超临界机组顺序阀方式与汽流激振问题浅析

超临界机组顺序阀方式与汽流激振问题浅析

李冬来

天津国华盘山发电有限责任公司天津市蓟州区301900

摘要：介绍汽轮机汽流激振的形成原因，结合某电厂汽流激振治理方案，逐步进行理论验证，归纳总结引起汽流激振的因素，从中找出重点因素，并提出治理汽流激振的思路及对策。

关键词：顺序阀；汽流激振；超临界汽轮机；低频振动

1.引言

汽轮机的汽流激振问题，基本分为轴承油膜振荡、蒸汽激振两类，这两种自激振动的表象均为低频振动，而以半倍频振动为主。这种振动对汽轮机的危害较大，且不确定因素较多，尤其受蒸汽流量影响下极易产生振动发散、机组振动迅速上升，导致机组跳机。

大型超临界汽轮机组的进汽顺序阀对机组的汽流激振影响尤为重要，由于汽轮机的受力、喷嘴布置、轴瓦承载等诸多因素在顺序阀工况下变化明显，则不确定因素更多，导致目前大型汽轮机组在顺序阀投入都需要进行试验，甚至同时基建、同时生产批号的机组都会产生不同的问题。

本文将以530MW超临界机组汽流激振的现象、抑制办法及治理方法为例，归纳汽轮机高压缸轴瓦的汽流激振防范措施，为目前国内汽轮机顺序阀投入、试验工作提供一定的技术支持。

2.简介

某电厂530MW超临界机组高压缸为中部进汽的回流布置、双支撑六块可倾瓦、两个主汽门四个高压调门，具体调门结构见图1。#2汽轮机GV1、GV2号调门位于下部，GV3、GV4号调门位于上部，GV1、GV2、GV3、GV4分别控制4个喷嘴组（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ），且其中Ⅰ、Ⅱ号喷嘴组各有14个喷嘴，Ⅲ、Ⅳ号喷嘴组各有10个喷嘴。

图1#2机组汽轮机调速汽门布置

该厂2号机组2016年11月供热工况下，机组负荷501MW，主蒸汽流量1620t/h，#3、#4高压调速汽门全开，#2高调门81％，#1高调门20％，#1Y轴振最高81.71um，#1Y瓦振最高21.56um，#2Y轴振最高164.6um，#2Y瓦振最高41.33um，#1X最高轴振84.67，#2X最高轴振106.52。通过查询频谱，#2瓦存在50um以上半倍频分量，#1、#2瓦明显存在汽流激振半速涡动情况。

图2#2瓦Y向振动瀑布图

通过振动监测系统可以明显发现，#1、#2瓦自300MW负荷一上均存在一定程度的半倍频振动，而在主蒸汽流量1620t/h、#1调门开度20%以上时，则存在明显的增大，导致轴振急剧升高。

3.转子与轴承上的汽流切向作用力计算原理

顺序阀沿顺时针（或逆时针）顺序开启时，调节级受到图3所示汽流力，即切向力的作用于轴向力的作用。在图3中，单个动叶上的蒸汽作用力可以表示为切向Ft和轴向力Fa。对于动叶上的切向力，依据力的平移原理，将Ft等效地移至转子的中心，得到大小与方向与Ft相同的等效力和使转子旋转的力矩Mt。按此原理，调节级动叶蒸汽作用力对转子总的等效切向力应是各动叶等效切向力的矢量和，即：

图5#2机组高压转子切向力计算

从300MW开始，随着机组负荷的增大，转子上切向力水平方向分量逐渐增大，机组负荷420M时，转子上切向力水平分量达到最大171.68kN、垂直方向分量为零；随着负荷的增大，转子上切向力水平方向分量逐渐减小，并减小到最小为31.18kN；切向力垂直方向分量先逐渐增大，在500MW负荷，切向汽流力垂直方向分量达到最大，为44.47kN（方向向下），随后减小。

4.2轴承载荷分析

机组高压转子总质量为12.61吨，支撑跨距为5456mm，根据轴系安装杨度计算，可得到#1轴承与#2轴承载荷分配如表1。

（a）#1轴承等效静载荷（b）#2轴承等效静载荷

图6轴承等效静载荷分布

由于调节级动叶周向不均匀汽流产生切向作用力，改变了轴承的载荷方向，由原本下瓦块均衡承载变为右向偏移，导致左侧瓦块载荷减轻、右侧瓦块载荷加重。轴承上最小等效静载荷发生在530MW负荷，此时#1瓦最小等效静载荷为81.33KN,#2瓦最小等效静载荷为81.08，接近转子本身静载荷在轴承上产生的载荷。

5.顺序阀调整方案

该机组汽流激振问题发生接近满负荷工况，通过转子的切向受力以及轴承的载荷分析，接近满负荷工况下，转子切向受力垂直方向增大，水平方向减小，而轴承载荷则降至最低，已经接近静载荷。考虑该机组的顺序阀进汽方式为上部进汽GV3+GV4、GV2、GV1，而GV2、GV1的开启顺序影响垂直方向的受力，而水平方向受力一致，首先选用试验方案为GV3+GV4、GV1、GV2的开启方式。

经过试验GV3+GV4、GV1、GV2的开启方式，汽流激振情况未见好转，与原方式具有一定的重复性。可见垂直方向的切向力对汽流激振的情况影响较小。

第二部选用下部进汽的方式GV1+GV2、GV3、GV4，经过试验该机组下部进汽方式全负荷未发生汽流激振的情况，得出结论，该机组水平切向力对转子汽流激振的影响较大。针对下部进汽方式计算转子的切向受力为图7。

图7#2机组下部进汽方式高压转子切向力计算

由于下部两个喷嘴为14个喷嘴，300MW负荷水平方向（方向向左）的等效汽流力达到最大239kN、垂直方向的等效汽流力为零；机组负荷为480MW时，转子上水平方向的等效汽流力为63KN、垂直方向的等效汽流力为-64.39KN(方向为向上)。

而该机组由于上部喷嘴较小，采用上部进汽的顺序阀方式更有利于低负荷的节能运行，且汽流激振发散的问题为机组接近满负荷的工况，故采用增大#1、#2轴瓦的预负荷系数的方式进行汽流激振的抑制，调整后机组满负荷情况下振动未发生报警的情况。

6.结论

通过顺序阀的调整，可以得出结论，机组水平方向的等效汽流力是影响机组汽流激振的主要因素，同时汽流激振的发散受轴瓦的等效静载荷影响，等效静载荷接近转子本身静载荷时，则极易产生汽流激振发散的情况，从而导致机组振动突然增大。

而水平方向的等效汽流力之所以影响较大，则与汽轮机组的安装间隙、油膜运动方向以及轴瓦的预负荷系数有很大的的关系。根治汽流激振的问题应结合机组A级检修，严格控制机组安装间隙、轴瓦间隙、转子对中等数据。

参考文献：

[1]张学延.大型汽轮机汽流激振问题的分析和处理，热力发电，2004（02）