神華國能哈密煤電有限公司大南湖電廠1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)引進(jìn)北京北重汽輪機(jī)有限公司ALSTOM技術(shù)生產(chǎn)的公司NCK310-17.75/540/540型亞臨界，中間一次再熱，三缸，雙排汽，單軸，直接空冷抽汽冷凝汽輪機(jī)，DEH該系統(tǒng)采用上海新華控制工程公司DEH-V機(jī)組于2011年9月底投產(chǎn)發(fā)電型數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。自2012年1月初以來，機(jī)組2號(hào)軸承X、Y振動(dòng)峰值越來越大，最高為223μm，此外，振動(dòng)異常的頻率也越來越高，嚴(yán)重威脅汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行和當(dāng)?shù)鼐用竦目煽抗┡?/p>

國電發(fā)2000589號(hào)《防止電力生產(chǎn)重大事故25項(xiàng)關(guān)鍵要求》明確規(guī)定，當(dāng)軸承振動(dòng)發(fā)生變化時(shí)，防止汽輪機(jī)大軸彎曲和軸瓦燒損±0.015mm或相對(duì)軸振動(dòng)變化±0.05mm，當(dāng)軸承振動(dòng)突然增加0時(shí)，應(yīng)盡量消除原因.05mm，應(yīng)立即關(guān)閉。針對(duì)這個(gè)問題，技術(shù)人員仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)1號(hào)高壓調(diào)門(GV1）由于機(jī)組運(yùn)行中沒有檢查和處理?xiàng)l件，因此機(jī)組軸振異常油檔積碳是導(dǎo)致機(jī)組軸振異常的主要因素。因此，通過單閥模式下汽輪機(jī)進(jìn)氣模式的實(shí)際調(diào)整試驗(yàn)，從熱控專業(yè)的角度DEH控制系統(tǒng)中對(duì)GV1.臨時(shí)調(diào)整閥門控制模式，大大降低了2號(hào)軸承X、Y振動(dòng)波動(dòng)頻率為2X、2Y最大振動(dòng)振幅控制在110μm以下是振動(dòng)間歇性頻繁波動(dòng)的有效抑制，確保機(jī)組在計(jì)劃停機(jī)維護(hù)前安全穩(wěn)定運(yùn)行，效果良好。

1 振動(dòng)特征及原因分析

1.1 振動(dòng)特征

根據(jù)汽輪機(jī)制造商的要求，汽輪機(jī)必須在半年內(nèi)保持閥的形式運(yùn)行，并采用全周進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)，以提高葉片的機(jī)械可靠性。該配備了兩個(gè)高壓主閥(TV)、4個(gè)高壓調(diào)門(GV)、兩個(gè)中壓主汽門(RSV)、2個(gè)中壓調(diào)門(IV)、1個(gè)旋轉(zhuǎn)隔板(CV)，由于工業(yè)抽汽尚未投入使用，機(jī)組正常運(yùn)行TV、RSV、IV、CV全開，4個(gè)高壓調(diào)門(GV1、GV2、GV3、GV4)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷同步動(dòng)作。2號(hào)軸承間歇性振動(dòng)問題在機(jī)組投入運(yùn)行后不久開始發(fā)生。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，2X、2Y軸振波動(dòng)頻率越來越頻繁，振動(dòng)范圍越來越大，軸承溫度在振動(dòng)過程中也相應(yīng)升高，具體情況如圖1所示。

圖1

隨機(jī)調(diào)用時(shí)間長度為8.5h從趨勢(shì)圖可以看出，在機(jī)組實(shí)際功率基本穩(wěn)定的情況下，2X、2Y振動(dòng)波動(dòng)15次，最短間隔6次min，最大波動(dòng)振幅超過194μm，間隔時(shí)間很短，只有4.5h左右。2X、2Y軸振變化的趨勢(shì)幾乎完全相似，圖中GV1閥門開度也頻繁擺動(dòng)，變化趨勢(shì)正好與之對(duì)應(yīng)并且變化方向相反，即當(dāng)GV當(dāng)開度增加時(shí)，2X、2Y減少振動(dòng)，當(dāng)GV1開度減小時(shí)，2X、2Y振動(dòng)變大。

