田長(zhǎng)河 王永旭 劉鐵苗 李飛 程江南 劉金龍

摘 要：汽輪機(jī)軸系振動(dòng)故障預(yù)防是非常重要的，因此，實(shí)際振動(dòng)故障案例處理經(jīng)驗(yàn)非常重要。該文針對(duì)一汽輪機(jī)實(shí)際沖轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的軸振突變導(dǎo)致停機(jī)的故障進(jìn)行分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是由于剛起機(jī)時(shí)機(jī)組缸體膨脹不暢，導(dǎo)致機(jī)組存在碰磨而引起的；并且，在沖轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)的相互耦合導(dǎo)致振動(dòng)瞬間增大引發(fā)跳機(jī)問題。針對(duì)這一故障對(duì)機(jī)組的高壓調(diào)速汽門進(jìn)汽順序進(jìn)行調(diào)整，解決了此振動(dòng)故障對(duì)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的影響，極大提高了機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。這對(duì)解決其他電廠機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中的軸系振動(dòng)故障具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) 沖轉(zhuǎn) 膨脹不暢 碰磨故障

中圖分類號(hào)：TK26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（b）-0109-03

汽輪機(jī)振動(dòng)故障嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，然而，由于振動(dòng)的產(chǎn)生原因是多種多樣的，在實(shí)際問題未出現(xiàn)時(shí)能夠及時(shí)預(yù)測(cè)并避免或問題出現(xiàn)后能夠及時(shí)解決仍具有較大難度。國(guó)內(nèi)已有很多研究人員從很多方面進(jìn)行了很多相關(guān)研究，如在振動(dòng)故障本身的特征提取方面，趙永剛通過小波分析對(duì)4種典型汽輪機(jī)瓦軸故障信號(hào)進(jìn)行故障診斷的頻率特征提取[1]。然而，隨著風(fēng)電等新能源的大規(guī)模引入，風(fēng)速預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致更多的機(jī)組冗余備用[2]，越來越多大功率火電機(jī)組不得不進(jìn)行深度調(diào)峰運(yùn)行，噴嘴配汽不合理導(dǎo)致的振動(dòng)故障也很多[3]。文獻(xiàn)[4]闡述了噴嘴配汽故障的產(chǎn)生機(jī)理，并提出了采用配汽優(yōu)化消除故障對(duì)機(jī)組安全及效率的影響。超臨界噴嘴調(diào)節(jié)機(jī)組也存在此類故障，通過對(duì)實(shí)際機(jī)組進(jìn)行順序閥優(yōu)化改造也可解決此問題[5]。也有研究者通過對(duì)軸系載荷進(jìn)行重新分配解決機(jī)組軸振問題，并在實(shí)際機(jī)組中取得了實(shí)際應(yīng)用效果[6]。起機(jī)過程也是汽輪機(jī)的一個(gè)重要運(yùn)行階段，然而，公開文獻(xiàn)中介紹機(jī)組并網(wǎng)前沖轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的軸振故障進(jìn)行研究的實(shí)際案例較少。

文章針對(duì)汽輪機(jī)實(shí)際沖轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的軸振突變導(dǎo)致停機(jī)的故障進(jìn)行分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是由于剛起機(jī)時(shí)機(jī)組缸體膨脹不暢導(dǎo)致高中壓轉(zhuǎn)子碰磨引起的；并且，在沖轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)的相互耦合導(dǎo)致振動(dòng)瞬間增大引發(fā)跳機(jī)問題。針對(duì)這一故障對(duì)機(jī)組的高壓調(diào)速汽門進(jìn)汽順序進(jìn)行調(diào)整，解決了此振動(dòng)故障對(duì)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的影響，提高機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

1 案例機(jī)組及振動(dòng)現(xiàn)象

1.1 案例機(jī)組軸系概況

案例機(jī)組軸系高中壓側(cè)布置如圖1所示。沖轉(zhuǎn)時(shí)，4個(gè)高調(diào)閥對(duì)應(yīng)于4組噴嘴同時(shí)同開度進(jìn)汽，2個(gè)中壓聯(lián)合汽閥從汽缸下半右、左兩側(cè)分別進(jìn)入中壓缸。調(diào)節(jié)閥在流量30%以下時(shí)起調(diào)節(jié)作用，以維持再熱器內(nèi)必要的最低壓力，調(diào)節(jié)閥在超過30%總流量指令時(shí)保持全開，僅由高壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)負(fù)荷。

1.2 故障現(xiàn)象描述

機(jī)組大修起機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)，突然出現(xiàn)軸振突增故障而引發(fā)跳機(jī)，如圖2和圖3所示，軸系各處的軸振都明顯變大，其中高中壓缸處的軸振變化最大#2瓦x向振動(dòng)最大至290 μm多，#1瓦x向振動(dòng)大致170 mm且y向振動(dòng)大致190 mm；并且，實(shí)際觀察各軸瓦處的瓦振也隨著軸振的增大而增大，并且瓦振與軸振的趨勢(shì)是一致的。

