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

周红建

（三峡集团（营口）能源投资有限公司辽宁省营口市115000）

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MarkVI，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，MarkVI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“STOPL83CBLIMIT”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MarkVI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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