淺析600MW汽輪機組汽流激振故障診斷與處理方法

雷少朋

（陜西德源府谷能源有限公司，陜西 榆林 719400）

汽流激振故障作為汽輪機組的常見故障問題之一，在我國引進的多種超臨界機組中均有出現(xiàn)，而國產(chǎn)的600MW機組也曾出現(xiàn)汽流激振現(xiàn)象，其對機組的正常運作造成不利影響。在汽輪機組的高效化發(fā)展下，汽流激振故障越來越嚴重，汽流對于轉(zhuǎn)子的影響越來越明顯，該現(xiàn)象間接提高了汽輪機出現(xiàn)汽流激振故障的概率，因此，針將大容量600MW汽輪機的汽流激振故障診斷與處理作為研究重點，以期降低汽流激振故障的發(fā)生概率。

1 汽輪機汽流激振的特征分析

首先，振動頻率基本與高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速頻率一致，通常為低頻分量。在汽輪機運作期間，蒸汽激振力與軸承油膜阻尼力的非線性特性下，部分情況下會出現(xiàn)諧波分量；其次，根據(jù)上述汽流激振的機理了解到，汽流激振在高參數(shù)的汽輪機組的高中壓轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)概率更高，600MW汽輪機正是如此；然后，汽流激振故障更頻發(fā)于機組負荷升高的條件下，若機組負荷升高到一定水平，則會突然出現(xiàn)汽流激振故障，若符合降低到該水平線以下時，又會逐漸消失，本文后續(xù)將對此進行試驗分析；最后，汽流激振與軸承標高、調(diào)門開啟流程、調(diào)門開度等因素存在一定聯(lián)系，因此，通過調(diào)節(jié)標高與高壓調(diào)節(jié)閥，在一定程度上控制汽流激振。

2 600MW汽輪機組汽流激振故障的診斷

根據(jù)汽流激振機理來看，蒸汽對轉(zhuǎn)子切向力影響的提高使得轉(zhuǎn)子激振力進一步加強，可能導致轉(zhuǎn)子失穩(wěn)而出現(xiàn)不穩(wěn)定振動現(xiàn)象，這便是汽流激振故障。通常情況下，汽流激振屬于自激振動現(xiàn)象，形成因素一般包括以下三點。

2.1 葉頂間隙激振力

若汽輪機的轉(zhuǎn)子存在彎曲現(xiàn)象，則會引發(fā)轉(zhuǎn)子與汽缸幾何中心錯位問題，從而導致圓周向間隙分布不均勻，轉(zhuǎn)子和汽缸間隙出現(xiàn)大小差異。其中間隙較大的一側蒸汽經(jīng)過量會提高，漏汽更多，在動葉中的蒸汽及作用力均降低，并且切向力也降低。蒸汽經(jīng)過量較小的一邊，作用于動葉的蒸汽會提高，切向力會加大，兩種切向力存在較大差異導致扭矩的生成，促使轉(zhuǎn)子做功，也會出現(xiàn)不平衡的切向力，使轉(zhuǎn)子被沿轉(zhuǎn)動方向渦動，出現(xiàn)汽流激振故障。

2.2 密封間隙激振力

大功率汽輪機的動葉外徑及隔板內(nèi)徑中的汽封設計錯綜復雜，很可能出現(xiàn)密封間隙振力，影響因素多表現(xiàn)在以下幾點：①汽輪機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)幾何方向偏移，導致各規(guī)格的間隙存在壓力差異，轉(zhuǎn)子周邊的靜壓力出現(xiàn)變化；②進出汽邊齒間隙形狀不同，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動期間出現(xiàn)漏汽量的差異，兩側齒的腔室壓力存在區(qū)別；③動葉片為三角狀，難以把控汽封間隙中的流體方向，從而引發(fā)預旋問題；轉(zhuǎn)子運行過程中，會使汽流在汽封間隙中出現(xiàn)螺旋狀，圓周方向不對等合力和轉(zhuǎn)子存在進動相位差。

