局部進(jìn)汽引發(fā)軸系故障的機(jī)理及對(duì)策.pdf

1、隨著電力工業(yè)的發(fā)展，許多大中型汽輪發(fā)電機(jī)組也參與到調(diào)峰中來，而且峰谷差最大能達(dá)到50％，很多機(jī)組在采用噴嘴調(diào)節(jié)（局部進(jìn)汽）進(jìn)行調(diào)峰變負(fù)荷的過程中，在中間負(fù)荷區(qū)發(fā)生了一種軸系故障，主要現(xiàn)象為高壓轉(zhuǎn)子各軸承處瓦溫升高、振動(dòng)增大等；還有不少機(jī)組在單閥向順序閥切換的過程中，因振動(dòng)超標(biāo)而不得不中斷，無法投運(yùn)順序閥控制。這些故障的產(chǎn)生機(jī)制不明確，也沒有有效的處理方法，一直困擾著發(fā)電企業(yè)。為了保證安全生產(chǎn)，這些機(jī)組不得不采用節(jié)流調(diào)節(jié)（全周進(jìn)汽），給電

2、廠帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)上述故障開展診斷研究，尋找故障原因和發(fā)生機(jī)理，并提出有效的解決方案，對(duì)完善電站汽輪機(jī)故障診斷理論體系，提高電站運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。
　　本文針對(duì)電站汽輪機(jī)局部進(jìn)汽工況下發(fā)生的高壓轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)故障和閥門切換過程振動(dòng)故障，開展一系列故障診斷、機(jī)理分析、數(shù)值模擬、過程仿真和實(shí)驗(yàn)研究工作，進(jìn)而研究相應(yīng)的解決方案。本文主要研究工作包括以下幾個(gè)方面：
　　首先，分析了某型200

3、MW和600MW機(jī)組在局部進(jìn)汽工況下的軸系故障（簡(jiǎn)稱配汽故障），對(duì)其典型故障特征進(jìn)行了總結(jié)，然后選取其中具有代表性的200MW機(jī)組案例進(jìn)行診斷。為了獲取充分的故障特征信息，提出了基于動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整技術(shù)（DTW）的快速關(guān)聯(lián)分析算法，在DAS系統(tǒng)大量測(cè)點(diǎn)中自動(dòng)搜索故障相關(guān)信號(hào)。基于相關(guān)信號(hào)和先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行推理診斷，發(fā)現(xiàn)故障與局部進(jìn)汽產(chǎn)生的作用于調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉片的不對(duì)稱汽流力（簡(jiǎn)稱配汽力）之間的聯(lián)系。通過調(diào)節(jié)級(jí)變工況熱力計(jì)算，建立了該200MW機(jī)組的

4、配汽力模型，分析了變負(fù)荷工況下配汽力與故障特征之間的相關(guān)性，推斷配汽力為故障原因。
　　其次，對(duì)某型200MW機(jī)組的高中壓轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)進(jìn)行非線性動(dòng)力學(xué)建模，然后基于該模型和配汽力模型，采用帶阻尼Newmark方法開展了配汽力作用下軸系運(yùn)動(dòng)行為的數(shù)值模擬研究，分析了變負(fù)荷過程配汽力對(duì)軸心位置、軸承載荷、軸系穩(wěn)定性、振動(dòng)等特性的影響規(guī)律。通過在該機(jī)組上開展的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)配汽力作用下軸系狀態(tài)實(shí)際變化驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果。研究結(jié)果揭示了配

5、汽力對(duì)軸心位置、瓦溫和軸振的影響機(jī)理，證實(shí)了故障診斷結(jié)論。針對(duì)穩(wěn)定性好、水平方向油膜剛度大的可傾瓦軸承支撐軸系也開展了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明配汽力對(duì)可傾瓦軸承的影響規(guī)律和程度與橢圓瓦軸承基本相同。
　　第三，在閥門管理設(shè)計(jì)中考慮配汽力約束，對(duì)最小進(jìn)汽度50%的噴嘴調(diào)節(jié)方案進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，從經(jīng)濟(jì)和安全兩個(gè)角度綜合分析了對(duì)角進(jìn)汽相對(duì)于順序進(jìn)汽和雙對(duì)角進(jìn)汽的優(yōu)勢(shì)，并通過實(shí)驗(yàn)研究揭示了各種對(duì)角進(jìn)汽方案對(duì)軸心位置、瓦溫和軸振的影響規(guī)律。通過

6、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)探討了利用閥門管理控制配汽力的可行性及必要性，以達(dá)到消除配汽故障、調(diào)整軸承載荷或提高軸系穩(wěn)定性的目的。分析了1000MW超超臨界機(jī)組現(xiàn)有閥門管理方案因最小進(jìn)汽度為75%而導(dǎo)致的效率損失，提出了配汽力擾動(dòng)能力的衡量指標(biāo)，并采用該指標(biāo)論證了應(yīng)用最小進(jìn)汽度50%噴嘴調(diào)節(jié)的安全裕度小，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種可減小配汽力的偏對(duì)角進(jìn)汽閥門管理，可提高1000MW超超臨界機(jī)組的安全性。分析了季節(jié)變化對(duì)空冷機(jī)組閥門節(jié)流損失的影響，設(shè)計(jì)了可組合多個(gè)三閥點(diǎn)

7、的閥門管理方案，分別對(duì)應(yīng)不同季節(jié)工況，在保證安全的基礎(chǔ)上提高了經(jīng)濟(jì)效率。
　　最后，針對(duì)閥門切換過程軸振異常變化問題開展了診斷工作，分析出問題原因在于閥門晃動(dòng)產(chǎn)生的汽流力瞬態(tài)沖擊，然后通過數(shù)值模擬研究了汽流力瞬態(tài)沖擊對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的影響。分析出閥門晃動(dòng)原因在于閥門管理整體流量特性與實(shí)際情況不匹配，建立了閥位控制回路模型，分別進(jìn)行了閥門管理流量特性準(zhǔn)確與不準(zhǔn)確情況下的閥門切換過程仿真研究，驗(yàn)證了這一分析結(jié)論。提出了基于運(yùn)行數(shù)據(jù)的閥門管理