CN106569407A - 一种基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法 - Google Patents

一种基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法。当汽轮机运行中汽流激振故障出现时，形成门槛负荷，严重的限制了汽轮机的可用性。本发明采用以下步骤：采集汽轮机轴振信号和间隙电压信号，生成振动趋势图和振动频谱图，分析识别振动的特征，判断机组是否存在汽流激振故障；若是，则通过试验确定运行中能快速避开汽流激振的手段；根据所得到的汽轮机高压转子各轴承的轴振幅值进入相应的控制模式；根据汽轮机高压转子振动情况，恢复负荷和调门阀位，若汽流激振门槛负荷未到规定值，重复上述步骤，直至汽轮机能够带满功率不再出现汽流激振。本发明安全、有效、可控的在线消除汽流激振，并在实际工程机组得到验证。

Description

一种基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法
技术领域
本发明涉及大型汽轮机振动故障诊断和治理技术领域，更确切地说是一种基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法。
背景技术
随着国内超临界600MW、超超临界1000MW等级的汽轮机大量投运，汽流激振问题逐渐暴露出来，成为制约汽轮发电机组安全经济运行的重要因素。超超临界1000MW等级的汽轮机，普遍采用节流配汽方式，并预装反旋汽封等措施来预防汽流激振。但是，仍有不少超超临界1000MW汽轮机在高负荷情况下，不时发生汽流激振，导致机组在运行中因振动大而跳机，严重时导致机组无法带满负荷，限制了汽轮发电机组的可用性。
运行中，能在线抑制和消除汽流激振的手段并不多，如常用且效果较佳的汽门阀序调整试验。而采用节流配汽的超超临界1000MW汽轮机，仅设置2只连通的进汽阀门，汽阀的调整已不能在线解决汽流激振问题。大多数汽轮机在发生汽流激振时，只能通过降负荷来避免，从而形成汽流激振的门槛负荷。有部分超超临界1000MW汽轮机，汽流激振门槛负荷很低，在不高的负荷(小于600MW)时，也会出现汽流激振效应，这些汽轮机迫切需要在线治理手段来抑制振动以提高机组负荷。
发明内容
为了解决上述技术难题，本发明提供一种基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法，以有效消除大幅值汽流激振故障，逐步提高汽流激振的门槛负荷，保证汽轮发电机组可用性。
本发明采用的技术方案是：一种基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法，其包括以下步骤：
步骤1，采集汽轮机轴振信号和间隙电压信号，生成振动趋势图和振动频谱图；
步骤2，根据振动趋势图和振动频谱图，分析识别振动的特征，判断机组是否存在汽流激振故障；
步骤3，如果机组存在汽流激振故障，则通过试验确定运行中能快速避开汽流激振的控制手段，以控制手段简单迅速为准则；
步骤4，机组以定阀位滑压方式和手动运行方式升负荷诱发大幅值汽流激振，根据得到的汽轮机高压转子轴振幅值及汽流激振门槛负荷M1采用相应的控制模式；控制模式以调门速关为抑制手段，合理安排大振动磨合汽封齿的时间，达到动静间隙的自适应；
步骤5，根据高压转子振动情况，恢复机组负荷和调门阀位；
步骤6，循序渐进逐步提升汽流激振门槛负荷M1，只要汽流激振门槛负荷M1小于103%额定负荷，继续执行步骤4，直至机组在最大出力负荷工况下，不再出现汽流激振，治理结束。
进一步地，步骤3确定控制手段的具体步骤如下：
a：确定试验的条件和工况，在出现小幅值汽流激振安排试验，汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向轴振的波动范围不超过30μm或上述单向轴振不超过100μm为宜；
b：进行快速减负荷，进汽调门关闭，降主汽温，启顶轴油泵试验，观察对汽流激振的抑制情况，以阀门的快速下关（速关）为优先手段，如无其他手段快速抑制汽流激振，则以快速减负荷为主要手段；
c：确定在线抑制手段并优化。以调门速关调节手段为例：阀门速关能让汽流激振快速消失，需选择阀门的速关幅度和恢复方式。
