對某310MW 汽輪發(fā)電機組2號軸承振動頻繁間歇性波動的原因進行分析，指出1號高壓進汽調(diào)門(GV1)遲緩率過大和油檔積碳是導(dǎo)致機組軸振異常的主要因素。由于在機組運行中不具備檢查處理的條件，于是從熱控專業(yè)角度通過在單閥方式下對汽輪機進汽方式的實際調(diào)整試驗，找出了GV1開度對2號軸承振 動及軸瓦溫度等參數(shù)的影響規(guī)律，并在DEH控制系統(tǒng)中通過對GV1閥門控制方式進行臨時調(diào)整，大大降低了2號軸承振動波動的頻次和幅度，有效抑制了振動間歇性頻繁增大的現(xiàn)象，確保了機組在計劃停機檢修前的安全穩(wěn)定運行，收到良好效果。

　　神華國能哈密煤電公司大南湖電廠1號機組汽輪機為北京北重汽輪電機有限責(zé)任公司引進法國ALSTOM公司技術(shù)生產(chǎn)的NCK310-17.75/540/540型亞臨界、中間一次再熱、三缸、雙排汽、單軸、直接空冷抽汽冷凝式汽輪機，DEH 系統(tǒng)采用上海新華控制工程公司的DEH-V型數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，機組于2011年9月底投產(chǎn)發(fā)電。自2012年1月初開始，該機組2號軸承X、Y 向振動出現(xiàn)頻繁間歇性波動的情況，振動峰值也越來越大，最高達到 223μm，并且振動異常發(fā)生的頻率也越來越高，嚴重威脅著汽輪發(fā)電機組安全運行和對當?shù)鼐用竦目煽抗┡��?/p>

　　國電發(fā)[2000]589號《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》在關(guān)于防止汽輪機大軸彎曲、軸瓦燒損事故中明確規(guī)定： 當軸承振動變化±0.015mm或相對軸振動變化±0.05mm，應(yīng)查明原因設(shè)法消除，當軸承振動突然增加0.05mm，應(yīng)立即打閘停機。針對這一問題，技術(shù)人員進行了認真的分析查找，發(fā)現(xiàn)1號高壓調(diào)門(GV1)遲緩率過大和油檔積碳是導(dǎo)致機組軸振異常的主要因素，由于在機組運行中并不具備檢查處理的條件。于是通過在單閥方式下對汽輪機進汽方式的實際調(diào)整試驗，并從熱控專業(yè)角度在DEH控制系統(tǒng)中對GV1閥門控制方式進行臨時調(diào)整，大大降低了2號軸承X、Y向振動的波動頻次，同時將2X、2Y振動最大幅值控制在110μm以下，有效抑制了振動間歇性頻繁波動的現(xiàn)象，確保了機組在計劃停機檢修前的安全穩(wěn)定運行，收到良好效果。

1、振動特征及原因分析

　　1.1 振動特征

　　根據(jù)汽輪機制造廠要求，機組投運半年內(nèi)汽輪機必須保持在單閥方式運行，采用全周進汽節(jié)流調(diào)節(jié)，以增加葉片的機械可靠性。該機組共配置有2個高壓主汽門(TV) 、4個高壓調(diào)門(GV) 、2個中壓主汽門(RSV) 、2個中壓調(diào)門(IV) 、1個旋轉(zhuǎn)隔板(CV) ，由于工業(yè)抽汽暫未投用，機組正常運行時TV、RSV、IV、CV 全開，4個高壓調(diào)門(GV1、GV2、GV3、GV4) 同步動作對機組負荷進行調(diào)整。該機組投運后不久就開始發(fā)生2號軸承間歇性振動的問題，隨著運行時間的延長，2X、2Y軸振波動的頻率越來越頻繁，振動幅度也越來越大，在振動增大的過程中軸承溫度也相應(yīng)升高，具體情況如圖1示。

