9E燃气轮机压气机振动原因及防喘放气阀的控制 逻辑技术优化

9E燃气轮机压气机振动原因及防喘放气阀的控制逻辑技术
优化
摘要：压气机担负着空气压缩循环输送的任务，压气机在运行过程中，由于某
些原因，易造成机组的振动，严重时会造成机组的损坏，影响生产。

如何能快速
准确的找到振动故障成为大家关注的课题，本文通过介绍几种振动的影响因素，
对振动进行分析，通过有效的方法进行综合分析找到振动的真正原因。

另外，对
燃气轮机的防喘放气阀控制逻辑进行了优化，更能保证机组的稳定运行。

关键词：燃气轮机；压气机；防喘放气阀；控制逻辑
1引言
早在上世纪80年代，国际上就出现了以天然气为原料的燃气发电机组，经过多年的改进和发展，为降低氮氧化物排放、保护环境、提高能源利用效率，采用
天然气作为燃料的燃气—蒸汽联合循环发电供热机组得到广泛利用。

压气机、燃
烧器、透平是燃气轮机的三大部件。

轴流式压气机是一种高转速、高功率，并且
是精密度极高的动力机械，它旋转运行时将空气压缩送入燃烧器，与天然气混合
后燃烧，高温烟气在透平内膨胀做功，使燃气轮机旋转带动发电机发电，其稳定
高效运行对于发电企业来说至关重要。

但由于某些原因，压气机很容易引发振动，给设备和生产运行带来危害。

因此，准确快速诊断故障原因是很重要的，对保证
压气机的可靠平稳运转具有重要的意义。

2压气机发生振动的原因分析
压气机的汽缸的总体结构可以分为三部分，进气缸、气缸和排气缸。

在压气
机的入口部位安装导叶，设置的导叶的主要目的是调整透平机排汽的温度、预防
压气机的喘振发生。

压气机发生振动的因素主要有以下几个方面：
2.1转子不平衡
造成转子不平衡的原因主要有以下原因：设计问题，几何形状设计不对称导
致重心不在旋转中心线上，存在偏移量；材料缺陷，材料内部结构不均一、厚薄
不一致，运行过程中磨损程度不一等；加工与装配误差；压气机进口空气过滤器
的效果差，叶片出现积灰、锈蚀、结垢等，导致叶轮不平衡。

2.2转子不对中
转子不对中主要分为三种：平行不对中、角度不对中、组合不对中。

造成转
子不对中的因素有：设计因素，关于热膨胀的设计与实际存在误差；检修过程或
者安装过程的对中误差。

2.3油膜振荡
油膜振荡是高速滑动轴承的一种特殊的故障类型，它是由油膜力产生的自激
振动。

油膜振荡一旦发生，瞬时振幅突然升高，继而发生局部油膜破裂，引起轴
颈与轴瓦间的磨擦。

转子发生油膜振动时输入的能量较大，会造成轴承系统零部
件损害，甚至会造成整个机组的损伤，给压气机的正常运行带来严重的影响。

2.4喘振
由于工况变化导致压气机入口处的空气流量减少，压气机会随之出现旋转脱
离效应，此时，虽然叶片也在不停的旋转，但是由于流量不足，导致出口处的压
力出现偏离，不能达到正常的设计要求指标。

由于压气机出口输送管道内气体压
力变化灵敏度较低，不能及时出现变换，此时管道内压力并不能迅速下降，因此
造成了压气机出口管道内的压力大于压气机出口处压力，出现压力的逆偏差，会
出现“倒灌”现象，即管道内的气体就向压气机倒流，直至出口管道内压力下降至
等于压气机出口压力为止。

待倒灌停止后，压气机会正常工作，气体在叶片的作用下加压，继续向管道提供压力，管道内的压力不断回升。

等到管道内的气体压力回升到最初压力时，压气机的加压排气就又会受到影响，又满足倒灌发生的条件，如此周而复始，整个压气机系统就会出现周期性的轴向低频大振幅的气流振荡现象，即喘振现象。

造成喘振的因素主要有：气体进口温度、气体的分子量、入口压力以及出口压力、入口流量、转速、操作不当。

3防喘工作原理
3.1压气机叶片角度的改变
压气机的叶片角度对于喘振的发生具体显著的影响，通过调整叶片角度的变化可以稳定压气机在不同转速下的工作状态。

例如，压气机低速运转过程中，其前几级容易出现喘振现象，因此可以将进口的前几级叶片设置成可自由旋转的结构，另外在叶片底部安装齿轮，通过齿轮的转动带动叶片的角度变化，从而防止低速状态下喘振的发生。

