600MW汽轮发电机组汽流激振原因分析及对策

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年７月　电力设备　Ｊｕ１．２ｏ０７　ＶＯＩ．８　ＮＯ．７　第８卷第７期　Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　６００　ＭＷ汽轮发电机组汽流激振原因分析及对策　郝向中　（华北电力科学研究院有限责任公司，北京市１０００４５）　摘要：介绍了ｌ台６００　Ｍｗ机组的高中压转子低频异常振动，分析了这种低频振动的原因是汽流激振。对汽流激振的　机理和振动特征进行了分析，进而提出了对汽流激振应采取的对策。同时介绍了采取一些措施后机组的振动情况。　关键词：汽轮发电机组；汽流激振；低频振动；振动稳定性　中图分类号：ＴＫ２６８．　１　１　概况　高中压转子的原始不平衡量很小，不存在明显的不平　衡。带负荷初期，１、２瓦轴的轴振没有明显变化。但　某电厂６号机组为东方汽轮机厂生产的亚临界、　当负荷增加到５００　Ｍｗ时，１、２瓦轴的轴振开始出现　一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽　明显波动，在达到满负荷６００　Ｍｗ时，波动幅度非常　轮机组，型号为ＮＺＫ６００—１６．７／５３８／５３８。　剧烈，轴振最大值接近报警线１２５　ｌａ，ｍ。　汽轮发电机组轴系共有９个支承轴承。１、２号轴　定速（３　０００　ｒ／ｍｉｎ）及带负荷后，ｌ、２瓦轴的轴振　承支撑汽轮机高中压转子，３、４号轴承支撑汽轮机低　数值见表１。　压Ｉ转子，５、６号轴承支撑汽轮机低压ＩＩ转子，７、８号　表１各种工况下１、２瓦轴的轴振数据ｐ，ｍ　轴承为发电机转子的２个端盖轴承，９号轴承为发电　机外伸端支撑轴承。其中１、２号轴承为可倾瓦轴承，　其余均为椭圆瓦轴承。　该机组于２００５年１Ｏ月开始整套试运行。在试运　行期间，对各轴瓦的振动进行监测分析。监测发现，　高中压转子１、２瓦轴的轴振在带大负荷期间振动很　不稳定，存在较大波动；而且振动的这种波动与负荷　注：１、２瓦轴振在６００　ＭＷ时的数值有较大波动，表中数值仅为　的关系很密切，通过几次启机和并网带负荷，振动出　其中的较小值。　现波动的负荷点重复性很好。　２．２振动特征　２机组振动情况及振动特征　１、２瓦轴振在６００　Ｍｗ时存在较大的波动。以　２Ｙ为例，最小值仅为４０　ｌａ，ｍ左右，而最大值则超过了　２．１　振动情况　１００　ｌａ，ｍ。但对其进行频谱分析，可以发现１、２瓦　、ｙ　从启动升速时１、２瓦轴的轴振的波特图（图１）可　方向轴振之所以发生较大的波动，主要原因是其中的　以看到，在整个升速过程直至定速，１、２瓦轴的轴振都　一个约为２８　Ｈｚ的低频成分在剧烈地发生变化。　不大，在通过各自的临界转速时，峰值也很小。说明　图２～４给出了３种典型情况时的振动频谱。　图１　１、２瓦轴Ｘ、Ｙ方向轴振波特图　图２低频成分很小时１、２瓦轴的轴振频谱图　维普资讯 http://www.cqvip.com 新成果与技术应用　郝向中：６ＯＯ　ＭＷ汽轮发电机组汽流激振原因分析及对策　７７　图３存在显著低频成分时ｌ、２瓦轴的轴振频谱图　图４低频成分很大时１、２瓦轴的轴振频谱图　图２为无明显低频成分时的振动频谱。这时１、２　瓦轴的振动以１倍频成分为主。２Ｙ振动通频值仅为　４０　ｍ左右。　图３为存在显著低频成分时的振动频谱。这时　低频成分已接近甚至超过了１倍频成分。２Ｙ振动通　频值已超过６０　ｍ。　图４为存在很大低频成分时的振动频谱。这时　低频成分已远远超过了１倍频成分。２Ｙ振动通频值　也已超过１００　ｍ。　同时，可以看到无论１、２瓦轴振通频值如何变　化，其１倍频的幅值和相位均很稳定（见表２），且数值　不大。　表２　６００　ＭＷ时１、２瓦轴振１倍频幅值及相位　ｍ　３振动故障诊断　通过该机组高中压转子的振动特征可知，１、２瓦　在大负荷时发生的不稳定振动，其振动频率与转子的　转速频率不符，属于低频振动。在汽轮发电机组的实　际运行中，轴系产生突发性低频振动的原因主要有轴　承油膜振荡和汽流激振２类，二者均属于不稳定自激　振动。自激振动是振动体自身所激励的振动，该振动　与机组转子质量不平衡等无直接的关系，而是由机组　内部的力激发起来的。