【分析过程学习】润滑油管膨胀不畅引起机组振动大

王广庭1 ，许 涛1 ，刘海明1，张 兵2

1.国网湖北省电力公司电力科学研究院；2.东方汽轮机有限公司

［摘要］现场管道膨胀不畅引起的汽轮机组振动问题时有发生，由于现场原因排查比较复杂，且该故障容易同摩擦、热不平衡等振动故障混淆，成为故障诊断的难点问题之一。本文通过理论、数据分析和现场排查，成功诊断并解决印度某厂660 MW 超临界汽轮发电机组润滑油管膨胀不畅引起的振动故障。【大修后振动大，启来磨7次就好了】

0 引言

印度某厂3×660 MW 燃煤电站项目3 号机组汽轮机型号为N660-24.2/566/566 型超临界、一次中间再热、三缸四排汽、凝汽式汽轮机，由东方汽轮机有限公司生产；发电机型号为QFSN-660-2-22A，由东方电机股份有限公司生产。【（原创五）东汽注油试验与哈汽注油试验有什么区别？】

1 机组轴系及结构特点

机组轴系共有9 个支撑轴承，其中汽轮机6 个，发电机及励磁机3 个，1 号、2 号轴承为可倾瓦，其余7 个支撑轴承均为椭圆轴承。高中压转子、I 低压转子、II 低压转子及发电机转子之间均用刚性联轴器连接。机组正常运行时，轴向推力方向指向发电机，从机头向发电机方向看，机组为逆时针方向旋转，额定转速为3 000 r/min，机组轴系结构简图如图1所示。【什么是推力轴承的工作面和非工作面？两侧一样么？】

2 机组振动现象及数据分析

印度当地时间2015 年1 月25 日10 时，某厂3 号机组首次并网；10：42，负荷74 MW，4Y 轴振开始上涨；10：52 3V 瓦振高达80 μm，4Y 轴振达145 μm，打闸停机。【启机有摩擦振动大，冲了3次磨轴封【分析诊断】】

11：00 ，振动迅速下降，再次挂闸升速；11：14，机组再次3 000 r/min。11：20，机组第二次并网，11：30 负荷达107 MW；11：44，2Y、4Y 轴振达161 μm、157 μm，3V、6V 瓦振达120 μm、104 μm，打闸停机。【汽机并网后的主要操作还有哪些？【总结】】

图1 机组轴系结构简图
Fig.1 Shaft structure diagram of unit

14：26 ，第3 次并网；15：12，负荷189 MW；15：05，208 MW；15：37 降负荷，15：55，降负荷至162 MW，4Y、6Y 轴振达186 μm、156 μm，3 V、6 V 瓦振高达125 μm、119 μm，打闸停机。【什么是复位？什么是挂闸？【复习】】

3 膨胀不畅故障诊断

3.1 膨胀不畅振动原理

汽轮发电机组的振动可分为强迫振动和自激振动。强迫振动的振幅可以表示为［1-4］：

式（1）中，A 为振幅，mm；E 为常数；P 为不平衡量，N；K 为轴承座刚度，N/mm。

从式（1）可知，振动的振幅与不平衡量成正比，与轴承座刚度成反比；而轴承座的刚度取决于轴承座本身的结构以及轴承座与台板、台板与基础的结合状况。汽缸膨胀不畅会导致轴承座与台板的结合面出现间隙，使轴承座的刚度降低。【什么是猫爪、横销、纵销、立销...滑销系统学习】

3.2 膨胀不畅常见原因分析［5-24］

1）滑销系统卡涩

当汽缸受热膨胀时，既要使膨胀畅通，又要对膨胀加以引导，以保证动静部分的间隙。滑销系统起着定位和导向的作用，它包括横销、立销、纵销。但是如果滑销存在卡涩，导致缸体在受热时膨胀不出去，受到了压缩，产生压应力；冷却时收缩不回来，受到了拉伸，产生拉应力，缸体将发生变形。【汽轮机汽缸与滑销系统详细解读【80张PPT】】

2）管道的作用力

汽轮机的缸体与各种蒸汽管道（主蒸汽管道、再热蒸汽管道、抽汽管道）连接。蒸汽管道对缸体的影响表现在两个方面：（a）管道受热膨胀时作用于缸体的力；（b）缸体膨胀时受到管道的约束。【闭式水箱为什么叫闭式膨胀水箱？为什么布置那么高？】

图2 机组几次启动时2Y-7Y 轴振变化趋势图
Fig.2 Variation trend of 2Y-7Y axial vibration when the unit is started several times

图3 机组几次启动时2V-7V 瓦振变化趋势图
Fig.3 Variation trend diagram of 2V-7V watt vibration when the unit is started several times

