淺析600MW汽輪機組汽流激振故障診斷與處理方法

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組的常見故障問題之一，在我國引進的多種超臨界機組中均有出現，而國產的600MW機組也曾出現汽流激振現象，其對機組的正常運作造成不利影響。在汽輪機組的高效化發展下，汽流激振故障越來越嚴重，汽流對于轉子的影響越來越明顯，該現象間接提高了汽輪機出現汽流激振故障的概率，因此，針將大容量600MW汽輪機的汽流激振故障診斷與處理作為研究重點，以期降低汽流激振故障的發生概率。

1 汽輪機汽流激振的特征分析

首先，振動頻率基本與高壓轉子一階臨界轉速頻率一致，通常為低頻分量。在汽輪機運作期間，蒸汽激振力與軸承油膜阻尼力的非線性特性下，部分情況下會出現諧波分量；其次，根據上述汽流激振的機理了解到，汽流激振在高參數的汽輪機組的高中壓轉子中出現概率更高，600MW汽輪機正是如此；然后，汽流激振故障更頻發于機組負荷升高的條件下，若機組負荷升高到一定水平，則會突然出現汽流激振故障，若符合降低到該水平線以下時，又會逐漸消失，本文后續將對此進行試驗分析；最后，汽流激振與軸承標高、調門開啟流程、調門開度等因素存在一定聯系，因此，通過調節標高與高壓調節閥，在一定程度上控制汽流激振。

2 600MW汽輪機組汽流激振故障的診斷

根據汽流激振機理來看，蒸汽對轉子切向力影響的提高使得轉子激振力進一步加強，可能導致轉子失穩而出現不穩定振動現象，這便是汽流激振故障。通常情況下，汽流激振屬于自激振動現象，形成因素一般包括以下三點。

2.1 葉頂間隙激振力

若汽輪機的轉子存在彎曲現象，則會引發轉子與汽缸幾何中心錯位問題，從而導致圓周向間隙分布不均勻，轉子和汽缸間隙出現大小差異。其中間隙較大的一側蒸汽經過量會提高，漏汽更多，在動葉中的蒸汽及作用力均降低，并且切向力也降低。蒸汽經過量較小的一邊，作用于動葉的蒸汽會提高，切向力會加大，兩種切向力存在較大差異導致扭矩的生成，促使轉子做功，也會出現不平衡的切向力，使轉子被沿轉動方向渦動，出現汽流激振故障。

2.2 密封間隙激振力

大功率汽輪機的動葉外徑及隔板內徑中的汽封設計錯綜復雜，很可能出現密封間隙振力，影響因素多表現在以下幾點：①汽輪機轉子出現幾何方向偏移，導致各規格的間隙存在壓力差異，轉子周邊的靜壓力出現變化；②進出汽邊齒間隙形狀不同，在轉子轉動期間出現漏汽量的差異，兩側齒的腔室壓力存在區別；③動葉片為三角狀，難以把控汽封間隙中的流體方向，從而引發預旋問題；轉子運行過程中，會使汽流在汽封間隙中出現螺旋狀，圓周方向不對等合力和轉子存在進動相位差。

2.3 靜態汽流力

蒸汽流量是影響汽輪機負荷的關鍵因素，因此，在蒸汽流量的變化下，汽輪機負荷存在不同。當前汽輪機的形式多種多樣，其中噴嘴配汽最為常見，在應用期間，需要進行噴嘴的分組，不同噴組配備不同的調節閥，打開調節閥后對其后的空間進行分配。在汽缸溫差的作用下，先對180°范圍中的調節汽閥進行控制，讓蒸汽進入下汽缸，之后開啟噴嘴調整模式。在負荷變化之下，按照一定順序打開調節閥，一級靜葉控制汽機的調節閥會受到流量與負荷變化的影響，因此，工作人員需要控制噴嘴的打開數量，但是這兩個條件的變化，導致調節噴嘴進汽出現差異，出現不對稱的作用力。在滿圓周進汽下，兩側對稱角度的噴嘴會相互產生作用力，若噴嘴組截面積一致，則出現作用力相同的汽流，汽流交匯時，出現扭矩而促使軸旋轉做功。若噴嘴堵塞，則沒有蒸汽經過噴嘴，不會出現抵消汽流的力，若轉子被蒸汽抬起，軸承受力降低，穩定性難以保證[1]。

3 600MW汽輪機汽流激振故障的處理措施

3.1 蒸汽激振力的處理

引發600MW汽輪機汽流激振故障的因素多種多樣，蒸汽激振力是其中一個較為普遍的因素，因此，為保證汽輪機組的穩定運作，便需要重點針對蒸汽激振力進行控制，采取對應的方法進行處理，具體如以下兩點：①結合汽輪機組的運作與生產需求，觀察汽輪機組在運作期間的負荷情況，如果機組處于高負荷運作條件下，并且需要對其負荷進行調節時，則需要提高開度與軸振力的調控力度，結合軸振與開度的穩定情況采取科學可行的蒸汽運作模式，以該方法控制汽流激振故障的形成。若運作負荷較低，需要調控負荷率的提升與下降狀態，一邊快速升降對汽輪機組穩定性帶來的不利影響。在蒸汽激振力處理期間，如果通過蒸汽壓力的降低以及蒸汽流量的提高調節機組運行負荷水平，會導致其他故障的出現；②在處理蒸汽激振力異常狀況時，關注汽輪機組的檢查維修作業，并且針對葉頂間隙和汽封間隙進行檢查和調整，確保汽輪機組的安全運作。同時，在汽封位置加裝渦動控制裝置，并調節好轉子和汽缸的同心性，調整軸系的點位，以免轉子汽缸偏移度較大等問題的出現，降低激振力帶來的影響。該方法有效提高汽輪機組的運作穩定性，控制故障的出現頻率，提高汽輪機的運行效益[2]。