2 問題的原因確定及處理措施

2.1 故障數(shù)據(jù)分析

機(jī)組軸振故障原因很多，并且他們之間互相關(guān)聯(lián)、相互影響，要解決故障必須綜合分析故障原因[5-6]。首先，首次冷態(tài)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)過程中，機(jī)組高中壓缸各軸承的振動(dòng)沒有異常。這可以說明：一是軸系平衡較好；二是軸承座支承動(dòng)剛度正常。也就是說，故障發(fā)生前，機(jī)組的軸系以及配汽等控制系統(tǒng)本身是良好的，因此，需要首先排查有無其他非軸系本身因素引發(fā)這次故障。另外，#3瓦軸振基本沒有變化。所以，對(duì)機(jī)組進(jìn)行#1瓦、#2瓦軸振的頻譜分析，分別如圖3～6所示。

2.2 振動(dòng)原因分析

通過頻譜分析可以看出：故障部分主要是高頻成分，與碰磨故障特征非常接近。此外，故障發(fā)生時(shí)軸系正處于臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，此時(shí)的軸系振動(dòng)對(duì)于外界的擾動(dòng)比較敏感，極易引發(fā)軸系的振動(dòng)突增放大問題。此外，通過實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，此類問題在其他電廠中也存在過。這對(duì)于大功率汽輪發(fā)電機(jī)組的安全高效運(yùn)行影響極大，因此，妥善解決非常重要。

3 故障的判定及解決

從上面的分析，基本可以看出：此次軸系故障很大程度上是由于動(dòng)靜葉片或者軸瓦碰磨引起的；并且，機(jī)組沖轉(zhuǎn)起機(jī)而未并網(wǎng)發(fā)電時(shí)很可能存在汽缸膨脹不暢的問題；同時(shí)，由于沖轉(zhuǎn)過程中剛好達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，兩者相互耦合相互影響導(dǎo)致振動(dòng)瞬間增大。所以，機(jī)組正常運(yùn)行后也出現(xiàn)了碰磨現(xiàn)象，如圖7所示，#1、#2瓦軸振處于不穩(wěn)定狀態(tài)，尤其是在快速升負(fù)荷階段，機(jī)組采用第三閥進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，升負(fù)荷速率過快導(dǎo)致轉(zhuǎn)子瞬間偏移量過大，故還會(huì)發(fā)生碰磨故障。所以，實(shí)際碰磨故障的特征比較明顯；并且，文獻(xiàn)[7]在介紹汽輪機(jī)動(dòng)靜碰磨的機(jī)理和振動(dòng)信號(hào)特征的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)引起該類故障的主要因素，并提出相應(yīng)診斷與處理對(duì)策。文獻(xiàn)[8]指出了滑動(dòng)軸承油膜厚度對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)的影響，這與文獻(xiàn)[4]給出的機(jī)理分析是一致的。因此，根據(jù)文獻(xiàn)[4]提到的方法，對(duì)機(jī)組進(jìn)行進(jìn)汽順序調(diào)整，#1、#2瓦軸振的突變問題得到了解決。從實(shí)際角度來講，此次振動(dòng)故障基本解決。

4 結(jié)論及展望

針對(duì)電廠中一臺(tái)機(jī)組大修后的起機(jī)沖轉(zhuǎn)過程出現(xiàn)的軸振故障進(jìn)行分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于檢修機(jī)組膨脹不暢出現(xiàn)碰磨而引起振動(dòng)；同時(shí)，臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，兩者相互耦合相互影響導(dǎo)致振動(dòng)瞬間增大。對(duì)機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中的軸系振動(dòng)故障具有一定的借鑒意義：第一，機(jī)組在出現(xiàn)故障時(shí)首先要就地逐一排查，檢查各硬件設(shè)施是否有機(jī)械故障；第二，在排查完機(jī)械問題后再對(duì)控制系統(tǒng)等軟件設(shè)施進(jìn)行檢查，做到細(xì)致全面；第三，新檢修機(jī)組起機(jī)時(shí)需要密切關(guān)注機(jī)組膨脹問題，避免由于機(jī)組缸體等的不暢問題引發(fā)其他嚴(yán)重故障；第四，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域時(shí)，要時(shí)刻關(guān)注機(jī)組的運(yùn)行狀況，此區(qū)域機(jī)組軸系振動(dòng)對(duì)外界擾動(dòng)比較敏感，極易由外界的一個(gè)小擾動(dòng)引發(fā)軸系的振動(dòng)故障。

此外，由于此次故障處理得當(dāng)基本沒有造成損失。因此，在后面的機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，還需加強(qiáng)這方面振動(dòng)的監(jiān)視，因?yàn)檫@時(shí)不能夠完全排除其他故障原因的存在。文章僅寫了一個(gè)從實(shí)際角度解決的振動(dòng)問題。今后，還需從振動(dòng)故障診斷系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)中，對(duì)此次振動(dòng)故障的表現(xiàn)（如基頻振幅、相位隨運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行工況的變化而變化的特征）進(jìn)行細(xì)致分析，同時(shí)利用汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)分類方法最終確定振動(dòng)故障原因。

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