陳杰，趙衛(wèi)正

(浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 311121)

0 引言

為響應(yīng)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃》，加快推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，進(jìn)一步提升煤電高效清潔發(fā)展水平，國(guó)內(nèi)火電廠對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了通流改造。汽輪機(jī)通流改造使機(jī)組熱耗率下降，具有明顯的節(jié)能降耗效果，在經(jīng)濟(jì)性上取得了不錯(cuò)的成績(jī)，但通流改造后的部分汽輪發(fā)電機(jī)組存在振動(dòng)問(wèn)題，如汽封間隙過(guò)小導(dǎo)致的動(dòng)靜碰磨、質(zhì)量不平衡、氣流激振[1]等，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。浙江省600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組于2014—2016年進(jìn)行了大范圍的通流改造，改造后部分機(jī)組啟動(dòng)及運(yùn)行中存在質(zhì)量不平衡、結(jié)構(gòu)共振、暖機(jī)轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速等振動(dòng)問(wèn)題，本文對(duì)各機(jī)組的振動(dòng)異?，F(xiàn)象分別進(jìn)行介紹并分析原因，給出處理方法，使機(jī)組的振動(dòng)值控制在優(yōu)良水平，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性。

1 質(zhì)量不平衡問(wèn)題

1.1 某超臨界600 MW機(jī)組

該機(jī)組為N600-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、高中壓合缸、反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子剛性連接，雙支撐結(jié)構(gòu)，共有9個(gè)支撐軸承。#1～#6及#9軸承為前緣溝槽型(LEG)可傾瓦徑向軸承，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的#7，#8軸承采用上半部為圓柱、下半部為可傾瓦的軸承。機(jī)組軸系布置如圖1所示(圖中：HP為高壓轉(zhuǎn)子；IP為中壓轉(zhuǎn)子；LPA，LPB為低壓轉(zhuǎn)子；GEN為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子)。

圖1 機(jī)組軸系布置

該機(jī)組于2014年9月進(jìn)行通流改造，改造后機(jī)組出力由600 MW升至660 MW。改造過(guò)程中對(duì)高、中、低壓轉(zhuǎn)子及附件，高、中、低壓缸通流部分動(dòng)靜葉片進(jìn)行了更換，所有軸承不動(dòng)，轉(zhuǎn)子跨度不變。

機(jī)組改造完成后啟動(dòng)，汽輪發(fā)電機(jī)組沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min，#1瓦兩個(gè)方向軸振通頻幅值均大于100 μm(如圖2所示)，1X通頻幅值為118 μm，1Y通頻幅值為108 μm。振動(dòng)以1倍頻分量為主，振動(dòng)相位保持穩(wěn)定，判斷機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子存在質(zhì)量不平衡[2]。

圖2 第1次沖轉(zhuǎn)過(guò)程中1X，1Y軸振趨勢(shì)

由于高壓轉(zhuǎn)子側(cè)加重工作不便開(kāi)展，在中壓轉(zhuǎn)子末端單側(cè)加重580 g∠330°。加重后機(jī)組沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min，高中壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)有所減小。動(dòng)平衡前、后#1，#2瓦軸振數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 動(dòng)平衡前、后軸振數(shù)據(jù) μm

與未加重時(shí)的振動(dòng)相比，3 000 r/min轉(zhuǎn)速下#1，#2瓦軸振有小幅度下降，但仍未達(dá)到優(yōu)秀值。復(fù)核加重?cái)?shù)據(jù)后，不拆下第1次加重的平衡塊，繼續(xù)在中壓轉(zhuǎn)子末端加重580 g∠303°，沖轉(zhuǎn)過(guò)程1X，1Y振動(dòng)趨勢(shì)如圖3所示。3 000 r/min轉(zhuǎn)速下#1瓦軸振幅值達(dá)到優(yōu)秀水平。

圖3 第2次動(dòng)平衡后1X，1Y軸振趨勢(shì)

1.2 某亞臨界600 MW機(jī)組

該機(jī)組為N600-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子剛性連接，雙支撐結(jié)構(gòu)，共11個(gè)支撐軸承。機(jī)組軸系布置如圖4所示。

