M701F4机组停机过程中汽机轴承盖振大原因分析及控制优化

M701F4机组停机过程中汽机轴承盖振大原因分析及控制优化

郝永红

广东惠州天然气发电有限公司运行部

摘要：惠州LNG扩建热电联产工程#7汽轮机组自调试以来，机组运行时#3、#4轴承盖振较大，尤其是停机过程中经常出现盖振超限的情况，给机组安全运行造成重大安全隐患，本文阐述汽轮机轴振与盖振的关系，浅析轴振与盖振偏高的原因，同时提出两种控制优化方式，有效控制机组盖振超限的问题，保证机组安全健康运行。

关键词： 盖振 浅析 控制优化 安全运行

一、设备概况

惠州LNG扩建热电联产工程#7汽轮机组是东方汽轮机厂生产的三压、再热、双缸、向下排汽抽凝供热汽轮机，型号是LCC150-13.2/3.0/1.5/566/566， 高中压合缸，低压缸对称分流，均为冲动式汽轮机。

#5机组自调试以来，机组运行时#3、#4轴承盖振较大，最高至53.6um，而其他轴振和盖振均无明显异常，尤其在机组停运过程中经常出现盖振较大（如图一），甚至超出高高报警值，（盖振大于50um高报警，盖振大于80um高高报警）给#5机组安全运行造成重大安全隐患。

二、汽轮机轴振与盖振的关系

轴振即转轴的径向振动，目前汽轮机组的轴振普遍采用涡流探头来测得。其探头中的线圈有高频电流通过时，产生高频电磁场并使得被测转子轴颈表面产生感应电流，并转化成电压表示出来。而这个电压随轴表面与传感器之间距离改变而变化，如此即实现了对转轴振动的测量。轴振一般用位移值表示，单位为微米。如果涡流传感器固定在轴瓦上，测取的是转轴与轴承之间的相对振动；如果传感器固定在基础上，则测取的振动近似认为是转轴的绝对振动。

盖振即轴承座振动，也称轴承振动。一般由接触式的速度或加速度传感器获得，一般直接固定在轴承盖上或通过磁座吸附其上，故有时也称壳振、盖振。盖振的测量以垂直方向为主，水平方向次之，轴向振动作为参考。

汽机或发电机转子由轴承支撑，转轴的振动必然会传递给轴承，所以两者存在一定的联系，包括幅值、相位、频率等。

1、幅值大小关系。轴振与盖振间的幅值比例关系与轴承座的刚度有很大关系，通常情况下，如果轴承座位刚性支撑（如一般落地式轴承），认为轴振的幅值约为盖振的3~6倍。如果支撑刚度偏弱，该比值会相应减小，甚至会出现盖振大于轴振的情况。

2、相位关系。盖振一般为速度值，其相位超前轴振的位移值90°，即将速度值变换为位移值时，其相位角需要增加90°。如果振动是由不平衡引起，不平衡质量的相位与轴振的相位存在固定关系，同时它与盖振的相位也有类似关系，正是因为有这样的关系，使得现场通过盖振进行动平衡成为可能。

3、频率关系。两者有着几乎一致的频率成份，差别在于将速度值积分成位移值时，会损失掉部分高频分量，所以在对滚动轴承、风机轮毂、泵体叶轮等结构复杂的机械振动测量时，习惯用振动的速度值来进行故障分析，因为其能提供更为丰富的频谱信息。

国产200MW及以下机组，一般以测轴承为准，如测轴振动制造厂家无规定时，可参照下表执行。

大型汽轮发电机组轴承振动参考标准（双振幅，um）

大型汽轮发电机组轴盖振动标准（双振幅，mm）

三、汽轮机轴振与盖振偏高原因分析

由于机组的振动往往受多方面的影响，只要跟机组本体有关的任何一个设备或介质都会是机组振动的原因，比如进汽参数、疏水、油温、油质等等。因此，针对汽轮机异常震动原因的分析就显得尤为重要，只有查明原因才能对症维修。

引起汽轮机组异常振动的主要原因有以下三个方面：

1、轴瓦瓦枕下部垫铁接触不实，在转子高速旋转、微量冲击，将会导致盖振及轴振做相应变化；上瓦枕处球面间隙偏小或偏大，会改变轴瓦刚度，过小会造成轴瓦微量变形，过大会导致轴瓦在运行期间出现间隙，都会导致轴盖振动偏大；

2、汽轮机轴系调整不均，也容易造成轴盖振动；若转子与汽缸或静子的同心度偏差过大,也可能会引起汽流激振；如果两端支撑的轴承标高不在一个合理的范围内,则两端轴承的负荷分配就不合理，轴瓦内的油膜形成不好或者根本不能建立油膜,极易导致机组的自激振动包括油膜振动和汽流激振。

3、机组汽轮机低压缸进汽方式或者凝汽器真空也有可能导致汽流激振，从而使轴振和盖振升高。由于叶片受不均衡的气体来流冲击就会发生汽流激振；由于末级较长，气体在叶片膨胀末端产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象；轴封也可能发生汽流激振现象；

四、处理措施

针对#5机组运行和停机过程中盖振大问题，我厂运行人员尝试通过以下方式进行汽机控制优化：

1、燃机降负荷至140MW维持10分钟，降负荷至120MW维持5分钟，降负荷至100MW维持5分钟；主要目的是使汽机主汽温度和压力缓慢降低，保证相关参数平稳降低；汽机降负荷过程中，强制低压压控始终保持投入，调整低压进汽压控设定值以控制低压调阀开度逐渐关小，在汽机负荷降至45MW时阀门开度在30%左右，此时，低压压控退出，低压主汽调阀由30%关至0。

经过五次停机尝试，#5机组停机过程中盖振最大3BV为67.2um，可有效控制盖振大现象；

2、调整#5机轴封加热器u型水封回水阀至约5圈，凝汽器真空由-95.4降至-93.8KPa，燃机直接降负荷100MW；汽机降负荷过程中，强制低压压控始终保持投入，调整低压进汽压控设定值以控制低压调阀开度逐渐关小，在汽机负荷降至45MW时阀门开度在37%左右，停机过程中盖振最大3BV为49um，凝汽器真空约-93kpa；此方法也可有效控制盖振大现象；

目前#5机组运行和停机过程中盖振大问题虽通过控制方式的调整能有效控制在合理范围内，但是相对于#4机组和#6机组仍然偏大，在机组停机检修过程中我们可以从以下两方面查找原因：

1、对#3轴瓦、#4轴瓦进行检查，结合轴瓦温度及油膜参考压力，对轴系中心进行调整；

2、进一步优化机组进汽及低压主汽调阀的控制逻辑，使机组安全、稳定、经济运行。

五、结束语

汽轮发电机组的振动多采用相对轴振，其反映的是转子相对于支撑或缸体的振动，转子的轴振大，表示转子在旋转一周时，离开平衡距离的位移大。盖振是绝对振动，反映轴承座等相对于基础的振动。在现代的汽轮机振动检测中，轴振与盖振都是必要。如果一个转子的相对轴振很小而盖振很大，意味着站在固连于缸体的运动座标上看，转轴相对于支撑系统的位移变化很小，两者相对接触可以避免；但转子本身的动应力和轴承支承受到的动应力还取决于缸体本身的振动量值；缸体和支承振动大，转子和构件承受的动应力必定高，所以轴振与盖振任一超标都是不可接受的。机组运行人员要对机组重要敏感参数时刻警惕，发现异常及时分析处理，保证机组安全稳定运行。

作者简介（郝永红、32岁、男、热能与动力中级工程师）