汽轮机的汽流激振抑制方法和系统的制作方法
汽轮机的汽流激振抑制方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽轮机机组技术领域，特别是涉及一种汽轮机的汽流激振抑制方法和 系统。
【背景技术】
[0002] 汽轮机机组工作过程中，为提高机组热效率，通常会采取提高蒸汽参数（压力和 温度）和减小密封间隙的措施，随着高压缸进汽密度和蒸汽流速不断增大，蒸汽作用在高 压转子上的切向力对动静间隙、密封结构以及转子与汽缸对中度的敏感度提高，增大了作 用在高压转子上的激振力，进而使得轴承稳定性降低，严重时，会由于汽轮机内部汽流激振 力激励下引起转子超常振动，即引发汽流激振，影响机组的安全运行。
【发明内容】
[0003] 基于此，有必要针对上述问题，提供一种方便在机组调试期间运行的汽轮机的汽 流激振抑制方法和系统。
[0004] 一种汽轮机的汽流激振抑制方法，包括如下步骤：
[0005] 获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱图；
[0006] 根据所述振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的隐患；
[0007] 若是，则获取振动突变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图；
[0008] 根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方案对应 的转子中心位置变化的变更矢量图；
[0009] 选取与所述突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量图对应的阀 门调节方案作为最终阀门开启方案。
[0010] 一种汽流激振的抑制系统，包括：
[0011] 信号采集模块，用于获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱 图；
[0012] 分析模块，用于根据所述振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激 振的隐患；
[0013] 处理模块，用于在存在汽流激振的隐患时，获取振动突变前后转子中心位置的变 化，生成突变矢量图；
[0014] 测试模块，用于根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀 门调节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图；
[0015] 选择模块，用于选取与所述突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更 矢量图对应的阀门调节方案作为最终阀门开启方案。
[0016] 上述的一种汽流激振的抑制方法，通过对高负荷下是否出现汽流激振进行预判， 当存在汽流激振的隐患时，根据阀门调节试验选取一组使得转子中心的位置变化与振动突 变时转子中心的变化方向相反的阀门调节方案，即通过动态调整转子中心位置，在低负荷 下让转子中心位置沿着振动突变的转子中心位置变化的反对称方向偏移，以补偿高负荷状 态下的转子中心位置突变，进而抑制振动，提高了机组调试期间对汽流激振抑制的便利性。
【附图说明】
[0017] 图1为各喷嘴组气流对转子的作用力的图；
[0018] 图2为本发明汽流激振的抑制方法的较佳实施例的流程图；
[0019] 图3为1瓦轴振信号的振动趋势图；
[0020] 图4为1瓦轴振信号的振动频谱图；
[0021] 图5为2瓦轴振信号的振动趋势图；
[0022] 图6为2瓦轴振信号的振动频谱图；
[0023] 图7为图1所示根据振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的 隐患的具体流程图；
[0024] 图8为1瓦X方向轴振信号的瀑布分析图；
[0025] 图9为图1所示获取振动突变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图的具体 流程图；
[0026] 图10为振动突变的突变矢量图；
[0027] 图11为一实施例中图1所示根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试 验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图的具体流程图；
[0028] 图12为阀门调节试验的更改阀序图；
[0029] 图13为阀门调节试验中1瓦和2瓦的变更矢量图；
[0030] 图14为图12所示其中一更改阀序的变更矢量图；
[0031] 图15为另一实施例中图1所示根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节 试验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图的具体流程图；
[0032]图16为本发明汽流激振的抑制系统的较佳实施例的模块图；
[0033] 图17为图13所示分析模块的具体单元图；
[0034] 图18为图13所示处理模块的具体单元图；
[0035] 图19为图13所示测试模块的具体单元图。
【具体实施方式】
[0036] 汽轮机是将蒸汽的能量转化为机械功的旋转式动力机械，通常作为发电用的原动 机。
[0037] 理论上，蒸汽通过汽轮机的各高压阀门控制的喷嘴组对转子的作用力如图1所 示。高压阀门有四个，分别为一号阀门、二号阀门、三号阀门和四号阀门。阀门开启时，不平 衡汽流力在转子上产生附加载荷。当不平衡汽流力足够大时，轴系的稳定性被破坏从而激 发转子的振动。
[0038] 当开启单个阀门时，部分进汽轴向汽流力Fz与横向汽流力计算公式如下：
[0039] Fz=G(?2sin0 2-ojsin0 :)；
[0040] FB=G(?2sin0 2+ojsin0j)；
[0041] 式中，G表示机组容量，表示动叶进口汽流相对速度；《 2表示动叶出口汽流相 对速度，表示动叶进口汽流方向角，0 2表示动叶出口汽流方向角。
[0042] 单个阀门进汽时，例如仅一号阀门进汽时，汽流对转子的作用力合成弯矩和一个 横向气流力F B。该横向气流力FB的存在使原有轴承载荷发生了变化，轴承特性也随之变化， 最终导致转子和轴承系统稳定性的改变。
[0043]因此，在高负荷大容量的汽轮机机组上，调节级配汽不平衡汽流力在引发轴系故 障的同时，很可能进而诱发机组出现汽流激振。
[0044]传统的消除和减小超临界汽轮机蒸汽激振故障，通常从加大转子刚度、增大系统 阻尼和减小汽流激振力三方面入手。具体措施包括：
[0045] 一、对转子-轴承系统的优化设计，改变转子结构尺寸、缩短轴承间距，可以提高 高压转子的刚度，同时提高系统的稳定性。
[0046]二、安装中调整汽缸和转子中心，避免运行中转子和汽缸中心发生明显偏移。
[0047] 三、增加轴瓦阻尼，采用稳定性好的轴承。
[0048] 当机组已经进入调试的整组启动阶段，上述第一条措施和第二条措施要求重新制 造和安装，不便于进行。第三条措施在现场应用时效果有限，比如减少长径比可以提高轴瓦 稳定性，但降低了轴瓦阻尼；适当提高润滑油温，降低其粘度，可以提高轴承稳定性，但是同 时也减低了轴瓦阻尼。
[0049] 针对上述问题，本发明提供一种方便在机组调试期间运行的汽轮机的汽流激振抑 制方法和系统。
[0050] 参考图2,本发明较佳实施例中汽轮机的汽流激振抑制方法，包括如下步骤：
[0051] S110:获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱图。
[0052] 汽轮机包括转子和轴承，轴承起支撑转子的作用，承受转子的全部重量。轴承上有 轴瓦，为轴承中托起转子的部分，因此，可以通过测量轴瓦与转轴的相对距离变化反映转子 的振动情况，转轴为转子的中心轴。本实施例中，对汽轮机进行机组调试的过程中，在轴瓦 的X方向和Y方向上分别设置涡流振动传感器用以在机组空载或低负荷下获取轴振信号， 轴振信号可以表不转子的振动情况，X方向表不油膜刚度最小的方向，Y方向表不油膜刚度 最大的方向。同时还可以在每个轴瓦上设置两个速度探头用以获取瓦振信号。汽轮机的机 组负荷为工作负载，负荷超过阈值为高负荷，即工作负载大，否则为低负荷，工作负载小。汽 轮机在调试期间处于低负荷工况。
[0053] 根据轴振信号生成振动趋势图，对振动趋势图进行频谱分析，即可得到振动频谱 图。通过采用图的形式对转子的振动情况进行分析，直观简便。参考图3和图4,为高压转 子对应的1瓦的振动趋势图和振动频谱图；参考图5和图6,为高压转子对应的2瓦的振动 趋势图和振动频谱图
[0054] S130 :根据振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的隐患。若 否，则停止操作，若是，则执行步骤S150。
