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(jī)組的常見(jiàn)故障問(wèn)題之一，在我國(guó)引進(jìn)的多種超臨界機(jī)組中均有出現(xiàn)，而國(guó)產(chǎn)的600MW機(jī)組也曾出現(xiàn)汽流激振現(xiàn)象，其對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)作造成不利影響。在汽輪機(jī)組的高效化發(fā)展下，汽流激振故障越來(lái)越嚴(yán)重，汽流對(duì)于轉(zhuǎn)子的影響越來(lái)越明顯，該現(xiàn)象間接提高了汽輪機(jī)出現(xiàn)汽流激振故障的概率，因此，針將大容量600MW汽輪機(jī)的汽流激振故障診斷與處理作為研究重點(diǎn)，以期降低汽流激振故障的發(fā)生概率。

1 汽輪機(jī)汽流激振的特征分析

首先，振動(dòng)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(jī)運(yùn)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(huì)出現(xiàn)諧波分量；其次，根據(jù)上述汽流激振的機(jī)理了解到，汽流激振在高參數(shù)的汽輪機(jī)組的高中壓轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)概率更高，600MW汽輪機(jī)正是如此；然后，汽流激振故障更頻發(fā)于機(jī)組負(fù)荷升高的條件下，若機(jī)組負(fù)荷升高到一定水平，則會(huì)突然出現(xiàn)汽流激振故障，若符合降低到該水平線以下時(shí)，又會(huì)逐漸消失，本文后續(xù)將對(duì)此進(jìn)行試驗(yàn)分析；最后，汽流激振與軸承標(biāo)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(guò)調(diào)節(jié)標(biāo)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(jī)組汽流激振故障的診斷

根據(jù)汽流激振機(jī)理來(lái)看，蒸汽對(duì)轉(zhuǎn)子切向力影響的提高使得轉(zhuǎn)子激振力進(jìn)一步加強(qiáng)，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子失穩(wěn)而出現(xiàn)不穩(wěn)定振動(dòng)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(dòng)現(xiàn)象，形成因素一般包括以下三點(diǎn)。

2.1 葉頂間隙激振力

若汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子存在彎曲現(xiàn)象，則會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)子與汽缸幾何中心錯(cuò)位問(wèn)題，從而導(dǎo)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(cè)蒸汽經(jīng)過(guò)量會(huì)提高，漏汽更多，在動(dòng)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(guò)量較小的一邊，作用于動(dòng)葉的蒸汽會(huì)提高，切向力會(huì)加大，兩種切向力存在較大差異導(dǎo)致扭矩的生成，促使轉(zhuǎn)子做功，也會(huì)出現(xiàn)不平衡的切向力，使轉(zhuǎn)子被沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向渦動(dòng)，出現(xiàn)汽流激振故障。

2.2 密封間隙激振力

大功率汽輪機(jī)的動(dòng)葉外徑及隔板內(nèi)徑中的汽封設(shè)計(jì)錯(cuò)綜復(fù)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(diǎn)：①汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)幾何方向偏移，導(dǎo)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(jìn)出汽邊齒間隙形狀不同，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)期間出現(xiàn)漏汽量的差異，兩側(cè)齒的腔室壓力存在區(qū)別；③動(dòng)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(yù)旋問(wèn)題；轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)使汽流在汽封間隙中出現(xiàn)螺旋狀，圓周方向不對(duì)等合力和轉(zhuǎn)子存在進(jìn)動(dòng)相位差。