1.2原因分析

當(dāng)汽輪機(jī)以單閥的形式運(yùn)行時(shí)，四個(gè)高壓調(diào)門接收相同的閥位指令，同時(shí)移動(dòng)和開度應(yīng)基本相同。從圖1中也可以看出GV2開度、GV4.開度變化趨勢(shì)一致，GV3開度基本與之重合，GV1當(dāng)閥位指令基本保持不變時(shí)，閥門突然下關(guān)開度降低。當(dāng)開度關(guān)閉到一定程度時(shí)，GV再次被指示拉回。

GV閥門伺服控制系統(tǒng)的原理如圖2所示。

DEH-閥門指令；OFFSET－偏置；AST-遮蓋指令；

S-伺服閥上電壓值；P-閥位反饋

圖2 伺服控制系統(tǒng)原理圖

伺服系統(tǒng)的工作原理：DEH輸出信號(hào)到VCC卡，轉(zhuǎn)換為閥位指令，功率放大器輸出S控制伺服閥油動(dòng)機(jī)。油動(dòng)機(jī)位移LVDT變送器轉(zhuǎn)換為位置反饋電壓信號(hào)P與閥位指令相比，當(dāng)兩者相等時(shí)，油動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在一定位置。

調(diào)取GV伺服控制參數(shù)的趨勢(shì)如圖3所示。

圖3 GV伺服控制參數(shù)趨勢(shì)圖

♂

從圖3可以看出GV伺服控制系統(tǒng)特性差，閥門緩慢率大。2012年1月30日7:02:04至7:02:44，GV1指令在29.7%～30.2%范圍內(nèi)基本保持不變，GV1閥位突然開始下滑，29.8%關(guān)小至23.4%，期間2X軸振由107μm增大至116μm，2Y軸振由108μm增大至128μm。由于GV當(dāng)指令不變時(shí)，實(shí)際閥位關(guān)閉較小，伺服閥上的電壓S值隨之由0.06V增大至0.28V，在較大S伺服閥滑閥在值的作用下移動(dòng)GV開度慢慢拉回，7:02:44至7:08:31，GV1閥位由23.4%逐漸開大到29%.伺服閥上電壓9%S值由0.28V減小至0.10V，在2期間，閥門伺服控制系統(tǒng)再次達(dá)到新的平衡狀態(tài)X軸振由116μm降低至106μm，2Y軸振由128μm降低至109μm。

基于以上分析，認(rèn)為2號(hào)軸承振動(dòng)頻繁間歇性波動(dòng)的主要原因是GV伺服控制系統(tǒng)特性差，閥門緩慢率大。GV1閥門周期性的開度下溜和拉回，使單閥方式下4個(gè)高壓調(diào)門進(jìn)汽流量不均，在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)處會(huì)產(chǎn)生較大的配汽不平衡汽流力，從而引發(fā)調(diào)節(jié)級(jí)附近的2號(hào)軸承振動(dòng)出現(xiàn)間歇性頻繁波動(dòng)。而每隔4個(gè)多小時(shí)的較大幅度振動(dòng)（振幅超過194μm），認(rèn)為2號(hào)軸承處的油垢與轉(zhuǎn)子接觸擠壓可能會(huì)導(dǎo)致局部高溫碳化，產(chǎn)生的積碳會(huì)使油檔間隙變小，直到與轉(zhuǎn)子接觸產(chǎn)生摩擦振動(dòng)，但在機(jī)組正常運(yùn)行中不具備檢查和清理油檔積碳的條件。

2 閥門調(diào)整試驗(yàn)過程

針對(duì)GV分析認(rèn)為伺服系統(tǒng)緩慢率高的根本原因是EH抗燃油質(zhì)量惡化(實(shí)際試驗(yàn)為9級(jí)，不符合6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求GV伺服閥內(nèi)部異常特性惡化。雖然伺服閥的設(shè)計(jì)可以在線檢查和更換，但必須更換GV1只有在高壓進(jìn)油完全關(guān)閉和切斷后才能進(jìn)行，但在實(shí)踐中GV1.在強(qiáng)制下關(guān)過程中，2號(hào)軸承的振動(dòng)迅速增加。如果全部關(guān)閉，振動(dòng)將繼續(xù)增加到危險(xiǎn)值，必須停止機(jī)組運(yùn)行。因此，當(dāng)時(shí)沒有在線檢查和更換的條件。所以我決定一方面增加EH加強(qiáng)油濾油和再生EH盡快恢復(fù)和改進(jìn)油質(zhì)檢測(cè)監(jiān)督EH另一方面，油質(zhì)等級(jí)開始調(diào)整閥門控制模式，以找到合適的目標(biāo)GV1伺服系統(tǒng)異常情況下的特殊控制模式GV抑制了油檔積碳對(duì)2號(hào)軸承振動(dòng)的開度變化和影響。

