何国安1，穆元军2，赵忠海2，张学延1

（1．西安西热节能技术有限公司，陕西西安  710032;2．国网能源和丰煤电有限公司，新疆和布克赛尔  834411）

摘要：汽封改造在提高汽轮机热效率的同时，也引发了一些机组的振动故障，其中不乏疑难、顽固的振动问题。对某汽轮机在蜂窝汽封改造后出现的振动问题进行分析，得出振动原因是由于该型汽封的技术特点与高中压轴封工艺设计不匹配，引发了轴封体变形，同时在一定程度上影响到汽缸膨胀，最终导致了高中压转子在轴封处发牛持久的动静碰摩。在此基础上指出，由于许多汽轮机在低负荷工况下，高中压轴封供汽温度与附近缸壁都会存在显著温差的工艺特点，高中压轴封应慎重选用蜂窝汽封，以避免因汽封改造带来的振动问题

关键词：汽轮机；汽封改造；振动：膨胀不畅：动静碰摩

中图分类号：TK268．+1 DOI：10.11930/j．issn．1004-9649,2016.06.057.04

 0引言

 近年来，在国家大力倡导“节能减排”的背景下，许多电厂利用大修机会，采用各式新型汽封来替代传统的迷宫汽封，并把汽封间隙按照相关标准的下限进行调整。这些工作对提高机组热效率起到了积极作用，但同时也给机组带来了一些振动问题，其中不乏疑难、顽固的振动故障。本文结合一起困扰电厂3年之久的振动问题，详细介绍了故障诊断及处理的过程，指出汽封改造应在遵循汽轮机本身工艺特征的基础上，依据各类汽封的技术特点，科学、有效地选择和使用新型汽封，避免给设备带来安全隐患。

1振动现象

 某热电厂2号机组系亚临界、330 MW汽轮发电机组，轴系如图1所示。该机组自2012年进行蜂窝汽封改造后，在每次启动过程（特别是冷态启动）中，高中压转子在低负荷工况下出现大幅的振动波动，且常常超过振动保护值而跳机(见图2)，这给设备的安全、稳定运行带来较大的风险。

2振动原因分析

 基于现场实测数据，并结合2号机组历次启停及带负荷过程的振动、缸胀、轴封供汽等相关参数的查询结果，总结高中压转子低负荷工况的振动波动主要存在如下特征：

 (1)在2012年4-6月2号机组的大修中．高中压转子进行了蜂窝汽封改造，6月9日大修后启动，高中压转子开始出现低负荷工况下的振动波动(见图2），此后历次启动升负荷过程均出现了不同程度的振动波动（见表1）。

 (2)高中压转子在低负荷工况下振动波动的剧烈程度与汽缸温度有明显关系，由表l可以看出．当机组启动距离上一次停机间隔时问越短(即启动时汽缸温度越高），启动后的低负荷工况波动就越趋于缓和，直至在极热态下启动时，低负荷下的振动波动相对有限(见图3、表1序号2、3、5、7)。

 (3)在机组降负荷停机过程中，高中压转子在低负荷段也会出现一定程度的振动波动（见图4）；

 (4)振动波动主要表现为基频成分。

 (5)相比于1号机组，2号机组的缸胀速度更慢。

 由于振动的异常波动以基频分量为主，说明振动的性质属于普通强迫振动。从振动波动发生时机及可以复原的特征分析，2号机组高中压转子在启动带负荷过程中的振动波动原因是动静碰摩故障。机组的动静碰摩使转子在圆周方向上产生温差，引发转子热弯曲，导致振动加大，同时这又加剧了动静碰摩的剧烈程度，形成恶性循环，激发了振动的快速增长。

 通常造成动静碰摩故障的原因有：(1)动静间隙调整过小或不均匀；(2)运行参数控制不当引发的转子热弯曲；(3)汽缸膨胀不畅、保温不良、进冷蒸汽或水等引起的汽缸变形、跑偏；(4)隔板、汽封等结构部件的变形；(5)汽缸或基础的沉降；(6)机组剧烈的振动。就2号机组而言，由于高巾压转子振动波动与汽缸温度明显相关、且汽缸膨胀速度偏慢，再加上降负荷停机过程中，在低负荷工况也会出现振动波动，故此诊断该机组动静碰摩的原因存在2种可能：一是高中压汽缸膨胀不畅：二是汽封部件的变形。

3动静碰摩的溯源分析及处理

3.1  依据汽缸膨胀不畅的故障机理进行振动处理

 高中压缸膨胀不畅使得缸体在受热时膨胀不畅．受到了压缩，产生压应力；冷却时收缩不畅，受到了拉伸，产生拉应力，这都将使缸体发生变形．引发动静碰摩。一般，汽缸膨胀不畅的常见原因有滑销系统卡涩、管道额外作用力、缸体被急剧加热或冷却，因此在2014年8月停机检修巾．主要进行了如下检查和处理：