表1 机组前三次启停过程典型工况下振动数据（单位：μm）
Table 1 Vibration data under typical working conditions during the first three starts and stops of the unit（unit：μm）

3）缸体被急剧加热或冷却

热蒸汽进入汽缸、长时间空转引起低压缸缸温的升高、冷空气或水进入汽缸，这些将引起缸体的过量膨胀或收缩。使汽缸受到滑销系统和管道较大的约束力。汽轮机的高、中压缸与低压缸比较，由于轴承座结构形式的不同，膨胀不畅导致轴承座刚度降低的机理也有所不同。【推力轴承的工作原理通俗讲解【简单易懂】】

3.3 膨胀不畅与转子故障的区别

膨胀不畅和转子热弯曲、动静摩擦等都会引起振动的增大。前者的故障点在静止部件，而后者的故障点在转动部件。用以下几个方面区别它们：

1）前者对晃度没有影响，后者会引起转子晃度的变化；【运行中润滑油是怎样将汽轮机转子托起来的？】

2）前者轴承座振动的变化比较明显，而后者轴振动的变化比较明显；

3）汽缸的热容量比转子大得多，温度的变化比转子缓慢得多。因此膨胀不畅引起的振动变化过程持续时间长，可以达到10 h 以上；由转子热弯曲引起的振动增加过程持续时间短，1 h 左右就可稳定；【汽轮机停机后转子最大弯曲在哪？哪段时间起动最危险？为什么？】

4）由膨胀不畅引起的振动往往会表现在两次开机后有明显的不同，因为这两次的缸温不同。由转子热弯曲引起的振动就不会存在这方面的问题，因为停机后热弯曲会很快恢复；【【运行蒙冤】轴封回汽不畅造成大轴弯曲】

5）发生动静摩擦时振动处于连续不断变化的状态，而膨胀不畅存在一个振动相对稳定的阶段。

3.4 机组振动故障诊断

从上述数据分析可知：

1）机组3 号/4 号和5 号/6 号轴承座的振动变化比较明显，最高达到了125 μm、105 μm、77 μm、119 μm。【振幅(mm)、振动速度（振速mm/s）、振动加速度(mm/s2)都是什么？】

2）机组在低速时晃度（偏心）不大，机组停机之后很快就可以再次启动。【什么是转子偏心度？有什么用？】

3）每次开机时振动均不太相同，但有一个相对稳定的阶段。

从这些现象可以判断机组振动特点符合膨胀不畅的振动特征，需要对膨胀不畅的原因进行排查。

4 振动排查过程

停机后，拆开低压缸外部罩壳，检查发现3 号、5号、7 号轴承润滑油进油管道支架没有按照厂家要求进行松装，而是用水泥将此3 处支撑润滑油管道的槽钢浇筑在地面上，因而阻止其自由膨胀。【汽轮机的推力轴承和径向轴承如何定义？】

图4 3 号、5 号轴承油管支撑情况图
Fig.4 No.3，No.5 bearing tubing support diagram

图5 故障消除后机组启动并网后2Y-7Y 轴振变化曲线
Fig.5 Change curve of 2Y-7Y axial vibration after the unit is started and synchronization after the fault is eliminated

图6 故障消除后机组启动并网后2V-7V 瓦振变化曲线
Fig.6 Vibration variation curve of 2V-7V bearing after the unit is started and synchronization after the fault is eliminated

5 故障消除后机组再次启动振动数据

现场用电钻将3 号、5 号、7 号瓦处轴承进油管道的槽钢支架处的水泥松开。确定此3 处的支架可以自由活动后，准备再次启动。

18：12 ，再次启动至3 000 r/min，18：20 第4 次并网，22：00 机组带近4 h 负荷振动逐渐下降至平稳，各轴承振动均在合格范围。

表2 机组第四次启动过程典型工况下振动数据（单位：μm）
Table 2 Vibration data under typical working conditions during the fourth startup of the unit（unit：μm）

6 结语

润滑油管膨胀不畅引起机组的振动现场较为少见，本文案例属于非常典型的油管膨胀不畅引起机组较大振动的情况，现场处理时应注意判断膨胀不畅的故障和摩擦故障、热弯曲等其他故障之间的区别［25-30］。

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［参考文献］

［1］吕冬梅，牟法海，曹伟，等. 汽轮机机组不稳定振动的原因分析与处理［J］.热力透平，2018，47（2）：157-161.LV Dongmei，MU Fahai，CAO Wei，et al.Cause analysis and treatment for unstable vibration in turbine set［J］.Thermal Turbine，2018，47（2）：157-161.