维持自激振动的能量来源于　系统本身运动中获取的能量。系统一旦失稳，振幅将　随时间迅速发散（线性系统）或呈极限轨迹（非线性系　统）。它们呈现突发性的振动特征，均为低频振动，造　成的危害较大。　油膜振荡产生的振动主要与机组的运行转速有　关，可能发生在机组各转子的支撑轴承上，特别是稳　定性较差的轴瓦型式如圆筒瓦等更易发生。油膜涡　动是油膜力激发的振动，当正常运行条件的改变引起　油楔“推动”转轴在轴承中运动，在旋转方向产生的不　稳定力会使转子发生涡动。如果系统内存在足够大　的阻尼，则转轴回到其正常位置而趋于稳定；否则，转　子将继续涡动，出现较大的不稳定振动。根据振动频　谱识别油膜涡动，其不稳定的振动频率接近转速频率　的一半，也常称为油膜半速涡动。当机器出现油膜涡　动，而且油膜涡动频率等于系统的某一阶固有频率　时，就会发生油膜振荡。油膜振荡只有在机组运行转　速大于２倍的一阶转子临界转速情况下才可能发生。　汽流激振通常与机组所带的负荷有关，主要产生　于大容量高参数机组的高压和高中压转子上。它出　现在机组并网之后、负荷逐渐增加的过程中。其主要　特点是，振动敏感于负荷，且一般发生在较高负荷。　突发性振动通常有一个门槛负荷，超过此负荷，立即　激发汽流激振，而当负荷降低至某一数值时，振动即　能恢复正常，有较好的重复性。汽流激振引起的低频　振动有时与调节阀的开启顺序和调节阀开度有关，通　过调换或关闭有关调节阀能够避免低频振动的发生　或减小低频振动的幅值。汽流激振严重时，低频振动　的频率通常与转子临界转速频率相吻合。　该机组属于大容量高参数亚临界机组。１、２瓦为　可倾瓦轴承，轴瓦本身的稳定性较好；高中压转子的　临界转速为１　７００　ｒ／ｍｉｎ左右，工作转速３　０００　ｒ／ｍｉｎ　小于２倍的一阶临界转速，因此该机的低频振动不属　于油膜振动。而１、２瓦不稳定振动频率２８　Ｈｚ恰好与　转子的临界转速非常一致。通过对机组的多次升降　负荷过程进行跟踪，注意到在４５０　Ｍｗ以前，１、２瓦轴　振没有明显的的低频成分；在５００　Ｍｗ以后出现了明　显的低频成分，最大可达１０　ｍ；在５５０　Ｍｗ以后低频　成分显著增加，最大可达２０　ｍ，其数值不容忽视；在　满负荷６００　Ｍｗ时，低频振动的数值和出现的频繁程　度都大大增加。不稳定振动随负荷的变化特征具有　较好的重复性，并且这种不稳定低频振动同时发生在　高中压转子的２个轴瓦上。以上特征表明该机组高　中压转子的不稳定振动属于汽流激振的可能性较大。　４汽流激振机理及该机组发生汽流激振的　原因　根据目前的研究结果　，汽轮机汽流激振力通　维普资讯 http://www.cqvip.com ７８　常来自３个方面。　电力设备　第８卷第７期　因此，可采取的调整方法有：　（１）叶顶间隙激振力。汽轮机叶轮在偏心位置　时，由于叶顶间隙沿圆周方向不同，蒸汽在不同间隙　位置处的泄漏量不均匀，使得作用在叶轮沿圆周向的　（１）将进汽方式由顺序阀方式改为单阀方式运　行。根据以往处理汽流激振的经验，这种办法一般比　较有效，但对机组的经济性会有影响。另外，由于该　机组的控制逻辑中没有设计单阀方式，现场没有采取　这种措施。　切向力不相等，就会产生一作用于叶轮中心的横向　力，也称为间隙激振力。该横向力趋向于使转子产生　自激振动。在１个振动周期内，当系统阻尼消耗的能　量小于该横向力所做的功，这种振动就会被激发起　来。叶顶间隙不均匀产生的间隙激振力大小与叶轮　（２）对调节汽阀的进汽顺序进行调整。根据现　场的观察，发生汽流激振时Ⅳ号调节汽阀的开度比较　小，增大其开度对抑制汽流激振有利。故可以考虑将　的级功率成正比，与动叶的平均节径、高度和工作转　速成反比。因此，间隙激振容易发生在大功率汽轮机　及叶轮直径较小和短叶片的转子上，即大型汽轮机的　高压转子上。　（２）密封流体力。由于转子的动态偏心，引起轴　封和隔板汽封腔室中沿周向蒸汽压力分布的不均匀，　产生一垂直于转子偏移方向的合力，使转子运动趋于　不稳定。研究表明，该流体力包括蒸汽在密封腔内轴　向流动和周向流动产生的２部分汽流力。　（３）作用在转子上的静态蒸汽力。在喷嘴调节　的汽轮机中，由于调节级喷嘴进汽的非对称性，高压　蒸汽会产生一个不对称的蒸汽力作用在转子上，在某　个工况下其合力可能是一个向上抬起转子的力，从而　减少了轴承比压，导致轴瓦稳定性降低。