进一步地，步骤4中控制模式的具体内容如下：
①当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的幅值超过150μm时，小于200μm时，停留5分钟后，机组调门速关幅度为-5%，同时锅炉负荷减小30MW；
②当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的幅值超过200μm时，小于250μm时，停留3分钟后，机组调门速关幅度为-10%，同时锅炉负荷减小50MW；
③当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的幅值超过250μm时，应立即控制机组调门速关幅度为-15%，同时锅炉负荷减小100MW；
如若大振动无法消除，进一步加大速关幅度，直至汽流激振消失。
进一步地，步骤5的具体内容为：当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向轴振的幅值均小于60μm时且持续时间5分钟后，机组负荷恢复至汽流激振门槛负荷M1，机组阀位恢复至初始阀位。
进一步地，步骤4中，机组定阀位滑压方式和手动运行方式升负荷诱发大幅值汽流激振时，升负荷至汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的大突发振动出现，若上述任一轴振的幅值超过150μm值时，此负荷作为机组汽流激振门槛负荷M1。
本发明采用基于振动振幅梯度控制的在线治理方法，通过转子自身的高速旋转在适度的大振动下磨损汽封齿，以动静碰磨的手段来扩大汽封间隙，减小汽封间隙的不均匀程度，达到汽轮机动静间隙的自适应，与现有技术相比，具有以下优点：
由于本发明的方法通过监测汽轮机和发电机各轴承的轴振，辨识出汽流激振故障，通过合理控制大幅值振动和摩擦时间，设置了三个梯度的振动保护定值、调门的下关幅度、摩擦时间，适度的转子摩擦切损汽封齿，达到汽轮机动静间隙的自适应，可有效消除汽流激振，提高汽流激振门槛负荷；实现了不揭开高压缸、不检修轴承，在线治理低门槛负荷汽流激振故障。
附图说明
图1为本发明的流程图（图中，所述的A值为150μm；所述的t1值为5分钟；所述的b1值为-5%；所述的c1值为30MW。所述的B值为200μm；所述的t2值为3分钟；所述的b2值为-10%；所述的c2值为50MW。所述的C值为250μm；所述的b3值为-15%；所述的c3值为100MW，D值为60μm，T1为5分钟）。
图2为本发明实施例汽轮机1Y振动时间趋势图。
图3为本发明实施例汽轮机2Y振动时间趋势图。
图4 为本发明实施例汽轮机560MW负荷1Y频谱图。
图5 为本发明实施过程现场试验图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明作进一步说明。
某电厂#1机组为冲动凝气式1030MW超超临界汽轮机，机组轴系由高压转子、中压转子、A低压转子、B低压转子和发电机转子构成，每根转子由两个轴承支撑，从汽机端到电机端依次编号为1-10号。每根转子间采用刚性对轮连接。其中1、2、3、4号轴承为可倾瓦轴承，各有六块可倾瓦，5、6、7、8号轴承采用座缸式椭圆轴承，9、10号轴承采用端盖式椭圆轴承。机组采用节流配汽方式，设置二个高压主汽阀和二个高压调阀（CV1、CV2）、两个中压主汽阀及两个中压调阀。
机组振动测试系统配有一套飞利浦的TSI系统、一套华科同安公司的TDM系统TN8000，可连续采集机组轴系各轴承处轴振、瓦振等参数。每道轴承座45°、135°各布置一个涡流传感器，轴承座45°处的涡流传感器测量所得的是轴承X向的轴振幅值，轴承座135°处的涡流传感器测量所得的是轴承Y向的轴振幅值。
该机在带负荷至560MW，汽轮机高压转子出现了突发性振动，#1、#2轴承振动多次出现阶跃式突变，1号轴承的X、Y方向振动，2号轴承的的X、Y方向振动同步瞬间增大，其中以2Y最大振动200μm左右，降负荷后，振动恢复，如图2、图3所示。图2给出了1Y的通频，工频分量，工频相位的趋势图，图3给出了2Y的通频，工频分量，工频相位的趋势图。附图4为2Y的频谱图，图中的低频分量为195@28.75Hz。
