9H联合循环电厂汽轮机振动分析及处理
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摘 要：在巴基斯坦新建的某9H重型燃机联合循环电厂，其采用的二托一，多轴的布置方式。在调试期间，汽轮机在做PPA8.2实验过程中发现1瓦，5瓦振动偏大，振动值超过165μm出现报警。为了解决这个问题，文章首先介绍了9H重型燃机联合循环汽轮机的结构特点;振动的分析采用的通常方法;然后分析了振动可能发生的原因及处理振动的措施，并针对本项目通过调整轴封间隙以及对高压转子动平衡后等措施后，高振动消失，达到了预期的效果。
关键词：联合循环;汽轮机;高振动
中图分类号：TM621 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）17-0137-02
Abstract： A new 9H heavy-duty gas turbine combined cycle power plant in Pakistan adopts the arrangement of two supports and one multi-shaft. During the commissioning period， in the PPA8.2 experiment of the steam turbine， it is found that the vibration of 1 watt and 5 watts is too large， and the vibration value is more than 165μm. In order to solve this problem， this paper first introduces the structural characteristics of 9H heavy-duty gas turbine combined cycle steam turbine and the usual methods used in vibration analysis， and then analyzes the possible causes of vibration and measures to deal with vibration. In view of this project， by adjusting the shaft seal clearance and the dynamic balance of the high-pressure rotor， the high vibration disappears， and the expected effect is achieved.
Keywords： combined cycle; steam turbine; high vibration
1 联合循环汽轮发电组机特点
燃气-蒸汽联合循环电厂具有污染小、热效率高、调峰性能好、建设周期短的特点。联合循环汽轮发电组机与普通煤电汽轮机组主要区别，首先蒸汽的通流量在透平各级的分配有很大的不同，而且通常没有低汽量的调节级[1];另外联合循环电厂一般要求具备调峰和黑启动的功能，从而发挥燃气轮机快速启停的优势，汽轮机要尽可能地达到快速热适应性强，因此汽轮机的气缸，气阀门都尽量对称布置（如图1所示）。
2 汽轮机振动一般分析方法
2.1 波形分析法
通过原机和增加的临时振动探头采集振动的波形，方差，峰值，均方根，均值是波形分析的四个基本参数。通过专用软件来分析波形，高次谐波，削波相位等。再通过分析波形周期、谐波、脉冲，来判断故障的性质和大概位置[2]。比如光滑的正弦波规律出现，大概率是转子动平衡出了问题;如果不规律的波峰可能是转动部件的松动;如果出现等周期的尖峰，可能是出现了其他外力干扰。
2.2 频谱分析法
频谱分析法是机械振动分析中最常使用的方法之一，频谱分析法就是将振动探头采集到振动的信号里按照频率的顺序展开，转化为频率的关系函数，并分析该函数的变化规律。通过把时域信号转换到频域内进行处理，其目的是把时间周期函数，通过傅里叶变换分解成各个谐波分量来进行比较分析，计算得出这些信号的谐波信息及相位信息频率构成等[3]。当某一机械设备在运行时，因为每个部件都有其固有频率，通过频谱分解，分析其产生特征频率，
可推断其振动的部位。
2.3 转子轴心轨迹分析法
