某电厂低压轴封“混腔”导致汽机振动异常的分析与处理

周许文 1 冯鹏飞 2

1. 广州粤能电力科技开发有限公司  广东 广州  510000 2. 广东粤电新会发电有限公司  广东江门  529149

摘要：介绍了某发电厂1号汽机在调试期振动异常现象，分析影响汽机振动的可能性因素，得出振动异常的直接原因是汽机低压轴封供汽不足，根本原因是低压轴封系统存在设计和安装缺陷。文章通过大量的试验和数据分析，提出降低该汽机振动的临时运行措施，保证了该机组按时顺利投产。同时提出了彻底解决该问题的永久性技改方案，为出现类似问题机组提供了解决问题的思路。

关键词：汽轮机；轴封；振动；技术改造

Abstract：The paper introduces the problem of vibration anomalies about the steam turbine of a power plant during commissioning, analyzes the possible factors affecting turbine vibration, proves that the direct cause of vibration anomalies is the lack of steam supply for the low-pressure shaft seal of the turbine, and the root cause is the design and installation defects of the low-pressure shaft seal system. Through experiments and data analysis, the paper proposes temporary operation measures to reduce the vibration, ensuring that the unit will be put into operation smoothly on time. At the same time, the article proposes a permanent technical reform plan to completely solve the problem, and provides a solution to the problem for the unit with similar problems.

Key words：Turbine; Shaft seals; Vibration; Technical renovation

一、概述

广东某发电厂2×453MW燃气-蒸汽联合循环热电联产机组，燃机为GE公司生产，型号为PG9371FB，汽机由哈汽制造，型号为LN150/C120三压、两缸、抽凝式汽机。余热锅炉采用东方日立锅炉三压、无补燃、自然循环余热锅炉。

该电厂在调试期，1号机汽机多次出现定速3000转后低压缸前、后振动缓慢爬升并最终导致汽机停机问题。通过现场调查和数据分析，最终确定该汽机振动异常主要由低压缸轴封系统“混腔”，致低压轴封供汽量相比设计值严重不足，定速3000转后低压轴封吸入冷气所致。

本文通过对相关调试数据的分析和研究，提出降低汽机振动的临时运行措施和永久技改方案，既能保证机组按照计划顺利投产，又能对后期彻底解决该振动问题提供参考。

二、振动异常问题描述

2.1 首次定速3000转

汽机冲转过程中各轴振均小于51µm，首次定速3000转，#1-#6轴瓦振动最大为#3Y 76µm，随即2Y\3Y开始爬升，1小时后2Y\3X爬升至238µm\246µm手动停机，惰走过程中2Y振动在1370转最大达到382µm，通过汽机惰走轴承振动数据可以判断，大轴已出现明显弹性弯曲及碰磨，盘车正常投入，电流20.2A，就地听针检查未发现明显金属碰磨声，半小时后偏心下降至原始值，各轴承轴振均小于15µm。

2.2 第二次定速3000转

盘车16小时后再次启动，各项参数正常，定速3000转时各轴振均小于76µm。稳定2小时后3Y\4Y开始由75µm\65µm缓慢爬升，此时轴封供汽压力60kPa，温度275℃，低压轴封供汽压力坏点（负压状态），温度175℃。监视各轴承轴封冒汽情况，缓慢提升轴封供汽压力，最终轴封压力提升至99kPa，低压轴封压力提升至0.3kPa，当低压轴封供汽压力呈正压状态时，3Y\4Y爬升至最大171µm\145µm出现明显拐点开始下降至106µm\63µm。而2Y\3X振动由于低压缸振动引起轴系不平衡，出现碰磨导致振动连续爬升，最终手动停机，惰走过程中1X在1538rpm最大达到328µm，通过惰走轴承振动可判断，大轴已出现明显弹性弯曲及碰磨，盘车正常投入电流19.9A，就地检查未发现明显金属碰磨声，半小时后偏心下降至原始值，各轴承轴振均小于15µm。

三、振动异常问题分析

3.1 润滑油温度影响

定速3000转后振动偏大，做润滑油变油温扰动试验，调整润滑油温43℃-47℃之间扰动，发现油温对振动无明显扰动现象。

3.2 汽机轴系3000转不平衡量

通过数可振动监测仪连续监测，发现大轴在1330转、1650转存在明显共振点，定速3000转初期轴系状态振动良好未发现不平衡量，通过波德图显示，大轴振动以工频为主，未发现其他谐波频率分量，结合顶轴油压力表均处于稳定状态，可以判断各轴承油膜无明显异常。

3.3 缸体膨胀不畅对机组振动影响

汽机启动前在缸体高中、低压缸各膨胀自由点均架设千分表以监测缸体实际膨胀，并结合膨胀数据可以看出冲转过程中，高中、低压缸随着汽机缸温上升各点膨胀均匀、速率等同，均未发现明显膨胀不均匀现象，检查汽缸滑销系统正常，各管道支吊架销子均已拔出，同时暖机及定速3000转过程中高、中压缸上下壁温差均未超过15℃，可以排除缸体温差大导致缸体变形造成动静碰磨。

3.4 低压轴封压力对机组振动影响

第三次定速3000转2.5小时后，3Y\4Y由75µm\65µm缓慢爬升，此时轴封供汽压力60kPa，温度275℃，低压轴封供汽压力坏点（负压状态），温度175℃；监视各轴承轴封冒汽情况，缓慢提升轴封压力，最终压力提升至99kPa，低压轴封压力提升至0.3kPa，当低压轴封供汽压力呈正压状态时，3Y\4Y最大171µm\145µm出现明显拐点下降至106µm\63µm。