燃机高速运转中，可以通过调整压气机内的空气流动状态来避免喘振的发生。

3.2 设置防喘放气阀
防喘放气阀工作原理是在压气机进入不稳定的工作边界时，需要将放气系统的阀门打开，使得空气流出放气阀，再将空气重新吸入到压气机进口中，使得压气机出现喘振的可能降低。

4对9E燃气轮机防喘放气阀的控制逻辑优化
目前，9E燃气轮机的防喘控制逻辑采取GE公司的Mark VI，下文主要结合作者的工作经验对放气阀的控制逻辑进行优化，更好的避免喘振的发生。

PG9171E型9E燃气轮机压气机设置4个防喘放气阀（VA2），压气机排气由接头AD-1引出，作为防喘放气阀的控制气源，电磁阀20CB-1为气源控制阀。

电磁阀20CB-1上电开通，气源进入4个防喘放气阀气动执行机构，克服弹簧压力，防喘放气阀关闭。

电磁阀20CB-1失电关闭，断开气源，防喘放气阀气动执行机构内空气排出，在弹簧压力作用下阀门开启，将压气机11级叶片后的空气排出一部分，防止喘振发生。

4.2防喘放气阀的控制逻辑
（1）4个防喘放气阀在燃机启动前或停机后开启，任一个开启不到位或行程开关位置反馈故障，L86CB上电，禁止燃机启动。

（2）当燃气轮机达到空载满速发电机并网后，20CB-1立即上电，4个防喘放气阀关闭。

若11秒后防喘放气阀任一个关闭不到位或行程开关位置反馈故障，燃气轮机自动降负荷直至解列。

（3）当燃气轮机发电机解列后，20CB-1立即失电，4个防喘放气阀开启，若11秒后任一个开启不到位或行程开关位置反馈故障，燃气轮机终止降速程序，延时120秒后，防喘放气阀仍未开启，燃气轮机跳闸。

燃气轮机发电机并网后将防喘放气阀立即关闭，在燃气轮机发电机解列后，立即将防喘放气阀打开，这样可以在最大程度上避免压气机出现喘振的可能，可以保证机组的安全稳定运行。

4.3防喘放气阀控制逻辑优化
（1）机组正常运行状态下，对原有的控制逻辑进行修改。

在机组正常运行下，如果机组的防喘放气阀中的任意一个打开或行程开关位置反馈故障，Mark VI控制系统会发出L86CBA-ALM报警（防喘放气阀位置故障）
和L83CBLIMIT（防喘放气阀关闭失败-限制负荷）自动启动降负荷程序，直至机组解列，对机组造成不可挽回的影响。

因此对此逻辑进行修改，增加一路信号
L83CBAX加入控制模块，这样的话如果出现误报警的情况，可以点击系统操作台面的“STOP L83CBLIMIT”下的“ON”，即可终止自动降负荷，为检修争取时间。

故障处理完毕后，可以点击相同位置的“OFF”，恢复到原来状态。

（2）正常启动过程并网时，“强制”压气机放气电磁阀20CB-1带电。

在并网瞬间如果出现防喘放气阀未关闭或者行程开关位置反馈故障，燃机将进入自动降负荷程序，如果处理不及时，可能出现机组解列的情况，影响严重。

增加LAUTOLFD_CMD信号加入控制模块，这样空载满速并网前，可以点击“ON”“强制”电磁阀20CB-1带电，防喘放气阀将关闭；并网后若系统无异常，点击“OFF”，退出强制，防喘放气阀将由Mark VI逻辑自动控制。

5结语
振动会给压气机本身带来损伤，影响发电机组的安全运行，给企业带来经济损失，对企业安全生产造成伤害。

通过对振动发生的影响因素进行分析，并结合实际生产情况，在操作压气机运行中预防或者采取相应的措施，大大减小了压气机发生振动的机率，可对装置的安全平稳运行保驾护航。

另外，对原有的放气阀控制逻辑进行优化，防止喘振发生，可以更好保证燃气轮机发电机组安全稳定运行。

参考文献
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