汽輪機組振動故障處理的決策方法及案例分析

劉東旭 張磊

摘要：汽輪機振動故障是機組常見的故障類型，在實際處理過程中，會對轉子進行振動監測，然后通過轉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，而且花費了不必要的檢修費用，最終通過閥序調整的方式解決振動問題。因此，本文針對轉子質量不平衡與閥序調整這兩種振動處理方法容易混淆的問題，基于現場實際運行數據，提出一種分析方法，輔助技術人員進行決策分析。同時結合實際案例分析，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，為企業節省不必要的檢修費用，具有一定借鑒意義。

關鍵詞：汽輪機??振動故障??閥序調整??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

汽輪機轉子在高溫蒸汽中高速旋轉，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力。然而在實際運行過程中，難免會出現軸振增大問題。所以，軸振的穩定性對汽輪機的安全、經濟運行有著很大的影響。因此，大量學者針對汽輪發電機組振動問題展開了研究。有文獻分析了氣流激振引起機組軸振增大問題;有文獻簡述了由于轉子質量不平衡導致機組軸振偏大;有文獻綜述了轉子發生動靜碰磨造成機組振動故障的原因;有文獻講述了軸瓦穩定性較差從而造成機組軸振增大;有文獻簡述了進汽方式對機組軸振的影響。綜上所述，機組異常振動產生的原因主要有轉子質量不平衡、動靜碰磨、汽流激振、軸瓦穩定性差、不平衡汽流力等。

然而在現場實際處理過程中，容易將轉子質量不平衡與閥序調整這兩種處理方法混淆，大多數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，機組在投運順序閥運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，而且花費了不必要的檢修費用，造成額外的經濟損失。因此，本文針對上述問題，結合實際工程案例，總結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?故障現象及分析

一般大型汽輪機的進汽方式主要有節流調節（單閥）和噴嘴調節（順序閥）兩種。由于噴嘴調節方式節流損失較小，所以一般汽輪機組并網運行后，會投運噴嘴調節方式。然而在實際生產過程中，在進行閥序切換時，會出現#1或#2瓦會軸振突升的情況，甚至振動超過報警值，導致機組不能安全投運順序閥。

例如，某廠330MW亞臨界六調門機組，如圖1所示，機組在節流調節方式下進行變負荷運行時，#1瓦絕對振動值穩定在80μm以下，無任何的突變現象。而由節流調節切換到噴嘴調節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，遠超過規定的報警值。此種故障容易引發機組發生碰磨，影響機組的安全運行。

為解決軸振較大的問題，后期在機組大修期間，將轉子返廠進行動平衡處理。大修結束后機組啟機運行，投運一段時間單閥后，進行了閥序切換試驗。如圖2所示，順序閥運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，為了保證機組安全穩定運行，則只能繼續采用節流調節方式運行，對機組運行經濟性有極大的影響。

通過上述現象表明，由于進汽方式不合理，不平衡汽流力導致軸系失穩，軸系受力不均衡，發生軸振增大的現象。所以在進行動平衡處理后，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子質量不平衡。

2?分析方法

結合上述故障現象，針對轉子動平衡處理和閥序調整這兩種振動的處理方式，為避免現場人員進行無效的工作，能夠及時有效的處理此類故障，本文提出一種分析方法，結合現場機組實際運行數據，具體分析過程如下。

（1）收集機組節流調節方式及噴嘴調節方式下的大范圍變負荷（額定負荷的40%～100%工況）數據，數據測點包含功率、高調門開度反饋值、#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進行分析。

（3）利用節流調節方式的大范圍變負荷（額定負荷的40%～100%工況）數據，需要根據變負荷過程中軸振的變化趨勢判定其軸系穩定性。

（3）根據上述節流調節方式軸振的情況，分析在切換過程中或切閥后的軸振變化的趨勢。若機組節流調節閥方式進行變負荷運行時，其軸振穩定性較好，而在投運噴嘴調節方式過程中軸振變化范圍較大或發生突變，則說明軸振增大是由于機組不平衡汽流力導致的，需要進行閥序尋優試驗，調整進汽順序可以有效解決上述問題;若機組節流調節方式進行變負荷運行時，其軸振有上升或突變的情況，而在投運噴嘴調節方式過程中其軸振變化范圍也比較大，則說明轉子質量不平衡，軸系整體穩定性較差，需要進行動平衡處理。

3?應用案例分析

以某廠330MW亞臨界六調門機組為例，其進汽方式有單閥和順序閥兩種，單閥調節時6個高調門按照指令同時開啟或關閉，機組順序閥調節時，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，屬于下缸進汽。機組噴嘴布置如下圖3所示。

收集機組優化前單閥與順序閥變工況數據，利用仿真軟件畫出功率趨勢圖、調門變化趨勢圖、軸振變化趨勢圖進行分析。如圖3（a）、圖3（b）、圖3（c）所示，機組在單閥模式下，功率由250MW升至282MW，#1瓦X向振動穩定在53μm、#1瓦Y向振動穩定在48μm，進行變負荷調節時沒有任何上升趨勢或突變情況，整體穩定性較好。

功率在277.7MW時，機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，同時高調門GV3、GV6參與調節，#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。當前現象則說明軸振增大是由于機組不平衡汽流力導致的。

通過上述的現象描述可知，當前機組軸振的上升是由機組進汽方式不合理，不平衡汽流力使軸系失穩，因此需要進行閥序尋優試驗，調整進汽順序可以有效解決上述問題。

結合上述振動故障，后續進行閥序尋優試驗，得到最優進汽順序。在線進行DEH閥門管理參數，將機組順序閥進汽順序改為：GV2+GV3→GV1→GV6→GV5→GV4。在投運順序閥進行變負荷時，如圖5（a）、圖5（b）、圖5（c）所示，功率由254MW升至282MW，高調門GV6、GV5、GV4參與調節，#1瓦X向振動穩定在46～55μm，#1瓦Y向振動穩定在40～56μm，軸振沒有大范圍的變化幅度。通過閥序調整，解決了投運順序閥過程中軸振較大的問題。

4 結語

本文針對轉子質量不平衡與閥序調整這兩種振動處理方法容易混淆的問題。基于現場實際運行數據，提出一種決策分析方法，總結出一套分析流程，輔助技術人員進行決策，選擇合適的處理方法，避免無效工作。同時結合實際案例分析，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，為企業節省不必要的檢修費用，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，研究方向為火電機組安全高效運行的控制優化。張磊（1986—），男，本科，工程師，研究方向為火電機組故障分析及運行優化、數據建模仿真分析。