突发性振动诊断及处理案例

1 设备概述

某电厂3号汽轮机属东方汽轮机厂制造，型号为N300－16.7/537/537－4的双缸两排汽轮机组，配有本特利3300振动监测装置，测量各轴承轴振动传感器为45°安装，两传感器的夹角成90°。机组振动数据采集和处理均采用本特利公司ADRE FOR Windows及DM2000 系统。

该机组1997年10月16日顺利完成168小时考核运行，振动水平达到优良标准，在考核运行期未曾发生异常振动现象。

2 机组热冲击，随后出现突发性振动

热冲击：机组转入商业运行后，1997年10月20日(19：58)因电力系统试验，导致3号机厂用电中断；机组由283MW甩负荷解列，并打闸停机；循环水泵、冷却水泵停运；高、低旁路处于全开位置，高温蒸汽经高、低旁路无法降温直入大机冷凝器，并冲破大、小机低压缸安全阀，机器遭受强劲的热冲击。

维修恢复：机组解体后，低压缸变形；高中压转子汽封段有摩擦痕迹，3个汽封段的圆周跳动均超标呈微弯曲状；轴系中心标高超差，轴系基准No.3轴瓦中心从机头向后看下沉～0.15mm，偏右～0.43mm,No.4轴瓦中心下沉～0.5mm。

高中压转子重做低速动平衡并对末级、次末级动叶表面进行超声探伤。对隔板中分面及静 叶进行磁粉探伤和着色检查。对低压缸内的主要焊缝进行磁粉探伤。对热冲击带来的影响进行清理后，按设计要求进行维修安装。1998年1月19日大修后一次启动成功，机器恢复正常，300MW下运行振动水平达到良好标准。但随着运行时间的增长，出现了突发性振动。

3 振动特点及措施效果

3.1 低频及低频分量

机组在定速3000r/min时和升负荷过程中，甚至在初始带稳定额定负荷时，3号和4号轴承没有16～18Hz的低频振动分量，随着机组带额定负荷运行时间的增长，3号和4号轴承Y方向振动逐步出现16～18Hz频率的振动波动分量(开始时仅为6μm)。到机组运行10几个小时后，3号和4号Y方向轴振的16～18Hz的低频振动分量幅值渐渐增大，其幅值最高达45μm，并且，出现16～18Hz的低频振动分量的高幅值的时间间隔也愈来愈短，最终机组因3号和4号轴振的16～18Hz低频振动分量突然增大而引起机组跳闸停机。机组跳机后，从其降速 波德曲线图中未发现有16～18Hz的低压临界转速出现。

3.2突发性振动与负荷的关系

研究认为3号机突发性振动与机组所带负荷无关，跳机后再次启动仍有明显的16～18Hz的低频振动分量，仍可以在很短的时间内带到跳机时的负荷水平(250～300MW)。但是，机组维持稳定运行的时间将缩短。

3.3措施效果

1998年3月23日，因厂用电原因甩负荷260MW，跳机后连续3次开机至2900r/min均出现3、4轴振突增直至机组跳机。电厂决定转小修，并请制造厂参与处理并寻找故障点。

开箱、翻瓦后发现：1、2、3、4、6下瓦顶起油囊部位圆周向有较深的拉伤痕，其中3痕深约1mm，宽约3～4mm；4瓦痕深约1～1.5mm，宽约3～4mm，采用冷补焊后修型。

重新消除支承垫块下的间隙并调正转子中心，2瓦中心标高较修前降低0.10mm，4瓦中心标高较修前抬高0.10mm；2、4瓦侧隙发生变化，2瓦从机头看左边侧隙较右边侧隙小0.40mm，4瓦左边侧隙较右边侧隙大0.27mm。2瓦作水平方向调正左移 0.2mm，复查对轮晃度紧固螺栓并完成相关复检后，4月18日启动，23：20定速3000r/mi n 。满负荷稳定运行至4月20日3：28，1轴振突然增大直至跳机；4月21日7：22，240MW稳定运行，4轴振突增跳机；4月21日21：21，283MW稳定运行，4轴振突增跳机。为此，现场决定转临修再次复查1～4瓦。2瓦、3瓦侧隙重复前述变化：2 瓦左侧隙小0.35mm，右侧隙大0.35mm；3瓦左侧隙大0.15～0.40mm，右侧隙小0.15 ～0.40mm(塞尺测量平均值为0275mm)。

