汽轮机组汽流激振原因分析及处理方法

汽轮机组汽流激振原因分析及处理方法

杨凯利

天津大唐国际盘山发电有限责任公司

摘要：我国发电厂汽轮机组在使用中会经常遇到汽轮机组汽流激振问题。本文针对汽轮机叶片偏心造成各级叶轮间隙沿周向分布不均导致的内部汽流激振，提出了基于微控的多阀门调节技术，利用优化阀位指令和反馈修正来解决汽轮机组汽流激振问题，经过对阀门控制逻辑的验证及实践，证明了该解决方案的作用和效果，对汽轮机正常运作提供了保障。

关键词：汽轮机汽流激振、叶片偏心、多阀门微控调节

1前言

汽轮机属于热力电厂中最重要的设备，汽轮机的正常运作对热电厂稳定运行起到了到决定性效果，对于社会的正常秩序也起到了相应的维稳作用。汽轮机在我国电厂的广泛使用中，

随着社会对电力需求的不断提升，相对应的电力设施也在不断的更新扩容中，各类汽轮机不断推出高参数、大负荷机组的投入运营。但由于汽轮机在设计生产及安装调试中的问题隐患，在后期投入使用后带来了不少的问题。在工业设计生产过程中，对于叶轮偏心问题的研究由来已久，早在20世纪40年代便由美国通用电气公司提出了通过配平来平衡叶轮偏心，从而在轴承结构上解决了汽流激振问题。随着工业科技的进步，在工业化标准不断提升的今天，制程工艺问题已经不再困扰着汽轮机的稳定运行，影响汽轮机汽流激振的多发生在汽轮机的安装和调控中。

本文以汽轮机运作中汽流激振问题展开研究，分析了导致汽轮机汽流激振的主要问题，根据汽流激振问题主要发生在轴承转子偏心导致的汽轮机在高负荷运转时引起叶顶汽流激振力和汽封汽流激振力，该问题可造成汽轮机轴承的强烈振动，轻则影响汽轮机运作效率、减少使用寿命，重则可能直接导致汽轮机宕机，在我国近几年多起因汽轮机故障的案例中，均对汽轮机汽流激振问题给予了重视。

1汽轮机汽流激振现象的产生

本文以某电厂二期工程配套的某MTP400MW汽轮机组为单轴、双缸两排汽、五级抽汽、间接空冷、一次中间再热、抽汽凝汽式机组。整机组预热启动后，测试在78%负荷区以上发生轴振X及Y方向偶发性的振动，至95%负荷量过程中，振动频率及次数也随之增加，并伴发强烈振动至自动降速状态；自动降速过程中，振动频率降低，负荷降低至78%以下振动消失，异常振动参数如表1所示。

2汽流激振问题分析

传统的汽轮机调控实通过调整凝汽器真空量、润滑油温度和轴封供汽压力等参数来控制汽轮机，降低发生汽流激振的概率。以上方法可以针对于单因素原因引起的汽流激振，但在更加复杂环境与多因素干扰的作用下，单一的匹配量调控则很难起到良好效果。因为汽轮机由于生产厂商及制造工艺的不同，即使相同型号的汽轮机也会因调节参数不匹配的原因不能采用共同方法解决问题，这就给汽轮机故障问题解决增加了难度。

机组在78%负荷状态发生汽流激振异常情况，轴振参数呈现异常状态。随着功率不断提升，负荷参数的提高也导致汽流激振情况的恶化。对于轴振异常参数的激增，与主机功率负荷关系成正比，与其他主要参数对比值关系不密切，但也不排除其他因素的影响。当主机功率达到382MW时，达到95%负荷率发生跳机情况。此时X轴振幅达到极限值252μm，Y轴振幅也即将达到极限值。当主机跳机后，轴振异常参数与负荷关系密切较为一致，随着负荷下降，振动幅度与频率也在对应减少；直至主机恢复到312MW功率时，轴振参数恢复正常，汽流激振问题消失。

在高负荷区轴振X及Y方向发生多次突发性的强烈振动，降低负荷后异常振动消失，此类异常振动主要集中在主机功率达到313MW以上负荷区间，对比发现本机组此类异常振动的特征与汽流激振的特征十分吻合，由此判断该异常振动的成因很可能是汽流激振力的作用。

3机组参数调试方案

对阀门控制指令的修正，最终目的是让阀门实际开度与设计中要求的开度保持一致。对于0%和100%开度，因为在阀门全关和全开位，所以无需修正。对于10%和90%之间的阀位指令，结合实测数据与设计方要求的阀门开度要求，通过插值的方法来计算新的阀位指令。在每个点的测试数据，如果实测设值低于设计值，则使用当前的实测值和向上阶跃10%的实测值进行线性修正。如果实测值高于设计值，则使用当前的实测值和向下阶跃10%的实测值来进行线性修正。下面的计算方法是基于10%开度指令下（假设为Z10%）来分析的：

有公式2得出的结果，对于其他开度的阀位指令修正均采用上述的线性插值方法来实现，最终得出阀门全行程的阀位指令修正结果。除了阀位指令需要修正以外，对于多阀门的反馈参数也需要进行动态修正，其修正过程中直接使用修正计算的开度指令来实现。选取的点数量越多，则最终修正出来的结果越接近线性，但是修正的工作量和逻辑也会相应增加，所以实际使用过程中需要平衡考虑，选取合适的数量点来进行实测和计算。

通过上述方法对阀位指令和反馈修正后，阀门实际开度和转速与功率要求的阀位之间保持了一致，解决了联动阀门微控中的不线性问题，对现场所有的硬件无任何改动，且软件逻辑修正后可以实现要求的联动微控处理效果。此方法修正方式如表2所示。

结合一段时间的实际运行，可以说明：在设计负荷内，此次对机组参数调试的方案有效地解决了本机组的汽流激振问题，可以满足机组的安全稳定运行。

结语

我国目前仍以火电厂汽轮机组为主要的电力生产方式，对于汽轮机的正常使用及调试工作由于多方面因素影响，导致发生故障及隐患的概率较高。通过本文对汽轮机汽流激振问题的研究分析，剖析了导致汽轮机汽流激振问题出现的主要原因，并且结合以安装调试过程中，对于汽轮机的参数调整的研究，根据实际测试及验证工作证明了该技术的有效性和可靠性均对汽轮机的稳定工作提供了保障作用。

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