劉東旭 張磊

摘要：汽輪機(jī)振動故障是機(jī)組常見的故障類型，在實際處理過程中，會對轉(zhuǎn)子進(jìn)行振動監(jiān)測，然后通過轉(zhuǎn)子動平衡加配重的方式處理，然而對于其他類型振動故障處理，其實際效果不明顯。不僅問題沒有得到有效的解決，而且花費(fèi)了不必要的檢修費(fèi)用，最終通過閥序調(diào)整的方式解決振動問題。因此，本文針對轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡與閥序調(diào)整這兩種振動處理方法容易混淆的問題，基于現(xiàn)場實際運(yùn)行數(shù)據(jù)，提出一種分析方法，輔助技術(shù)人員進(jìn)行決策分析。同時結(jié)合實際案例分析，驗證了此方法不僅能夠及時、有效地對振動故障進(jìn)行分析，而且能夠選擇合適的處理方法，避免無效工作，為企業(yè)節(jié)省不必要的檢修費(fèi)用，具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)??振動故障??閥序調(diào)整??決策方法

Decision-making method and case analysis of vibration fault handling of steam turbine unit

LIU Dongxu，ZHANG Lei

（Harbin Institute of Technology， Harbin，?Heilongjiang Province， 150001 China）

Abstract：?Turbine vibration failure is a common type of failure of the unit. In the actual process， the rotor will be monitored for vibration， and then the rotor will be dynamically balanced and counterweighted. However， for other types of vibration fault handling， the actual effect is not obvious. Not only the problem has not been effectively solved， but also unnecessary maintenance costs are spent. Finally， the vibration problem is solved by adjusting the valve sequence. Therefore， this paper aims at the problem that the two vibration treatment methods of rotor mass imbalance and valve sequence adjustment are easy to confuse， based on the actual operating data of the site， an analysis method is proposed to assist the technical personnel in the decision-making analysis. At the same time， combined with the actual case analysis， it is verified that this method can not only analyze the vibration failure in a timely and effective manner， but also can select an appropriate treatment method， avoid invalid work， and save unnecessary maintenance costs for the enterprise， which has certain reference significance.

Keywords：?Steam turbine; Vibration failure; Valve sequence adjustment; Decision-making method

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在高溫蒸汽中高速旋轉(zhuǎn)，不僅要承受氣流的作用力和離心力，而且還要承受著溫度差引起的熱應(yīng)力。然而在實際運(yùn)行過程中，難免會出現(xiàn)軸振增大問題。所以，軸振的穩(wěn)定性對汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著很大的影響。因此，大量學(xué)者針對汽輪發(fā)電機(jī)組振動問題展開了研究。有文獻(xiàn)分析了氣流激振引起機(jī)組軸振增大問題;有文獻(xiàn)簡述了由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡導(dǎo)致機(jī)組軸振偏大;有文獻(xiàn)綜述了轉(zhuǎn)子發(fā)生動靜碰磨造成機(jī)組振動故障的原因;有文獻(xiàn)講述了軸瓦穩(wěn)定性較差從而造成機(jī)組軸振增大;有文獻(xiàn)簡述了進(jìn)汽方式對機(jī)組軸振的影響。綜上所述，機(jī)組異常振動產(chǎn)生的原因主要有轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、動靜碰磨、汽流激振、軸瓦穩(wěn)定性差、不平衡汽流力等。

然而在現(xiàn)場實際處理過程中，容易將轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡與閥序調(diào)整這兩種處理方法混淆，大多數(shù)都會采用動平衡處理的方式解決軸振增大的問題。但是在實際實施后效果卻不明顯，機(jī)組在投運(yùn)順序閥運(yùn)行過程中還會存在振動增大的問題。不僅問題沒有得到有效的解決，而且花費(fèi)了不必要的檢修費(fèi)用，造成額外的經(jīng)濟(jì)損失。因此，本文針對上述問題，結(jié)合實際工程案例，總結(jié)出一套分析方法用于處理同類故障，為此類型故障的有效解決提供借鑒。