继续调正中心：2瓦中心下降0.15mm，3瓦中心右移0.2mm，4瓦中心再上抬 0.1mm，机组5月11日22：50冲转，12日1：17并网。汽机仍因低压转子轴振突发性振动而跳机。随着机组运行时间的增加，3号轴承油膜压力在连续下降(但当时由于电厂3号油膜压力表的挂牌 错挂成6号的油膜压力表上，因此掩盖了这一故障点)。东方汽轮机厂300MW机组运行时，大多通过顶轴装置记录各轴承的油膜压力，根据对轴承的钨金温度及振动监测状况，可对轴承的载荷及轴系的载荷分布作出评估并可提出调正的初步依据。

4 低压缸再次揭缸

3号机多次处理都是常规性的基本措施，即调整轴承中心和规范轴承装配，均未能克服汽机稳定运行一段时间后因突发性振动大而跳机这一主要矛盾。现场分析这一现象并寻求下一步的措施时，制造厂表达了如下意见：

(1)认为没有找到故障点。因此，措施的针对性不强，其处理效果应坦率承认无效。

(2)从运行中看到的不正常现象：低压汽封进汽温度不正常，经常在低于下限要求，～100℃等级工作，怀疑低压汽封进水。低压缸差胀不正常，反应是凌乱的：

负荷250～300MW低压差胀～9.91mm

250～300MW低压差胀～8.87mm

当然还有属于两者之间的数据。这些数值是观察中的稳定值并非瞬时值，当参数和负荷相当时，其差异不应该这样大，属于不正常。经查询低压缸内的汽封系统、疏水系统、喷水系统在故障后并未彻底清理。

(3)2、3瓦均作了较大幅度的水平方向调整，难以再作调整。

基于上述原因，制造厂建议开低压缸，外部没有找到的故障点应到低压缸内继续找。同时可以复评低压缸变形，重新校正低压基准，争取较长的运行期并为下次调整留出余地。

低压缸开缸后发现：转子、低压缸锈蚀水斑严重，正、反向低压2级隔板汽封磨痕及锈斑严重。低压17、23级隔板静叶喉部掏出杂物及4瓦端低压齿上和槽中剔出杂物若干。

焊缝检查分为两类承力焊缝磁粉探伤，其余焊缝宏观检查。承力焊缝再次磁粉探伤，检查 结果未发现异常。宏观检查焊缝发现有3段各约200mm长度为弧形板与壁面结合处熔合不良，3瓦端1段、4瓦端2段，打磨清理补焊。

汽封系统低压部分：汽封供汽滤网破裂，换网。低压汽封供汽管道积水，疏水节流孔堵塞，疏水排不出。低加抽汽段疏水管同样存在积水问题，改进疏水系统保证疏水畅通。对低压汽封供汽冷却实施改造，缩短冷却盘管，以及调整汽封供汽温度到一合适值。复查低压缸喷水系统，系统正常无泄漏。

在作转子顶起高度试验时发现：3号轴承油膜压力表标牌与6号轴承油膜压力表表牌挂反。

5 再次跳机，确认排除本次跳机的故障

5.1 轴承油膜压力

7月14再次启动时，3轴承油膜压力重复表5数据即为连续下降，3轴承油膜压力由定速时的3.7MPa降至跳机时的1.2MPa，历时37h。立即检查高压顶轴系统单向阀与节流阀间的管段，3相应管段烫手与正常的4、5、6相应管段相比差异极大。4、5、6轴承油膜压力呈稳定态。

2瓦钨金温度一直未得到改善，从定速到带负荷，钨金温度阶段式上升：79→84.6→ 91.7→103℃。

5.2 临时措施

关闭顶轴油3节流阀，以期稳位3瓦油膜压力，执行关闭后无效果。继后，电厂按以往经验，重新打开3节流阀，开启高压油泵，向系统补入高压油，使用静载轴承和滑动轴承联合运行的方式来维持运行，仍然无效，3瓦油压不能止跌回升，7月15日17：43振动大跳机，跳机前3瓦油膜压1.2～1.3MPa，为定速时三分之一。