定速3000转后，因低压轴封供汽处于负压状态，吸入部分冷气，一段时间后低压缸两端轴封齿遇冷收缩（就地听音发现声音较浑浊，存在水汽现象），低压轴封齿开始碰磨，导致3Y\4Y振动爬升，引起相邻2X\3X振动逐渐爬升，即使增加低压轴封压力，振动响应不太明显，此时大轴已出现弹性变形且轴封连续碰磨，导致2X\3X振动爬升，直至手动停机。通过振动参数及现场情况分析，3Y\4Y振动对低压轴封供汽压力响应明显，可以判断低压轴封供汽压力不足是该汽机定速3000转后振动爬升主要原因。

四、低压轴封供汽不足导致振动异常分析

4.1 轴封系统概述

本汽机设计汽缸的前后汽封、隔板汽封均为常用梳齿形结构，可弹性退让，检修方便。高、中、低压轴封齿均采用弹簧汽封齿结构，轴封系统设计供汽母管压力0.107～0.11MPa(a)之间，轴封回汽母管压力0.095MPa(a)，低压汽封供汽温度为121～150℃之间。

汽机每个汽缸两端装有汽封体和汽封圈，汽封圈上汽封齿环绕转子，表面仅留有为防止在运行过程中防止接触的间隙。凝汽器抽真空时，汽缸内的压力低于大气压力，供至“A”腔室的蒸汽在一侧通过汽封漏入汽轮机汽缸内，在另一侧漏入“B”腔室，汽封冷却器正常运行，使“B”腔室维持压力稍低于大气压力，因而空气通过端汽封漏入“B”腔室，形成汽气混合物，通过一个与汽封冷却器相连的接口，从“B”腔室被抽出。（见图1）

低压轴封腔室由一个23级平齿内轴封圈“a”、一个25级平齿隔板轴封圈“b”（图2已取出）、一个27级平齿外轴封圈“c”、由低压内轴封进汽孔“1、2”及回汽孔“3、4”组成的进汽腔室“A”和由低压外轴封进汽孔“5、6”及回汽孔“7、8”组成的回汽腔室“B”组成。

图1 汽机轴封供汽示意图 图2 汽机低压轴封腔室内部结构图

4.2 轴封供汽压力不足原因分析

正常运行时，轴封供汽至低压轴封母管，由“1、2”号进汽孔送入低压内轴封腔室，通过“a”圈轴封环密封低压缸防止泄漏真空，冗余轴封蒸汽通过“b”圈轴封环溢流至低压外轴封腔室，通过“7、8”号回汽孔回至回汽母管。

经历两次定速3000转，2-5小时后振动爬升导致停机，结合厂家反馈及检查施工记录发现，汽机在安装期由于厂家图纸未标明，安装未将“A”腔室回汽孔“3、4”及“B”腔室进汽孔“5、6”封堵，导致8个进气孔均为通孔，如图2所示轴封汽通过“1、2、5、6”孔进入低压轴封腔室，通过“3、4、7、8”回汽孔回至回汽母管，出现低压内、外轴封腔室“混腔”现象，即“b”圈隔板低压轴封环未起到明显作用。

回汽母管孔径较大且为负压，导致说明书要求轴封压力0.107～0.11MPa(a)而实际情况提升轴封母管压力至60kPa，仍无法满足汽机正常运行要求，低压轴封齿连续吸入冷空气收缩变形，一段时间后低压轴封齿开始碰磨（就地听针声音较浑浊，存在水汽现象），导致3Y\4Y振动爬升，引起相邻振动爬升，大轴出现弹性变形且轴封碰磨，导致机组振动爬升，直至手动停机。

五、振动异常问题解决方案

5.1永久性技改方案：低压缸揭缸，封堵多余的进、回汽孔，重新调整轴封参数。此方案可彻底解决低压轴封“混腔”、轴封参数要求高等问题，进而可有效避免再次出现因低压轴封供汽压力不足而导致的汽机振动问题。

5.2临时性解决方案：由于机组已进入整套启动阶段且低压缸揭缸耗时较长，为保证该厂能按时投产，最终采取在低压轴封回汽母管增加一个手动闸阀的临时解决方案。用以控制低压轴封回汽量，使低压轴封供汽量能达到密封低压缸轴封腔室要求，汽机能正常运行。

低压轴封回汽手动门增加完毕，汽机再次冲转一次成功，定速后再未出现过由于低压轴封“混腔”导致低压轴封供汽不足而机组振动爬升等现象，此问题得到暂时解决。

结语

通过对该机组相关调试数据的分析和研究，得出振动异常的直接原因和根本原因，并就存在的问题提出了解决的办法。结论如下：

6.1振动异常的直接原因是汽机低压轴封供汽不足，根本原因是低压轴封系统存在设计和安装缺陷。

6.2通过技术改造，封堵低压轴封多余的进、回汽孔，重新调整轴封参数，可彻底解决因低压轴封供汽压力不足而导致汽机振动异常的问题。

6.3在低压轴封回汽母管增加手动闸阀可有效控制低压轴封回汽量，使低压轴封供汽量能达到密封低压缸轴封腔室条件，也可实现汽机的正常运行。

参考文献：

哈尔滨汽轮机厂有限责任公司《LN150/C120型汽轮机启动运行说明书》

4