2.3 靜態(tài)汽流力

蒸汽流量是影響汽輪機(jī)負(fù)荷的關(guān)鍵因素，因此，在蒸汽流量的變化下，汽輪機(jī)負(fù)荷存在不同。當(dāng)前汽輪機(jī)的形式多種多樣，其中噴嘴配汽最為常見(jiàn)，在應(yīng)用期間，需要進(jìn)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(duì)其后的空間進(jìn)行分配。在汽缸溫差的作用下，先對(duì)180°范圍中的調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)行控制，讓蒸汽進(jìn)入下汽缸，之后開啟噴嘴調(diào)整模式。在負(fù)荷變化之下，按照一定順序打開調(diào)節(jié)閥，一級(jí)靜葉控制汽機(jī)的調(diào)節(jié)閥會(huì)受到流量與負(fù)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(gè)條件的變化，導(dǎo)致調(diào)節(jié)噴嘴進(jìn)汽出現(xiàn)差異，出現(xiàn)不對(duì)稱的作用力。在滿圓周進(jìn)汽下，兩側(cè)對(duì)稱角度的噴嘴會(huì)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(shí)，出現(xiàn)扭矩而促使軸旋轉(zhuǎn)做功。若噴嘴堵塞，則沒(méi)有蒸汽經(jīng)過(guò)噴嘴，不會(huì)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(jī)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(jī)汽流激振故障的因素多種多樣，蒸汽激振力是其中一個(gè)較為普遍的因素，因此，為保證汽輪機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)作，便需要重點(diǎn)針對(duì)蒸汽激振力進(jìn)行控制，采取對(duì)應(yīng)的方法進(jìn)行處理，具體如以下兩點(diǎn)：①結(jié)合汽輪機(jī)組的運(yùn)作與生產(chǎn)需求，觀察汽輪機(jī)組在運(yùn)作期間的負(fù)荷情況，如果機(jī)組處于高負(fù)荷運(yùn)作條件下，并且需要對(duì)其負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，則需要提高開度與軸振力的調(diào)控力度，結(jié)合軸振與開度的穩(wěn)定情況采取科學(xué)可行的蒸汽運(yùn)作模式，以該方法控制汽流激振故障的形成。若運(yùn)作負(fù)荷較低，需要調(diào)控負(fù)荷率的提升與下降狀態(tài)，一邊快速升降對(duì)汽輪機(jī)組穩(wěn)定性帶來(lái)的不利影響。在蒸汽激振力處理期間，如果通過(guò)蒸汽壓力的降低以及蒸汽流量的提高調(diào)節(jié)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷水平，會(huì)導(dǎo)致其他故障的出現(xiàn)；②在處理蒸汽激振力異常狀況時(shí)，關(guān)注汽輪機(jī)組的檢查維修作業(yè)，并且針對(duì)葉頂間隙和汽封間隙進(jìn)行檢查和調(diào)整，確保汽輪機(jī)組的安全運(yùn)作。同時(shí)，在汽封位置加裝渦動(dòng)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(diǎn)位，以免轉(zhuǎn)子汽缸偏移度較大等問(wèn)題的出現(xiàn)，降低激振力帶來(lái)的影響。該方法有效提高汽輪機(jī)組的運(yùn)作穩(wěn)定性，控制故障的出現(xiàn)頻率，提高汽輪機(jī)的運(yùn)行效益[2]。

3.2 提高軸瓦穩(wěn)定性

為提高600MW汽輪機(jī)組的運(yùn)作穩(wěn)定性，保持軸瓦良好的運(yùn)作狀態(tài)至關(guān)重要，該方法是處理汽流激振故障的重要手段，而在軸瓦運(yùn)作狀態(tài)控制中，明確以下幾項(xiàng)要點(diǎn)：①若軸瓦穩(wěn)定性較強(qiáng)，其在運(yùn)作期間會(huì)提升阻尼力，有效控制蒸汽激振力的影響，從而提高汽輪機(jī)組的整體運(yùn)作穩(wěn)定性。同時(shí)，調(diào)控潤(rùn)滑油的溫度，確保潤(rùn)滑油溫度達(dá)到既定標(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)行參數(shù)的合理，對(duì)其參數(shù)進(jìn)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(yùn)維工作中，需要重點(diǎn)關(guān)注軸瓦型號(hào)，同時(shí)，對(duì)軸瓦間隙及軸承標(biāo)高進(jìn)行檢查，避免軸瓦表面出現(xiàn)嚴(yán)重磨損問(wèn)題，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題則要及時(shí)進(jìn)行解決。還需要盡量規(guī)避漏汽問(wèn)題的形成，確保蒸汽機(jī)組能夠穩(wěn)定運(yùn)作[3]。

4 基于汽流激振機(jī)理與特征的調(diào)節(jié)試驗(yàn)