[0055] 其中一实施例中，参考图7,步骤S130包括步骤S131-步骤S134。
[0056] S131 :根据振动频谱图分析是否 存在预定低频分量。若是，则执行步骤S132,否 贝1J，停止操作。
[0057] 具体地，预定低频分量为频率小于或等于预设频率值，且幅值大于预设幅值的低 频分量，本实施例中预设频率值为〇. 38-0. 6倍工作转速对应频率，预设幅值为10微米。汽 轮机机组在低负荷下，只有当出现振动突变的分量为高于10微米的低频分量，才可以判断 为高负荷下存在汽流激振的隐患。因此，判断是否存在高于10微米的预定低频分量，是预 判高负荷下是否存在汽流激振的基础，使得对汽流激振的判断更为准确。
[0058] S132:判断预定低频分量幅值是否与负荷正相关。若是，则执行步骤S133。否则， 停止。
[0059] 预定低频分量幅值与机组的负荷正相关，即表示随着负荷的增高，预定低频分量 的幅值越来越大，因此可以预判在高负荷下将存在预定低频分量。
[0060] 其中一实施例中，判断预定低频分量幅值是否与负荷正相关的步骤具体为：通过 瀑布分析图判断预定低频分量幅值与负荷是否正相关。具体地，可以获取汽轮机机组振动 的历史数据，得到历史数据的瀑布分析图并进行分析，得出预定低频分量幅值是否与负荷 正相关。当不存在历史数据时，可以通过采集此次振动的相关数据。瀑布分析图是一种数 据图，可以说明数据的大小，同时又能直观地展现出数据的增减变化，可用于反映数据在不 同时期或受不同因素影响的程度及结果。
[0061] 参考图8,为对1瓦X方向轴振信号的历史数据的瀑布分析图，从图8可以得知，随 着负荷的增高，预定低频分量的幅值增大，预定低频分量幅值与负荷正相关明显。采用瀑布 分析图直接从图像判断预定低频分量幅值和负荷的相关性，简单明了。
[0062] S133:根据振动趋势图分析预定低频分量是否出现振动突变。振动突变即为在短 时间内振动的幅值急剧变化。若否，停止。若是，则执行步骤S134。
[0063] S134:判断预定低频分量的振动突变幅值是否与负荷正相关，若是，则高负荷下存 在汽流激振的隐患，否则，停止。
[0064] 振动突变幅值为短时间内振动幅值变化的大小，即幅值的波动量。预定低频分量 的振动突变幅值与负荷正相关，即表示随着负荷的增高，预定低频分量的幅值波动越来越 大，因此可以预判在高负荷下将存在预定低频分量的振动突变。继续参考图3和图4,或者 参考图5和图6,从振动趋势图中可以得知本实施例中，随着负荷增加，预定低频分量对应 的振动突变幅值也逐步增加，振动趋势图不再平稳，而是呈现密集的锯齿状，可见预定低频 分量的振动突变幅值与负荷正相关。因此，可以预判高负荷下存在汽流激振的隐患。
[0065] 汽轮机机组的负荷达到一定值、存在预定低频分量和预定低频分量存在振动突变 是判断汽流激振的三个要素。步骤S131-S134中，通过在低负荷下判断是否存在预定低频 分量、预定低频分量幅值是否与负荷正相关、预定低频分量是否存在振动突变和振动突变 幅值是否与负荷正相关，从而实现在低负荷下预判高负荷下是否存在汽流激振隐患。
[0066] S150 :获取振动突变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图。
[0067] 其中一实施例中，参考图9,步骤S150包括步骤S151和步骤S153。
[0068] S151:获取振动突变前后的间隙电压，得到振动特征表。
[0069] S153:根据振动特征表，生成突变矢量图。具体地，根据振动特征表用矢量标示振 动突变前后转子中心位置变化的方向，生成突变矢量图。
[0070] 其中一实施例中，还可以获取振动突变前后的振动幅值，相应地，振动特征表中还 包括振动前后的振动幅值，突变矢量图可以包括转子中心位置变化的幅值。本实施例中，选 取振动趋势图中的第一次振动突变，得到振动特征表如下表1。
[0071]表1
[0072]
[0073] 其中，Direct表示振动幅值，单位为ym，Gap表示间隙电压，单位为V。
[0074] 参考图10,根据振动突变前后间隙电压和振动幅值的变化，用矢量表示转子中心 位置变化的幅值和方向，得到的突变矢量图，即为振动突变引起的转子中心位置的变化。
[0075] S170:根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方 案对应的转子中心位置变化的变更矢量图。
[0076] S190 :选取与突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量图对应的 阀门调节方案作为最终阀门开启方案。
[0077] 高压阀门有四个，分别为一号阀门、二号阀门、三号阀门和四号阀门。其中一实施 例中，参考图11，其中一实施例中，步骤S170包括步骤S171-步骤S173。
[0078] S171 :获取阀门调节方案的更改阀序，并按照更改阀序调节各阀门的阀位。
[0079] 参考图12,数字代表阀门的号数，即1表示一号阀门。本实施例中，有3个阀门调 节方案，每一个阀门调节方案对应一个更改阀序，初始阀序为1-2-3-4,为汽轮机默认的阀 门开启顺序。更改阀序依次为4-2-3-U2-1-4-3和3-1-4-2。每一次获取更改阀序，按照更 改阀序依次将四个调门的开度增大，即为完成一次阀序更改。
[0080] S172 :获取阀序更改前后的间隙电压，得到阀序间隙电压表。
[0081] 参考表2,为根据上述三个阀门调节方案得到的阀序间隙电压表。
[0082]表2
[0083]
[0084] 其中，IX代表1瓦的X方向，1Y代表1瓦的Y方向，2X代表2瓦的X方向，2Y代表 2瓦的Y方向。
[0085] S173 :根据阀序间隙电压表生成各更改阀序的变更矢量图。
[0086] 参考图13,根据1瓦和2瓦的阀序间隙电压表绘制相应更改阀序相对于前一次更 改阀序的转子中心变化的趋势，得到各次更改阀序下1瓦和2瓦的变更矢量图。当需要获 取某次更改阀序相对于初始阀序的变更矢量图时，以该次更改阀序的变更矢量图与前一次 更改阀序的变更矢量图进行比较，依次与前一次进行比较进行，得到该次更改阀序相对于 初始阀序的中心位置变化的变更矢量图。参考图14,为第四次更改阀序3-1-4-2相对于初 始阀序1-2-3-4的转子中心位置变化的变更矢量图。可以理解，其他实施例中，也可以直接 得到各次更改阀序相对于初始阀序的转子中心位置变化的变更矢量图。
[0087] 此实施例中，对应的步骤S190中，选取的变更矢量图对应的阀门调节方案为阀门 开启的阀序。即：选取一组更改阀序下产生的转子中心位置变化的方向与选取的振动突变 引起的转子中心位置的变化相反的变更矢量图，选取的变更矢量图对应的阀序为最终阀门 开启方案。选取的阀序可以动态调整转子中心位置，在低负荷下让转子中心位置沿着振动 突变的转子中心位置变化的反对称方向偏移，以补偿高负荷状态下的转子中心位置突变， 进而抑制振动，适用于机组调试期间，方便执行。
[0088] 继续参考图10和图14,本实施例中，第四次更改阀序3-1-4-2相对于初始阀序 1-2-3-4的转子中心位置变化的变更矢量图与振动突变前后转子中心位置变化的突变矢量 图的变化方向相反，因此选择第四次阀序3-1-4-2为最终阀门开启方案。
[0089] 其中一实施例中，参考图15,步骤S170包括步骤S174-S177。
[0090] S174 :将各阀门的阀位均调节为初始阀位。
[0091] 具体地，将汽轮机退出一次调频、退出AGC、退出CCS方式和汽机主控，其中AGC为 自动发电控制，CCS为负荷协调控制系统。维持主蒸汽参数，保持各阀门的阀位均为初始阀 位，即为使各个阀门的开度保持一致。
[0092] S175 :根据阀门调节方案分别对各阀门进行阀位调节。
[0093] 具体地，此实施例中，阀门调节方案为选择阀门，步骤S175具体过程为：选取一个 阀门，具体为先选择一号阀门，保持其他三个阀门阀位不变，调节一号阀门使其从初始阀位 到关闭阀门，即为完成一号阀门的阀位调节。然后将一号阀门开启至初始阀位，依次对二号 阀门、三号阀门和四号阀门进行阀位调节。
[0094] S176 :获取各阀门阀位调节前后的间隙电压，得到阀位间隙电压表。
[0095] S177 :根据阀位间隙电压表生成各阀门调节后的变更矢量图。
[0096] 通过选择阀门，动态调整转子中心位置，在低负荷下让转子中心位置沿着振动突 变的转子中心位置变化的反对称方向偏移，以补偿高负荷状态下的转子中心位置突变，进 而抑制振动， 适用于机组调试期间，方便执行。
[0097] 上述的一种汽流激振的抑制方法，通过对高负荷下是否出现汽流激振进行预判， 当存在汽流激振的隐患时，根据阀门调节试验选取一组使得转子中心的位置变化与振动突 变时转子中心的变化方向相反的阀门调节方案，即通过动态调整转子中心位置，在低负荷 下让转子中心位置沿着振动突变的转子中心位置变化的反对称方向偏移，以补偿高负荷状 态下的转子中心位置突变，进而抑制振动，提高了机组调试期间对汽流激振抑制的便利性。
