關(guān)于透平機(jī)組轉(zhuǎn)速頻繁故障的研究

趙海權(quán)，汪曉娥

（國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)甲醇分公司 儀表車(chē)間，銀川 750021）

0 引言

寧夏煤業(yè)甲醇分公司循環(huán)水系統(tǒng)采用電機(jī)拖動(dòng)循環(huán)水泵的工作方式，現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)5 臺(tái)循環(huán)水泵，為60 萬(wàn)噸裝置提供循環(huán)水，總管出口壓力為0.5MPa。為響應(yīng)集團(tuán)對(duì)節(jié)能的要求，對(duì)其中的一臺(tái)進(jìn)行了改造，由電機(jī)拖動(dòng)改為蒸汽透平驅(qū)動(dòng)；汽輪機(jī)采用淄博桑特動(dòng)力設(shè)備有限公司成套設(shè)備，汽輪機(jī)為撓性轉(zhuǎn)子，臨界轉(zhuǎn)速為3690r/min，恒定按6500r/min 運(yùn)行，由齒輪減速裝置減速為590r/min，拖動(dòng)水泵。主汽門(mén)前蒸汽壓力2.5MPa，額定負(fù)荷2500kW。

本文中的循環(huán)水泵透平機(jī)組為N1.25 ～2.5 型汽輪機(jī)，系組合快裝單缸機(jī)組，次中壓沖動(dòng)冷凝式汽輪機(jī)；調(diào)節(jié)系統(tǒng)由和利時(shí)T50、B100 泵站、油動(dòng)機(jī)等主要部分組成。作為調(diào)節(jié)的脈沖訊號(hào)使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，由汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的變化使T50 輸出-10V ～10V 電壓信號(hào)到DDV 閥，使脈沖油壓發(fā)生變化，通過(guò)油動(dòng)機(jī)開(kāi)啟或關(guān)閉調(diào)閥；T50 轉(zhuǎn)速輸入信號(hào)為3 路，可接收方波或者正弦波信號(hào)，接入3 路時(shí)為三取中，2 路時(shí)為二取高，1 路時(shí)取自身，現(xiàn)場(chǎng)T50 接入的為3 路轉(zhuǎn)速信號(hào)。

圖1 調(diào)速原理圖Fig.1 Speed schema

調(diào)速原理圖如圖1 所示（以轉(zhuǎn)速升高為例）。

1 現(xiàn)狀和原因分析

機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)共安裝6 支磁阻式轉(zhuǎn)速探頭，其中SE201 ～SE203 進(jìn)入T50 透平控制器依據(jù)三取中的原則進(jìn)行轉(zhuǎn)速的選擇判斷，SE204 ～SE206 進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)無(wú)錫厚德8500 模塊轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)4mA ～20mA 信號(hào)送PLC，PLC 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速3 選2高高(7900rpm) 聯(lián)鎖停車(chē)；機(jī)組在開(kāi)車(chē)期間轉(zhuǎn)速低于800rpm時(shí)，SE203 和SE204 轉(zhuǎn)速無(wú)顯示，運(yùn)行過(guò)程中SE201、SE202、SE204、SE205 轉(zhuǎn)速不定期頻繁地不規(guī)則波動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速（6400rpm)偏差大于500rpm 時(shí)，因轉(zhuǎn)速偏差導(dǎo)致T50 送停機(jī)信號(hào)至PLC 系統(tǒng)機(jī)組停機(jī)，轉(zhuǎn)速偏差停機(jī)信號(hào)為廠家固化程序，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行修改。

機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中頻繁停機(jī)，需要對(duì)循環(huán)水泵的運(yùn)行方式頻繁地進(jìn)行切換和調(diào)整，切換過(guò)程中需要對(duì)入口和出口手動(dòng)閥進(jìn)行操作，增加了工藝操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)T50 具有首出判斷的功能，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警面板顯示首出報(bào)警為轉(zhuǎn)速故障，針對(duì)轉(zhuǎn)速故障的問(wèn)題組織技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)點(diǎn)安裝人員對(duì)安裝過(guò)程和跳車(chē)的原因進(jìn)行剖析，使用排除法逐個(gè)進(jìn)行驗(yàn)證，分析認(rèn)為存在以下幾種可能性。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)速關(guān)閥反饋信號(hào)翻轉(zhuǎn)

對(duì)照接線圖和PLC 程序，現(xiàn)場(chǎng)速關(guān)閥開(kāi)反饋信號(hào)進(jìn)入PLC 系統(tǒng)用于信號(hào)采集和報(bào)警，PLC 的輸出Q8.6 繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)進(jìn)入T50 控制器，作為T(mén)50 掛匝信號(hào)（掛匝信號(hào)為T(mén)50 允許啟動(dòng)信號(hào)），經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)，當(dāng)機(jī)組掛匝運(yùn)行時(shí),掛匝信號(hào)消失后，汽輪機(jī)高調(diào)門(mén)的開(kāi)度由正常開(kāi)度回關(guān)至零位。

