汽轮机转速

汽轮机转速（共4篇）

汽轮机转速 篇1

神华乌海能源西来峰煤化公司甲醇厂30万t/a焦炉气制甲醇装置,其压缩工序合成气离心压缩机和空分工序空气压缩机(均采用沈阳鼓风机厂生产的离心压缩机)分别由NK32/36型凝汽式汽轮机(杭州汽轮机股份有限公司生产)和NH32/03型凝汽式汽轮机(杭汽中能汽轮动力有限公司生产)拖动。压缩工序合成气压缩机组采用Triconex TS3000三重冗余容错控制系统,空分工序空气压缩机采用WoodWard 505数字式调速器控制汽轮机。

例1合成气压缩机组调试过程中,机组转速瞬间由3000r/min跳至6000r/min,运行人员紧急停车。

检查机组控制系统的信号电缆，屏蔽线接地良好，电缆严格按要求铺设，排除电气干扰原因。检查信号隔离器良好，测试转速探头正常，排除控制系统信号错误原因。从控制室给汽轮机模拟信号，调节气阀开度的0、25%、50%、75%、100%与给定信号基本对应，未发现问题，重新启动机组，转速瞬间快速波动现象仍然存在。使用信号发生器从4mA缓慢升至20mA，重新给现场模拟量信号，在14mA时，现场发现二次油压由0.32MPa迅速回到0.1MPa附近，再迅速回到0.32MPa位置，存在波动现象，此时调节汽阀迅速全关，再快速回到原来位置。由20mA缓慢降至4mA，在18mA时，现场发现二次油压出现油压上升波动现象。据此判断可能是油动机错油门存在问题，拆检错油门，发现错油门滑阀体有卡滞现象，用砂纸打磨卡滞部分，用油清洗干净滑阀体，回装后再次调试，二次油压波动现象消失，重新启动机组，转速正常。

例2空分空气压缩机运行中调节汽阀阀杆振幅大(约10mm),转速波动大于200r/min。

首先排除505数字式调速器故障及信号干扰的可能。检查电液转换器电流信号、输出油压数据与开车试运行时测定数据相比较,变化不大,排除电液转换器进油滤网堵塞的可能,检查油动机错油门,从壳体上盖的冒汽管口观查滑阀转动情况,无异常。检查发现错油门进油管抖动较严重,打开错油门调节阀螺帽,发现内部固定螺丝松动,重新调整调节阀,直至振幅在0.2～0.3mm时,紧固螺栓,观察汽轮机运行情况正常,转速波动控制在10r/min左右,完全满足生产要求。

油动机错油门的滑阀因频繁旋转、上下运动极易磨损,油污进入错油门极易造成汽轮机调速不稳,因此,要加强油的过滤,认真检查错油门,清洗错油门内部滑阀等部件,若有磨损现象及时更换错油门,确保设备安全运行。

汽轮机转速 篇2

我公司5 000kW纯低温余热发电系统于2009年10月投入运行, 汽轮机为BN5-1.6/0.3型补汽式汽轮机。在多次启动中, 过临界转速时转轴振动较大, 其中3号轴瓦最大, 其垂直振动值保持在53μm。2010年5月21日冷态启动过临界转速时开始出现转轴振动增大趋势, 但仍在合格范围内。6月19日冷态启动中3号轴瓦过临界转速时垂直振动达到82μm, 超过了70μm的振动跳机保护值, 威胁到机组的安全运行。6月30日对该问题进行了处理。

2 原因分析

汽轮发电机组过临界转速时的振动受多方面因素的影响, 与汽轮机本体有关的任何设备或介质都可能是机组振动的原因, 经查机组启动时与振动相关的油温、汽温、热膨胀等数据符合标准。分析认为, 引起该汽轮机临界转速下转轴振动过大的原因有以下几点:

