2015, Vol. 33 
随着机组参数的不断升高，发生汽流激振的概率也不断增大。汽流激振给电厂的安全稳定运行带来了严重影响，因此加强对大型汽轮机汽流激振产生原因及解决措施的研究尤为重要。本文就某电厂330 MW汽轮机组在调试期间发生的汽流激振现象及现场处理方法进行介绍，对同类型机组调试及检修提供技术参考。
1 汽流激振产生的机理及特征 1.1 产生机理 1.1.1 叶顶间隙激振力汽轮机在安装或运行中汽缸跑偏造成转子相对于汽缸发生偏移，使得叶顶间隙发生改变。叶顶间隙小的一侧汽流作用于叶轮的横向力大，叶顶间隙大的一侧汽流作用于叶轮的横向力相对较小，造成汽流作用于转子轴心上的力不平衡，促使转子发生自激振动。研究表明，叶顶间隙激振力易发生在汽轮机大功率区段及叶轮直径较小、叶片较短的转子上，即高参数汽轮机的高、中压转子上[1, 2, 3]。
1.1.2 汽封汽流激振力由于设计不当或在运行过程中参数控制不稳定产生轴系动态偏心，造成轴封和隔板汽封腔室内蒸汽周向分布不均匀，在转子上产生多个不平衡力矩，使转子发生自激振动。
1.1.3 转子上的静态蒸汽作用力由于汽轮机高压缸进汽方式非对称性的影响，使得转子受高压蒸汽作用，一方面造成高压转子轴颈在轴承上的载荷发生变化，另一方面造成高压转子在径向上位置发生偏移，汽轮机通流部分间隙发生变化，最终导致转子上抬、轴承的动力特性改变，进而使转子失稳。
1.2 特征（1） 汽轮机汽流激振属于自激振动，不能用动平衡方法消除；
（2） 汽轮机汽流激振易发生在高、中压转子上；
（3） 汽轮机汽流激振具有良好的再现性；
（4） 引起汽轮机汽流激振的主频率一般为低频；
（5） 汽流激振的产生有时与汽轮机进汽调门的开启顺序和开度密切相关。
2 汽流激振的解决措施一般情况下，汽轮机汽流激振主要从减小蒸汽激振力和提高轴系稳定性两方面来着手解决[4, 5]。
2.1 减小蒸汽激振力减小蒸汽激振力可通过以下措施实现：
（1） 调整叶顶间隙；
（2） 改变汽封结构或布置方式；
（3） 安装止涡装置；
（4） 选择最佳配汽方式；
（5） 调整转子与汽缸对中；
（6） 高负荷下控制升负荷率；
（7） 保持运行参数稳定；
（8） 调整轴系对中；
（9） 调整主蒸汽管道与汽缸对中。
2.2 提高轴瓦稳定性可采取以下措施提高轴瓦稳定性：
（1） 调整转子平衡；
（2） 提高润滑油温度；
（3） 调整轴瓦间隙；
（4） 减小轴瓦长度；
（5） 防止轴封漏汽；
（6） 消除轴瓦缺陷。
3 某330 MW机组汽流激振原因分析及处理 3.1 机组概况
某发电有限责任公司1、2号汽轮机为东方电气集团东方汽轮机有限公司生产的亚临界、一次中间再热、两缸两排汽、单轴表面式、间接空冷凝汽式汽轮机，型号为NJK330-16.67/538/538，额定功率为330 MW。机组进入168 h试运前带大负荷运行时，1号机组1瓦y 向振动异常，2号机组4瓦x 向振动异常。具体原因分析及处理如下。
3.2 1号机组 3.2.1 振动情况2015-07-27，1号机组满负荷运行时，高调门开度增大至44%，机组振动值突然增大至250 μm，汽轮机跳闸。1号机组振动数据如表 1所示。具体过程：机组满负荷运行，当高调门开度小于41.5%时，机组1瓦y 向的轴振动值保持在23 μm以下；高调门开度开至41.5%时，1瓦y 向的轴振动值突然增大至89 μm，并持续增大，直至高调门开度为44%时机组跳闸。
 | 表 1 1号机组满负荷时振动参数 |
为了确定机组振动的影响因素，在机组满负荷时进行变润滑油温度轴系振动试验。试验过程中将高调门开度控制在40%以下，润滑油温度由26 ℃升高至35 ℃，机组1瓦y 向的轴振动值保持在21 μm以下，且没有大的波动，因此改变润滑油温度几乎对机组振动没有影响。同样控制高调门开度在40%以下，改变汽轮机进汽参数，对机组振动基本上也没有影响。再次进行高调门开度变化对机组振动影响试验，结果如图 1 所示，当高调门开度开至41.5%左右时机组振动又突然增大，并随着高调门开度增大机组振动也逐渐增大。这一现象体现了汽流激振良好的再现性。鉴于以上振动特征，认为造成1号机组不稳定振动原因是高调门开度过大造成高、中压转子产生汽流激振。
