俄制500MW汽轮机高压转子轴承

1、汽轮机高压转子轴承振动波动原因分析摘要：我公司#2机组为俄制500MW机组，在机组高负荷期间，特别是机组负荷480MW以上，高压转子#1、2轴 承振动和轴振很不稳定，存在较大波动，而且振动的波动与负荷以及高压调门开度关系密切，振动出现波动的负 荷点重复性很好。在机组负荷500MW，高压缸#1高压调门全开，#4高压调门基本未开情况下，#2高压调门开度 57mm左右，#3高压调门开度15mm左右时，高压转子前后轴承(即#1、2轴承)振动明显增大，在#1、4高压调门 开度不变情况下，#2、3高压调门偏离(开大或关小)上述开度，则高压转子前后轴承振动均会减小，且在此开 度左右变化时，振动波动频繁，幅值

2、较大且重复性好，初步分析认为，高压转子在高负荷时的不稳定振动属于汽 流激振。主题词：汽轮机振动稳定性低频振动汽流激振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汽轮机概况我公司#2机组为俄制500

7、MW机组，汽轮机为K500-240-4型超临界压力、一次中间再热、单轴、 四缸四排汽、凝汽式汽轮机。汽轮机本体由一个高压缸，一个中压缸和两个低压缸组成，所有 缸体均为双层结构。其中高压缸为回流式，采用喷嘴调节。新蒸汽经过两个高压主汽门、4个高 压调门由汽缸中部进入左侧调节级和五个压力级，然后回转180度进入右侧六个压力级，然后排 往再热汽冷段，再热蒸汽经两个中压主汽门、4个中压调门进入中压缸。中压缸排汽进入两个低 压缸做功后排入凝结器，中低压缸均为对称布置。高、中压转子为整锻件，低压转子为套 装件，所有转子的联接均为刚性联接。高压转子的前后支持轴承为摆动楔型轴承，每个轴承 共有六块可倾瓦，中压

8、转子前轴承为推力支持联合轴承，其余均为椭圆搪孔轴承。汽流激振的特征汽流激振主要特征：一是发生在高压转子部分。二是应该出现较大量值的低频分量且再现性 好。三是振动的增大受运行参数的影响明显，如机组负荷、蒸汽流量、调门开度等，且增大应该 呈突发性；汽流激振的机理汽轮机汽流激振力通常来自三个方面：3.1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切向力不相等，就会产生一作用于叶轮中心的横向力（合力）， 也称为间隙激振力。该横向力趋向于使转子产生自激振动。3.2汽封汽流激振力由于转子的动态偏心，引起轴封和隔板汽封腔室中

9、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。3.3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。振动故障分析高压转子#1、2轴承在大负荷时发生的不稳定振动属于低频振动。汽轮发电机组轴系产生突 发性低频振动的原因主要有轴承油膜振荡和汽流激振，二者均属于不稳定自激振动。系统一但失 稳，振幅将随时间迅速发散，呈现

10、突发性的振动特征，均为低频振动，造成的危害较大，严重时 可能被迫限负荷运行，降低了机组的可用率，或因振动大造成机组跳闸，严重威胁机组安全。我公司#2机组属于俄制大容量高参数超临界机组，#1、2轴承为可倾瓦轴承，轴瓦本身的稳定 性较好；通过多次跟踪机组升降负荷过程，注意到在450M W以前，#1、2轴承轴振没有明显的低 频成分，450MW以后出现明显低频成分，480MW以后低频成分显著增加，满负荷500M W时，低频振 动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压转子的两个轴瓦上。所有这些都表明该机组高压转子的不稳定振 动属于

11、汽流激振的可能性较大。#2机组出现明显汽流激振与各高压调门的开度有关系。自2008年6月8日23： 57开始，#2机组 负荷500MW，在高压缸#1高压调门全开，#4高压调门基本未开情况下，#2高压调门开度57mm左右， #3高压调门开度15mm左右时，高压转子前后轴承（即#1、2轴承）振动幅值明显增大，#2轴承Y向 轴振经常达150m报警，在#1、4高压调门开度不变情况下，#2、3高压调门偏离（开大或关小） 上述开度，则高压转子前后轴承振动幅值均会减小，从振动曲线上看，#2高压调门开度57mm左右， #3高压调门开度15mm左右变化时，高压转子#1、2轴承轴振、瓦振摆幅均明显增大，并带动#3

12、、4、 5轴承振动也不同程度的增大。直到2008年6月9日9： 15，锅炉投入12组本体蒸气吹灰，主蒸汽流 量增加，在#1、4高压调门开度不变情况下，#2高压调门开至60mm，#3高压调门开度16mm以上时， #1、2轴承轴振、瓦振摆幅均明显减小，恢复到了增大以前的水平。在#2机组正常运行期间，高中压转子1、2瓦轴振在带大负荷期间很不稳定，存在较大波动； 而且振动的波动与负荷和高压调门开度关系密切，且出现在#3高压调门开启并参与机前压力调节 后，振动出现波动的负荷点重复性很好。初步分析认为，高中压转子在高负荷时的低频不稳定振 动属于汽流激振，只不过在高压调门某一开度下，汽流激振现象更为明显而已

13、。原因是各高压调 门进汽方式以及近期流量分配一方面可影响轴颈在轴承中的位置，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。以下表为高压缸#1高压调门全开，#4高压调门基本未开情况下，#2高压调门开度57mm左右，#3高压调门开度15mm左右时的振动（以m）统计：#1高调开度mm#2高调 开度mm#3高调 开度mm#4高 调开 度mm#1轴承振动#2轴承振动#1轴承轴振X#2轴承轴振X#1轴承 轴振Y#2轴承轴振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减小汽流激振的方法及建议减小汽流激振力，具体办法如下：5.1适当增大叶顶汽封的径向间隙、减小其轴向间隙。#1机组曾经出现围带汽封出现缺损现象， 建议机组检修时对#2机高压动叶围带汽封进行重

15、点检查，以便进行即时修复。5.2调整转子在汽缸中的位置使圆周方向的动静间隙尽量均匀。建议机组检修时对#2机高压缸圆 周方向的动静间隙进行检查和调整。5.3在叶顶汽封和端部汽封间隙等处安装止涡装置，利用该装置干扰间隙内工作介质的周内流动， 以减小其产生的汽流力。5.4改变进汽调门的开启顺序或开启重叠度。目前我公司#2机组在满负荷时，#2高压调门为全开， 满负荷时仍参与机前压力的调节，根据#2、3高压调门在某一开度配合时出现明显汽流激振现象， 建议会同技术部门根据这一现象考虑调整各高压调门开启重叠度，因为#2机组电调改造时同样需 面对这一问题。总之#2机组在机组高负荷期间，高压转子#1、2轴承振动以及X、Y方向轴