1?故障現(xiàn)象及分析

一般大型汽輪機(jī)的進(jìn)汽方式主要有節(jié)流調(diào)節(jié)（單閥）和噴嘴調(diào)節(jié)（順序閥）兩種。由于噴嘴調(diào)節(jié)方式節(jié)流損失較小，所以一般汽輪機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后，會投運(yùn)噴嘴調(diào)節(jié)方式。然而在實際生產(chǎn)過程中，在進(jìn)行閥序切換時，會出現(xiàn)#1或#2瓦會軸振突升的情況，甚至振動超過報警值，導(dǎo)致機(jī)組不能安全投運(yùn)順序閥。

例如，某廠330MW亞臨界六調(diào)門機(jī)組，如圖1所示，機(jī)組在節(jié)流調(diào)節(jié)方式下進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行時，#1瓦絕對振動值穩(wěn)定在80μm以下，無任何的突變現(xiàn)象。而由節(jié)流調(diào)節(jié)切換到噴嘴調(diào)節(jié)期間的切換過程中和切換完成后，#1瓦絕對振動值由74μm突升到140μm，遠(yuǎn)超過規(guī)定的報警值。此種故障容易引發(fā)機(jī)組發(fā)生碰磨，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

為解決軸振較大的問題，后期在機(jī)組大修期間，將轉(zhuǎn)子返廠進(jìn)行動平衡處理。大修結(jié)束后機(jī)組啟機(jī)運(yùn)行，投運(yùn)一段時間單閥后，進(jìn)行了閥序切換試驗。如圖2所示，順序閥運(yùn)行過程還是存在軸振增大的情況，雖然其振動幅度由140μm降到130μm，較之前有了較小的變化，但是依然存在一定的安全隱患。所以，為了保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，則只能繼續(xù)采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式運(yùn)行，對機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有極大的影響。

通過上述現(xiàn)象表明，由于進(jìn)汽方式不合理，不平衡汽流力導(dǎo)致軸系失穩(wěn)，軸系受力不均衡，發(fā)生軸振增大的現(xiàn)象。所以在進(jìn)行動平衡處理后，還是存在軸振增大的問題。因此，軸振增大的問題其根源不在于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。

2?分析方法

結(jié)合上述故障現(xiàn)象，針對轉(zhuǎn)子動平衡處理和閥序調(diào)整這兩種振動的處理方式，為避免現(xiàn)場人員進(jìn)行無效的工作，能夠及時有效的處理此類故障，本文提出一種分析方法，結(jié)合現(xiàn)場機(jī)組實際運(yùn)行數(shù)據(jù)，具體分析過程如下。

（1）收集機(jī)組節(jié)流調(diào)節(jié)方式及噴嘴調(diào)節(jié)方式下的大范圍變負(fù)荷（額定負(fù)荷的40%～100%工況）數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)測點(diǎn)包含功率、高調(diào)門開度反饋值、#1至#2瓦的軸振值。

（2）利用軟件仿真分析或者借助DCS曲線趨勢添加以上測點(diǎn)進(jìn)行分析。

（3）利用節(jié)流調(diào)節(jié)方式的大范圍變負(fù)荷（額定負(fù)荷的40%～100%工況）數(shù)據(jù)，需要根據(jù)變負(fù)荷過程中軸振的變化趨勢判定其軸系穩(wěn)定性。

（3）根據(jù)上述節(jié)流調(diào)節(jié)方式軸振的情況，分析在切換過程中或切閥后的軸振變化的趨勢。若機(jī)組節(jié)流調(diào)節(jié)閥方式進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行時，其軸振穩(wěn)定性較好，而在投運(yùn)噴嘴調(diào)節(jié)方式過程中軸振變化范圍較大或發(fā)生突變，則說明軸振增大是由于機(jī)組不平衡汽流力導(dǎo)致的，需要進(jìn)行閥序?qū)?yōu)試驗，調(diào)整進(jìn)汽順序可以有效解決上述問題;若機(jī)組節(jié)流調(diào)節(jié)方式進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行時，其軸振有上升或突變的情況，而在投運(yùn)噴嘴調(diào)節(jié)方式過程中其軸振變化范圍也比較大，則說明轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，軸系整體穩(wěn)定性較差，需要進(jìn)行動平衡處理。