機(jī)組四個(gè)高壓調(diào)門和轉(zhuǎn)子位置示意圖分別如圖4和圖5所示。

圖4

圖5 軸承位置轉(zhuǎn)子示意圖

調(diào)整試驗(yàn)時(shí)，在單閥方式下將GV1指令切割為手動(dòng)控制，手動(dòng)控制其開度指令，手動(dòng)逐漸開放或關(guān)閉1%GV1，觀察GV1開度對(duì)2號(hào)軸承振動(dòng)和軸承溫度的影響規(guī)律。同時(shí)，要求操作人員密切監(jiān)測(cè)軸系統(tǒng)振動(dòng)、軸瓦溫度等主要參數(shù)的變化，調(diào)整試驗(yàn)過程中的異常情況，按規(guī)定及時(shí)關(guān)閉事故。試驗(yàn)過程如圖6所示。

圖6

根據(jù)制造商提供的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和閥門流量特性曲線，4個(gè)高調(diào)門開度在45%時(shí)基本可以滿載運(yùn)行，45%至100%開度變化時(shí)對(duì)蒸汽流量影響不大。因此，強(qiáng)制性GV指令，人工控制GV1開度以1%的幅度逐漸擴(kuò)大GV1當(dāng)發(fā)現(xiàn)閥門(指令變化范圍為28%~45%)時(shí)GV1開大時(shí)，2X、2Y振動(dòng)顯著降低，但軸承溫度逐漸升高；強(qiáng)制性GV指令，人工控制GV1開度以1%的幅度逐漸關(guān)閉GV1當(dāng)發(fā)現(xiàn)閥門(指令變化范圍為45%~28%)時(shí)GV1關(guān)小時(shí)，2X、2Y如果振動(dòng)顯著增加，但軸承溫度逐漸下降。GV1開度相對(duì)較大，對(duì)2號(hào)軸承振動(dòng)范圍的抑制作用明顯。GV1.指令為45%，其他3個(gè)閥門指令為25%X最小振動(dòng)降至76μm，2Y最小振動(dòng)降至59μm，但是軸承溫度卻升高至76.8℃，而且有持續(xù)上升的趨勢(shì)。試驗(yàn)也試圖正確GV4通過增加調(diào)整試驗(yàn)GV4開度也向上托起轉(zhuǎn)子的力，但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了GV在手動(dòng)開大的過程中，2X軸振、2Y考慮到軸振顯著增加和圖中的峰值，GV伺服系統(tǒng)特性好，不再調(diào)整。

經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整試驗(yàn)，認(rèn)為正常帶供熱負(fù)荷運(yùn)行中GV1.在35%的指令中，固定指令應(yīng)盡可能保持在相對(duì)固定的開度，以避免伺服系統(tǒng)因負(fù)載頻繁變化而導(dǎo)致的延遲GV1實(shí)際閥位同時(shí)頻繁波動(dòng)GV1與其他三個(gè)高調(diào)門相比，保持相對(duì)較高的開度，給轉(zhuǎn)子一個(gè)向上支撐的附加力，減少2號(hào)軸承載荷，增加最小油膜厚度，使振動(dòng)相對(duì)控制在較低范圍內(nèi)，軸承溫度不會(huì)升高太大。當(dāng)機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)GV自動(dòng)放開指令，讓GV1根據(jù)閥門的流量特性，與其他幾個(gè)調(diào)門同步開啟負(fù)荷調(diào)節(jié)，GV當(dāng)閥門開度較高時(shí)，下滑和拉回的小開度波動(dòng)對(duì)進(jìn)氣流量影響不大，因此對(duì)2號(hào)軸承振動(dòng)的影響也相對(duì)較弱。

♂

3 調(diào)整方案及操作注意事項(xiàng)

3.1 閥門控制方式的調(diào)整方案

在對(duì)機(jī)組進(jìn)氣方式進(jìn)行上述調(diào)整試驗(yàn)后，決定在機(jī)組具備維修條件GV1伺服系統(tǒng)、汽機(jī)軸承、油檔檢查處理前DEH臨時(shí)采取以下措施：