[0098] 参考图16,本发明较佳实施例中汽流激振的抑制系统，包括信号采集模块110、分 析模块130、处理模块150、测试模块170和选择模块190。
[0099] 信号采集模块110用于获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频 谱图。分析模块130用于根据振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的 隐患。处理模块150用于在存在汽流激振的隐患时，获取振动突变前后转子中心位置的变 化，生成突变矢量图。测试模块170,用于根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节 试验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图。选择模块190用于选 取与突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量图对应的阀门调节方案作为 最终阀门开启方案。
[0100] 本实施例中，信号采集模块110包括涡流振动传感器和速度探头。汽轮机包括转 子和轴承，轴承起支撑转子的作用，承受转子的全部重量。轴承上有轴瓦，为轴承中托起转 子的部分，因此，可以通过测量轴瓦与转轴的相对距离变化反映转子的振动情况，转轴为转 子的中心轴。对汽轮机进行机组调试的过程中，在轴瓦的X方向和Y方向上分别设置了涡 流振动传感器，用以在机组空载或低负荷下获取轴振信号，轴振信号可以表示转子的振动 情况，X方向表示油膜刚度最小的方向，Y方向表示油膜刚度最大的方向。同时每个轴瓦上 设置两个速度探头用以获取瓦振信号。可以理解，在其他实施例中，信号采集模块110也可 以是其他可以实现信号采集的部件。汽轮机的机组负荷为工作负载，负荷超过阈值为高负 荷，即工作负载大，否则为低负荷，工作负载小。汽轮机在调试期间处于低负荷工况。
[0101] 根据轴振信号得到振动趋势图，对振动趋势图进行频谱分析，即可得到振动频谱 图。通过采用图的形式对转子的振动情况进行分析，直观简便。继续参考图3和图4,为高 压转子对应的1瓦的振动趋势图和振动频谱图；参考图5和图6,为高压转子对应的2瓦的 振动趋势图和振动频谱图。
[0102] 其中一实施例中，参考图17,分析模块130包括第一分析单元131和第二分析单元 132。第一分析单元131用于分析振动频谱图是否存在预定低频分量，并在存在预定低频分 量时分析预定低频分量幅值是否与负荷正相关。第二分析单元132用于在预定低频分量幅 值与负荷正相关时，根据振动趋势图分析预定低频分量是否出现振动突变，并在预定低频 分量存在振动突变时判断预定低频分量的振动突变幅值是否与负荷正相关，若是，则高负 荷下存在汽流激振的隐患。
[0103] 预定低频分量为频率小于或等于预设频率值，且幅值大于预设幅值的低频分量， 本实施例中预设频率值为〇. 38-0. 6倍工作转速对应频率，预设幅值为10微米。汽轮机机 组在低负荷下只有当出现振动突变的分量为高于10微米的低频分量，才可以判断为高负 荷下存在汽流激振的隐患。因此，判断是否存在高于10微米的预定低频分量，是预判高负 荷下是否存在汽流激振的基础，使得对汽流激振的判断更为准确。
[0104] 预定低频分量幅值与机组的负荷正相关，即表示随着负荷的增高，预定低频分量 的幅值越大，因此可以预判在高负荷下将存在预定低频分量。
[0105] 具体地，第一分析单元131通过瀑布分析图判断预定低频分量幅值是否与负荷正 相关。具体地，第一分析单元131可以获取汽轮机机组振动的历史数据，得到历史数据的瀑 布分析图进行分析，得出预定低频分量幅值是否与负荷正相关。当不存在历史数据时，第一 分析单元131可以通过采集此次振动的相关数据。瀑布分析图是一种数据图，可以说明数 据的大小，同时又能直观地展现出数据的增减变化，可用于反映数据在不同时期或受不同 因素影响的程度及结果。
[0106] 参考图8,为对1瓦X方向的轴振信号的历史数据的瀑布分析图，从图8可以得知， 随着负荷的增高，预定低频分量的幅值增大，预定低频分量幅值与负荷正相关明显。采用瀑 布分析图直接从图像判断预定低频分量和负荷的相关性，简单明了。
[0107] 振动突变幅值为短时间内振动幅值变化的大小，即幅值的波动量。预定低频分量 的振动突变幅值与负荷正相关，即表示随着负荷的增高，预定低频分量的幅值波动越来越 大，因此可以预判在高负荷下将存在预定低频分量的振动突变。继续参考图3和图4,或者 参考图5和图6,从振动趋势图中可以得知本实施例中，随着负荷增加，预定低频分量对应 的振动突变幅值也逐步增加，振动趋势图不再平稳，而是呈现密集的锯齿状，可见预定低频 分量的振动突变幅值与负荷正相关。因此，可以预判高负荷下存在汽流激振的隐患。
[0108] 通过在低负荷下判断是否存在预定低频分量、预定低频分量幅值是否与负荷正相 关、预定低频分量是否存在振动突变和振动突变幅值是否与负荷正相关，从而实现在低负 荷下预判高负荷下是否存在汽流激振隐患，若是，则处理模块150、测试模块170和选择模 块190完成相应操作。
[0109] 参考图18,处理模块150包括数据采集单元151和突变矢量图生成单元153。数 据采集单元151用于获取振动突变前后的间隙电压，得到振动特征表。突变矢量图生成单 元153用于根据振动特征表，生成突变矢量图。
[0110] 其中一实施例中，数据采集单元151还可以获取振动突变前后的振动幅值，相应 地，振动特征表中还包括振动前后的振动幅值，突变矢量图可以包括转子中心位置变化的 幅值。本实施例中，选取振动趋势图中的第一次振动突变，得到振动特征表如表1所示。
[0111] 表 1
[0112]
[0113] 其中，Direct表示振动幅值，单位为ym，Gap表示间隙电压，单位为V。
[0114] 参考图10,突变矢量图生成单元153根据振动突变前后间隙电压和振动幅值的变 化，用矢量表示转子中心位置变化的幅值和方向，得到的突变矢量图，即为振动突变引起的 转子中心位置的变化。
[0115] 其中一实施例中，参考图19,测试模块170包括阀门调节试验单元171和变更矢量 图生成单元173。阀门调节试验单元171用于获取阀门调节方案的更改阀序，并按照更改阀 序依次调节各阀门的阀位，和/或用于将各阀门的阀位均调节为初始阀位，并根据调节阀 门方案分别对各阀门进行阀位调节。阀门调节试验单元171具体可控制机械手等机械设备 在获取调节阀门方案的更改阀序后，控制机械手按照更改阀序依次调节各阀门的阀位。阀 门调节试验单元171同样可控制机械手等机械设备将各阀门的阀位调节为初始阀位，并对 各阀门的阀位进行调节。变更矢量图生成单元173用于获取阀序更改前后的间隙电压，得 到阀序间隙电压表，并根据阀序间隙电压表生成各更改阀序下的变更矢量图，和/或用于 获取各阀门阀位调节前后的间隙电压，得到阀位间隙电压表，并根据所述阀位间隙电压表 生成各阀门调节后的变更矢量图。
[0116] 其中一实施例中，阀门调节试验单元171包括阀序变更子单元（图未示）。阀序变 更子单元用于获取阀门调节方案的更改阀序并按照更改阀序调节各阀门的阀位。
[0117] 高压阀门有四个，分别为一号阀门、二号阀门、三号阀门和四号阀门。参考图12， 本实施例中，有3个阀门调节方案，每一个阀门调节方案对应一个更改阀序，初始阀序为 1-2-3-4,为汽轮机默认的阀门开启顺序。数字代表阀门的号数，即1表示一号阀门。本 实施例中，进行3次阀序更改，初始阀序为1-2-3-4,更改阀序依次为4-2-3-U2-1-4-3和 3-1-4-2。每一次获取更改阀序，按照一次更改阀序依次将四个调门的开度增大，即为完成 一次阀序更改。参考表2,为根据上述三个阀门调节方案得到的更改阀序前后的阀序间隙电 压表。
[0118]表2
[0119]
[0121] 其中，IX代表1瓦的X方向，1Y代表1瓦的Y方向，2X代表2瓦的第一方向，2Y代 表2瓦的Y方向。
[0122] 参考图13,变更矢量图生成单元173根据1瓦和2瓦更改阀序前后的阀序间隙电 压表绘制相应更改阀序相对于前一次更改阀序的转子中心变化的 趋势，得到各次更改阀序 下1瓦和2瓦的变更矢量图。当需要获取某次更改阀序相对于初始阀序的变更矢量图时， 以该次更改阀序的变更矢量图与前一次更改阀序的变更矢量图进行比较，依次与前一次进 行比较，得到该次更改阀序相对于初始阀序的中心位置变化的变更矢量图。参考图14,为第 四次更改阀序3-1-4-2相对于初始阀序1-2-3-4的转子中心位置变化的变更矢量图。可以 理解，其他实施例中，也可以直接得到各次更改阀序相对于初始阀序的转子中心位置变化 的变更矢量图。
[0123] 选择模块190从变更矢量图中选取一组转子中心变化方向与选取的振动突变引 起的转子中心位置的变化相反的变更矢量图，选取的变更矢量图对应的更改阀序即为可 调整转子中心位置的最终开启阀序，可以抑制汽流激振现象，适用于机组调试期间，方便执 行。