1) 转轴上内应力释放。由于转轴制造加工、直轴后退火不彻底等原因, 残留了较大的内应力, 机组运行一段时间后, 其内应力会释放, 使转子弯曲增大, 而且机组在无异常情况下发生转轴振动增大, 这种故障的处理必须将转子整体动平衡试验, 重新调整配重才能恢复正常。

2) 由于疏水不畅、汽缸进水、上下缸温差过大等原因, 可能导致冷态启动中汽轮机转轴与水接触, 局部冷却引起振动突然增大。该过程很短, 一般只要1～2min即可使机组的轴瓦振动增大到100μm以上, 同样在短时间内也可消失。这是由于转轴与水的热交换强度非常高, 一旦与水接触或停止接触, 转轴热弯曲很快形成或消失。

国内已出现多台机组在冷态和热态启动时, 在中速、升速或带负荷过程中发生强烈振动, 有些机组启动七八次, 持续两三天, 转速都未能升至3 000r/min。现场往往将这种振动诊断为汽缸膨胀受阻引起的, 但实际是疏水不畅, 转轴与水接触使转轴产生热弯曲所致。

3) 转轴残留热弯曲。机组启动前和运行中转轴都可能产生明显的热弯曲。热弯曲机理:转轴静止一段时间后, 由于其上下存在温差, 会使转轴产生热弯曲, 热弯曲值与转轴的静止时间、缸温、上下缸温差有关, 当缸温一定时, 转轴静止时间超过4h, 其热弯曲值才趋于稳定。

3 故障处理

1) 首先考虑转轴上内应力释放引起转轴弯曲变形的因素, 转轴变形会引起轴瓦紧力松弛。拆汽轮机后检查轴承箱:测量3号轴瓦紧力为0.03mm, 联轴器晃度0.02mm且轴承接触面良好, 在安装标准范围内。因此可排除该因素。

2) 再考虑小的因素, 在最近几次开机时都安排专人进行疏水操作并详细检查疏水管的温度, 确认疏水顺畅, 因此不存在疏水不畅而使汽缸上下缸温差过大的问题。

3) 查原始记录, 发现连续3次开机过程中, 虽然转轴连续盘车时间大于3h、蒸汽过热度大于50℃, 但中速暖机结束后汽轮机上下缸温差仍达48℃。因此怀疑由于操作不当引起转轴残留热弯曲启动。

综合上述排查情况, 在7月2日启动时调整启动方式:主蒸汽温度控制在300℃, 通过电动主汽门前的排空阀将主蒸汽压力控制在1.0MPa (即降低压力增加进汽量, 加强下汽缸的暖机效果) , 疏水管道温升正常, 中速暖机时间延长30min后汽缸上下缸温差缩小到35℃。汽轮机升速过临界转速时3号瓦垂直振动值恢复到53μm, 其他3个轴瓦的振动值也有明显改善, 过临界转速时转轴振动大的问题得到解决。

4 预防措施

1) 余热发电的主蒸汽温度受窑工况的影响, 短时间内变化较大 (298～370℃波动) , 虽然仍在允许范围内, 但主蒸汽温度频繁的变化使转轴、汽缸的金属温度的变化率过大, 转轴上残留的内应力会更快速释放, 使转轴碰磨很快进入晚期。因此机组在启动和变工况运行中应加强监视蒸汽参数的变化, 主蒸汽、汽缸金属温度的变化率不应大于规程规定。

2) 严防抽汽系统及门杆漏气管道向汽缸内漏水, 可避免发生转轴与水接触。

3) 严防汽缸上下缸温差过大。启动时汽缸进冷气或进水, 热态启动时汽缸较长时间吸入冷空气, 下缸保温效果不良, 都可能造成上下汽缸温差偏大。因此启动时注意监视汽缸膨胀, 尤其是冷态开机, 暖机要充分, 汽缸上下缸温差最好不超过35℃。