2.3 靜態(tài)汽流力

蒸汽流量是影響汽輪機負荷的關鍵因素，因此，在蒸汽流量的變化下，汽輪機負荷存在不同。當前汽輪機的形式多種多樣，其中噴嘴配汽最為常見，在應用期間，需要進行噴嘴的分組，不同噴組配備不同的調(diào)節(jié)閥，打開調(diào)節(jié)閥后對其后的空間進行分配。在汽缸溫差的作用下，先對180°范圍中的調(diào)節(jié)汽閥進行控制，讓蒸汽進入下汽缸，之后開啟噴嘴調(diào)整模式。在負荷變化之下，按照一定順序打開調(diào)節(jié)閥，一級靜葉控制汽機的調(diào)節(jié)閥會受到流量與負荷變化的影響，因此，工作人員需要控制噴嘴的打開數(shù)量，但是這兩個條件的變化，導致調(diào)節(jié)噴嘴進汽出現(xiàn)差異，出現(xiàn)不對稱的作用力。在滿圓周進汽下，兩側對稱角度的噴嘴會相互產(chǎn)生作用力，若噴嘴組截面積一致，則出現(xiàn)作用力相同的汽流，汽流交匯時，出現(xiàn)扭矩而促使軸旋轉(zhuǎn)做功。若噴嘴堵塞，則沒有蒸汽經(jīng)過噴嘴，不會出現(xiàn)抵消汽流的力，若轉(zhuǎn)子被蒸汽抬起，軸承受力降低，穩(wěn)定性難以保證[1]。

3 600MW汽輪機汽流激振故障的處理措施

3.1 蒸汽激振力的處理

引發(fā)600MW汽輪機汽流激振故障的因素多種多樣，蒸汽激振力是其中一個較為普遍的因素，因此，為保證汽輪機組的穩(wěn)定運作，便需要重點針對蒸汽激振力進行控制，采取對應的方法進行處理，具體如以下兩點：①結合汽輪機組的運作與生產(chǎn)需求，觀察汽輪機組在運作期間的負荷情況，如果機組處于高負荷運作條件下，并且需要對其負荷進行調(diào)節(jié)時，則需要提高開度與軸振力的調(diào)控力度，結合軸振與開度的穩(wěn)定情況采取科學可行的蒸汽運作模式，以該方法控制汽流激振故障的形成。若運作負荷較低，需要調(diào)控負荷率的提升與下降狀態(tài)，一邊快速升降對汽輪機組穩(wěn)定性帶來的不利影響。在蒸汽激振力處理期間，如果通過蒸汽壓力的降低以及蒸汽流量的提高調(diào)節(jié)機組運行負荷水平，會導致其他故障的出現(xiàn)；②在處理蒸汽激振力異常狀況時，關注汽輪機組的檢查維修作業(yè)，并且針對葉頂間隙和汽封間隙進行檢查和調(diào)整，確保汽輪機組的安全運作。同時，在汽封位置加裝渦動控制裝置，并調(diào)節(jié)好轉(zhuǎn)子和汽缸的同心性，調(diào)整軸系的點位，以免轉(zhuǎn)子汽缸偏移度較大等問題的出現(xiàn)，降低激振力帶來的影響。該方法有效提高汽輪機組的運作穩(wěn)定性，控制故障的出現(xiàn)頻率，提高汽輪機的運行效益[2]。

3.2 提高軸瓦穩(wěn)定性

為提高600MW汽輪機組的運作穩(wěn)定性，保持軸瓦良好的運作狀態(tài)至關重要，該方法是處理汽流激振故障的重要手段，而在軸瓦運作狀態(tài)控制中，明確以下幾項要點：①若軸瓦穩(wěn)定性較強，其在運作期間會提升阻尼力，有效控制蒸汽激振力的影響，從而提高汽輪機組的整體運作穩(wěn)定性。同時，調(diào)控潤滑油的溫度，確保潤滑油溫度達到既定標準，提高軸系中心的穩(wěn)定性與安全性。在此期間，還需要保證軸封運行參數(shù)的合理，對其參數(shù)進行控制，降低汽流激振故障的發(fā)生率；②在軸瓦安裝與后期運維工作中，需要重點關注軸瓦型號，同時，對軸瓦間隙及軸承標高進行檢查，避免軸瓦表面出現(xiàn)嚴重磨損問題，若發(fā)現(xiàn)問題則要及時進行解決。還需要盡量規(guī)避漏汽問題的形成，確保蒸汽機組能夠穩(wěn)定運作[3]。