圖1 軸承振動與閥門開度趨勢圖

　　從這張隨機調(diào)取時間長度為8.5h的趨勢圖中可以看出：在機組實際功率基本穩(wěn)定的情況下，2X、2Y振動共發(fā)生較大的波動15次，最短間隔時間為6min，其中兩次最大的波動振幅均超過194μm，并且間隔時間很短僅為4.5h左右。2X、2Y軸振變化的趨勢幾乎完全相似，圖中GV1閥門開度也頻繁擺動，變化趨勢正好與之對應(yīng)并且變化方向相反，即當GV1開度增大時，2X、2Y振動減小，當GV1開度減小時，2X、2Y振動變大。

　　1.2 原因分析

　　汽輪機處在單閥方式下運行時，4個高壓調(diào)門接收同一閥位指令，同時動作并且開度應(yīng)基本一致。從圖1也可以看出GV2開度、GV4開度變化趨勢一致，GV3開度也基本與之重合，而GV1在閥位指令基本保持不變的情況下，閥門卻出現(xiàn)突然下關(guān)開度減小的現(xiàn)象，當開度關(guān)小到一定程度后，GV1又被指令重新拉回。

　　GV閥門伺服控制系統(tǒng)的原理如圖2示。

DEH - 閥門指令; OFFSET - 偏置; AST - 遮斷指令;S- 伺服閥上電壓值; P- 閥門位置反饋

圖2 伺服控制系統(tǒng)原理圖

　　伺服系統(tǒng)工作原理： DEH輸出的信號到VCC卡，轉(zhuǎn)換為閥位指令，功放輸出S去控制伺服閥油動機。油動機位移經(jīng)LVDT變送器轉(zhuǎn)換為位置反饋電壓信號P到綜合放大器與閥位指令相比較，當其二者相等時，油動機穩(wěn)定在某一位置上。

　　調(diào)取GV1開度異常擺動時各伺服控制參數(shù)的趨勢如圖3示。

圖3 GV1伺服控制參數(shù)趨勢圖

　　從圖3中可以看出GV1伺服控制系統(tǒng)特性較差，閥門遲緩率偏大。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)基本保持不變的情況下，GV1閥位突然開始下溜，由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GV1指令不變的情況下而實際閥位關(guān)小，伺服閥上電壓S值隨之由0.06V增大至0.28V，在較大S值的作用下使伺服閥滑閥移動又將GV1開度緩慢拉回，7：02： 44至7：08：31，GV1閥位由23.4% 逐漸開大至29.9% ，伺服閥上電壓S值由0.28V減小至0.10V，閥門伺服控制系統(tǒng)重新達到一個新的平衡狀態(tài)，期間2X軸振由116μm 降低至106μm，2Y軸振由128μm降低至109μm。

　　基于以上分析，認為造成2號軸承振動頻繁間歇性波動的主要原因是GV1伺服控制系統(tǒng)特性較差，閥門遲緩率偏大。GV1閥門周期性的開度下溜和拉回，使單閥方式下4個高壓調(diào)門進汽流量不均，在汽輪機調(diào)節(jié)級處會產(chǎn)生較大的配汽不平衡汽流力，從而引發(fā)調(diào)節(jié)級附近的2號軸承振動出現(xiàn)間歇性頻繁波動。而每隔4個多小時的較大幅度振動(振幅超過194μm)，認為可能是2號軸承處油垢物與轉(zhuǎn)子接觸擠壓造成局部高溫碳化，產(chǎn)生的積碳使油檔間隙變小，直至與轉(zhuǎn)子碰觸產(chǎn)生的摩擦振動，但在機組正常運行中不具備對油檔進行檢查和清理積碳的條件。

2、閥門調(diào)整試驗的過程

　　針對GV1伺服系統(tǒng)遲緩率偏大這一問題，分析認為根本原因是EH抗燃油品質(zhì)惡化( 經(jīng)實際化驗為9級，達不到6級標準的要求造成GV1伺服閥內(nèi)部異常特性變差。伺服閥雖然設(shè)計可以在線檢查更換，但必須將GV1全部關(guān)閉并切斷高壓進油后才能進行，而在實際GV1強制下關(guān)的過程中2號軸承振動隨之迅速增大，如果全部關(guān)閉，則會使振動繼續(xù)增大至危險值必須停止機組運行，因此當時并不具備在線檢查更換的條件。于是決定一方面加大對EH油的濾油和再生，同時加強對EH油質(zhì)的化驗監(jiān)督，盡快恢復(fù)提高EH油品質(zhì)等級，另一方面開始對閥門控制方式進行調(diào)整試驗，以期找到一種合適的針對GV1伺服系統(tǒng)異常情況下的特殊控制方式，使GV1開度變化及油擋積碳對2號軸承振動的影響得到抑制。