图1是本发明振动梯度控制的汽流激振在线治理的流程图。根据图1的步骤，参考图2、图3、图4，高压转子出现大幅值低频振动，且与负荷密切相关，诊断为汽轮机的汽流激振故障，汽流激振的门槛负荷在600MW附近，仅为额定功率60%，严重制约着汽轮机的可用性。
该机组在前期的在线治理中采用了各种手段，已把汽流激振门槛负荷提升至750-800MW。但是由于负荷越高，产生汽流力越大，需要快速关小高调门开度的幅度越大，才能把低频振动消除，过低的高压调门开度会导致炉侧压力偏高，会引起锅炉侧的一系列问题，导致汽流激振的门槛负荷无法进一步的提升。因此采用本发明的方法来在线治理，汽流激振的门槛负荷的提升都是在高压转子经历过大振动之后。
由步骤130，确定汽流激振快速消除手段。参考图3，减负荷能有效消除汽流激振；逐一试验二只高压调阀（CV1、CV2）速关，每只高压调阀速关幅度超过5%均能有效快速消除汽流激振，选择单侧阀门速关幅度为5～15%的开度，两只调阀同时速关幅度3～5%。调门速关可通过逻辑强制方式来施行，也可以根据流量指令来关。
由步骤140，在线消除汽流激振。机组通过定阀位滑压方式和手动运行方式升负荷诱发大幅值汽流激振，选择单侧阀门速关，CV2阀位保持不变，通过CV1速关作为调节手段，根据触发的高压转子各轴承振动的幅值来选择执行以下振动梯度控制的模式设置如下：
1）当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的幅值不超过150μm时，继续升负荷直至大突发振动出现，记为机组汽流激振门槛负荷M1；
2）当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的幅值超过150μm时，小于200μm时，停留5分钟后，机组调门速关幅度为-5%，同时锅炉负荷减小30MW；
3）当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的幅值超过200μm时，小于250μm时，停留3分钟后，机组调门速关幅度为-10%，同时锅炉负荷减小50MW；
4）当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的幅值超过250μm时,应立即控制机组调门速关幅度为-15%，同时锅炉负荷减小100MW。
如若大振动无法消除，可进一步加大速关幅度，直至汽流激振消失。
该机组的汽流激振的具体在线治理过程，参考图5。机组在850MW工况时，CV1、CV2开度维持在37％、100％不变，CV2阀位保持不变，速关CV1的幅度来消除振动。2Y振动在26～40um波动，开始滑压手动升负荷，5：28，机组升负荷至876MW，2Y振动在30～60um之间小幅波动，低频分量开始出现，5：43，负荷升至907MW，2Y振动在30～80um之间频繁波动，5：53，负荷升至927MW，出现第一波大振动，2Y幅值分别到189，5：57，负荷至939MW，出现第二波大振动，2Y幅值分别到215um，6：01，再升负荷至944MW，出现大汽流激振，2Y、1Y振动到242、123um，振动不再波动，而是稳定在高值，并缓慢持续上升，在2Y振动超过240um的工况运行近5分钟后，速关CV1%至29％、24％、直至19％的开度，抑制了大的汽流激振，振动恢复至正常小幅波动。
执行步骤150，降负荷至890MW，缓慢恢复CV1的阀位开度至50%，待振动稳定。重新升负荷，负荷再次到944MW，2Y振动仅小幅波动，说明经过大振动后，门槛负荷又进一步提升。汽流激振发生时，1Y、2Y的通频振动急剧上升，主要是低频分量突升，同步伴随着工频相位剧烈的来回波动，工频相位的变化说明汽流激振触发的大振动，已经使得高压转子已经摩擦到汽封齿，摩擦导致高压缸内动静汽封间隙的扩大，动静间隙的不均匀度减少，汽流激振力降低，从而有效的抑制汽流激振。汽流激振被抑制后，工频相位可以恢复，说明短时间内大振动磨损汽封齿对转子热弯曲没有影响，属于可控范围。