3?應(yīng)用案例分析

以某廠330MW亞臨界六調(diào)門機(jī)組為例，其進(jìn)汽方式有單閥和順序閥兩種，單閥調(diào)節(jié)時6個高調(diào)門按照指令同時開啟或關(guān)閉，機(jī)組順序閥調(diào)節(jié)時，按照GV1+GV2→GV4→GV5→GV6→GV3次序依次開啟，即先開GV1、GV2，再開GV4，再開GV5，再開GV6，再開GV3，屬于下缸進(jìn)汽。機(jī)組噴嘴布置如下圖3所示。

收集機(jī)組優(yōu)化前單閥與順序閥變工況數(shù)據(jù)，利用仿真軟件畫出功率趨勢圖、調(diào)門變化趨勢圖、軸振變化趨勢圖進(jìn)行分析。如圖3（a）、圖3（b）、圖3（c）所示，機(jī)組在單閥模式下，功率由250MW升至282MW，#1瓦X向振動穩(wěn)定在53μm、#1瓦Y向振動穩(wěn)定在48μm，進(jìn)行變負(fù)荷調(diào)節(jié)時沒有任何上升趨勢或突變情況，整體穩(wěn)定性較好。

功率在277.7MW時，機(jī)組由單閥切換到順序閥，在切換過程中#1瓦X向振動由53μm突升到80μm、#1瓦Y向振動由48μm突升到72μm。在切換完成后，功率由277.7MW升至292MW，同時高調(diào)門GV3、GV6參與調(diào)節(jié)，#1瓦X向振動由53μm升至104μm、#1瓦Y向振動由48μm升至106μm，其軸振變化范圍較大。當(dāng)前現(xiàn)象則說明軸振增大是由于機(jī)組不平衡汽流力導(dǎo)致的。

通過上述的現(xiàn)象描述可知，當(dāng)前機(jī)組軸振的上升是由機(jī)組進(jìn)汽方式不合理，不平衡汽流力使軸系失穩(wěn)，因此需要進(jìn)行閥序?qū)?yōu)試驗，調(diào)整進(jìn)汽順序可以有效解決上述問題。

結(jié)合上述振動故障，后續(xù)進(jìn)行閥序?qū)?yōu)試驗，得到最優(yōu)進(jìn)汽順序。在線進(jìn)行DEH閥門管理參數(shù)，將機(jī)組順序閥進(jìn)汽順序改為：GV2+GV3→GV1→GV6→GV5→GV4。在投運(yùn)順序閥進(jìn)行變負(fù)荷時，如圖5（a）、圖5（b）、圖5（c）所示，功率由254MW升至282MW，高調(diào)門GV6、GV5、GV4參與調(diào)節(jié)，#1瓦X向振動穩(wěn)定在46～55μm，#1瓦Y向振動穩(wěn)定在40～56μm，軸振沒有大范圍的變化幅度。通過閥序調(diào)整，解決了投運(yùn)順序閥過程中軸振較大的問題。

4 結(jié)語

本文針對轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡與閥序調(diào)整這兩種振動處理方法容易混淆的問題?；诂F(xiàn)場實際運(yùn)行數(shù)據(jù)，提出一種決策分析方法，總結(jié)出一套分析流程，輔助技術(shù)人員進(jìn)行決策，選擇合適的處理方法，避免無效工作。同時結(jié)合實際案例分析，驗證了此方法不僅能夠及時、有效地對此類振動故障進(jìn)行分析，而且能夠選擇合適的處理方法，避免無效工作，為企業(yè)節(jié)省不必要的檢修費(fèi)用，具有一定借鑒意義。

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中圖分類號：TK268DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-2845作者簡介：劉東旭（1992—），男，本科，工程師，研究方向為火電機(jī)組安全高效運(yùn)行的控制優(yōu)化。張磊（1986—），男，本科，工程師，研究方向為火電機(jī)組故障分析及運(yùn)行優(yōu)化、數(shù)據(jù)建模仿真分析。