。同时#3/#4轴瓦椭圆比与设计偏差较大（轴承侧隙明显低于设计值），为无法对低压转子行程有效约束。同时由于#3/#4载荷较小，加剧振动的发散。

针对油膜失稳，特制定如下检修方案：

（1）轴瓦中分面研铣。

本次轴瓦中分面研铣，旨在按制造厂设计要求的下限减小轴承顶隙，增大轴承椭圆比，提高轴承稳定性。

①对轴瓦上半部中分面进行0.10～0.12mm的研铣（外送专业精加工车间进行）。

②研铣需确保轴瓦上部中分面平整度，不得超过0.01mm。

（2）轴系标高调整。

结合机组运行数据，#2轴承的金属温度上升，本次检修调整机组轴系标高，将#2轴承标高下调0.05～0.10mm，#4轴承标高上调0.05～0.10mm，旨在降低#2轴承负荷，进一步提高#3轴承负荷，提高#3轴承压力比，提升轴承稳定性。

4  检修结果

检修结果如表2所示。

5  机组启动检验

05月14日，机组开机，机组一次性开机成功，在1750r/min左右的临界转速情况下，四号轴承振动最高在70μm左右，三号轴承振动在65μm，完全符合要求。并网加负荷后，四号轴承振动下降至50μm左右，三号轴承振动往上涨在85μm左右稳定。05月15日，机组负荷250MW，四号轴承振动稳定在45μm左右，三号轴承振动稳定在70μm左右。经过几天负荷加减观察，四号轴承振动稳定在45μm左右，三号轴承振动稳定在60μm左右，完全负荷机组设计要求，圆满完成了此次检修任务。

6  结语

振动是有很多原因的，通过各种办法仍找不到其规律时，可以考虑为油膜失稳，在机组发生油膜失稳时，我们应该根据所产生的现象，通过测量振动和频率来预测油膜振荡产生的可能性，确定振动来源、轴承间隙和油膜的影响，经过各种调整办法仍不能消除时，及时停运机组检修，以保证机组的安全运行。

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