4) 转轴残留热弯曲启动纯属操作不当。但是分析寻找转轴碰磨振动大的原因时, 从运行记录和有关人员了解中可能得不到真实情况, 主要应查明冲转前2h之内, 机组做了哪些操作、检查和检修。因此冲转前, 转轴连续盘车时间应足够, 一般为2～4h, 并应尽可能避免中间停止盘车。如发生盘车中断, 则要延长盘车时间。同时主蒸汽温度至少高于汽缸最高金属温度50℃, 但不超过额定汽温, 蒸汽过热度不低于50℃, 确保不发生转轴残留热弯曲的现象。另外, 启动升速过程中, 应有专人监视振动, 机组在1 200r/min中速暖机时, 轴承振动超过30μm时应停机, 过临界转速时, 轴承振动超过100μm时, 也应停机, 避免转轴进入碰磨晚期。

5 结束语

汽轮机转速 篇3

关键词：模糊控制,燃气轮机,转子转速

0 引言

当今, 由于燃气涡轮机具有运行和加载速度快、燃料使用多样性、在发电厂易于安装等特点, 已越来越多地被关注和使用。纵观燃气涡轮发展史, 1983年罗文 (Rowen) 首次提出了燃气轮机的简化数学模型, 然后在此模型的基础上增加了可变进气导向叶片 (VIGV) 使其能在电厂使用。另外还有一些具有代表性的模型, 像Al_hamdan设计的热力学模型以及上面提到的在罗文模型的基础上设计的ARX模型, 他们都在燃气轮机的联合循环发电机组中。

为了设计燃气轮机控制器, 研究人员对各种控制方法进行了调查研究。比如采用遗传算法设计的PID控制器、神经网络控制器以及模糊控制器, 都是用来控制燃气涡轮机的转速。在本文中, 提出了一种基于模糊逻辑的控制器来控制燃气涡轮机的转子速度。本文的其余部分安排如下:第1节, 描述使用燃气涡轮机的模型;第2节, 在马丹尼 (Mamdani) 方法的基础上提出设计模糊控制器的方法;第3节, 对本文提出的方法给出仿真结果;第4节, 得出结论。

1 燃气涡轮机模型

在前文提到的几种最具代表性的控制器已经在一些发电厂的燃气轮机中得到广泛的使用, 其系统框图见图1。

从电厂燃气涡轮机收集到的数据得出所选择的模式识别传递函数如下所示。

在上述式子中, N为转子转速, F为燃料流, P为产生电力, TX为排放气体温度, Tamb为环境温度, IGV为进口导流叶片。

2 模糊控制的提出

由燃气轮机的数学模型可知, 涡轮机转速的变化会引起频率偏差。为了解决这个问题, 需要设计一个控制器, 使其可以将燃气涡轮机的速度控制在适当的范围, 即:

另外致动器的饱和区中的燃料流的限制范围如下:

用于控制燃气涡轮机的速度的模糊逻辑控制器有两个输入端和一个输出端, 两个输入分别是转子速度误差e的和误差的变化率e, 输出为燃料流的变化 (F) 。每一种变化有5个语言变量, 其贝尔隶属度函数 (MF) 如下。

其中 (a, b, c) 是恒定的参数, x指向语言变量。各语言变量如图2所示。整个规则定义见表1, NB (负方向大的偏差) , NS (负方向小的偏差) , Z (零) , PS (正方向小的偏差) 和PB (正方向大的偏差) 。这些规则形式如下:

根据马丹尼的模糊推理系统, 最大值和最小值分别用T_norm和T_conorm算子来表示。推理机制的输出是一个模糊值, 采用去模糊化区域的方法转化为清晰值的方式如下:

其中, (F) 是聚合输出MF, Fcrisp是最后的控制器输出。FLC的结构如图3所示。

3 仿真与结果

本文所提出的模糊控制器通过MATLAB软件的Simulink工具箱仿真[14]。假定该系统的工作条件如下。经过150秒, 需求动力Pd由0.6个单位上升到0.9个单位, 而经过225秒后, 又从0.9单位降到0.5单位。TAMB=30和IGV开度百分比 (开口率) 假设是固定的。同时, 燃料输入约束在0.1935≤F≤1范围内。随着涡轮速度的变化, 燃料流量和所产生的电力分别示于图4-6。由图可知, 最大超调量大约是每单位0.01个, 这意味着转子速度超过了所期望的范围。然而, 它优于MPC控制器 (每单位约0.02) 。当PD从每单位0.9变化到每单位0.5时, 这个值也比鲁棒控制器小。燃气涡轮转速的稳定时间大约是50秒, 当需求功率从0.6每单位变化到0.9每单位期间, MPC和鲁棒控制器的稳定时间 (约30秒和20秒) 会比提出的模糊控制器更好。

4 结语

本文设计了一个模糊控制器, 用于确定电厂燃气轮机的模型。FLC是在马丹尼 (Mamdani) 算法的基础上设计的, 其目的是用来控制燃气涡轮机的速度。转速误差及其变化率为FLC的两个输入, 燃气流变化率假定为控制器的输出。结果表明 (FLC) 的超调量小于MPC和H∞鲁棒控制器。由实验结果分析知, 模糊控制器具有更好的速度控制能力。

参考文献

[1]冯利, 马金平, 李炳涛.某型燃气轮机转子振动特性分析[J].机电工程技术, 2012

[2]白中祥.小型燃气轮机转子动力特性研究[D].上海:上海交通大学, 2012

[3]孙建华, 汪伟, 余海燕.基于模糊-PID的汽轮机转速控制系统[J].自动化技术用, 2008, 27 (1) :27-33

[4]E.najimi, and M.H.Ramezani, “Robust control of speed and temperature in a power plant gas turbine, "Elsevier, ISA Trans., vol.51, no.2, March 2012

[5]邓玮, 张化光.基于燃气轮机转速直接型自适应模糊控制器的设计[J].系统仿真学报, 2007

[6]J.S.R.Jang, C, T.Sun, and E.Mizutani, Neuro-Fuzzy and Soft Computing, Prentice-Hall, 1997

汽轮机转速 篇4

关键词：测量原理,检测器,故障现象

1 转速测量原理

3500本特利系统测量转速采用的8mm的电涡流探头, 转速测量回路的配置是:探头、前置器、延长线、监测器模块。测量原理:利用电涡流探头采集大轴旋转产生的脉冲数, 3500/50/53转速、超速监测器模块通过单片机芯片程序测出单位时间 (s) 的脉冲频率, 然后通过公式 (1) 算出实时转速, 这里有必要解释一下这个公式的推算道理, 首先我们定义每分钟转数为n, 1分钟有60s, 1转z个脉冲, 那么单位时间计数脉冲比上齿数得出单位时间重复旋转次数, 也就是f (频率) , 一分钟有多少转就为:n=60f。下面以我厂的设备做简要引述:我厂使用的本特利3500/50/53转速、超速监测器模块, 配3300xl-8mm proximitor电涡流传感器, 电涡流传感器:根据法拉第电磁感应原理, 金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时, 导体内将呈涡旋状的感应电流, 此电流叫电涡流。以上现象称为电涡流, 而根据这个效应制成的传感器为电涡流传感器。

转速undefined

由于传感器反馈回的电感电压是有一定频率的调幅信号, 需检波后, 才能得到间隙随时间变化的电压波形, 由此得知, 要测量位移必须有一个专用的测量线路, 这一测量线路 (称为前置器) 应包括一定频率的稳定的震荡器和一个检波电路, 涡流小传感器加上一测量线路, 从前置器输出的电压Vd是正比于间隙d的电压, 它分为两部分:一为直流电压Vde, 对应于平均间隙 (初始间隙) ;一为交流电压Vac, 对应于变化间隙。

到这有人要问:测量转速和位移有什么关系?其实电涡流传感器主要用来侧间隙位移的, 测量转速其实采的一个变化间隙位移所对应的变化的脉冲电压值 (Vac) , 通过检波器后, 把电压信号送到检测器 (3500/50/53) 上, 它测算出脉冲频率, 最后计算出转速。