 | 图 1 1号机组1瓦y向轴振动值随高调门开度变化趋势 |
为了保证机组能够顺利通过168 h试运，针对1号机组振动试验情况及现场实际情况，采取控制高调门开度以消除汽流激振的措施。为保证机组高调门开度控制在合理范围内，投入ACC协调控制系统将其控制在40%以下。在整个168 h试运期间1号机组振动一直保持正常。在168 h试运结束后，将机组运行方式由单阀改为顺序阀运行，在切换中和切换后机组振动一直保持正常。无论是在单阀方式还是在顺序阀方式下运行，1号机组振动都能保持在正常范围内，说明通过控制高调门开度和改变高调门运行方式已避免了汽流激振故障的发生。
3.3 2号机组 3.3.1 振动情况2015-07-28，2号机组带负荷253 MW时，高调门开度增大至27.6%，机组4瓦x 向轴振动值突然增大至98 μm；快速减负荷将高调门开度降低至25%以下，振动值很快下降至47.8 μm。振动数据如表 2所示。
| 表 2 2号机组振动试验参数 |
针对以上现象对汽轮机进行振动试验。先将高调门开度控制在25%以下，改变机组进汽参数，在参数变化过程中并未发现机组振动有大幅波动，说明不是由机组进汽参数引起的振动。然后进行变润滑油油温试验，润滑油油温从30 ℃升高至40 ℃，机组4瓦x 向轴振动值保持在61 μm以下且没有大的波动，因此改变润滑油温度对机组振动也没有影响。再次进行高调门开度变化对机组振动影响试验，先将3号高调门开度控制在25%，开启其他高调门增加机组负荷，当其他高调门升至25%以上时机组振动突然增大。又将3号高调门开度分别控制在20%和15%，开启其他高调门，当其他高调门开度升至25%以上时机组振动也会突然增大，因此判断机组振动不是由3号高调门引起。再将4号高调门开度控制在25%，开启其他高调门以增加机组负荷。在不同负荷下，无论其他高调门开度如何变化，机组振动基本没有波动；将4号高调门开度开至25%以上，机组振动突然增大（如图 2所示）。鉴于以上振动特征，认为造成机组不稳定振动原因是由于4号高调门开度过大造成高、中压转子产生汽流激振。
 | 图 2 2号机组4瓦x向轴振动值随高调门开度变化趋势 |
为了保障2号机组顺利完成168 h试运，根据2号机组的振动试验及现场实际情况，将4号高调门开度控制在25%以下，使机组振动保持稳定正常。待机组168 h试运结束后，进行单阀和顺序阀切换试验。由单阀方式切换为顺序阀方式运行后，4号高调门开度在零位，在顺序阀运行方式下机组振动正常。2号机组的汽流激振故障通过改变高调门开度和高调门运行方式得以顺利消除，使得机组能够长期稳定运行。
4 建议汽轮机产生汽流激振的原因包括设计、安装、检修、运行等多种因素，本文主要针对安装检修和调试运行两方面提出以下建议。
（1） 在机组安装或检修时，尽量将转子与汽缸间的间隙控制在合理范围内，并保证周向均匀；轴封及隔板汽封间隙要合适；防止漏汽不均匀导致转子汽流激振。也可通过调整轴承座标高、减小轴瓦顶隙等来提高系统阻尼、降低轴系扰动[4]。
（2） 在机组调试运行期间，应采用对机组扰动最小的高调门运行方式，包括调整高调门开启顺序及开度，减小汽流不均匀性；防止汽缸加热不均匀引起汽缸偏移或转子跑偏；提高润滑油温度，为轴承提供足够的润滑以提高轴系稳定性；机组运行参数尽量保持稳定，避免参数的大幅度波动对机组造成冲击；尽量避开汽流激振易发生的负荷区间；尽量不产生上抬高、中压转子的力[5]。
| [1] | 杨彦卿,王景斌,张怀文,等.300 MW机组汽流激振原因分析及应对策略[J].内蒙古电力技术,2007,25(1): 30-32. |
| [2] | 荆建平,孟光.超超临界汽轮机汽流激振研究现状与展望[J].汽轮机技术,2004,46(6):405-410. |
| [3] | 洛名文,丁俊,祁小波,等.大型汽轮机汽流激振研究现状及展望[J].热能动力工程,2006(6):551-555. |
| [4] | 牟法海,石瑞平,王建,等.汽流激振的故障诊断及处理[J].热力透平,2010(1):75-78. |
| [5] | 宋光雄,陈松平,宋君辉,等.汽轮机组汽流激振故障原因及分析[J].动力工程学报,2012(10):770-778. |