上述现象表明轴承承载区的高压油顶轴口处存在泄漏，泄漏范围含单向阀、管接、轴承管接、轴承；泄漏等级为开启高压油泵补入高压油后亦不能维持。

5.3 停机消缺

2轴瓦翻瓦检查，下瓦辗伤，顶轴油囊棱边压塌，侧隙左侧减小，修瓦，重开油囊，中心又左移0.20mm。

3瓦翻瓦检查，两端呈压黑印带，中部空白亮带，形成缕空的通道，将下瓦重新堆焊巴氏合金，以上瓦为准重新加工下瓦的型面，重开油囊周向宽度不大于100mm，轴向长度80mm 等均规范作业，回装轴承。

重新清理顶轴装置系统(主要为强调单向阀清理，管接连接，进入轴承管接的紫铜垫片。

中压端保温不合要求，猫爪包上保温、中压排汽缸保温与轴承箱边成一体，要求去除猫爪上的保温，把中压排汽缸的保温与轴承箱分开留出散热通道20～30mm，改善2瓦的热环境。

关于2、3瓦中心标高，具体措施：3瓦提高0.17mm，2瓦再下调0.08mm。原中心高差0.32min经这次调整后2瓦比3瓦低0.57mm。

6效果与结果

6.1效果

机组8月1日23：23冲转，8月2日2：06并网，8月5日中午完成了在各种负荷下的运行考核，并连续运行72h未跳机，电厂完成168h连续运行考核后反馈数据与东方汽轮机厂。数据表明振动正常，运行工况良好。

2瓦钨金温度高的问题得以解决，由79.1→84.1℃。4、5、6油膜压力早已进入稳定态。2瓦的热态位置变化只引起微幅变化。

2瓦进入热稳定态后，2、3瓦油膜压力稳定，没有再次出现2、3瓦轴承油膜压力连续下降的情况。轴振、瓦振良好，在不同工况有一定的幅度变化，但数据的重复性较好。

6.2 3＋4轴振大跳机的原因分析

3月23日前即在此状态下工作，转子中心大幅度的变化，产生摩擦现象应当是自然的，可理解的。从低压缸故障的取样可看到低压缸正、反向第2级隔板汽封被磨，转子上磨痕鲜明，未被水渍、锈斑覆盖，亦未因4瓦中心上调0.2而变成旧印痕。

因此，可以说一直存在着程度不同的摩擦振动。由于摩擦源在正反向二级隔板处，振动大跳机的表现为3＋4是正常反应。

6.3轴振大跳机的原因

(1)低压汽封系统遇到特殊情况(低压汽封供汽温度要求控制在150±30℃范围，目前有两种方法达到这一目标：一种方法是自动喷水降温；另一种方法就是在冷凝器喉部装设冷却管。本机用户要求采用喉部装冷却管的办法。由于运行真空定值，冷却管面积设定，低压汽封供汽温度，取决于来源于蒸汽温度和低压汽封的耗汽量，这类汽封供气的温度很难调正，工作范围大多在100～200℃间变化，空转及中低负荷时汽温只有90多℃，汽中大量含水。

(2)氧化皮剥落封堵滤网，形成水击并扰动低压缸真空。低压汽封管系除蒸汽过滤器平放设备在低压缸外，其余均布置在低压缸内。当低压缸受高温热冲击后，管系内外壁面必然产生很多氧化皮，这些氧化皮是难以一次处理干净的，有的附着力很强。当然不排除其他的附着杂质，当汽封供汽温度在100～200℃间变化时，就为氧化层剥落提供了有利条件。这些杂质进入滤网，可以有许多分布态。

6.4瓦轴振大的原因

概括前面的分析归结为3瓦轴承功能失效，造成失效的因素：

下瓦碾伤，下瓦中部缕空实际上是一个畸形的不规则型面，不具备评判能力来表达轴承的功能，措施就是恢复瓦型。

泄漏严重，漏点涵盖各要素，泄漏改变了轴承的油膜压力场。

7 经验总结

故障现象必须找到故障源。寻找故障源是困难的，认为应该总结下列几点：

(1)低压缸受到热冲击后，一次修复并转入长期稳定运行是一个理想目标，热应力释放，变形稳定是需要时间的，再次开箱开缸是正常的，机器遇到这样的情况也不是新机了，其评判应放到取得稳定运行后。就调整标高情况而言，机器适应能力范围是充裕的。

(2)机器受到冲击后，别忘了清理其内部的相关系统，运行后还需定期检查清理，方可消除水患、滤网破裂等情况。

(3)轴瓦修刮是难以避免的，要细化轴承作业规范和检查要求，不能还停留在眼看手摸阶段。