　　該機組4個高壓調(diào)門和轉(zhuǎn)子位置示意圖分別如圖4、圖5示。

圖4 調(diào)門布置示意圖

圖5 轉(zhuǎn)子在軸承中位置示意圖

　　調(diào)整試驗時，在單閥方式下將GV1指令切為手動控制，人為控制其開度指令，手動以1%的幅度逐漸開大或關(guān)小GV1，觀察GV1開度對2號軸承振動和軸承溫度的影響規(guī)律。同時要求運行人員密切監(jiān)視機組軸系振動和軸瓦溫度等主要參數(shù)變化，調(diào)整試驗過程中如遇有異常情況，及時打閘停機按照規(guī)程進行事故處理。試驗過程的情況如圖6示。

圖6 閥門調(diào)整試驗過程趨勢圖

　　根據(jù)運行經(jīng)驗和制造廠提供的閥門-流量特性曲線，4個高調(diào)門開度在45%時基本可以帶滿負荷運行，45%至100%開度變化時對蒸汽流量的影響較小。因此強制GV1指令，人為控制GV1開度，以1%的幅度逐漸開大GV1閥門( 指令變化范圍 28% ～ 45% )，發(fā)現(xiàn)當GV1開大時，2X、2Y振動明顯降低，但軸承溫度逐漸升高; 強制GV1指令，人為控制GV1開度，以1%的幅度逐漸關(guān)小GV1閥門( 指令變化范圍45%～ 28% )，發(fā)現(xiàn)當GV1關(guān)小時，2X、2Y 振動明顯增大，但軸承溫度逐漸降低。如果GV1開度相對較大，則對2號軸承振動幅度的抑制作用很明顯，試驗過程中GV1指令在45%，其他3個閥門指令均在25%時，2X振動最低降至76μm，2Y振動最低降至59μm，但是軸承溫度卻升高至76. 8℃ ，而且有繼續(xù)上升的趨勢。試驗中也嘗試著對GV4進行調(diào)整試驗，通過增大GV4開度同樣給轉(zhuǎn)子向上托舉的力，但發(fā)現(xiàn)在GV4手動開大的過程中，2X 軸振、2Y軸振出現(xiàn)明顯的增大并出現(xiàn)圖中的波峰，考慮到GV4伺服系統(tǒng)特性較好，未再對其進行調(diào)整。

　　經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整試驗，認為正常帶供熱負荷運行中GV1在35%指令時，固定指令盡量使其保持在相對固定的開度，避免指令隨負荷頻繁改變時由于伺服系統(tǒng)遲緩率大引起GV1實際閥位隨之頻繁波動，同時使GV1相對于其他3個高調(diào)門保持在一個相對較高的開度，給轉(zhuǎn)子一個向上托舉的附加力使2號軸承承載減小，最小油膜厚度增大，這樣相對可以將振動控制在較低范圍之內(nèi)，同時軸承溫度也不至于升高過大。當機組帶高負荷運行時將GV1指令自動放開，讓GV1和其他幾個調(diào)門同步開大進行負荷調(diào)整，根據(jù)閥門流量特性，GV1閥門在較高開度時，其下溜和拉回的小幅開度波動對進汽流量影響不大，因此對2號軸承振動產(chǎn)生的影響也較為微弱。

3、調(diào)整方案及運行注意事項

　　3.1、閥門控制方式的調(diào)整方案

　　經(jīng)過對該機組進汽方式的上述調(diào)整試驗，決定在機組具備檢修條件對GV1伺服系統(tǒng)、汽機軸承及油檔等進行檢查處理之前，先在DEH控制系統(tǒng)中臨時采取以下措施：