[0124] 继续参考图10和图14,本实施例中，第四次更改阀序3-1-4-2相对于初始阀序 1-2-3-4的转子中心位置变化的变更矢量图与振动突变前后转子中心位置变化的突变矢量 图的变化方向相反，因此选择第四次阀序3-1-4-2为最终阀门开启方案。
[0125] 其中一实施例中，阀门调节试验单元171包括更改阀门子单元（图未示）。更改阀 门子单元用于将各阀门的阀位均调节为初始阀位，并根据阀门调节方案分别对各阀门进行 阀位调节。具体地，将各阀门的阀位均调节为初始阀位的过程为：将汽轮机退出一次调频、 退出AGC、退出CCS方式和汽机主控，维持主蒸汽参数，保持各阀门的阀位均为初始阀位。其 中AGC为自动发电控制，CCS为负荷协调控制系统；各阀门的阀位均为初始阀位即为使各个 阀门的开度保持一致。具体地，此实施例中，阀门调节方案为选择阀门，根据阀门调节方案 分别对各阀门进行阀位调节的具体过程为：选取一个阀门，具体为先选取一号阀门，保持其 他三个阀门阀位不变，调节一号阀门使其从初始阀位到关闭阀门，即为完成一号阀门的阀 位调节。然后将一号阀门开启至初始阀位，依次对二号阀门、三号阀门和四号阀门进行阀位 调节。
[0126] 上述的一种汽流激振的抑制系统，同样通过动态调整转子中心位置，在低负荷下 让转子中心位置沿着振动突变的转子中心位置变化的反对称方向偏移，以补偿高负荷状态 下的转子中心位置突变，进而抑制振动，提高了机组调试期间对汽流激振抑制的便利性。
[0127] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存 在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0128] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护 范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，包括如下步骤： 获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱图； 根据所述振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的隐患； 若是，则获取振动突变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图； 根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方案对应的转 子中心位置变化的变更矢量图； 选取与所述突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量图对应的阀门调 节方案作为最终阀门开启方案。2. 根据权利要求1所述的汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，所述根据所述振 动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的隐患步骤包括： 根据所述振动频谱图分析是否存在预定低频分量； 在存在所述预定低频分量时，判断所述预定低频分量幅值是否与负荷正相关； 在预定低频分量与负荷正相关时，根据所述振动趋势图分析所述预定低频分量是否出 现振动突变； 若是，判断所述预定低频分量的振动突变幅值是否与负荷正相关，若是，则高负荷下存 在汽流激振的隐患。3. 根据权利要求2所述的汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，所述预定低频分 量为频率小于或等于预设频率值，且幅值大于预设幅值的低频分量。4. 根据权利要求1所述的汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，所述获取振动突 变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图的步骤，包括以下步骤： 获取振动突变前后的间隙电压，得到振动特征表； 根据所述振动特征表，生成所述突变矢量图。5. 根据权利要求1所述的汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，所述根据预设的 阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化 的变更矢量图的步骤，包括以下步骤： 获取所述阀门调节方案的更改阀序，并按照所述更改阀序调节各阀门的阀位； 获取阀序更改前后的间隙电压，得到阀序间隙电压表； 根据所述阀序间隙电压表生成各更改阀序的变更矢量图。6. 根据权利要求1所述的汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，所述根据预设的 阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化 的变更矢量图步骤，包括以下步骤： 将各阀门的阀位均调节为初始阀位； 根据所述阀门调节方案分别对各阀门进行阀位调节； 获取各阀门阀位调节前后的间隙电压，得到阀位间隙电压表； 根据所述阀位间隙电压表生成各阀门调节后的变更矢量图。7. -种汽轮机的汽流激振抑制系统，其特征在于，包括： 信号采集模块，用于获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱图； 分析模块，用于根据所述振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的 隐患； 处理模块，用于在存在汽流激振的隐患时，获取振动突变前后转子中心位置的变化，生 成突变矢量图； 测试模块，用于根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调 节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图； 选择模块，用于选取与所述突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量 图对应的阀门调节方案作为最终阀门开启方案。8. 根据权利要求7所述的汽轮机的汽流激振抑制系统，其特征在于，所述分析模块包 括： 第一分析单元，用于分析所述振动频谱图是否存在预定低频分量，并在存在所述预定 低频分量时分析所述预定低频分量幅值是否与负荷正相关； 第二分析单元，用于在所述预定低频分量幅值与负荷正相关时，根据所述振动趋势图 分析所述预定低频分量是否出现振动突变，并在所述预定低频分量存在振动突变时判断所 述预定低频分量的振动突变幅值是否与负荷正相关，若是，则高负荷下存在汽流激振的隐 患。9. 根据权利要求7所述的汽轮机的汽流激振抑制系统，其特征在于，所述处理模块包 括： 数据采集单元，用于获取振动突变前后的间隙电压，得到振动特征表； 突变矢量图生成单元，用于根据所述振动特征表，生成所述突变矢量图。10. 根据权利要求7所述的汽轮机的汽流激振抑制系统，其特征在于，所述测试模块包 括： 阀门调节试验单元，用于获取所述阀门调节方案的更改阀序，并按照所述更改阀序调 节各阀门的阀位，和/或用于将各阀门的阀位均调节为初始阀位，并根据所述调节阀门方 案分别对各阀门进行阀位调节； 变更矢量图生成单元，用于获取阀序更改前后的间隙电压，得到阀序间隙电压表，并根 据所述阀序间隙电压表生成各更改阀序下的变更矢量图，和/或用于获取各阀门阀位调节 前后的间隙电压，得到阀位间隙电压表，并根据所述阀位间隙电压表生成各阀门调节后的 变更矢量图。
【专利摘要】本发明涉及一种汽轮机的汽流激振抑制方法和系统。汽轮机的汽流激振抑制方法包括步骤：获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱图；根据振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的隐患；若是，则获取振动突变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图；根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图；选取与突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量图对应的阀门调节方案作为最终阀门开启方案。上述的一种汽流激振的抑制方法，可以抑制汽流激振，提高了机组调试期间对汽流激振抑制的便利性。
【IPC分类】F01D17/00, F01D17/10, F01D25/04
【公开号】CN104895627
【申请号】CN201510213607
【发明人】刘石, 杨毅, 高庆水, 张楚, 徐广文
