1000MW汽轮机汽流激振机理和消振措施探讨

1000MW汽轮机汽流激振机理和消振措施探讨

沈新火

华润电力（贺州）有限公司

摘要：汽流激振的特征，认为由流体产生的切向力是引起机组自激失稳的主要原因，汽流激振消振措施和成效

关键词：自激振动；汽流激振；防涡汽封应用；全实缸洼窝中心及汽封测调

目前我国投运的1000MW机组，汽轮机发生突发性振动的概率极高；近年伴随超超临界机组的相继投运，振动原因也出现了不同的表现形式。汽流激振由于在我国现有机组发生的案例相对较少，相关机理研究和实用有效的消振对策方面业界缺乏广泛的共识。通过对汽流激振机理和成因的分析，结合我司汽流激振消振措施的成功实施，为解决这一难题提供了有益的借鉴。

1汽流激振的特征

1.1汽流激振一般容易出现在高蒸汽密度高参数汽轮机的大功率区及叶轮直径较小和短叶片的高压转子上，振动特征以低频分量为主，25~28Hz，非线振动。在50%低负荷下的振动特性低频分量在10μm以下，但随着负荷的增加，低频分量与负荷正相关性明显；随着负荷增加，振动突变的频率也逐步增加，趋势图不再平稳，而是呈现密集的锯齿状。由于汽流激振在机组高负荷下突发发生，发生时间短，控制手段有限，很容易导致振动保护动作，是一种危害极大的汽轮机设备隐患。

1.2我司汽轮机为某公司生产的N1000-25/600/600，；超超临界、一次中间再热、

单轴、四缸四排汽、凝汽式。配置及参数：容量1045MW，进汽压力25.0MPa(表压力)进汽温度600℃。

2012年6月26日#1机启机定速3000rpm，2Y频谱图显示除69μm工频分量外，已经出现了12.5Hz和25Hz的分频分量，12.5Hz分量幅值小于5μm，25Hz分量幅值8~9μm。机组开始带低负荷时，1~4号轴承均出现了25Hz分频分量振动，在704MW时发生2Y剧烈振动.

2012年10月18，#2机负荷由500MW升至550MW时，机组开始出现大幅低频波动，波动频率为28Hz~29Hz。#1瓦、#2瓦振动波动量由10~20μm涨到70μm左右，为规则的离散谱，振幅最大达到110μm。波动频率为28Hz~29Hz，分量200μm。通过快速减负荷振动能恢复到正常值。

两机共同的特征是均是25~28HZ低频振动，与机组有功负荷有良好的对应关系，具有明显的门槛值。单阀运行时，低频振动明显小于顺序阀，振动频谱是连续谱。这些振动具有明显的汽流激振特征，也是区别轴瓦自激振动和随机振动的主要特征。

#2机负荷由500MW升至550MW时28HZ频频

2汽流激振的机理分析

2.1汽流激振亦指蒸汽（间隙）激振，是随着高参数大容量机组的出现而出现的。经过国内外专家从理论和试验上分析研究，引起汽流激振的机理主要是由于密封间隙内压力径向分布不均和转子转矩径向不平衡，形成一个作用在转子偏心垂直方向上并与转子线速度方向同向的切向力是引起转子系统蒸汽自激振动的根本原因。汽封腔内压力周向变化起的激振力。汽体压将促使转子产生位移，形成涡动，由于涡动是汽流引起的，故称它为汽流激振；

汽轮机中有三种不平衡汽力可能引起转子产生自激振动，或影响机组轴系的稳定性。即叶顶间隙激振力；密封间隙激振力及配汽不对称激振力。

2.2.1第一种蒸汽激振力

叶顶间隙激振力对动叶做功不均匀产生的激振力QS与叶顶围带表面压力分布不均产生激振力QD的和（间隙激振力=QS+QD）

QD＝πRbΔPbKD/(4C)