分析認(rèn)為在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中存在因油壓波動(dòng)或者反饋開(kāi)關(guān)性能不穩(wěn)定導(dǎo)致速關(guān)閥開(kāi)反饋信號(hào)翻轉(zhuǎn)的情況，針對(duì)分析的原因組織進(jìn)行檢查和確認(rèn)。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的速關(guān)閥反饋開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢查和反復(fù)地開(kāi)關(guān)速關(guān)閥反饋信號(hào)均正常，萬(wàn)用表測(cè)量反饋開(kāi)關(guān)的回路阻值為2.3Ω，因反饋開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作的原因可以排除。

速關(guān)閥密封不嚴(yán)導(dǎo)致速關(guān)油腔體漏油，當(dāng)速關(guān)油壓力無(wú)法克服彈簧力時(shí)速關(guān)閥回關(guān)，開(kāi)反饋信號(hào)消失。在T50掛匝信號(hào)消失后汽輪機(jī)高調(diào)門(mén)的開(kāi)度由正常開(kāi)度回關(guān)至零位，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽被切斷，機(jī)組因無(wú)動(dòng)力來(lái)源，汽輪機(jī)被迫降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差大于500rpm 時(shí)，觸發(fā)T50 停機(jī)。針對(duì)此項(xiàng)原因設(shè)備人員對(duì)速關(guān)閥進(jìn)行拆檢，檢查速關(guān)閥密封良好，無(wú)內(nèi)漏的情況，速關(guān)閥導(dǎo)致停車(chē)的可能性可以排除。

1.2 轉(zhuǎn)速探頭故障

現(xiàn)場(chǎng)安裝的6 支磁阻式轉(zhuǎn)速探頭，轉(zhuǎn)速傳感器由磁敏電阻作感應(yīng)元件，測(cè)體上帶有凸起導(dǎo)磁材料，隨著被測(cè)物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器輸出與旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān)的脈沖信號(hào)（波形為正弦波），達(dá)到測(cè)速目的。分析認(rèn)為存在現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速探頭性能不穩(wěn)定和屏蔽不規(guī)范導(dǎo)致干擾兩種可能。

現(xiàn)場(chǎng)的6 支轉(zhuǎn)速探頭均為正規(guī)廠家生產(chǎn)，不存在質(zhì)量的問(wèn)題，隨后對(duì)一次原件的阻值進(jìn)行測(cè)量，阻值在300Ω ～400Ω 之間，確認(rèn)一次原件完好；隨后對(duì)探頭進(jìn)行校驗(yàn)，使用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)速一定時(shí)輸出的交流電壓較為穩(wěn)定。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的接線進(jìn)行檢查和確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入T50 的轉(zhuǎn)速SE201 和SE202 屏蔽線未接，隨后安排對(duì)接線進(jìn)行完善統(tǒng)一在控制柜內(nèi)單點(diǎn)接地，工藝組織開(kāi)車(chē)后轉(zhuǎn)速波動(dòng)的問(wèn)題依然存在。

結(jié)合測(cè)試的結(jié)果和工藝再次開(kāi)車(chē)的情況排除該原因。

1.3 轉(zhuǎn)速與測(cè)速齒輪安裝間隙不符合要求

按照轉(zhuǎn)速探頭的安裝規(guī)范要求，轉(zhuǎn)速探頭距離測(cè)速齒輪按照間隙要求為0.8mm ～2mm，現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速探頭的螺紋規(guī)格為M16×1，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的安裝過(guò)程和安裝數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，在現(xiàn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)速安裝過(guò)程中統(tǒng)一要求為轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)至底部然后退出一圈，為保證測(cè)量的精度要求安裝間隙控制的距離為1mm 左右，符合探頭的安裝要求；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原安裝位置進(jìn)行標(biāo)記，將6 支轉(zhuǎn)速探頭全部拆除，使用游標(biāo)卡尺對(duì)安裝孔的深度和轉(zhuǎn)速探頭的安裝距離進(jìn)行復(fù)核，確認(rèn)安裝間隙均控制在1mm 左右，探頭的安裝符合安裝要求，排除轉(zhuǎn)速探頭一次原件因安裝問(wèn)題導(dǎo)致轉(zhuǎn)速波動(dòng)的可能性。

1.4 轉(zhuǎn)速安裝殼間隙不符合要求

現(xiàn)場(chǎng)安裝殼隨設(shè)備成套安裝孔共計(jì)7 個(gè)，處于同一個(gè)平面，其中上部安裝4 支（SE201 ～SE204）轉(zhuǎn)速，殼體下部安裝兩支（SE205 ～SE206）轉(zhuǎn)速，6 個(gè)轉(zhuǎn)速安裝孔規(guī)格均為M16×1，1 個(gè)M16×1.5 為汽輪機(jī)潤(rùn)滑油回油孔。