对于维护人员主要重视调试和故障处理的这一块工作, 上述引入一些工作原理, 目的为了让维护人员处理问题时理解问题本质。

2 安装调试注意事项

在探头安装时, 为了防止机械损坏, 应断开探头引线与延伸电缆的连接, 并且不能采用握住传感器引线旋入的方法进行安装, 正确的方法及要求见下所述:

(1) 用工具夹住探头上的扳手平台进行传感器的旋入, 并保证探头引线随之旋转。

(2) 每个传感器头端面对于被测面都要求垂直, 最大偏移角度小于1°。

(3) 按要求紧固探头后, 接好探头引线与延伸电缆接头, 再捆扎好固定在箱体内, 防止运行时损坏电缆。

(4) 把各测速传感器, 牢固装在相应的测速传感器支架上, 间隙约为0.8～1.0mm。

传感器系统在现场的连接有以下几点需要注意, 以保证测量系统的正常工作:

(1) 接地。严格按图样和资料的要求, 对装置和信号输入单端接地, 接地电阻应小于4Ω。

(2) 电缆的铺设应按有关要求进行, 信号输入电缆的铺设应与强电电缆分开, 强弱电交汇处应相互垂直。传感器测点应采用单独的屏蔽电缆进行连接, 不允许几个信号混入一根多芯屏蔽电缆中。针对转速和超速的传感器系统最好采用对绞电缆进行连接。

(3) 探头电缆与延伸电缆之间的接插件连接好后, 应用热缩套管封装, 使之与外部铠装电缆绝缘;此处禁止采用绝缘胶布等易腐材料进行封装, 否则会影响传感器的阻抗, 导致测量误差。

所有接线应在断电情况下进行, 并且通电前应仔细比照相关图纸, 认真核对, 确认无误后方可通电。特别是对于带前置器的接线, 更应正确区分电源、地与信号端, 切忌接反, 以免产生不良后果。

3 转速检测器工作介绍

实际工作中3500/50转速模块主要用来检测零转速比例值 (小于99r/min) , 当超出组态值报警并把报警接点信号送给盘车装置, 另外还可以把比例值传送到DCS上;用于转速的指示, 3500/53 (3块逻辑三取二) 超速模块主要用来检测超速比例值 (大于3300r/min) , 当超出组态值报警并把报警接点信号送给ETS装置, 这里需要简单介绍一下这两块模块。

3500/50转速表模块是一个双通道模块, 它可接受来自涡流探头或磁探头的速度脉冲输入信号, 并用此输入信号驱动报警输出。下面介绍一下模块上部件的功用

(1) 通道状态“OK”:

它标识是否已经有故障被相应模块的通道检测到。在下列任何条件下, 一个非OK状态将被返回:

·传感器故障

·探头间隙OK检测失败

·通道特定硬件故障

触发Not OK的条件包括:

·输入信号的频率高于20kHz

·输入信号频率低于规定的传感器的最小频率值。

·输入转速高于99999r/min。

·在一个旋转周期中, 输入信号的变化等于或高于50%。

·零转速的比较百分比 (%Comparison) 检测失败。

(2) 旁路:

它标识通道已经旁路了它的一个或多个比例值的报警。下列条件将导致通道处于旁路状态:

·转速表模块从未组态

·转速表模块处于组态模式

·转速表通道组态中有错误

·转速表模块处于上电自检状态

·在自检时发现致命错误

·通道按零转速组态, 但零转速使能触点开路 (未激活)

·报警通过软件开关被旁路

·框架报警抑制被使能

(3) I/O模块:

转速表I/O模块从探头接收信号, 并将信号经由它送到转速表模块。I/O模块还为传感器提供电源, 并为每个传感器输入通道提供4至20mA记录仪输出及传感器缓冲输出。每个监测器模块需要安装一块I/O模块。I/O模块安装在机柜式或控制台式框架中监测器的背面,