　　(1)將GV1閥門指令設(shè)定在35%到100%之間。(即單閥方式下高調(diào)門指令在35%以下時，GV1保持35%指令，當高調(diào)門指令在35%以上時，GV1和其它3個調(diào)門同時隨機組負荷變化調(diào)整) 。

　　(2)當發(fā)生汽機103%超速或機組跳閘時，在安全油母管泄油的同時將GV1閥門指令清零。

　　3.2、閥門控制方式調(diào)整后運行注意事項

　　由于該機組為中壓缸啟動，機組啟動掛閘后，主汽門和中主門自動全開，因此對GV1閥門控制方式進行上述調(diào)整后，提示運行人員注意以下情況：

　　(1)當機組運行中發(fā)生故障跳閘時，雖然安全油管失壓使GV1閥門實際關(guān)閉，但一旦重新掛閘將跳閘信號復(fù)位后，GV1 會接收35%的指令重新開啟，因此跳閘后運行人員應(yīng)先聯(lián)系熱控人員將GV1指令解除上述限制后再重新掛閘，避免引起機組超速。

　　(2)當機組計劃停機時，運行人員可提前通知熱控人員將GV1指令解除限制，恢復(fù)上述臨時措施，按照規(guī)程正常停機。停機后由檢修人員對汽輪機調(diào)速系統(tǒng)和軸承油檔進行徹底地檢查處理。

4、閥門控制方式調(diào)整后的效果

　　2012年1月31日晚對GV1閥門控制方式采取上述臨時調(diào)整措施后，2號軸承振動的情況如圖7示。

圖7 GV1控制方式調(diào)整后的振動趨勢圖

　　從這張時間長度為48h的趨勢圖可以看出，在2月1日22：00至2月3日22：00期間，機組負荷在160～292MW范圍變化，GV1開度范圍在32%～83%之間，其余三個調(diào)門開度在18%～83%之間隨負荷變化進行調(diào)整，2號軸承振動間歇性波動的情況大大減少，同時振動的幅值也得到了有效抑制，2X軸振正常在90μm左右，最大值被控制在105μm以下，2Y軸振正常在80μm左右，最大值被控制在107μm以下，2號軸承溫度也在正常范圍之內(nèi)變化。調(diào)整GV1閥門控制方式有效抑制了2號軸振的頻繁間歇性波動，取得了很好的效果。

5、結(jié)語

　　針對該機組2號軸承振動頻繁間歇性波動增大的問題，在機組不具備檢修條件的情況下從DEH控制系統(tǒng)中采取臨時性措施，對汽輪機進汽閥門的控制方式進行調(diào)整，有效抑制了軸振波動的頻次和幅度，使機組安全平穩(wěn)地度過了迎峰度冬保障供暖的特殊時期，并確保了機組在計劃停機檢修前的安全運行，是在機組運行中從熱控專業(yè)角度采取措施抑制汽輪機軸承振動的一次成功嘗試。后來在機組計劃停機檢修中，安排對GV1伺服閥閥體進行更換，由汽機專業(yè)技術(shù)人員對汽輪機2號軸承及油檔積碳進行徹底檢查，清理積碳并對油檔實施氣密封改進，從根本上解決了由于GV1遲緩率偏大和油檔積碳導(dǎo)致2號軸承頻繁間歇性振動的問題。

　　EH 油品質(zhì)同伺服閥的壽命及DEH控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行密切相關(guān)。今后我們還需要切實做好EH油及調(diào)速系統(tǒng)的運行和維護工作，一方面在檢修中對伺服閥及濾網(wǎng)進行定期檢查清洗或更換，并按規(guī)定進行閥門靜態(tài)試驗、遲緩率測試等試驗; 另一方面在運行中要嚴格執(zhí)行《DL /T571—2007電廠用磷酸酯抗燃油運行與維護導(dǎo)則》的要求，加強EH抗燃油的濾油和再生，并認真做好EH油油質(zhì)定期化驗監(jiān)督工作，努力提高EH油等級并保持品質(zhì)長期穩(wěn)定。