［2］寇胜利.汽轮机膨胀不畅引起的振动［J］.汽轮机技术，2004，46（06）：460-464.KOU Shengli.Vibration caused by poor expansion on steam turbine［J］. Turbine Technology，2004，46（06）：460-464.

［3］杨亚平.国产200 MW 汽轮机汽缸膨胀不畅浅析［J］.华东电力，1995，（04）：38-40.

［4］寇胜利. 汽轮发电机组的振动及现场平衡［M］. 北京：中国电力出版社，2007.

［5］王广庭，徐万兵，王海明.350 MW 汽轮机汽动给水泵推力瓦工作面烧损原因分析［J］. 湖北电力，2017，41（01）：38-40.WANG Guangting，XU Wanbing，WANG Haiming.350 MW steam turbine steam-driven boiler feed water pump thrust bearing working face burning out reason analysis［J］.Hubei Electric Power，2017，41（01）：38-40.

［6］王广庭，王海明.汽轮机转子碰磨产生临时弯曲的处理方法研究［J］.湖北电力，2010，34（02）：23-25.WANG Guangting，WANG Haiming.Research on treatment method of turbine rotor temporary bend after collision rub［J］.Hubei Electric Power，2010，34（02）：23-25.

［7］王海明，周淼，王广庭，等.华能阳逻电厂600 MW 机组轴系振动故障诊断及处理［J］. 湖北电力，2008，32（05）：38-40.WANG Haiming，ZHOU Miao，WANG Guangting，et al.Vibration fault diagnosis on 600 MW steam turbine generator sets in Huaneng Yangluo power plant and its treatment［J］.Hubei Electric Power，2008，32（05）：38-40.

［8］孙忠旭.300 MW 机组高中压缸膨胀不畅处理分析［J］.湖南电力，2011，31（02）：57-59.SUN Zhongxu.Treatment and analysis on impeded expansion of high and intermediate pressure cylinder for 300 MW units［J］.Hunan Electric Power，2011，31（02）：57-59.

［9］姜文鑫，谭勇. 200 MW 机组汽缸膨胀不畅原因分析及处理［J］.吉林电力，2009，37（04）：49-51.JIANG Wenxin，TAN Yong.Analysis and treatment on expcnsion and blocking of cyliuder in 200 MW unit［J］. Jilin Electric Power，2009，37（04）：49-51.

［10］李录平，卢绪祥，胡幼平，等.300 MW 汽轮机组几种异常振动现象及其原因分析［J］. 热力透平，2004，33（2）：114-120.LI Luping，LU Xuxiang，HU Youping，et al.Analysis of some types of abnormal vibration appearances of 300 MW turbine units［J］.Thermal Turbine，2004，33（2）：114-120.

［11］周淼，王广庭，卢双龙.汽轮发电机组间歇性振动故障分析与处理［J］.湖北电力，2016，40（07）：17-21.ZHOU Miao，WANG Guangting，LU Shuanglong.Intermittent vibration fault analysis and solution for a turbo generator unit［J］. Hubei Electric Power，2016，40（07）：17-21.

［12］蔡万里，阮羚，胡鹏.一起水轮发电机组过速致定子端部绕组严重损坏的事故分析［J］. 湖北电力，2016，40（06）：33-36.CAI Wanli，RUAN Ling，HU Peng.Analysis of an over-speed accident on hydroelectric generating set with stator winding seriously damaged［J］. Hubei Electric Power，2016，40（06）：33-36.

［13］王广庭，徐万兵.350 MW 机组四抽管道水击原因分析及改造措施［J］.湖北电力，2018，42（04）：46-48.WANG Guangting，XU Wanbing.Cause analysis and reconstruction measures of water hammer in 4th pumping pipeline of 350 MW unit［J］. Hubei Electric Power，2018，42（04）：46-48.

［14］任文斌，许金辉，唐璐. 300 MW 机组主蒸汽管道振动原因分析及处理［J］. 山东电力技术，2017，44（06）：57-59.REN Wenbin，XU Jinhui，TANG Lu.Cause analysis and elimination of 300 MW unit main steam piping vibration［J］.Shandong Electric Power，2017，44（06）：57-59.

［15］金红伟，李超，刘学，等.330 MW 直接空冷系统凝结水管道的振动分析［J］. 中国电力，2016，49（09）：99-103.JIN Hongwei，LI Chao，LIU Xue，et al.Analysis on condensate piping vibration of 330 MW direct air-cooling system［J］.Electric Power，2016，49（09）：99-103.

［16］黄小军. 600 MW 机组高压加热器启动过程中管道振动分析与治理［J］. 华电技术，2017，39（04）：48-49，76.