【申请人】广东电网有限责任公司电力科学研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月28日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽轮机机组技术领域，特别是涉及一种汽轮机的汽流激振抑制方法和 系统。
【背景技术】
[0002] 汽轮机机组工作过程中，为提高机组热效率，通常会采取提高蒸汽参数（压力和 温度）和减小密封间隙的措施，随着高压缸进汽密度和蒸汽流速不断增大，蒸汽作用在高 压转子上的切向力对动静间隙、密封结构以及转子与汽缸对中度的敏感度提高，增大了作 用在高压转子上的激振力，进而使得轴承稳定性降低，严重时，会由于汽轮机内部汽流激振 力激励下引起转子超常振动，即引发汽流激振，影响机组的安全运行。
【发明内容】
[0003] 基于此，有必要针对上述问题，提供一种方便在机组调试期间运行的汽轮机的汽 流激振抑制方法和系统。
[0004] 一种汽轮机的汽流激振抑制方法，包括如下步骤：
[0005] 获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱图；
[0006] 根据所述振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的隐患；
[0007] 若是，则获取振动突变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图；
[0008] 根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方案对应 的转子中心位置变化的变更矢量图；
[0009] 选取与所述突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量图对应的阀 门调节方案作为最终阀门开启方案。
[0010] 一种汽流激振的抑制系统，包括：
[0011] 信号采集模块，用于获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱 图；
[0012] 分析模块，用于根据所述振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激 振的隐患；
[0013] 处理模块，用于在存在汽流激振的隐患时，获取振动突变前后转子中心位置的变 化，生成突变矢量图；
[0014] 测试模块，用于根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀 门调节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图；
[0015] 选择模块，用于选取与所述突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更 矢量图对应的阀门调节方案作为最终阀门开启方案。
[0016] 上述的一种汽流激振的抑制方法，通过对高负荷下是否出现汽流激振进行预判， 当存在汽流激振的隐患时，根据阀门调节试验选取一组使得转子中心的位置变化与振动突 变时转子中心的变化方向相反的阀门调节方案，即通过动态调整转子中心位置，在低负荷 下让转子中心位置沿着振动突变的转子中心位置变化的反对称方向偏移，以补偿高负荷状 态下的转子中心位置突变，进而抑制振动，提高了机组调试期间对汽流激振抑制的便利性。
【附图说明】
[0017] 图1为各喷嘴组气流对转子的作用力的图；
[0018] 图2为本发明汽流激振的抑制方法的较佳实施例的流程图；
[0019] 图3为1瓦轴振信号的振动趋势图；
[0020] 图4为1瓦轴振信号的振动频谱图；
[0021] 图5为2瓦轴振信号的振动趋势图；
[0022] 图6为2瓦轴振信号的振动频谱图；
[0023] 图7为图1所示根据振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的 隐患的具体流程图；
[0024] 图8为1瓦X方向轴振信号的瀑布分析图；
[0025] 图9为图1所示获取振动突变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图的具体 流程图；
[0026] 图10为振动突变的突变矢量图；
[0027] 图11为一实施例中图1所示根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试 验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图的具体流程图；
[0028] 图12为阀门调节试验的更改阀序图；
[0029] 图13为阀门调节试验中1瓦和2瓦的变更矢量图；
[0030] 图14为图12所示其中一更改阀序的变更矢量图；
[0031] 图15为另一实施例中图1所示根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节 试验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图的具体流程图；
[0032]图16为本发明汽流激振的抑制系统的较佳实施例的模块图；
[0033] 图17为图13所示分析模块的具体单元图；
[0034] 图18为图13所示处理模块的具体单元图；
[0035] 图19为图13所示测试模块的具体单元图。
【具体实施方式】
[0036] 汽轮机是将蒸汽的能量转化为机械功的旋转式动力机械，通常作为发电用的原动 机。
[0037] 理论上，蒸汽通过汽轮机的各高压阀门控制的喷嘴组对转子的作用力如图1所 示。高压阀门有四个，分别为一号阀门、二号阀门、三号阀门和四号阀门。阀门开启时，不平 衡汽流力在转子上产生附加载荷。当不平衡汽流力足够大时，轴系的稳定性被破坏从而激 发转子的振动。
[0038] 当开启单个阀门时，部分进汽轴向汽流力Fz与横向汽流力计算公式如下：
[0039] Fz=G(?2sin0 2-ojsin0 :)；
[0040] FB=G(?2sin0 2+ojsin0j)；
[0041] 式中，G表示机组容量，表示动叶进口汽流相对速度；《 2表示动叶出口汽流相 对速度，表示动叶进口汽流方向角，0 2表示动叶出口汽流方向角。
[0042] 单个阀门进汽时，例如仅一号阀门进汽时，汽流对转子的作用力合成弯矩和一个 横向气流力F B。该横向气流力FB的存在使原有轴承载荷发生了变化，轴承特性也随之变化， 最终导致转子和轴承系统稳定性的改变。
[0043]因此，在高负荷大容量的汽轮机机组上，调节级配汽不平衡汽流力在引发轴系故 障的同时，很可能进而诱发机组出现汽流激振。
[0044]传统的消除和减小超临界汽轮机蒸汽激振故障，通常从加大转子刚度、增大系统 阻尼和减小汽流激振力三方面入手。具体措施包括：
[0045] 一、对转子-轴承系统的优化设计，改变转子结构尺寸、缩短轴承间距，可以提高 高压转子的刚度，同时提高系统的稳定性。
[0046]二、安装中调整汽缸和转子中心，避免运行中转子和汽缸中心发生明显偏移。
[0047] 三、增加轴瓦阻尼，采用稳定性好的轴承。
[0048] 当机组已经进入调试的整组启动阶段，上述第一条措施和第二条措施要求重新制 造和安装，不便于进行。第三条措施在现场应用时效果有限，比如减少长径比可以提高轴瓦 稳定性，但降低了轴瓦阻尼；适当提高润滑油温，降低其粘度，可以提高轴承稳定性，但是同 时也减低了轴瓦阻尼。
[0049] 针对上述问题，本发明提供一种方便在机组调试期间运行的汽轮机的汽流激振抑 制方法和系统。
[0050] 参考图2,本发明较佳实施例中汽轮机的汽流激振抑制方法，包括如下步骤：
[0051] S110:获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱图。
[0052] 汽轮机包括转子和轴承，轴承起支撑转子的作用，承受转子的全部重量。轴承上有 轴瓦，为轴承中托起转子的部分，因此，可以通过测量轴瓦与转轴的相对距离变化反映转子 的振动情况，转轴为转子的中心轴。本实施例中，对汽轮机进行机组调试的过程中，在轴瓦 的X方向和Y方向上分别设置涡流振动传感器用以在机组空载或低负荷下获取轴振信号， 轴振信号可以表不转子的振动情况，X方向表不油膜刚度最小的方向，Y方向表不油膜刚度 最大的方向。同时还可以在每个轴瓦上设置两个速度探头用以获取瓦振信号。汽轮机的机 组负荷为工作负载，负荷超过阈值为高负荷，即工作负载大，否则为低负荷，工作负载小。汽 轮机在调试期间处于低负荷工况。
[0053] 根据轴振信号生成振动趋势图，对振动趋势图进行频谱分析，即可得到振动频谱 图。通过采用图的形式对转子的振动情况进行分析，直观简便。参考图3和图4,为高压转 子对应的1瓦的振动趋势图和振动频谱图；参考图5和图6,为高压转子对应的2瓦的振动 趋势图和振动频谱图