3.2 提高軸瓦穩定性

為提高600MW汽輪機組的運作穩定性，保持軸瓦良好的運作狀態至關重要，該方法是處理汽流激振故障的重要手段，而在軸瓦運作狀態控制中，明確以下幾項要點：①若軸瓦穩定性較強，其在運作期間會提升阻尼力，有效控制蒸汽激振力的影響，從而提高汽輪機組的整體運作穩定性。同時，調控潤滑油的溫度，確保潤滑油溫度達到既定標準，提高軸系中心的穩定性與安全性。在此期間，還需要保證軸封運行參數的合理，對其參數進行控制，降低汽流激振故障的發生率；②在軸瓦安裝與后期運維工作中，需要重點關注軸瓦型號，同時，對軸瓦間隙及軸承標高進行檢查，避免軸瓦表面出現嚴重磨損問題，若發現問題則要及時進行解決。還需要盡量規避漏汽問題的形成，確保蒸汽機組能夠穩定運作[3]。

4 基于汽流激振機理與特征的調節試驗

某電廠#2機組高中壓轉子振動于高負荷區域存在低頻振動現象，這使得轉子振動穩定性受到影響，軸承的振動波動最為明顯。低頻振動幅值和機組負荷具有一定聯系，若負荷提高，則低頻振動幅值相應提高，因此，該機組的高中壓轉子振動問題屬于汽流激振故障，進而采取在線試驗的方式找到問題根源并解決，具體試驗程序如下：

（1）不斷提高負荷，使得#2軸承出現振動現象，但將振動問題控制在不發散的狀態下，對其運作參數進行檢查和控制，如機組背壓需要保持在30KPa左右。之后進行觀察，在機組負荷處于520MW時，進行相關試驗，記錄下轉子振動的有關數據。

（2）開啟交流潤滑油泵，在油壓逐漸穩定之后，機組進行為期10min的試運行，期間觀察高中壓轉子振動情況并記錄，由于機組運行層的軸承入口油壓處于0.18MPa左右，因此，在啟動油泵之后，軸承入口的油壓持續提高。

（3）關閉油泵，在油壓逐漸穩定后，逐漸將油溫控制在38℃～45℃之間，并且不斷降低至38℃，機組潤滑溫度會處于38.5℃上下，此時進行油溫調控與試運行的試驗操作，當油溫提高1℃機組試運行5min觀察參數并記錄。當某一試驗節點下，在提高1℃油溫的情況下，機組高中壓轉子低頻振動的增幅相對較高，則可以停止試驗，以相同的方式進行反向試驗，油溫降低1℃，機組試運行5min并進行觀察。

（4）若調節油壓與油溫對汽流激振起到控制效果，則油溫油壓在調節完成后，試驗結束，若無法控制，則進行閥序調整試驗。

（5）閥序調整試驗，在既有的復合配汽條件下，機組運作狀態較為穩定，強制CV1開度由60%不斷縮減至30%。在試驗期間，若降低CV1開度以及提升高中壓轉子的低頻振動現象，則進行關斷并恢復CV1的開度，在恢復時每15s恢復1%，其余調門的開度應當自動調整，保證機組系統的穩定性。

（6）在CV1強制試驗完成后，開展強制CV2試驗，開度由45%降低至25%，原理與CV1一樣。在CV2試驗強制完成后，需要恢復自動控制，強制CV3開度也由45%降至25%，原理與強制CV2試驗一樣。

（7）在CV3強制試驗結束并恢復自動控制后，強制CV4的開度由5%提高到40，若開度提高期間，高中壓轉子低頻振動加劇，則停止提高開度并逐漸恢復，開關周期與上述相同。

（8）在上述試驗完成后，操作人員結合閥門試驗結果分析機組運作的最佳閥序，從而對汽流激振故障進行有效控制。

（9）控制機組的負荷在400MW上下，并且機組閥門控制模式轉變為順序閥，重復試驗程序的5）和8），從反復試驗的過程中找出順序閥下實現汽流激振故障控制的最佳閥序[4]。

5 結語

汽流激振故障對汽輪機組的運作狀態產生嚴重的影響，為有效規避汽流激振問題，管理人員需要總結汽流激振問題的各項形成因素，結合不同的問題成因情況制定針對性的處理措施，一方面控制汽流激振問題的出現概率，另一方面則要將汽流激振故障帶來的影響降至最低。根據汽流激振故障機理與特征進行診斷，在了解故障原因和表現后，采取有效的方法手段進行解決，保證汽輪機組的運作穩定性。