此力的大小　和方向受机组运行中各调节阀的开启顺序、开度和各　调节阀控制的喷嘴数量的影响。　由于该机组安装工期较为紧张，高中压转子动叶　围带汽封、隔板汽封以及轴端汽封处的汽封间隙调整　存在不均匀是可能的，圆周方向间隙的过大偏差极有　可能产生在负荷工况下的汽流激振力。另一方面，该　机的进汽方式为Ｉ＋Ⅲ一Ⅱ一Ⅳ，Ｉ、Ⅲ号调节汽阀　首先进汽，二者基本同步；ＩＩ号调节汽阀随后进汽，最　后进汽的是Ⅳ号调节汽阀；通过对比各调节汽阀进汽　量随负荷的变化曲线，可以发现恰好在５５０　Ｍｗ时，４　号调节汽阀的进汽量最小，而此时也是高中压转子开　始出现剧烈汽流激振的负荷点。基于这一点，该机的　汽流激振与调节汽阀的开启顺序和开度关系密切。　原因是进汽７ｒ￣－－Ｔｒ面可影响轴颈在轴承中的位置，　因轴承载荷变化改变了轴承的动力特性，造成转子运　动失稳；另一方面，使转子在汽缸中的径向位置发生　变化，引起通流部分间隙的变化。　５汽流激振处理对策　对高中压转子的汽流激振的处理方案也是与它　的振动机理息息相关的，分别有调整运行方式、提高　系统阻尼及减小汽流激振力等三个方面。　５．１调整运行方式　高中压转子发生汽流激振与负荷有关，而最直接　的关系就是高压调节汽阀的开启、关闭顺序和开度。　进汽顺序由现在的Ｉ＋Ⅲ一Ⅱ一Ⅳ改为Ｉ＋Ⅲ一　Ⅳ一Ⅱ。由于对Ⅳ号调节阀曲线进行修正增大其开　度的同时，也需要配合调整Ｉ、Ⅲ、Ⅱ号调节阀的开度　曲线，现场考虑要征求制造厂家的意见，暂时没有进　行修正。　（３）由以上分析可知，增大Ⅳ号调节汽阀的开度　对抑制汽流激振有利。现场采取的方法是通过降低　蒸汽参数来增大Ⅳ号调节汽阀的开度。实际运行表　明，将蒸汽压力适当降低，满负荷６００　Ｍｗ时，Ｉ、Ⅲ　号调节汽阀全开，Ⅱ号调节汽阀接近全开，Ⅳ号调节　汽阀的开度也达到了４０％以上，此时的振动情况为，　低频成分最大保持在２０　ｍ以内，汽流激振受到了较　大的抑制，可以满足正常运行。　５．２提高系统阻尼　汽流激振属于负阻尼振动，提高系统阻尼对抑制　低频振动有一定的好处。可采取的方法有：　（１）提高润滑油温，降低润滑油的粘度。现场运　行中将润滑油温从４０℃提高到了４４℃，通过观察发　现低频成分的出现频度有所降低，且整体趋势是下降　的，证明有一定的抑制作用。以２Ｙ轴振为例，图５为　２Ｙ轴振随润滑油温升变化趋势。　图５　２Ｙ轴振随润滑油温升变化趋势　图５中２Ｙ轴振数值对应左边一段润滑油温为　４０℃；中间一段润滑油温为４２℃；右边一段润滑油温　为４４℃。　（２）减小１、２号轴瓦顶部间隙。由于当时该机　组正在进行１６８小时试运行，没有停机机会，未能采　取这种措施。　维普资讯 http://www.cqvip.com 新成果与技术应用　郝向中：６００　ＭＷ汽轮发电机组汽流激振原因分析及对策　７９　（３）调整１、２号轴承座标高，增加轴瓦载荷。该　厂５号机组由于３瓦轴振较大，而将３瓦轴承座标高　抬高进行处理。６号机组为了避免发生类似的问题，　常运行。提高润滑油温对汽流激振也有一定的抑制　作用。　（３）在制造厂家的配合下，可以考虑对调节汽阀　的进汽顺序进行调整，采用有利的调节汽阀开启顺序　在安装时就将３瓦轴承座标高抬高了０．０５　ｍｍ。现在　看来，抬高３瓦标高虽然对３瓦有利，但似乎对１、２瓦　和开度；或在控制逻辑中增加单阀运行方式，在必要　时采用单阀运行方式。　（４）利用机组的停机检修机会，对高中压转子在　产生了不利的影响：１、２瓦轴承载荷降低，轴瓦稳定性　也有所降低。现场没有停机机会，可以考虑在停机检　修时将１、２号轴承座标高进行适当抬高。　汽缸中的位置进行检查调整，确保动叶围带汽封、隔　板汽封以及轴端汽封处的汽封间隙在圆周方向尽量　５．３减小汽流激振力　汽流激振的发生，直接原因是由于有汽流激振力　均匀。适当减小１、２号轴瓦顶部间隙，抬高１、２号轴　承座标高。　的存在。产生汽流激振力的根源是高中压转子在汽　缸中的位置存在偏斜，动叶围带汽封、隔板汽封以及　轴端汽封处的汽封间隙在圆周方向存在不均匀。现　场没有停机机会，可以考虑在停机检修时进行检查　处理　７参考文献　［１］　张学延，王延博，张卫军．大型汽轮机汽流激振问题的分析和处　理［ｊ］．热力发电，２００４（２）．　［２］　施维新，汽轮发电机组振动及事故［Ｍ］．北京：中国电力出版　社．