吴 韬

（中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院，北京 100043）

0 引言

汽轮机是火力发电厂中的重要设备，其安全、稳定运行是电厂安全生产的重要保障。转子热弯曲故障属于严重安全隐患，对此类问题的准确分析、及时诊断并采取有效措施可防止隐患的进一步发展，避免重大安全事故，应引起设备管理专家足够的重视。

1 设备概况

某发电厂8 号机组为东方汽轮机有限公司生产的N300-16.7/537/537 型、亚临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽凝汽式（合缸）机组，轴系由高中压转子、低压转子和发电机转子组成，分别由1～6 号轴承支撑，其中1 号、2 号轴承为可倾瓦，3号、4 号、5 号、6 号轴承为椭圆瓦。该机组于2001 年8 月20 日投产。汽轮机轴系结构如图1 所示。

图1 汽轮机轴系结构

2005 年10 月1 日机组第一次大修，在大修中进行了高中压缸布莱登汽封改造，高压后、中压后轴封最外4 道更换铁素体汽封，高压调节级叶顶及叶根3 道汽封及中压一级隔板汽封更换原型号汽封外，其他轴封及隔板汽封39 道全部更换为布莱登汽封，总计改造汽封51 道。通过加厚16 mm 低压转子盘车齿轮环，解决发电机磁力中心偏差问题。在轴系调整中通过调整发电机轴瓦底部垫铁垫片厚度，实现调整中心工作，没有动过发电机基础，发电机调整垫片没有动过。

2011 年8 月10 日机组第二次大修，在大修中进行了汽轮机通流改造。改造范围：高中压转子及动叶片更新；低压转子采用3 号机组带有中心孔的旧转子，转子返厂更新动叶片；高压内缸及低压内缸更新；高、中、低压隔板全部更新；汽轮机轴承全部更新。在轴系调整中也没有动过发电机基础，发电机调整垫片没有动过。

2015 年3 月3 日机组第三次大修，在大修中发现高中压转子弯曲0.05 mm，中压联轴器晃度0.09 mm，转子弯曲超标。采取高中压转子返厂进行加工，消除轴弯曲，并进行了全速动平衡试验。低压转子正、反向4 级、5 级动叶锁口叶片有甩出现象，锁口叶片顶部与径向汽封发生摩擦。按照厂家建议采用钳工打磨方式，消除锁叶叶顶高出部分，尽量低于标准叶片0.2 mm 左右。同期连通管进行打孔抽汽供热改造。在轴系调整中没有动过发电机基础，发电机调整垫片没有动过。

2 振动情况及数据

2011 年8 月大修（通流改造）后，低压缸的3 号、4 号轴承轴振偏大。2011 年大修后振动情况见表1。

表1 2011 年大修后振动情况 μm

2015 年1 月大修后，3 号、4 号轴承轴振较2011 年修后有进一步增大趋势。2015 年大修后振动情况见表2。

表2 2015 年大修后振动情况 μm

随着机组运行周期延长，2019 年机组在供热期，4 号轴振轴振最大在120 μm 左右，3 号、4 号瓦振动趋势变化如图2 所示。

图2 2019 年供热期3 号、4 号瓦振动趋势变化

2019 年—2022 年机组启停机3 号、4 号瓦振动情况见表3～表7。

表3 2019 年3 月机组启动振动情况（通频/1 倍频/1 倍频相位）

表4 2019 年8 月机组停机振动情况（通频/1 倍频/1 倍频相位）

表5 2020 年4 月机组启动振动情况（通频/1 倍频/1 倍频相位）

表6 2021 年6 月机组启动振动情况（通频/1 倍频/1 倍频相位）

表7 2022 年10 月机组启动振动情况（通频/1 倍频/1 倍频相位）

3 振动特征及影响因素

3 号、4 号瓦振动以基频为主，空负荷时3 号、4 号瓦号轴振最大45 μm，说明冷态下低压转子平衡状态良好[1]。3 号、4 号瓦振动频谱如图3 所示。

图3 3 号、4 号瓦振动频谱

（1）机组负荷对振动的影响。负荷高时振动值大，低负荷时振动值降低，3 号、4 号瓦振动随负荷变化情况如图4 所示。

图4 3 号、4 号瓦振动随负荷变化情况

（2）供热抽汽对振动的影响。在相同174 MW 工况时，机组供热时3X 降低21 μm，3Y 降低21 μm，4 X 降低37 μm，4 Y 降低21 μm，3 号、4 号轴承振动随供热抽汽量的增大而降低，相同负荷下供热抽汽对3 号、4 号瓦振动影响情况如图5 所示。

图5 相同负荷下供热抽汽对3 号、4 号瓦振动影响情况

（3）主蒸汽、再热蒸汽温度对振动的影响。在滑参数停机过程中，负荷均在200 MW，主蒸汽及再热蒸汽温度降至430 ℃左右时，3X 降至89 μm，3Y 降至82 μm，4 X 降至93 μm，4 Y 降至73 μm，主蒸汽、再热蒸汽温度对3、4 瓦振动影响情况如图6 所示。

图6 主蒸汽、再热蒸汽温度对3 号、4 号瓦振动影响情况

4 热弯曲诊断

机组历次冷态启机后，3000 r/min 时振动良好，带负荷后，3 号、4 号瓦振动都出现明显上升。带负荷初振动快速上升，负荷升高后，振动达到最大数值，之后振动随负荷波动。振动主要是工频成分，重复性较好；由滑停时振动情况可知，随着进汽温度降低振动逐步呈下降趋势，振动受温度变化影响较大[2-3]。

从这种现象分析，冷态启机到带负荷是对转子进行加热的过程，转子受热后温度上升，转子产生了热弯曲，引起振动上升。带负荷过程随负荷变化，转子加热冷却，转子温度高低发生变化，引起弯曲大小变化，导致振动波动[4-5]。

5 结束语

通过对某发电厂低压转子近年的启停振动数据对比发现，3000 r/min 时振动良好，带负荷后振动快速爬升，且振动表现出与负荷较强的相关性，是典型的转子热弯曲特征。

由于转子热弯曲故障常见于高、中压转子，在低压转子上发生的案例较少，且转子两侧相位同向，给热弯曲的诊断带来了一定困难。此类问题的诊断需结合机组长期启停机及带负荷振动数据共同分析，综合判断得出结论。