圖4 機(jī)組軸系布置

機(jī)組于2015年4月進(jìn)行通流改造，改造后機(jī)組出力由600 MW升至660 MW。

機(jī)組改造完成后啟動(dòng)，汽輪發(fā)電機(jī)組沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，#3瓦過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)偏大，1 704 r/min轉(zhuǎn)速下3X振動(dòng)通頻幅值為261 μm，3Y通頻幅值為167 μm。機(jī)組定速3 000 r/min后，#3瓦兩個(gè)方向軸振通頻幅值均超過(guò)100 μm，3X為129 μm，3Y為106 μm。圖5為機(jī)組沖轉(zhuǎn)過(guò)程中軸振3X振動(dòng)通頻、1倍頻幅值變化曲線。

圖5 沖轉(zhuǎn)過(guò)程中3X軸振趨勢(shì)

啟動(dòng)過(guò)程中，過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)3X軸振達(dá)到機(jī)組跳機(jī)值254 μm，而在進(jìn)行汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)，機(jī)組惰走至臨界轉(zhuǎn)速，3X軸振更是達(dá)到322 μm，遠(yuǎn)超過(guò)機(jī)組跳機(jī)值。分析3X軸振數(shù)據(jù)，振動(dòng)以1倍頻為主，過(guò)臨界轉(zhuǎn)速與工作轉(zhuǎn)速下軸振均偏大，說(shuō)明中壓轉(zhuǎn)子存在一階不平衡與二階不平衡。綜合考慮過(guò)臨界轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速下的3X振動(dòng)，給出加重方案900 g∠330°。由于工作人員工作失誤，誤將加重的角度偏離115°，使第1次動(dòng)平衡失敗，過(guò)臨界轉(zhuǎn)速與3 000 r/min轉(zhuǎn)速下3X軸振幅值均較動(dòng)平衡前增大。調(diào)整加重方案為：不拆下第1次加重的平衡塊，加重1 000 g∠330°。

第2次加重后，機(jī)組沖轉(zhuǎn)，3X軸振幅值變化如圖6所示。中壓轉(zhuǎn)子過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)幅值大幅減小，#3瓦兩個(gè)方向的振動(dòng)通頻值均小于100 μm。工作轉(zhuǎn)速下，#3瓦的振動(dòng)幅值也較首次沖轉(zhuǎn)時(shí)減小。動(dòng)平衡前、后#3瓦振動(dòng)幅值對(duì)比見(jiàn)表2。

圖6 第2次動(dòng)平衡后沖轉(zhuǎn)過(guò)程中3X軸振趨勢(shì)

μm

2 結(jié)構(gòu)共振問(wèn)題

某超臨界600 MW機(jī)組為N600-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、三缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子剛性連接，雙支撐結(jié)構(gòu)，共9個(gè)支撐軸承。機(jī)組軸系布置如圖1所示。

機(jī)組于2015年5月進(jìn)行通流改造，改造后機(jī)組出力由600 MW升至660 MW。

機(jī)組改造完成后啟動(dòng)，汽輪發(fā)電機(jī)組沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min，各瓦軸振均在50 μm以下，但#6瓦瓦振迅速爬升，定速3 000 r/min后，#6瓦瓦振在48～70 μm之間跳動(dòng)，極不穩(wěn)定，6X，6Y軸振也隨之爬升至55 μm。機(jī)組停機(jī)消缺后重新沖轉(zhuǎn)，#5，#6瓦瓦振通頻幅值變化曲線如圖7所示。工作轉(zhuǎn)速下#5，#6瓦瓦振通頻幅值分別保持在89 μm(超過(guò)報(bào)警值80 μm)、67 μm，而#5，#6瓦軸振均在優(yōu)秀范圍。

圖7 沖轉(zhuǎn)過(guò)程中 #5， #6瓦瓦振趨勢(shì)

#5，#6瓦瓦振在2 500 r/min后急劇增大，而軸振相對(duì)穩(wěn)定，存在結(jié)構(gòu)共振的可能。結(jié)構(gòu)共振通常是機(jī)組整體剛度弱、動(dòng)剛度偏低造成的，其現(xiàn)象為瓦振幅值與軸振幅值相當(dāng)，甚至超過(guò)軸振幅值。固有頻率由結(jié)構(gòu)的剛度及參振質(zhì)量決定，現(xiàn)場(chǎng)很難通過(guò)改變結(jié)構(gòu)剛度及參振質(zhì)量來(lái)解決結(jié)構(gòu)共振問(wèn)題，通常采用精細(xì)動(dòng)平衡來(lái)降低擾動(dòng)力，達(dá)到減小振動(dòng)的目的[3]。