２００１．　６结论　（１）该机组高中压转子在高负荷时的低频不稳　定振动属于汽流激振。汽流激振的频率以高中压转　子临界转速频率为主，汽流激振的出现与有功负荷的　大小关系密切，与机组的配汽控制有关。　收稿日期：２００７。０４。１０　作者简介：　郝向中（１９７３－），男，工学硕士，高级工程师，现从事汽轮发　电机组及其他旋转机械振动测试、诊断及现场处理工作。　（责任编辑宋红梅）　（２）现场通过降低蒸汽参数、增大Ⅳ号调节汽阀　的开度，使汽流激振受到了较大的抑制，机组能够正　Ｃａｕｓｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｓｔｅａｍ．Ｅｘｄｔｅｄ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｆ　ｏ６０Ｏ　ＭＷ　Ｓｔｅａｍ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｕｎｉｔ　ＨＡ０　Ｘｉａｎｇ－ｚｈｏｎｇ　ｆＮｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｂｎｏｒｍａｌ　ｌｏｗ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｏｔｏｒｓ　ｏｆ　ｏｎｅ　６００　Ｍｗ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｕｎｉｔ　ｉｓ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｓｕｃｈ　ｋｉｎｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｒｏｍ　ｓｔｅａｍ—ｅｘｃｉｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｓｔｅａｍ—ｅｘｃｉｔｄ　ｅｖｉｂｒａｔｏｎ　ａｒｉｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｒｏｍ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｓ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄａｍｐｉｎｇ　ｅｒｅ．ａｓｐｅｃｔｓ，ｔｈｅ　ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｓｔｅａｍ—ｅｘｃｉｔｅｄ　ｖ．ｂｒａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ　ｏｕｔ．ｎｄ　ｔｈｅ　ｖｉａｂｒａｔｉｏｎ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｕｎｉｔｓ　ａｆｔｒ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｅｒｅｓ　ａｒｅ　ｔａｋｅｎ　ｉｓ　ｂｒｉｅｆｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅｕｎｉｔ；ｓｔｅａｍ—ｅｘ＿ｃｉｔｅｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｌｏｗ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　・综合信息・　江苏龙源如东１Ｏ万ｋｗ风电项目竣工投产　２００７年６月１８日，国家特许权江苏龙源如东　１０万ｋｗ风电项目竣工投产仪式在江苏如东环港外　滩风电场隆重举行，该项目是我国推行特许权招标以　来第一个竣工投产的兆瓦级风电项目。此项目竣工，　结束了江苏省作为经济大省其能源结构中没有风电　的历史。　据介绍，龙源电力集团公司联合体于２００４年在　国际招标中中标该项目，同时取得项目后续５万ｋＷ　项目开发权。该项目于２００５年１０月１８日正式开工　建设，２００６年１０月２３日实现江苏省首台风电机组并　网发电。截至今年６月１８日竣工投产，该项目建设　历时１８个月，工程总投资８７　５６２万元。