3500/53超速保护模块, 其设计是一个通道模块。它适用于两模块或三模块组的超速保护应用。模块接收来自趋近式传感器或磁电式传感器的转速脉冲输入信号, 并使用这个输入信号驱动报警。为了实现机器保护目的, 模块提供四种快速响应报警继电器输出。3500超速保护系统组态成两模块二选一表决或三模块三选二表决设置。本说明书只叙述三模块组。

3通道超速保护系统:作为3500机器管理和保护系统的一部分, 三通道3500/53超速保护系统可提供高可靠性超速保护。三通道超速保护系统要求三个独立的传感器输入, 三个模块组, 必须相邻安装。每个3500框架中只能安装一组超速保护系统。3500/53超速保护系统可安装在具有其它3500监测功能的3500框架中, 三通道超速保护系统提供3个独立的转速监测通道。在报警时, 三通道超速保护系统可组态成能提供3选2的表决功能。具有这种功能时, 来自每个模块的报警输出进行比较, 在继电器被驱动前, 两个模块必须一致。使用在系统背板上的一高速内部模块通讯网络来实现模块间的通讯。下面介绍一下模块上部件的功用。

(1) 通道状态OK:

这表示在通道中是否已检测到错误。在下列任何情况下, 将返回到非OK状态:

·传感器故障

·探头间隙OK检查故障

·通道特殊硬件故障

触发非OK条件——包括:

·输入信号频率大于20kHz

·输入信号频率低于传感器特有频率最小值。

·输入速度大于99999rpm

·在一周期中, 输入信号有50%或大于50%的变化

·比较检查故障

(2) 警告/报警1:

这表示相应模块通道已进入警告/报警1。当通道提供的比例值超过它组态的警告/报警1设置点时, 通道将进入警告/报警l状态。

(3) 危险/报警2 (超速) :

这表示相应模块的通道已进入危险/报警2 (超速) 。当通道的比例值超过它组态的危险/报警2 (超速) 设置点时, 通道将进入危险/报警2状态。

(4) 旁路:

这表示通道已经旁路了比例值报警。下列情况可引起通道旁路状态:

·超速模块从未组态

·超速模块处于组态模式

·超速通道有一无效组态

·超速模块处于上电自检

·在自检期间, 发现致命错误

·通过软件开关设置报警为旁路

·框架报警抑制可以实现

(5) I/O模块描述:

超速保护I/O模块接收来自传感器的信号并发送该信号给超速保护模块。I/O模块也为趋近式传感器供电, 并为传感器输入通道提供4-20mA记录仪输出。超速保护I/O模块还提供四套继电器触点, 每个继电器能组态成常带电或常不带电形式。每个监测器都装有一I/O模块。在架装框架或盘装框架中, I/O模块安装在监测器的后部。

4 故障现象分析

上述资料引用本特利产品用户指导说明, 旨在说明工作中我们所见故障现象, 是源于何因。平时本产品一但调试好, 运行非常稳定, 常见问题: (1) 干扰问题, 安装时注意信号线接线屏蔽 (上述有介绍) , 探头安装尽量避免与带有磁性的探头 (磁电转速探头) 太靠近, 具体按照厂家设计图纸定位安装, 电涡流探头附近如受到外部电磁场干扰, 上传到模块的频率信号会失真, 有时模块“旁路”指示灯会亮, 此时测量比例值跳动很大, 处理的唯一办法, 就是摘掉此转速传感器信号线, 带停机后处理。 (2) 探头间隙调校不合适, 太大指示值会偏小, 或报通道故障, 太小容易在大轴运转时打坏探头。 (3) 3500/53危险报警开关选择当模块断电后, 报警开关触点 (去ETS装置的传送点) 闭合的那组, 这是特别提醒的, 其实理由很简单:所有的机组保护设置, 并不是保护机组稳定运行, 而是确保机组能在失控的情况下, 安全停下来。当3500系统已断电, 汽轮机安全监控系统已失控, 这时唯一的迫切的要求就是机组必须安全停下来。

5 结束语