綜合考慮機(jī)組帶負(fù)荷時(shí)7X軸振通頻幅值由65 μm增大至85 μm，在低發(fā)對(duì)輪上加重600 g∠155°，以同時(shí)降低#5，#6，#7瓦軸振。動(dòng)平衡后，#5，#6，#7瓦軸振幅值見(jiàn)表3，#5，#6瓦瓦振也得到了控制。圖8為動(dòng)平衡后沖轉(zhuǎn)過(guò)程#5，#6瓦瓦振幅值變化曲線。工作轉(zhuǎn)速下#5，#6瓦瓦振通頻幅值分別降到23，35 μm，通過(guò)動(dòng)平衡降低了擾動(dòng)力，結(jié)構(gòu)共振得到了削弱。

表3 動(dòng)平衡前、后各瓦軸振對(duì)比 μm

圖8 動(dòng)平衡后沖轉(zhuǎn)過(guò)程中 #5， #6瓦瓦振趨勢(shì)

3 暖機(jī)轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速問(wèn)題

某亞臨界600 MW機(jī)組為N600-16.7/538/538-1型亞臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、三缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子剛性連接，雙支撐結(jié)構(gòu)，共9個(gè)支撐軸承。機(jī)組軸系布置如圖1所示。

機(jī)組于2015年4月進(jìn)行通流改造，改造后機(jī)組出力由600 MW升級(jí)為660 MW。

機(jī)組改造完成后第1次沖轉(zhuǎn)，按廠家設(shè)計(jì)要求，機(jī)組在1 500 r/min轉(zhuǎn)速下暖機(jī)。暖機(jī)5 min后，#1，#2瓦軸振迅速爬升，其中2X通頻幅值由62 μm增大至133 μm，其振動(dòng)幅值變化曲線如圖9所示。運(yùn)行人員為避免振動(dòng)繼續(xù)增大影響機(jī)組安全，手動(dòng)打閘停機(jī)。

圖9 第1次沖轉(zhuǎn)過(guò)程中2X軸振趨勢(shì)

從第1次沖轉(zhuǎn)的振動(dòng)曲線中可以看到，在1 300 r/min轉(zhuǎn)速以后，2X軸振開(kāi)始爬升，到1 500 r/min轉(zhuǎn)速暖機(jī)后，振動(dòng)幅值迅速增大。1 500 r/min的暖機(jī)轉(zhuǎn)速與高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速過(guò)于接近(一階水平臨界轉(zhuǎn)速為1 550 r/min，一階垂直臨界轉(zhuǎn)速為1 683 r/min)，引起振動(dòng)放大。處理方法為暖機(jī)轉(zhuǎn)速值向下設(shè)置，避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速。

機(jī)組重新掛閘后沖轉(zhuǎn)，在1 300 r/min轉(zhuǎn)速下暖機(jī)3 h，各瓦振動(dòng)保持穩(wěn)定。暖機(jī)結(jié)束后機(jī)組繼續(xù)沖轉(zhuǎn)，過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)2X軸振通頻幅值最高達(dá)190 μm(如圖10所示)。檢查機(jī)組沖轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)置，升速率為100 (r/min)/min，低于規(guī)程要求的300 (r/min)/min，使機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速附近停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，引起共振。

圖10 第2次沖轉(zhuǎn)過(guò)程中2X軸振趨勢(shì)

設(shè)置正確的升速率后，汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)中，機(jī)組4次通過(guò)高、中壓臨界轉(zhuǎn)速(升速通過(guò)2次，降速通過(guò)2次)，#1，#2瓦軸振通頻幅值均小于50 μm，故轉(zhuǎn)子一階不平衡分量小，無(wú)需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。

4 結(jié)束語(yǔ)

600 MW機(jī)組通流改造后的振動(dòng)問(wèn)題是影響該

工作全面推進(jìn)的一個(gè)重要問(wèn)題，值得電廠及相關(guān)工作人員的注意，若該問(wèn)題沒(méi)有得到足夠的重視，將影響機(jī)組的安全運(yùn)行。通過(guò)分析浙江省部分600 MW機(jī)組通流改造后啟動(dòng)及運(yùn)行中的振動(dòng)問(wèn)題，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)通流改造后機(jī)組的振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了分類(lèi)，并給出了各類(lèi)振動(dòng)問(wèn)題的處理建議。從處理結(jié)果看，這些處理方法取得了較好的效果，可為電廠運(yùn)行人員提供參考。