门槛负荷未突破设定值，再次执行步骤140，继续升负荷至970MW，振动再次失稳，2Y振动达289um，大振动稳30秒后，速关CV1开度至30%,汽流激振消失。待高压转子振动稳定后，保持负荷970MW不变，再次缓缓恢复CV1的阀位开度至50%，重新升负荷。10：00，机组负荷首次到1000MW, 10:30，负荷首次到1030MW，2Y振动在30～60um波动。机组带负荷至1060MW，2Y振动在30～150um之间波动，未能触发大振动，在线治理取得成效，机组能够成功带满负荷。
本发明提供了安全、可控的在线手段来治理低门槛负荷汽流激振故障，在不揭开高压缸、不检修轴承的条件下，有效治理了1台实际工程发生的汽流激振案例，特别适用于超超临界机组的动静间隙过小或不均匀引起的振动故障。

Claims (5)

1.一种基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法，其包括以下步骤：
步骤1，采集汽轮机轴振信号和间隙电压信号，生成振动趋势图和振动频谱图；
步骤2，根据振动趋势图和振动频谱图，分析识别振动的特征，判断机组是否存在汽流激振故障；
步骤3，如果机组存在汽流激振故障，则通过试验确定运行中能快速避开汽流激振的控制手段，以控制手段简单迅速为准则；
步骤4，机组以定阀位滑压方式和手动运行方式升负荷诱发大幅值汽流激振，根据得到的汽轮机高压转子轴振幅值及汽流激振门槛负荷M1进入相应的控制模式，控制模式以调门速关为抑制手段，合理安排大振动磨合汽封齿的时间，达到动静间隙的自适应；
步骤5，根据高压转子振动情况，恢复机组负荷和调门阀位；
步骤6，循序渐进逐步提升汽流激振门槛负荷M1，只要汽流激振门槛负荷M1小于103%额定负荷，继续执行步骤4，直至机组在最大出力负荷工况下，不再出现汽流激振，治理结束。
2.根据权利要求1所述的基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法，其特征在于，步骤3确定控制手段的具体步骤如下：
a：确定试验的条件和工况，在出现小幅值汽流激振安排试验，汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向轴振的波动范围不超过30μm或上述单向轴振不超过100μm为宜；
b：进行快速减负荷，进汽调门关闭，降主汽温，启顶轴油泵试验，观察对汽流激振的抑制情况，以阀门的快速下关为优先手段，如无其他手段快速抑制汽流激振，则以快速减负荷为主要手段；
c：确定在线抑制手段并优化。
3.根据权利要求2所述的基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法，其特征在于，
步骤4中控制模式的具体内容如下：
①当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的幅值超过150μm时，小于200μm时，停留5分钟后，机组调门速关幅度为-5%，同时锅炉负荷减小30MW；
②当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的幅值超过200μm时，小于250μm时，停留3分钟后，机组调门速关幅度为-10%，同时锅炉负荷减小50MW；
③当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的幅值超过250μm时，应立即控制机组调门速关幅度为-15%，同时锅炉负荷减小100MW；
如若大振动无法消除，进一步加大速关幅度，直至汽流激振消失。
4.根据权利要求3所述的基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法，其特征在于，
步骤5的具体内容为：当汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向轴振的幅值均小于60μm时且持续时间5分钟后，机组负荷恢复至汽流激振门槛负荷M1，机组阀位恢复至初始阀位。
5.根据权利要求3所述的基于振动梯度控制的汽轮机汽流激振在线治理方法，其特征在于，
步骤4中，机组定阀位滑压方式和手动运行方式升负荷诱发大幅值汽流激振时，升负荷至汽轮机高压转子各轴承的X向和Y向的任一轴振的大突发振动出现，若上述任一轴振的幅值超过150μm值时，此负荷作为机组汽流激振门槛负荷M1。
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