俄制500MW汽輪機高壓轉子軸承

1、汽輪機高壓轉子軸承振動波動原因分析摘要：我公司#2機組為俄制500MW機組，在機組高負荷期間，特別是機組負荷480MW以上，高壓轉子#1、2軸 承振動和軸振很不穩(wěn)定，存在較大波動，而且振動的波動與負荷以及高壓調門開度關系密切，振動出現(xiàn)波動的負 荷點重復性很好。在機組負荷500MW，高壓缸#1高壓調門全開，#4高壓調門基本未開情況下，#2高壓調門開度 57mm左右，#3高壓調門開度15mm左右時，高壓轉子前后軸承(即#1、2軸承)振動明顯增大，在#1、4高壓調門 開度不變情況下，#2、3高壓調門偏離(開大或關小)上述開度，則高壓轉子前后軸承振動均會減小，且在此開 度左右變化時，振動波動頻繁，幅值

2、較大且重復性好，初步分析認為，高壓轉子在高負荷時的不穩(wěn)定振動屬于汽 流激振。主題詞：汽輪機振動穩(wěn)定性低頻振動汽流激振High-pressure steam turbine rotor bearing vibrationfluctuation analysisDing xue-liang， Ou yang-zhiGuohua Panshan Power Generation Co. Ltd.，Tianjin jixian 301900,ChinaAbstract: Our # 2 units for the Russian-made 500MW units, the unit during th

3、e high-load, especially the load more than 4 80 high-pressure rotor #1,2 bearing vibration and shaft vibration is very unstable, there is greater volatility, and volatility of vibration and load, as well as high-handed tone close to opening, vibration load fluctuations in a very good point repeatabi

4、lity. Load in the 500MW, high-pressure cylinder # 1 high-pressure full-tone, # 4 high-pressure basic tone is not open cases, the # 2 high-pressure tone about opening 57mm, # 3 high-pressure opening tone around 15mm, the high-pressure rotor bearings before and after (that is, # Bearing 1,2) vibration

5、 increases markedly, the high pressure in the #1,4 tone opening unchanged circumstances, # 2,3 high-pressure pitch deviation (open large or small clearance) the opening, the before and after high-pressure rotor bearing vibration will reduced, and in this opening about changes, vibration fluctuations

6、 frequent, larger amplitude and good reproducibility, preliminary analysis of the view that high-pressure rotor in high-load instability vibration excitation belonging to steam flow.Key words: steam turbine； Vibration Stability； Low-frequency vibration； Steam flow excitation俄制500MW汽輪機概況我公司#2機組為俄制500

7、MW機組，汽輪機為K500-240-4型超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、 四缸四排汽、凝汽式汽輪機。汽輪機本體由一個高壓缸，一個中壓缸和兩個低壓缸組成，所有 缸體均為雙層結構。其中高壓缸為回流式，采用噴嘴調節(jié)。新蒸汽經(jīng)過兩個高壓主汽門、4個高 壓調門由汽缸中部進入左側調節(jié)級和五個壓力級，然后回轉180度進入右側六個壓力級，然后排 往再熱汽冷段，再熱蒸汽經(jīng)兩個中壓主汽門、4個中壓調門進入中壓缸。中壓缸排汽進入兩個低 壓缸做功后排入凝結器，中低壓缸均為對稱布置。高、中壓轉子為整鍛件，低壓轉子為套 裝件，所有轉子的聯(lián)接均為剛性聯(lián)接。高壓轉子的前后支持軸承為擺動楔型軸承，每個軸承 共有六塊可傾瓦，中壓

8、轉子前軸承為推力支持聯(lián)合軸承，其余均為橢圓搪孔軸承。汽流激振的特征汽流激振主要特征：一是發(fā)生在高壓轉子部分。二是應該出現(xiàn)較大量值的低頻分量且再現(xiàn)性 好。三是振動的增大受運行參數(shù)的影響明顯，如機組負荷、蒸汽流量、調門開度等，且增大應該 呈突發(fā)性；汽流激振的機理汽輪機汽流激振力通常來自三個方面：3.1葉頂間隙激振力汽輪機葉輪在偏心位置時，由于葉頂間隙沿圓周方向不同，蒸汽在不同間隙位置處的泄漏量 不均勻，使得作用在葉輪沿圓周向的切向力不相等，就會產(chǎn)生一作用于葉輪中心的橫向力（合力）， 也稱為間隙激振力。該橫向力趨向于使轉子產(chǎn)生自激振動。3.2汽封汽流激振力由于轉子的動態(tài)偏心，引起軸封和隔板汽封腔室中

9、沿周向蒸汽壓力分布的不均勻，產(chǎn)生一垂 直于轉子偏移方向的合力，使轉子運動趨于不穩(wěn)定。3.3作用在轉子上的靜態(tài)蒸汽力在噴嘴調節(jié)的汽輪機中，由于調節(jié)級噴嘴進汽的非對稱性，高壓蒸汽會產(chǎn)生一個不對稱的蒸 汽力作用在轉子上，在某個工況下其合力可能是一個向上抬起轉子的力，從而減少了軸承比壓， 導致軸瓦穩(wěn)定性降低。此力的大小和方向受機組運行中各調節(jié)閥的開啟順序、開度和各調節(jié)閥控 制的噴嘴數(shù)量的影響。振動故障分析高壓轉子#1、2軸承在大負荷時發(fā)生的不穩(wěn)定振動屬于低頻振動。汽輪發(fā)電機組軸系產(chǎn)生突 發(fā)性低頻振動的原因主要有軸承油膜振蕩和汽流激振，二者均屬于不穩(wěn)定自激振動。系統(tǒng)一但失 穩(wěn)，振幅將隨時間迅速發(fā)散，呈現(xiàn)