［17］薛宪阔，候淑娟.1 000 MW 核电机组再循环管道振动分析及治理［J］. 节能技术，2018，36（02）：176-178，187.XUE Xiankuo，HOU Shujuan. The cause analysis and improvement of recirculation piping\'s vibration for 1 000 MW nuclear power plant［J］. Energy Conservation Technology，2018，36（02）：176-178，187.

［18］李明涛，尚念青，王国栋. 1 000 MW 机组末级低加疏水管道振动原因分析与处理［J］. 神华科技，2017，15（12）：58-61.LI Mingtao，SHANG Nianqing，WANG Guodong.Vibration reasons analysis and treatment of 1 000 MW units final low increase final stage low increase drain piping［J］.Northwest Coal，2017，15（12）：58-61.

［19］唐璐，李英，仇云林，等.1 000 MW 超超临界机组凝结水再循环管道振动原因分析及治理［J］. 电力科学与工程，2011，27（02）：72-74.Tang Lu，Li Ying，Qiu Yunlin，Yu Chengzhang. Cause analysis and elimination of 1 000 mw ultra-supercritical unit condensate water reticulating piping vibration［J］.Electric Power Science and Engineering，2011，27（02）：72-74.

［20］王树义，张帆，王皓儒.百万千瓦核电机组凝结水再循环管道振动处理［J］. 热能动力工程，2016，31（01）：124-126.

［21］崔超，邹兵，高英伟.闭式冷却水泵及出口管道的振动分析与改进［J］.电站辅机，2018，39（03）：38-41.CUI Chao，ZOU Bing，GAO Yingwei.Analyze and improvement of the vibration of closed cooling water pump and outlet pipeline［J］. Power Station Auxiliary Equipment，2018，39（03）：38-41.

［22］陈辉. 发电厂汽水管道支吊架失效及管道振动治理［J］.科技创新导报，2018，15（27）：69，71.

［23］李鑫，刘天彦，林松，等. 辅助系统管道振动控制与试验研究［J］.核动力工程，2016，37（S2）：89-91.LI Xin，LIU Tianyan，LIN Song.Vibration control and experimental study of pipes for auxiliary system［J］. Nuclear Power Engineering，2016，37（S2）：89-91.

［24］金红伟，刘学，何玉灵，等. 火电厂给水再循环管道振动分析与控制［J］.中国测试，2016，42（09）：105-111.JIN Hongwei，LIU Xue，HE Yuling，et al.Vibration analysis and control on water feeding & recycling pipe system of thermal power plant［J］. China Measurement & Test，2016，42（09）：105-111.

［25］黄文超，何立东，王晨阳，等. 焦炭塔进料管道振动分析及阻尼减振技术应用［J］.北京化工大学学报（自然科学版），2016，43（06）：83-88.HUANG WenChao，HE LiDong，WANG ChenYang，et al.Case analysis of the vibration of a coke drum feed line and application of vibration damping technology［J］.Journal of Beijing University of Chemical Technology（Natural Science Edition），2016，43（06）：83-88.

［26］孟书生.输流管道自由振动特性分析系统［J］.舰船科学技术，2018，40（08）：49-51.MENG Shusheng.Free vibration characteristic analysis system of flow pipeline［J］. Ship Science and Technology，2018，40（08）：49-51.

［27］刘韬文，蒙文川，戴承伟，等. 风力发电机防冻融冰综述［J］.湖北电力，2019，43（01）：10-17.LIU Taowen，MENG Wenchuan，DAI Chengwei，et al.An overview of wind turbine generator anti-freezing and deicing［J］.Hubei Electric Power，2019，43（01）：10-17.

［28］陈龙，汪光亮. 火电厂大型循环水泵水力部件及结构优化改造［J］.湖北电力，2017，41（01）：34-37.CHEN Long，WANG Guangliang.Optimization of hydraulic components and structure of large circulating pump in fossil-fuel power plant［J］. Hubei Electric Power，2017，41（01）：34-37.

［29］李清.汽轮机推力瓦块温度过高原因分析及处理［J］.湖北电力，2017，41（01）：41-43，50.LI Qing.Analysis and processing for steam turbine thrust segment temperature excursion［J］. Hubei Electric Power，2017，41（01）：41-43，50.

［30］郑永强.叶片通过频率振动的分析及治理［J］.湖北电力，2017，41（03）：35-38.ZHENG Yongqiang.Analysis and disposal with the blade passing frequency vibration［J］. Hubei Electric Power，2017，41（03）：35-38.

注：原文发表于《湖北电力》2019年第4期，原文标题：润滑油管膨胀不畅引起机组振动分析处理研究

▌本文来源：汽机监督