C―径向间隙；

R汽封半径；

R―b―围带宽度；

ΔPb―围带间压差；

KD―经验常数。

2.2.2第二种蒸汽激振力

由于转子存在动态偏心，高压转子的轴封和隔板汽封内蒸汽压力周向分布不均匀，产生与转子偏心方向垂直的合力，趋向于使高压转子产生涡动。通过东方汽轮机有限公司通过计算分析，得出我司N1000-25/600/600汽轮机间隙振动激振力主要分布在高压缸第二、第三级隔板汽封以及高压进汽端第一道汽封处，最大激振力达到5T，是该型汽机汽隙激振的主要激振力。

2.2.3配汽不对称激振力

对于喷嘴调节的汽轮机，调节级进汽的非对称性引起不对称的蒸汽力作用在转子上。一方面,可影响轴颈在轴承中的位置，导致轴承载荷变化，严重时会导致轴系失稳;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，造成前两种汽流激振力的变化。

3消振措施和效果

3.1大修前处理过程

3.1.1增加轴承阻尼

缩小瓦面曲率半径，将#1机#1瓦宽度减少50mm，#2宽带减少10mm、顶隙调整到下限、把轴承4个回油口封闭。此措施实施后仍存在明显的低频分量，只是出现大振幅突变负荷由704MW变到840MW。

3.1.2改变阀序

经过4-2-3-1变为2-1-4-3，再变为3-1-4-2最后变为3-1-4-2的多次调整阀序，最终的阀序基本可以实现带满负荷，但是低频分量仍存在，2号阀开度超20%就会出现较大的振动分量，#2机组在一次高负荷下仍出现一次振动保护动作跳机。

3.2大修机会的彻底处理措施

利用大修机会根据以前经验，主要采取以下三方面措施来消除汽流激振。

1)加装三道防涡汽封

由汽机厂家计算得知高压缸第二、第三级隔板以及高压进汽端第一道汽封这三道汽封处激振力最大。故在将这三处汽封改为防涡汽封，防涡汽封原理是利用与汽封进汽方向相反斜齿，反向干扰间隙内工质的周向流动，减小蒸汽在汽封中的切向流动速度，以减小汽流激振力。防涡旋汽封安装的关键工艺是是严格控制汽封间隙：涡旋斜导向齿的径向间隙1.11~1.17mm，达氏汽封齿径向间隙0.51~0.57mm。

防涡汽封的原理图

2)优化汽封间隙标准，严格控制汽封间隙均匀性，减小汽流激振力。

由于通流找中时是机组在冷态下进行的，而汽轮机在运行时，转子在轴封、隔板等洼窝内的位置和冷态下有所不同，其影响因素较多，故在转子静态找中时应充分估计转子中心（水平和垂直）的变化趋势，以便在通流找中预先将这些影响量考虑进去。

?找隔板中心前，全实缸找转子中心。

?转子中心找正后利用假轴全实缸找隔板中心

?由专业的汽封调整公司现场车背弧调整汽封，保证间隙调整的准确性和均匀性。

?将#1、#2轴承进油方式由每块瓦块进油，改为中分面进油方式，增加轴瓦稳定性.

3.3消振效果

1)接带1045MW负荷时的汽机#1、#2轴承双幅振50μm以下

2)不变阀序，1045MW负荷下的汽机分频谱线，低频28HZ分量在10-20μm之间

4.小结

随着汽机振动测量诊断技术的不断进步，为汽流激振判断和分析提供了先进的技术手段，有效鉴别汽流激振与轴瓦自激振动和随机振动，从汽机结构进行优化以及从安装检修工艺上找到最接近运行工况的转子通流中心并提高吃撑轴瓦的稳定性，相信汽流激振这一突发性振动难题最终会得到有效解决。

参考文献：

[1]]郑兆昌主编，机械振动

[2]施维新，汽轮发电机振动与事故中国电力出版社

[3]钟一谔，何衍宗，王正等，转子动力学。清华大学出版社

[4]周礼泉，大功率汽轮机检修。中国电力出版社

[5]刘石，大型汽轮机高负荷下突发性振动的预防及处理。广东电科院