某電廠#2機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)于高負(fù)荷區(qū)域存在低頻振動(dòng)現(xiàn)象，這使得轉(zhuǎn)子振動(dòng)穩(wěn)定性受到影響，軸承的振動(dòng)波動(dòng)最為明顯。低頻振動(dòng)幅值和機(jī)組負(fù)荷具有一定聯(lián)系，若負(fù)荷提高，則低頻振動(dòng)幅值相應(yīng)提高，因此，該機(jī)組的高中壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)問(wèn)題屬于汽流激振故障，進(jìn)而采取在線試驗(yàn)的方式找到問(wèn)題根源并解決，具體試驗(yàn)程序如下：

（1）不斷提高負(fù)荷，使得#2軸承出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，但將振動(dòng)問(wèn)題控制在不發(fā)散的狀態(tài)下，對(duì)其運(yùn)作參數(shù)進(jìn)行檢查和控制，如機(jī)組背壓需要保持在30KPa左右。之后進(jìn)行觀察，在機(jī)組負(fù)荷處于520MW時(shí)，進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，記錄下轉(zhuǎn)子振動(dòng)的有關(guān)數(shù)據(jù)。

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

（3）關(guān)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(jī)組潤(rùn)滑溫度會(huì)處于38.5℃上下，此時(shí)進(jìn)行油溫調(diào)控與試運(yùn)行的試驗(yàn)操作，當(dāng)油溫提高1℃機(jī)組試運(yùn)行5min觀察參數(shù)并記錄。當(dāng)某一試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)下，在提高1℃油溫的情況下，機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子低頻振動(dòng)的增幅相對(duì)較高，則可以停止試驗(yàn)，以相同的方式進(jìn)行反向試驗(yàn)，油溫降低1℃，機(jī)組試運(yùn)行5min并進(jìn)行觀察。

（4）若調(diào)節(jié)油壓與油溫對(duì)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(yàn)結(jié)束，若無(wú)法控制，則進(jìn)行閥序調(diào)整試驗(yàn)。

（5）閥序調(diào)整試驗(yàn)，在既有的復(fù)合配汽條件下，機(jī)組運(yùn)作狀態(tài)較為穩(wěn)定，強(qiáng)制CV1開度由60%不斷縮減至30%。在試驗(yàn)期間，若降低CV1開度以及提升高中壓轉(zhuǎn)子的低頻振動(dòng)現(xiàn)象，則進(jìn)行關(guān)斷并恢復(fù)CV1的開度，在恢復(fù)時(shí)每15s恢復(fù)1%，其余調(diào)門的開度應(yīng)當(dāng)自動(dòng)調(diào)整，保證機(jī)組系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（6）在CV1強(qiáng)制試驗(yàn)完成后，開展強(qiáng)制CV2試驗(yàn)，開度由45%降低至25%，原理與CV1一樣。在CV2試驗(yàn)強(qiáng)制完成后，需要恢復(fù)自動(dòng)控制，強(qiáng)制CV3開度也由45%降至25%，原理與強(qiáng)制CV2試驗(yàn)一樣。

（7）在CV3強(qiáng)制試驗(yàn)結(jié)束并恢復(fù)自動(dòng)控制后，強(qiáng)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(dòng)加劇，則停止提高開度并逐漸恢復(fù)，開關(guān)周期與上述相同。

（8）在上述試驗(yàn)完成后，操作人員結(jié)合閥門試驗(yàn)結(jié)果分析機(jī)組運(yùn)作的最佳閥序，從而對(duì)汽流激振故障進(jìn)行有效控制。

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

5 結(jié)語(yǔ)

汽流激振故障對(duì)汽輪機(jī)組的運(yùn)作狀態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，為有效規(guī)避汽流激振問(wèn)題，管理人員需要總結(jié)汽流激振問(wèn)題的各項(xiàng)形成因素，結(jié)合不同的問(wèn)題成因情況制定針對(duì)性的處理措施，一方面控制汽流激振問(wèn)題的出現(xiàn)概率，另一方面則要將汽流激振故障帶來(lái)的影響降至最低。根據(jù)汽流激振故障機(jī)理與特征進(jìn)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(jìn)行解決，保證汽輪機(jī)組的運(yùn)作穩(wěn)定性。