局部進汽引發(fā)軸系故障的機理及對策.pdf

1、隨著電力工業(yè)的發(fā)展，許多大中型汽輪發(fā)電機組也參與到調峰中來，而且峰谷差最大能達到50％，很多機組在采用噴嘴調節(jié)（局部進汽）進行調峰變負荷的過程中，在中間負荷區(qū)發(fā)生了一種軸系故障，主要現(xiàn)象為高壓轉子各軸承處瓦溫升高、振動增大等；還有不少機組在單閥向順序閥切換的過程中，因振動超標而不得不中斷，無法投運順序閥控制。這些故障的產生機制不明確，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，這些機組不得不采用節(jié)流調節(jié)（全周進汽），給電

2、廠帶來很大的經濟損失。因此，對上述故障開展診斷研究，尋找故障原因和發(fā)生機理，并提出有效的解決方案，對完善電站汽輪機故障診斷理論體系，提高電站運行的安全性和經濟性，具有重要的理論和實踐價值。
　　本文針對電站汽輪機局部進汽工況下發(fā)生的高壓轉子-軸承系統(tǒng)故障和閥門切換過程振動故障，開展一系列故障診斷、機理分析、數(shù)值模擬、過程仿真和實驗研究工作，進而研究相應的解決方案。本文主要研究工作包括以下幾個方面：
　　首先，分析了某型200

3、MW和600MW機組在局部進汽工況下的軸系故障（簡稱配汽故障），對其典型故障特征進行了總結，然后選取其中具有代表性的200MW機組案例進行診斷。為了獲取充分的故障特征信息，提出了基于動態(tài)時間規(guī)整技術（DTW）的快速關聯(lián)分析算法，在DAS系統(tǒng)大量測點中自動搜索故障相關信號。基于相關信號和先驗知識進行推理診斷，發(fā)現(xiàn)故障與局部進汽產生的作用于調節(jié)級動葉片的不對稱汽流力（簡稱配汽力）之間的聯(lián)系。通過調節(jié)級變工況熱力計算，建立了該200MW機組的

4、配汽力模型，分析了變負荷工況下配汽力與故障特征之間的相關性，推斷配汽力為故障原因。
　　其次，對某型200MW機組的高中壓轉子-軸承系統(tǒng)進行非線性動力學建模，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動行為的數(shù)值模擬研究，分析了變負荷過程配汽力對軸心位置、軸承載荷、軸系穩(wěn)定性、振動等特性的影響規(guī)律。通過在該機組上開展的現(xiàn)場實驗，根據(jù)配汽力作用下軸系狀態(tài)實際變化驗證數(shù)值模擬結果。研究結果揭示了配

5、汽力對軸心位置、瓦溫和軸振的影響機理，證實了故障診斷結論。針對穩(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驗研究，結果表明配汽力對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，在閥門管理設計中考慮配汽力約束，對最小進汽度50%的噴嘴調節(jié)方案進行了數(shù)值模擬研究，從經濟和安全兩個角度綜合分析了對角進汽相對于順序進汽和雙對角進汽的優(yōu)勢，并通過實驗研究揭示了各種對角進汽方案對軸心位置、瓦溫和軸振的影響規(guī)律。通過

6、現(xiàn)場實驗探討了利用閥門管理控制配汽力的可行性及必要性，以達到消除配汽故障、調整軸承載荷或提高軸系穩(wěn)定性的目的。分析了1000MW超超臨界機組現(xiàn)有閥門管理方案因最小進汽度為75%而導致的效率損失，提出了配汽力擾動能力的衡量指標，并采用該指標論證了應用最小進汽度50%噴嘴調節(jié)的安全裕度小，進而設計了一種可減小配汽力的偏對角進汽閥門管理，可提高1000MW超超臨界機組的安全性。分析了季節(jié)變化對空冷機組閥門節(jié)流損失的影響，設計了可組合多個三閥點

7、的閥門管理方案，分別對應不同季節(jié)工況，在保證安全的基礎上提高了經濟效率。
　　最后，針對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產生的汽流力瞬態(tài)沖擊，然后通過數(shù)值模擬研究了汽流力瞬態(tài)沖擊對轉子振動的影響。分析出閥門晃動原因在于閥門管理整體流量特性與實際情況不匹配，建立了閥位控制回路模型，分別進行了閥門管理流量特性準確與不準確情況下的閥門切換過程仿真研究，驗證了這一分析結論。提出了基于運行數(shù)據(jù)的閥門管理