10、突發(fā)性的振動特征，均為低頻振動，造成的危害較大，嚴重時 可能被迫限負荷運行，降低了機組的可用率，或因振動大造成機組跳閘，嚴重威脅機組安全。我公司#2機組屬于俄制大容量高參數(shù)超臨界機組，#1、2軸承為可傾瓦軸承，軸瓦本身的穩(wěn)定 性較好；通過多次跟蹤機組升降負荷過程，注意到在450M W以前，#1、2軸承軸振沒有明顯的低 頻成分，450MW以后出現(xiàn)明顯低頻成分，480MW以后低頻成分顯著增加，滿負荷500M W時，低頻振 動值和出現(xiàn)的頻繁程度都大大增加。不穩(wěn)定振動隨負荷的變化特征具有較好的重復性，并且這種 不穩(wěn)定低頻振動同時發(fā)生在高壓轉子的兩個軸瓦上。所有這些都表明該機組高壓轉子的不穩(wěn)定振 動屬于

11、汽流激振的可能性較大。#2機組出現(xiàn)明顯汽流激振與各高壓調門的開度有關系。自2008年6月8日23： 57開始，#2機組 負荷500MW，在高壓缸#1高壓調門全開，#4高壓調門基本未開情況下，#2高壓調門開度57mm左右， #3高壓調門開度15mm左右時，高壓轉子前后軸承（即#1、2軸承）振動幅值明顯增大，#2軸承Y向 軸振經(jīng)常達150m報警，在#1、4高壓調門開度不變情況下，#2、3高壓調門偏離（開大或關?。?上述開度，則高壓轉子前后軸承振動幅值均會減小，從振動曲線上看，#2高壓調門開度57mm左右， #3高壓調門開度15mm左右變化時，高壓轉子#1、2軸承軸振、瓦振擺幅均明顯增大，并帶動#3

12、、4、 5軸承振動也不同程度的增大。直到2008年6月9日9： 15，鍋爐投入12組本體蒸氣吹灰，主蒸汽流 量增加，在#1、4高壓調門開度不變情況下，#2高壓調門開至60mm，#3高壓調門開度16mm以上時， #1、2軸承軸振、瓦振擺幅均明顯減小，恢復到了增大以前的水平。在#2機組正常運行期間，高中壓轉子1、2瓦軸振在帶大負荷期間很不穩(wěn)定，存在較大波動； 而且振動的波動與負荷和高壓調門開度關系密切，且出現(xiàn)在#3高壓調門開啟并參與機前壓力調節(jié) 后，振動出現(xiàn)波動的負荷點重復性很好。初步分析認為，高中壓轉子在高負荷時的低頻不穩(wěn)定振 動屬于汽流激振，只不過在高壓調門某一開度下，汽流激振現(xiàn)象更為明顯而已

13、。原因是各高壓調 門進汽方式以及近期流量分配一方面可影響軸頸在軸承中的位置，造成轉子運動失穩(wěn)。另一方面，使轉子在汽缸中的徑向位置發(fā)生變化，引起通流部分間隙的變化。以下表為高壓缸#1高壓調門全開，#4高壓調門基本未開情況下，#2高壓調門開度57mm左右，#3高壓調門開度15mm左右時的振動（以m）統(tǒng)計：#1高調開度mm#2高調 開度mm#3高調 開度mm#4高 調開 度mm#1軸承振動#2軸承振動#1軸承軸振X#2軸承軸振X#1軸承 軸振Y#2軸承軸振Y73.654.4014.43110.6410.0665.1280.1243.6897.2073.654.9414.57112.7011.0174

14、.7685.0549.10105.0773.656.5514.98120.2213.72103.6899.8465.36128.6873.657.7915.27125.7215.56137.21119.2079.88156.2473.659.9715.77112.6210.5574.5183.5349.23106.1373.661.8016.51111.7010.8968.6279.2048.91103.09減小汽流激振的方法及建議減小汽流激振力，具體辦法如下：5.1適當增大葉頂汽封的徑向間隙、減小其軸向間隙。#1機組曾經(jīng)出現(xiàn)圍帶汽封出現(xiàn)缺損現(xiàn)象， 建議機組檢修時對#2機高壓動葉圍帶汽封進行重

15、點檢查，以便進行即時修復。5.2調整轉子在汽缸中的位置使圓周方向的動靜間隙盡量均勻。建議機組檢修時對#2機高壓缸圓 周方向的動靜間隙進行檢查和調整。5.3在葉頂汽封和端部汽封間隙等處安裝止渦裝置，利用該裝置干擾間隙內工作介質的周內流動， 以減小其產(chǎn)生的汽流力。5.4改變進汽調門的開啟順序或開啟重疊度。目前我公司#2機組在滿負荷時，#2高壓調門為全開， 滿負荷時仍參與機前壓力的調節(jié)，根據(jù)#2、3高壓調門在某一開度配合時出現(xiàn)明顯汽流激振現(xiàn)象， 建議會同技術部門根據(jù)這一現(xiàn)象考慮調整各高壓調門開啟重疊度，因為#2機組電調改造時同樣需 面對這一問題?？傊?2機組在機組高負荷期間，高壓轉子#1、2軸承振動以及X、Y方向軸