分析認(rèn)為存在上部4 支探頭之間的間隙過(guò)小導(dǎo)致探頭輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)存在相互干擾的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速安裝殼的整體拆除進(jìn)行檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)上部的4 支轉(zhuǎn)速探頭之間的距離較近不符合磁阻式探頭的安裝要求，下部的兩支轉(zhuǎn)速探頭的距離滿足磁阻式探頭的安裝要求（現(xiàn)場(chǎng)安裝情況見(jiàn)圖3）；上部安裝的轉(zhuǎn)速探頭在保證與測(cè)速齒輪之間的1mm 間隙的情況下，各轉(zhuǎn)速之間的間隙過(guò)小存在干擾導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定是機(jī)組在運(yùn)行期間轉(zhuǎn)速波動(dòng)的根本原因。

2 解決策略

針對(duì)此項(xiàng)原因結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，因受汽輪機(jī)缸蓋殼體固定螺栓的限制，原轉(zhuǎn)速安裝殼兩邊的開(kāi)孔位置無(wú)法更改，更改后會(huì)導(dǎo)致探頭無(wú)法安裝，為保證各探頭之間的間隙滿足磁阻式探頭的測(cè)量要求，只能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的安裝數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后還必須保證原有的邏輯功能。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和分析決定將現(xiàn)場(chǎng)安裝孔進(jìn)行調(diào)整，上部的安裝孔由4 個(gè)改為3 個(gè)，轉(zhuǎn)速探頭的總數(shù)由原來(lái)的6 個(gè)改為5 個(gè)，其中SE201 ～SE203 進(jìn)入T50 透平控制器用于轉(zhuǎn)速信號(hào)選擇判斷，SE204 ～SE205 進(jìn)入無(wú)錫厚德8500模塊轉(zhuǎn)換后進(jìn)入PLC 系統(tǒng)，在T50 轉(zhuǎn)速控制器組態(tài)一路AO(模擬量輸出）4mA ～20mA 信號(hào)，組態(tài)選項(xiàng)選轉(zhuǎn)速輸出，量程范圍與原PLC 程序一致（0 ～9000rpm)，作為SE206 進(jìn)入PLC 系統(tǒng)，保證PLC 系統(tǒng)的3 選2 邏輯保持不變，確保邏輯的可靠性，不存在誤動(dòng)和拒動(dòng)的情況。

圖2 原安裝殼圖紙F(tuán)ig.2 Original installation shell drawings

圖4 改造后的安裝圖Fig.4 Installation diagram after renovation

3 效果驗(yàn)證

圖3 現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速間隙照片F(xiàn)ig.3 Live speed gap photos

通過(guò)此次對(duì)轉(zhuǎn)速安裝的優(yōu)化和調(diào)整，轉(zhuǎn)速探頭在安裝過(guò)程中依然按照原來(lái)的安裝要求，旋到底然后退出一圈的要求，現(xiàn)場(chǎng)的屏蔽電纜采用1×2×1.5mm2普通屏蔽電纜，在控制柜側(cè)單點(diǎn)接地，安裝完成后對(duì)一次原件進(jìn)行二次確認(rèn)，阻值均在正常范圍內(nèi)，工藝人員確認(rèn)相關(guān)條件后組織進(jìn)行機(jī)組開(kāi)車(chē)，在第一暖機(jī)轉(zhuǎn)速800rpm，SE201 ～SE205轉(zhuǎn)速測(cè)量穩(wěn)定，機(jī)組升至正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速6400rpm，轉(zhuǎn)速測(cè)量穩(wěn)定，機(jī)組在開(kāi)機(jī)期間低轉(zhuǎn)速無(wú)顯示和正常運(yùn)行期間轉(zhuǎn)速波動(dòng)導(dǎo)致停車(chē)的問(wèn)題再未出現(xiàn)，正常運(yùn)行期間各轉(zhuǎn)速之間的偏差在10rpm 以?xún)?nèi)，徹底解決了因轉(zhuǎn)速波動(dòng)導(dǎo)致的停車(chē)問(wèn)題，保障了機(jī)組的安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的問(wèn)題主要原因?yàn)槌商自O(shè)備的制造和技術(shù)數(shù)據(jù)的核實(shí)過(guò)程把關(guān)不嚴(yán)，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速測(cè)量存在缺陷。本文針對(duì)本公司的透平水泵頻繁因轉(zhuǎn)速故障跳車(chē)的問(wèn)題進(jìn)行了分析和總結(jié)，解決了因轉(zhuǎn)速頻繁跳車(chē)的問(wèn)題，但是目前現(xiàn)場(chǎng)汽輪機(jī)的端蓋漏氣嚴(yán)重，部分儀表的運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，需要儀表人員和設(shè)備管理人員相互配合進(jìn)一步地完善現(xiàn)場(chǎng)儀表的運(yùn)行環(huán)境，杜絕因外部環(huán)境原因?qū)е碌膬x表?yè)p壞而引發(fā)的透平水泵停車(chē)的問(wèn)題。