（1）將GV1閥門指令設(shè)置在35%到100%之間。(即單閥方式下高調(diào)門指令低于35%時(shí)，GV1保持35%指令，當(dāng)高調(diào)門指令在35%以上時(shí)，GV1.同時(shí)隨機(jī)調(diào)整其他三個(gè)調(diào)門的負(fù)載)。

(2)當(dāng)汽機(jī)超速103%或機(jī)組跳閘時(shí)，在安全油母管排油的同時(shí)GV閥門指令清零。

3.調(diào)整閥控方法后操作注意事項(xiàng)2

由于機(jī)組為中壓缸啟動(dòng)，機(jī)組啟動(dòng)掛閘后，主汽門和中主門自動(dòng)全開，對(duì)GV上述調(diào)整后，提示操作人員注意以下情況：

(1)機(jī)組運(yùn)行中發(fā)生故障跳閘時(shí)，雖然安全油管失壓GV閥門實(shí)際關(guān)閉，但一旦重新掛閘，跳閘信號(hào)復(fù)位，GV1將收到35%的指令重新啟動(dòng)，因此操作人員應(yīng)在跳閘后聯(lián)系熱控人員GV1.指令解除上述限制后，重新掛閘，避免機(jī)組超速。

(2)機(jī)組計(jì)劃停機(jī)時(shí)，操作人員可提前通知熱控人員將GV1.解除限制，恢復(fù)上述臨時(shí)措施，按規(guī)定正常停機(jī)。停機(jī)后，維修人員應(yīng)徹底檢查汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和軸承油檔。

4 調(diào)整閥門控制模式后的效果

2012年1月31日晚對(duì)GV采取上述臨時(shí)調(diào)整措施后，2號(hào)軸承振動(dòng)如圖7所示。

圖7 GV1調(diào)整控制模式后的振動(dòng)趨勢(shì)圖

從這個(gè)時(shí)間長度到48h在2月1日22:00至2月3日22:00期間，機(jī)組負(fù)荷為160~292MW范圍變化，GV1.開度范圍在32%~83%之間，其余三個(gè)調(diào)門開度在18%~83%之間隨負(fù)荷變化調(diào)整。2號(hào)軸承振動(dòng)間歇性波動(dòng)大大降低，振動(dòng)值得到有效抑制。X軸振正常在90μm最大值控制在105左右μm以下，2Y軸振正常在80μm最大值控制在107左右μm下面，2號(hào)軸承的溫度也在正常范圍內(nèi)變化。GV1.閥門控制模式有效抑制了2號(hào)軸振動(dòng)的頻繁間歇性波動(dòng)，取得了良好的效果。

5 結(jié)語

針對(duì)機(jī)組2號(hào)軸承振動(dòng)頻繁間歇性波動(dòng)增大的問題，在機(jī)組不具備維修條件的情況下DEH控制系統(tǒng)采取臨時(shí)措施，調(diào)整汽輪機(jī)進(jìn)氣閥氣閥的控制模式，有效抑制軸振波動(dòng)的頻率和幅度，使機(jī)組安全穩(wěn)定地度過冬季采暖的特殊時(shí)期，確保機(jī)組在計(jì)劃停機(jī)維護(hù)前的安全運(yùn)行，是從熱控專業(yè)角度抑制汽輪機(jī)軸承振動(dòng)的成功嘗試。后來，在機(jī)組計(jì)劃的停機(jī)維護(hù)中，安排GV更換伺服閥閥體，汽輪機(jī)專業(yè)技術(shù)人員徹底檢查汽輪機(jī)2號(hào)軸承和油檔積碳，清理積碳，改進(jìn)油檔氣密封，從根本上解決問題GV1.油檔積碳導(dǎo)致2號(hào)軸承頻繁間歇振動(dòng)。

EH油質(zhì)與伺服閥相同DEH控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行密切相關(guān)。今后還需要做好EH一方面，在維護(hù)過程中，定期檢查、清洗或更換伺服閥和濾網(wǎng)，并按規(guī)定進(jìn)行閥門靜態(tài)試驗(yàn)緩慢試驗(yàn)；另一方面，在運(yùn)行過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《DL/T加強(qiáng)571-2007電廠磷酸酯耐燃油運(yùn)行維護(hù)指南的要求EH耐燃油濾油再生，做好工作EH定期檢測(cè)和監(jiān)督油油質(zhì)量，努力改進(jìn)EH長期保持油等級(jí)和質(zhì)量穩(wěn)定。