[0054] S130 :根据振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的隐患。若 否，则停止操作，若是，则执行步骤S150。
[0055] 其中一实施例中，参考图7,步骤S130包括步骤S131-步骤S134。
[0056] S131 :根据振动频谱图分析是否 存在预定低频分量。若是，则执行步骤S132,否 贝1J，停止操作。
[0057] 具体地，预定低频分量为频率小于或等于预设频率值，且幅值大于预设幅值的低 频分量，本实施例中预设频率值为〇. 38-0. 6倍工作转速对应频率，预设幅值为10微米。汽 轮机机组在低负荷下，只有当出现振动突变的分量为高于10微米的低频分量，才可以判断 为高负荷下存在汽流激振的隐患。因此，判断是否存在高于10微米的预定低频分量，是预 判高负荷下是否存在汽流激振的基础，使得对汽流激振的判断更为准确。
[0058] S132:判断预定低频分量幅值是否与负荷正相关。若是，则执行步骤S133。否则， 停止。
[0059] 预定低频分量幅值与机组的负荷正相关，即表示随着负荷的增高，预定低频分量 的幅值越来越大，因此可以预判在高负荷下将存在预定低频分量。
[0060] 其中一实施例中，判断预定低频分量幅值是否与负荷正相关的步骤具体为：通过 瀑布分析图判断预定低频分量幅值与负荷是否正相关。具体地，可以获取汽轮机机组振动 的历史数据，得到历史数据的瀑布分析图并进行分析，得出预定低频分量幅值是否与负荷 正相关。当不存在历史数据时，可以通过采集此次振动的相关数据。瀑布分析图是一种数 据图，可以说明数据的大小，同时又能直观地展现出数据的增减变化，可用于反映数据在不 同时期或受不同因素影响的程度及结果。
[0061] 参考图8,为对1瓦X方向轴振信号的历史数据的瀑布分析图，从图8可以得知，随 着负荷的增高，预定低频分量的幅值增大，预定低频分量幅值与负荷正相关明显。采用瀑布 分析图直接从图像判断预定低频分量幅值和负荷的相关性，简单明了。
[0062] S133:根据振动趋势图分析预定低频分量是否出现振动突变。振动突变即为在短 时间内振动的幅值急剧变化。若否，停止。若是，则执行步骤S134。
[0063] S134:判断预定低频分量的振动突变幅值是否与负荷正相关，若是，则高负荷下存 在汽流激振的隐患，否则，停止。
[0064] 振动突变幅值为短时间内振动幅值变化的大小，即幅值的波动量。预定低频分量 的振动突变幅值与负荷正相关，即表示随着负荷的增高，预定低频分量的幅值波动越来越 大，因此可以预判在高负荷下将存在预定低频分量的振动突变。继续参考图3和图4,或者 参考图5和图6,从振动趋势图中可以得知本实施例中，随着负荷增加，预定低频分量对应 的振动突变幅值也逐步增加，振动趋势图不再平稳，而是呈现密集的锯齿状，可见预定低频 分量的振动突变幅值与负荷正相关。因此，可以预判高负荷下存在汽流激振的隐患。
[0065] 汽轮机机组的负荷达到一定值、存在预定低频分量和预定低频分量存在振动突变 是判断汽流激振的三个要素。步骤S131-S134中，通过在低负荷下判断是否存在预定低频 分量、预定低频分量幅值是否与负荷正相关、预定低频分量是否存在振动突变和振动突变 幅值是否与负荷正相关，从而实现在低负荷下预判高负荷下是否存在汽流激振隐患。
[0066] S150 :获取振动突变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图。
[0067] 其中一实施例中，参考图9,步骤S150包括步骤S151和步骤S153。
[0068] S151:获取振动突变前后的间隙电压，得到振动特征表。
[0069] S153:根据振动特征表，生成突变矢量图。具体地，根据振动特征表用矢量标示振 动突变前后转子中心位置变化的方向，生成突变矢量图。
[0070] 其中一实施例中，还可以获取振动突变前后的振动幅值，相应地，振动特征表中还 包括振动前后的振动幅值，突变矢量图可以包括转子中心位置变化的幅值。本实施例中，选 取振动趋势图中的第一次振动突变，得到振动特征表如下表1。
[0071]表1
[0072]
[0073] 其中，Direct表示振动幅值，单位为ym，Gap表示间隙电压，单位为V。
[0074] 参考图10,根据振动突变前后间隙电压和振动幅值的变化，用矢量表示转子中心 位置变化的幅值和方向，得到的突变矢量图，即为振动突变引起的转子中心位置的变化。
[0075] S170:根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方 案对应的转子中心位置变化的变更矢量图。
[0076] S190 :选取与突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量图对应的 阀门调节方案作为最终阀门开启方案。
[0077] 高压阀门有四个，分别为一号阀门、二号阀门、三号阀门和四号阀门。其中一实施 例中，参考图11，其中一实施例中，步骤S170包括步骤S171-步骤S173。
[0078] S171 :获取阀门调节方案的更改阀序，并按照更改阀序调节各阀门的阀位。
[0079] 参考图12,数字代表阀门的号数，即1表示一号阀门。本实施例中，有3个阀门调 节方案，每一个阀门调节方案对应一个更改阀序，初始阀序为1-2-3-4,为汽轮机默认的阀 门开启顺序。更改阀序依次为4-2-3-U2-1-4-3和3-1-4-2。每一次获取更改阀序，按照更 改阀序依次将四个调门的开度增大，即为完成一次阀序更改。
[0080] S172 :获取阀序更改前后的间隙电压，得到阀序间隙电压表。
[0081] 参考表2,为根据上述三个阀门调节方案得到的阀序间隙电压表。
[0082]表2
[0083]
[0084] 其中，IX代表1瓦的X方向，1Y代表1瓦的Y方向，2X代表2瓦的X方向，2Y代表 2瓦的Y方向。
[0085] S173 :根据阀序间隙电压表生成各更改阀序的变更矢量图。
[0086] 参考图13,根据1瓦和2瓦的阀序间隙电压表绘制相应更改阀序相对于前一次更 改阀序的转子中心变化的趋势，得到各次更改阀序下1瓦和2瓦的变更矢量图。当需要获 取某次更改阀序相对于初始阀序的变更矢量图时，以该次更改阀序的变更矢量图与前一次 更改阀序的变更矢量图进行比较，依次与前一次进行比较进行，得到该次更改阀序相对于 初始阀序的中心位置变化的变更矢量图。参考图14,为第四次更改阀序3-1-4-2相对于初 始阀序1-2-3-4的转子中心位置变化的变更矢量图。可以理解，其他实施例中，也可以直接 得到各次更改阀序相对于初始阀序的转子中心位置变化的变更矢量图。
[0087] 此实施例中，对应的步骤S190中，选取的变更矢量图对应的阀门调节方案为阀门 开启的阀序。即：选取一组更改阀序下产生的转子中心位置变化的方向与选取的振动突变 引起的转子中心位置的变化相反的变更矢量图，选取的变更矢量图对应的阀序为最终阀门 开启方案。选取的阀序可以动态调整转子中心位置，在低负荷下让转子中心位置沿着振动 突变的转子中心位置变化的反对称方向偏移，以补偿高负荷状态下的转子中心位置突变， 进而抑制振动，适用于机组调试期间，方便执行。
[0088] 继续参考图10和图14,本实施例中，第四次更改阀序3-1-4-2相对于初始阀序 1-2-3-4的转子中心位置变化的变更矢量图与振动突变前后转子中心位置变化的突变矢量 图的变化方向相反，因此选择第四次阀序3-1-4-2为最终阀门开启方案。
[0089] 其中一实施例中，参考图15,步骤S170包括步骤S174-S177。
[0090] S174 :将各阀门的阀位均调节为初始阀位。
[0091] 具体地，将汽轮机退出一次调频、退出AGC、退出CCS方式和汽机主控，其中AGC为 自动发电控制，CCS为负荷协调控制系统。维持主蒸汽参数，保持各阀门的阀位均为初始阀 位，即为使各个阀门的开度保持一致。
[0092] S175 :根据阀门调节方案分别对各阀门进行阀位调节。
[0093] 具体地，此实施例中，阀门调节方案为选择阀门，步骤S175具体过程为：选取一个 阀门，具体为先选择一号阀门，保持其他三个阀门阀位不变，调节一号阀门使其从初始阀位 到关闭阀门，即为完成一号阀门的阀位调节。然后将一号阀门开启至初始阀位，依次对二号 阀门、三号阀门和四号阀门进行阀位调节。
[0094] S176 :获取各阀门阀位调节前后的间隙电压，得到阀位间隙电压表。
[0095] S177 :根据阀位间隙电压表生成各阀门调节后的变更矢量图。
[0096] 通过选择阀门，动态调整转子中心位置，在低负荷下让转子中心位置沿着振动突 变的转子中心位置变化的反对称方向偏移，以补偿高负荷状态下的转子中心位置突变，进 而抑制振动， 适用于机组调试期间，方便执行。
[0097] 上述的一种汽流激振的抑制方法，通过对高负荷下是否出现汽流激振进行预判， 当存在汽流激振的隐患时，根据阀门调节试验选取一组使得转子中心的位置变化与振动突 变时转子中心的变化方向相反的阀门调节方案，即通过动态调整转子中心位置，在低负荷 下让转子中心位置沿着振动突变的转子中心位置变化的反对称方向偏移，以补偿高负荷状 态下的转子中心位置突变，进而抑制振动，提高了机组调试期间对汽流激振抑制的便利性。