当汽轮机开始冲转运行时，汽轮机转子首先是高速自转，除此之外转子的中心还会在滑动轴承中环绕某一中心线进行一定轨迹的公转。通过汽轮机转子的轴心轨迹图和时域图，来具体分析汽机启动时，正常运行时各个负载下以及停机时的转子中心轨迹特点。其中转子圆周质量不平衡是汽轮机转子常见的问题[4]，其转动时将会产生周期性的离心力将强迫转子产生周向振动，极端情况破坏转子的稳定运行导致振动加剧。其他产生中心运动轨迹的原因有滑动轴承的油膜扰动、转子轴也线不对中、动静部位摩擦等。
3 汽轮机各类振动特点
3.1 转子的圆周质量不平衡
转子的圆周质量不平衡可能是生产过程造成，也可能是运输和安装过程出现的问题。无论哪种原因，我们可以把转子看成的若干截面的圆柱体，当个别圆柱体质量中心与旋转中心不重合时就会产生振动，振动的频率主要为基频，转子每旋转一周，其质量不平衡也会随之发现一次。轴向振动较小，与角速度成正比，振辐会随着转速的升高有所增加，通过临界转速时会有共振峰值。
3.2 发电机转子的物理中心和电磁中心不重合
汽轮机组运行时汽机和发电机的转子轴系会发生热膨胀，如果膨胀后如果发电机转子的物理中心和电磁中心不重合，就会产生较大的轴向力，振动波形中有2倍频出现，轴向振动比较大，刚性聯轴器如果出现角度不对中，这时也基频振动也会增加，轴向振动幅值也会明显增大。 3.3 转动部分与静止部分摩擦
首先，动静摩擦可能是动静间隙过小，这可能是由于设计数值不当，也可能是生产或安装期间隙没有完全按照图纸施工。其他原因的振动振幅大于动静间隙时，也会发生摩擦;其次如果轴系对中性不好，也可能造成整个转子偏斜，从而引发碰摩。动静摩擦通常会伴随着热弯曲，从而引出动平衡的振动[5]。动静摩擦发生时通常波形中有很多毛刺;谱图里噪声水平很高; 出现1/2次倍频，1/3次倍频，1/4次倍频等成分。
3.4 热弯曲引起的振动
汽轮机转子轴系较长，叶片也较大，容易受到温度的影响，因此一定要按规定进行起机前逐步暖机，停机后盘车冷却。当发生动静部位碰摩时，由于周向各部位的摩擦程度不同，从而转子表面的温度在整个圆周上分布是很不均匀的，因此使转子各位置的膨胀也不均匀，这便会使转子产生热弯曲，而热弯曲又会反过来加剧碰摩，造成恶性循环。
3.5 固定或转动部件松动
当转动部件松动时就会发生破坏之前动平衡状态，造成振动变大。有些固定部件发生松动时也可能改变之前机组的共振频率，造成振动超标。当这种情况出现时频谱里会出现毛刺，而且出现精确的2倍频，3倍频成分。
4 振动采用措施
本项目在第一次冲转PPA8.2实验过程中发现，暖机，启动，并网后各个瓦的振动都是50μm左右，但随着负荷的增加，发现1瓦，5瓦振动逐渐变大，振动超过165μm出现报警。现场马上停机并组织主机厂技术人员进行分析，安装公司进行了如下措施：首先，复测轴的直线度，发电机转子的物理中心和电磁中心测量，高压缸，中压缸轴环封间隙检查，目的是排除间隙过小，发生动静摩擦，发现符合主机厂图纸要求。重新测量六号励磁机轴承座高度，顶部间隙按主机厂家新给的调整，重新盘车2小时后，测量六号轴承座轴瓦受力，目的是保证转子热膨胀后保证发电机励磁碳刷受力均匀。重新测量发电机和励磁机之间的五号轴承座绝缘间隙（左，右，上部）调整，保证热膨胀后没有间隙。通过调整四号轴承回油孔板，避免出现油膜扰动出现。.对气缸的轴封环内径进行刮研磨，防止运行时转子轴心轨迹在某些工况下与转子轴颈发生动静摩擦。另外重新做高压缸的负荷分配，并调整了高压缸底部横向定位键的位置，向左侧移动0.2mm。另外在高压缸前端1和4平衡孔，后端11和14孔加动平衡配种块。
5 结束语
本文介绍了汽机振动常用的分析方法，波形分析法，频谱分析法，转子轴心轨迹分析法。然后介绍了汽机常见振动的特点，转子的圆周质量不平衡，发电机转子的物理中心和电磁中心不重合，转动部分与静止部分摩擦，热弯曲引起的振动，润滑油油膜振荡，固定或转动部件松动。并以巴基斯坦旁遮普省新建的某9H联合循环电厂汽轮机为背景，通过以上分析方法结合振动波形的特点，介绍了本项目采取的检查项和具体处理方式，通过历时1个多月的检查和处理，最终达到了比较理想的振动值。并在后面一年多的时间里一直平稳安全运行，为业主创造了巨大的经济效益。
参考文献：
[1]马士川，武志超.汽乾机振动浅析[J].科技创新导报，2012（9）：88.
[2]蒋国华.汽轮机振动的原因分析及处理[D].华东理工大学，2017.
[3]张家骏.无损检测技术发展动向[J].国际学术动态，1993（4）：53-54.
[4]沈克伟.大型汽轮机组远程振动监测系统研究[D].华北电力大学，2013.
[5]罗剑斌，卢一兵.汽轮机转子中心孔进油引起的振动分析[J].電力安全技术，2005（07）：6-7.
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