 (1)对滑销系统的安装间隙进行检查，发现前箱下部的滑销没有间隙，随后在前侧左、右滑销分别加垫，把滑销问隙调整为0.10 mm。

 (2)汽缸滑销及推拉装置的外观检查，并进行加润滑脂处理，但实际注入油脂量十分有限。

 (3)检查与高中压缸相连的大口径管道．未发现存在错位或憋劲的地方．

 (4)查询各抽汽温度均处于正常范围，各疏水正常，未发现缸体被急剧加热或冷却。

 2014年9月11日，2号机组启动后发现．尽管汽缸相比以前膨胀更顺畅，但其缸胀的过程曲线仍然不如同型的1号机组平滑，而且低负荷工况下振动的剧烈波动没有得到改善：同时在停机过程中，通过架设百分表的方法，检测汽缸冷却收缩过程的数据，发现了一些瑕疵，比如：前箱在升压站侧和锅炉侧冷却收缩数据最大相差0.6 mm,这相对于前箱的膨胀基数来说是偏大的．且升压站侧的收缩数据基本不变，这说明前箱的膨胀存在偏斜；这些都表明汽缸仍然存在膨胀不畅的问题。

3.2依据汽封部件变形的故障机理进行振动处理

 依据汽缸膨胀不畅常见原因进行振动处理的效果不佳后，决定从2号机组汽封部件变形的故障机理、并结合高中压转子振动波动发生时机人手，查找动静碰摩的原因，具体分析如下：

 (1)在2012年6月，2号机组把迷宫汽封（见图5）改造为蜂窝汽封(见图6）后，就出现了高中压转子在低负荷工况的振动波动故障。相比于其他汽封，蜂窝汽封的显著特点就是良好的耐磨和密封特性，比如2003年10月，哈尔滨汽轮机厂在模拟试验机上试验结果就表明：蜂窝汽封耐磨损性能为铁素体迷宫汽封的2.5倍：在相同汽封间隙和压差的条件下，蜂窝汽封比迷宫汽封平均减小泄漏损失约30%～50%。

 (2)在冷态启动过程中，机组处于低负荷工况下、进入自密封前，高中压缸轴封供汽来源于辅汽联箱（即邻机的四级抽汽），温度都在350 ℃左右，而轴封附近的缸壁温度此时还处于加热过程巾，与排汽温度基本相符，大约260 ℃。这表明在低负荷工况下，由于汽轮机工艺设计的特点．轴封供汽与其附近高中压缸壁温度总会有90℃左右的温差。

 (3)相比于迷宫汽封，2号机组高中压轴封采用蜂窝汽封后，由于轴封级间泄漏小，使得高温轴封供汽被堵在轴封套内，减少了轴向流动．与轴封体及其附近缸壁温差更为明显和持久．继而引发了轴封体变形，同时在一定程度上会影响汽缸的膨胀。

 (4)迷宫汽封由于存在环形腔室，工质的环向流动会产生自激扰动，当汽封间隙较小时．就容易出现汽流激振，而蜂窝汽封的蜂窝带结构会把类似于迷宫汽封的环形腔室割裂，减小了圆周方向的力，大大减弱了汽流激振产生的可能性．这就使得蜂窝汽封的设计动静间隙更小。

 (5)高中压转子远离一阶临界转速．处于二阶振型运行，而两端轴封恰好是振型曲线的高点．这就使得运行中更容易在轴封处发生动静碰摩。

 综上所述，2号机组高中压转子轴封改造成蜂窝汽封后，导致了轴封体的变形，且在一定程度上阻碍了汽缸膨胀，同时由于蜂窝汽封的动静间隙更小，而转子运行中的振型高点又恰好在轴封处，高中压转子就在轴封处引发动静碰摩：同时，蜂窝汽封耐磨性好，使得轴封处的摩擦振动十分持久、顽固，以至于长达数年。

 在2015年8月的机组检修中，对2号机组高中压缸进行揭缸检查后发现，前、后轴封的密封环已经磨损碎裂(见图7），这也验证了早期的诊断结论。随后在机组的回装中，把轴封改回到原制造厂的迷宫汽封设计，并对存在明显划痕的转子表面进行打磨处理。检修后启动发现．2号机组高中压转子在低负荷工况下的振动波动故障得到彻底消除，且高中压缸膨胀的异常现象消失．缸胀曲线变得平滑、顺畅。

4结语

 2号机组高中压转子汽封改造后．由于蜂窝汽封良好的密封特性，引发了轴封体的变形，同时在一定程度上影响到汽缸的膨胀．再叠加上转子运行中的振型高点恰好在轴封处、且改造后汽封间隙更小等多重因素影响．导致了高中压转子在轴封处发生持久、顽固的动静碰摩。考虑到各型汽轮机在低负荷工况下．高中压轴封供汽温度与附近缸壁都会存在90℃左右的温差，因此与2号机组类似．汽轮机高中压转子轴封应慎重使用蜂窝汽封，以尽量避免因汽封改造带来的振动问题。