[0098] 参考图16,本发明较佳实施例中汽流激振的抑制系统，包括信号采集模块110、分 析模块130、处理模块150、测试模块170和选择模块190。
[0099] 信号采集模块110用于获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频 谱图。分析模块130用于根据振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的 隐患。处理模块150用于在存在汽流激振的隐患时，获取振动突变前后转子中心位置的变 化，生成突变矢量图。测试模块170,用于根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节 试验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图。选择模块190用于选 取与突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量图对应的阀门调节方案作为 最终阀门开启方案。
[0100] 本实施例中，信号采集模块110包括涡流振动传感器和速度探头。汽轮机包括转 子和轴承，轴承起支撑转子的作用，承受转子的全部重量。轴承上有轴瓦，为轴承中托起转 子的部分，因此，可以通过测量轴瓦与转轴的相对距离变化反映转子的振动情况，转轴为转 子的中心轴。对汽轮机进行机组调试的过程中，在轴瓦的X方向和Y方向上分别设置了涡 流振动传感器，用以在机组空载或低负荷下获取轴振信号，轴振信号可以表示转子的振动 情况，X方向表示油膜刚度最小的方向，Y方向表示油膜刚度最大的方向。同时每个轴瓦上 设置两个速度探头用以获取瓦振信号。可以理解，在其他实施例中，信号采集模块110也可 以是其他可以实现信号采集的部件。汽轮机的机组负荷为工作负载，负荷超过阈值为高负 荷，即工作负载大，否则为低负荷，工作负载小。汽轮机在调试期间处于低负荷工况。
[0101] 根据轴振信号得到振动趋势图，对振动趋势图进行频谱分析，即可得到振动频谱 图。通过采用图的形式对转子的振动情况进行分析，直观简便。继续参考图3和图4,为高 压转子对应的1瓦的振动趋势图和振动频谱图；参考图5和图6,为高压转子对应的2瓦的 振动趋势图和振动频谱图。
[0102] 其中一实施例中，参考图17,分析模块130包括第一分析单元131和第二分析单元 132。第一分析单元131用于分析振动频谱图是否存在预定低频分量，并在存在预定低频分 量时分析预定低频分量幅值是否与负荷正相关。第二分析单元132用于在预定低频分量幅 值与负荷正相关时，根据振动趋势图分析预定低频分量是否出现振动突变，并在预定低频 分量存在振动突变时判断预定低频分量的振动突变幅值是否与负荷正相关，若是，则高负 荷下存在汽流激振的隐患。
[0103] 预定低频分量为频率小于或等于预设频率值，且幅值大于预设幅值的低频分量， 本实施例中预设频率值为〇. 38-0. 6倍工作转速对应频率，预设幅值为10微米。汽轮机机 组在低负荷下只有当出现振动突变的分量为高于10微米的低频分量，才可以判断为高负 荷下存在汽流激振的隐患。因此，判断是否存在高于10微米的预定低频分量，是预判高负 荷下是否存在汽流激振的基础，使得对汽流激振的判断更为准确。
[0104] 预定低频分量幅值与机组的负荷正相关，即表示随着负荷的增高，预定低频分量 的幅值越大，因此可以预判在高负荷下将存在预定低频分量。
[0105] 具体地，第一分析单元131通过瀑布分析图判断预定低频分量幅值是否与负荷正 相关。具体地，第一分析单元131可以获取汽轮机机组振动的历史数据，得到历史数据的瀑 布分析图进行分析，得出预定低频分量幅值是否与负荷正相关。当不存在历史数据时，第一 分析单元131可以通过采集此次振动的相关数据。瀑布分析图是一种数据图，可以说明数 据的大小，同时又能直观地展现出数据的增减变化，可用于反映数据在不同时期或受不同 因素影响的程度及结果。
[0106] 参考图8,为对1瓦X方向的轴振信号的历史数据的瀑布分析图，从图8可以得知， 随着负荷的增高，预定低频分量的幅值增大，预定低频分量幅值与负荷正相关明显。采用瀑 布分析图直接从图像判断预定低频分量和负荷的相关性，简单明了。
[0107] 振动突变幅值为短时间内振动幅值变化的大小，即幅值的波动量。预定低频分量 的振动突变幅值与负荷正相关，即表示随着负荷的增高，预定低频分量的幅值波动越来越 大，因此可以预判在高负荷下将存在预定低频分量的振动突变。继续参考图3和图4,或者 参考图5和图6,从振动趋势图中可以得知本实施例中，随着负荷增加，预定低频分量对应 的振动突变幅值也逐步增加，振动趋势图不再平稳，而是呈现密集的锯齿状，可见预定低频 分量的振动突变幅值与负荷正相关。因此，可以预判高负荷下存在汽流激振的隐患。
[0108] 通过在低负荷下判断是否存在预定低频分量、预定低频分量幅值是否与负荷正相 关、预定低频分量是否存在振动突变和振动突变幅值是否与负荷正相关，从而实现在低负 荷下预判高负荷下是否存在汽流激振隐患，若是，则处理模块150、测试模块170和选择模 块190完成相应操作。
[0109] 参考图18,处理模块150包括数据采集单元151和突变矢量图生成单元153。数 据采集单元151用于获取振动突变前后的间隙电压，得到振动特征表。突变矢量图生成单 元153用于根据振动特征表，生成突变矢量图。
[0110] 其中一实施例中，数据采集单元151还可以获取振动突变前后的振动幅值，相应 地，振动特征表中还包括振动前后的振动幅值，突变矢量图可以包括转子中心位置变化的 幅值。本实施例中，选取振动趋势图中的第一次振动突变，得到振动特征表如表1所示。
[0111] 表 1
[0112]
[0113] 其中，Direct表示振动幅值，单位为ym，Gap表示间隙电压，单位为V。
[0114] 参考图10,突变矢量图生成单元153根据振动突变前后间隙电压和振动幅值的变 化，用矢量表示转子中心位置变化的幅值和方向，得到的突变矢量图，即为振动突变引起的 转子中心位置的变化。
[0115] 其中一实施例中，参考图19,测试模块170包括阀门调节试验单元171和变更矢量 图生成单元173。阀门调节试验单元171用于获取阀门调节方案的更改阀序，并按照更改阀 序依次调节各阀门的阀位，和/或用于将各阀门的阀位均调节为初始阀位，并根据调节阀 门方案分别对各阀门进行阀位调节。阀门调节试验单元171具体可控制机械手等机械设备 在获取调节阀门方案的更改阀序后，控制机械手按照更改阀序依次调节各阀门的阀位。阀 门调节试验单元171同样可控制机械手等机械设备将各阀门的阀位调节为初始阀位，并对 各阀门的阀位进行调节。变更矢量图生成单元173用于获取阀序更改前后的间隙电压，得 到阀序间隙电压表，并根据阀序间隙电压表生成各更改阀序下的变更矢量图，和/或用于 获取各阀门阀位调节前后的间隙电压，得到阀位间隙电压表，并根据所述阀位间隙电压表 生成各阀门调节后的变更矢量图。
[0116] 其中一实施例中，阀门调节试验单元171包括阀序变更子单元（图未示）。阀序变 更子单元用于获取阀门调节方案的更改阀序并按照更改阀序调节各阀门的阀位。
[0117] 高压阀门有四个，分别为一号阀门、二号阀门、三号阀门和四号阀门。参考图12， 本实施例中，有3个阀门调节方案，每一个阀门调节方案对应一个更改阀序，初始阀序为 1-2-3-4,为汽轮机默认的阀门开启顺序。数字代表阀门的号数，即1表示一号阀门。本 实施例中，进行3次阀序更改，初始阀序为1-2-3-4,更改阀序依次为4-2-3-U2-1-4-3和 3-1-4-2。每一次获取更改阀序，按照一次更改阀序依次将四个调门的开度增大，即为完成 一次阀序更改。参考表2,为根据上述三个阀门调节方案得到的更改阀序前后的阀序间隙电 压表。
[0118]表2
[0119]
[0121] 其中，IX代表1瓦的X方向，1Y代表1瓦的Y方向，2X代表2瓦的第一方向，2Y代 表2瓦的Y方向。
[0122] 参考图13,变更矢量图生成单元173根据1瓦和2瓦更改阀序前后的阀序间隙电 压表绘制相应更改阀序相对于前一次更改阀序的转子中心变化的 趋势，得到各次更改阀序 下1瓦和2瓦的变更矢量图。当需要获取某次更改阀序相对于初始阀序的变更矢量图时， 以该次更改阀序的变更矢量图与前一次更改阀序的变更矢量图进行比较，依次与前一次进 行比较，得到该次更改阀序相对于初始阀序的中心位置变化的变更矢量图。参考图14,为第 四次更改阀序3-1-4-2相对于初始阀序1-2-3-4的转子中心位置变化的变更矢量图。可以 理解，其他实施例中，也可以直接得到各次更改阀序相对于初始阀序的转子中心位置变化 的变更矢量图。