4 基于汽流激振機理與特征的調(diào)節(jié)試驗

某電廠#2機組高中壓轉(zhuǎn)子振動于高負荷區(qū)域存在低頻振動現(xiàn)象，這使得轉(zhuǎn)子振動穩(wěn)定性受到影響，軸承的振動波動最為明顯。低頻振動幅值和機組負荷具有一定聯(lián)系，若負荷提高，則低頻振動幅值相應提高，因此，該機組的高中壓轉(zhuǎn)子振動問題屬于汽流激振故障，進而采取在線試驗的方式找到問題根源并解決，具體試驗程序如下：

（1）不斷提高負荷，使得#2軸承出現(xiàn)振動現(xiàn)象，但將振動問題控制在不發(fā)散的狀態(tài)下，對其運作參數(shù)進行檢查和控制，如機組背壓需要保持在30KPa左右。之后進行觀察，在機組負荷處于520MW時，進行相關試驗，記錄下轉(zhuǎn)子振動的有關數(shù)據(jù)。

（2）開啟交流潤滑油泵，在油壓逐漸穩(wěn)定之后，機組進行為期10min的試運行，期間觀察高中壓轉(zhuǎn)子振動情況并記錄，由于機組運行層的軸承入口油壓處于0.18MPa左右，因此，在啟動油泵之后，軸承入口的油壓持續(xù)提高。

（3）關閉油泵，在油壓逐漸穩(wěn)定后，逐漸將油溫控制在38℃～45℃之間，并且不斷降低至38℃，機組潤滑溫度會處于38.5℃上下，此時進行油溫調(diào)控與試運行的試驗操作，當油溫提高1℃機組試運行5min觀察參數(shù)并記錄。當某一試驗節(jié)點下，在提高1℃油溫的情況下，機組高中壓轉(zhuǎn)子低頻振動的增幅相對較高，則可以停止試驗，以相同的方式進行反向試驗，油溫降低1℃，機組試運行5min并進行觀察。

（4）若調(diào)節(jié)油壓與油溫對汽流激振起到控制效果，則油溫油壓在調(diào)節(jié)完成后，試驗結束，若無法控制，則進行閥序調(diào)整試驗。

（5）閥序調(diào)整試驗，在既有的復合配汽條件下，機組運作狀態(tài)較為穩(wěn)定，強制CV1開度由60%不斷縮減至30%。在試驗期間，若降低CV1開度以及提升高中壓轉(zhuǎn)子的低頻振動現(xiàn)象，則進行關斷并恢復CV1的開度，在恢復時每15s恢復1%，其余調(diào)門的開度應當自動調(diào)整，保證機組系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（6）在CV1強制試驗完成后，開展強制CV2試驗，開度由45%降低至25%，原理與CV1一樣。在CV2試驗強制完成后，需要恢復自動控制，強制CV3開度也由45%降至25%，原理與強制CV2試驗一樣。

（7）在CV3強制試驗結束并恢復自動控制后，強制CV4的開度由5%提高到40，若開度提高期間，高中壓轉(zhuǎn)子低頻振動加劇，則停止提高開度并逐漸恢復，開關周期與上述相同。

（8）在上述試驗完成后，操作人員結合閥門試驗結果分析機組運作的最佳閥序，從而對汽流激振故障進行有效控制。

（9）控制機組的負荷在400MW上下，并且機組閥門控制模式轉(zhuǎn)變?yōu)轫樞蜷y，重復試驗程序的5）和8），從反復試驗的過程中找出順序閥下實現(xiàn)汽流激振故障控制的最佳閥序[4]。

5 結語

汽流激振故障對汽輪機組的運作狀態(tài)產(chǎn)生嚴重的影響，為有效規(guī)避汽流激振問題，管理人員需要總結汽流激振問題的各項形成因素，結合不同的問題成因情況制定針對性的處理措施，一方面控制汽流激振問題的出現(xiàn)概率，另一方面則要將汽流激振故障帶來的影響降至最低。根據(jù)汽流激振故障機理與特征進行診斷，在了解故障原因和表現(xiàn)后，采取有效的方法手段進行解決，保證汽輪機組的運作穩(wěn)定性。