[0123] 选择模块190从变更矢量图中选取一组转子中心变化方向与选取的振动突变引 起的转子中心位置的变化相反的变更矢量图，选取的变更矢量图对应的更改阀序即为可 调整转子中心位置的最终开启阀序，可以抑制汽流激振现象，适用于机组调试期间，方便执 行。
[0124] 继续参考图10和图14,本实施例中，第四次更改阀序3-1-4-2相对于初始阀序 1-2-3-4的转子中心位置变化的变更矢量图与振动突变前后转子中心位置变化的突变矢量 图的变化方向相反，因此选择第四次阀序3-1-4-2为最终阀门开启方案。
[0125] 其中一实施例中，阀门调节试验单元171包括更改阀门子单元（图未示）。更改阀 门子单元用于将各阀门的阀位均调节为初始阀位，并根据阀门调节方案分别对各阀门进行 阀位调节。具体地，将各阀门的阀位均调节为初始阀位的过程为：将汽轮机退出一次调频、 退出AGC、退出CCS方式和汽机主控，维持主蒸汽参数，保持各阀门的阀位均为初始阀位。其 中AGC为自动发电控制，CCS为负荷协调控制系统；各阀门的阀位均为初始阀位即为使各个 阀门的开度保持一致。具体地，此实施例中，阀门调节方案为选择阀门，根据阀门调节方案 分别对各阀门进行阀位调节的具体过程为：选取一个阀门，具体为先选取一号阀门，保持其 他三个阀门阀位不变，调节一号阀门使其从初始阀位到关闭阀门，即为完成一号阀门的阀 位调节。然后将一号阀门开启至初始阀位，依次对二号阀门、三号阀门和四号阀门进行阀位 调节。
[0126] 上述的一种汽流激振的抑制系统，同样通过动态调整转子中心位置，在低负荷下 让转子中心位置沿着振动突变的转子中心位置变化的反对称方向偏移，以补偿高负荷状态 下的转子中心位置突变，进而抑制振动，提高了机组调试期间对汽流激振抑制的便利性。
[0127] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存 在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0128] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护 范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，包括如下步骤： 获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱图； 根据所述振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的隐患； 若是，则获取振动突变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图； 根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方案对应的转 子中心位置变化的变更矢量图； 选取与所述突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量图对应的阀门调 节方案作为最终阀门开启方案。2. 根据权利要求1所述的汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，所述根据所述振 动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的隐患步骤包括： 根据所述振动频谱图分析是否存在预定低频分量； 在存在所述预定低频分量时，判断所述预定低频分量幅值是否与负荷正相关； 在预定低频分量与负荷正相关时，根据所述振动趋势图分析所述预定低频分量是否出 现振动突变； 若是，判断所述预定低频分量的振动突变幅值是否与负荷正相关，若是，则高负荷下存 在汽流激振的隐患。3. 根据权利要求2所述的汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，所述预定低频分 量为频率小于或等于预设频率值，且幅值大于预设幅值的低频分量。4. 根据权利要求1所述的汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，所述获取振动突 变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图的步骤，包括以下步骤： 获取振动突变前后的间隙电压，得到振动特征表； 根据所述振动特征表，生成所述突变矢量图。5. 根据权利要求1所述的汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，所述根据预设的 阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化 的变更矢量图的步骤，包括以下步骤： 获取所述阀门调节方案的更改阀序，并按照所述更改阀序调节各阀门的阀位； 获取阀序更改前后的间隙电压，得到阀序间隙电压表； 根据所述阀序间隙电压表生成各更改阀序的变更矢量图。6. 根据权利要求1所述的汽轮机的汽流激振抑制方法，其特征在于，所述根据预设的 阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化 的变更矢量图步骤，包括以下步骤： 将各阀门的阀位均调节为初始阀位； 根据所述阀门调节方案分别对各阀门进行阀位调节； 获取各阀门阀位调节前后的间隙电压，得到阀位间隙电压表； 根据所述阀位间隙电压表生成各阀门调节后的变更矢量图。7. -种汽轮机的汽流激振抑制系统，其特征在于，包括： 信号采集模块，用于获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱图； 分析模块，用于根据所述振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的 隐患； 处理模块，用于在存在汽流激振的隐患时，获取振动突变前后转子中心位置的变化，生 成突变矢量图； 测试模块，用于根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调 节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图； 选择模块，用于选取与所述突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量 图对应的阀门调节方案作为最终阀门开启方案。8. 根据权利要求7所述的汽轮机的汽流激振抑制系统，其特征在于，所述分析模块包 括： 第一分析单元，用于分析所述振动频谱图是否存在预定低频分量，并在存在所述预定 低频分量时分析所述预定低频分量幅值是否与负荷正相关； 第二分析单元，用于在所述预定低频分量幅值与负荷正相关时，根据所述振动趋势图 分析所述预定低频分量是否出现振动突变，并在所述预定低频分量存在振动突变时判断所 述预定低频分量的振动突变幅值是否与负荷正相关，若是，则高负荷下存在汽流激振的隐 患。9. 根据权利要求7所述的汽轮机的汽流激振抑制系统，其特征在于，所述处理模块包 括： 数据采集单元，用于获取振动突变前后的间隙电压，得到振动特征表； 突变矢量图生成单元，用于根据所述振动特征表，生成所述突变矢量图。10. 根据权利要求7所述的汽轮机的汽流激振抑制系统，其特征在于，所述测试模块包 括： 阀门调节试验单元，用于获取所述阀门调节方案的更改阀序，并按照所述更改阀序调 节各阀门的阀位，和/或用于将各阀门的阀位均调节为初始阀位，并根据所述调节阀门方 案分别对各阀门进行阀位调节； 变更矢量图生成单元，用于获取阀序更改前后的间隙电压，得到阀序间隙电压表，并根 据所述阀序间隙电压表生成各更改阀序下的变更矢量图，和/或用于获取各阀门阀位调节 前后的间隙电压，得到阀位间隙电压表，并根据所述阀位间隙电压表生成各阀门调节后的 变更矢量图。
【专利摘要】本发明涉及一种汽轮机的汽流激振抑制方法和系统。汽轮机的汽流激振抑制方法包括步骤：获取汽轮机的转子的轴振信号，生成振动趋势图和振动频谱图；根据振动趋势图和振动频谱图预判高负荷下是否存在汽流激振的隐患；若是，则获取振动突变前后转子中心位置的变化，生成突变矢量图；根据预设的阀门调节方案对汽轮机进行阀门调节试验，得到各阀门调节方案对应的转子中心位置变化的变更矢量图；选取与突变矢量图呈反对称的变更矢量图，并将选取的变更矢量图对应的阀门调节方案作为最终阀门开启方案。上述的一种汽流激振的抑制方法，可以抑制汽流激振，提高了机组调试期间对汽流激振抑制的便利性。
【IPC分类】F01D17/00, F01D17/10, F01D25/04
【公开号】CN104895627
【申请号】CN201510213607
【发明人】刘石, 杨毅, 高庆水, 张楚, 徐广文
【申请人】广东电网有限责任公司电力科学研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月28日
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