李 冬

(神華國(guó)華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

綏電4號(hào)機(jī)組汽流激振原因分析

李 冬

(神華國(guó)華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)容量的擴(kuò)大，我國(guó)火電機(jī)組的建設(shè)已跨上了百萬(wàn)千瓦級(jí)的臺(tái)階。根據(jù)大型超超臨界機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的特點(diǎn)及同類型機(jī)組參數(shù)的對(duì)比，針對(duì)綏電4號(hào)機(jī)汽流激振現(xiàn)象，通過(guò)試驗(yàn)分析了發(fā)生激振的主要原因。

超超臨界機(jī)組;汽輪機(jī);汽流激振;調(diào)節(jié)特性

1 機(jī)組概況

神華國(guó)華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電B廠(以下簡(jiǎn)稱綏電B廠)共安裝了2臺(tái)1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組 (3、4號(hào)機(jī))，3大主機(jī)由東方電氣集團(tuán)引進(jìn)日立技術(shù)制造。3、4號(hào)機(jī)組分別于2010年2月、5月投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

4號(hào)機(jī)組主汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N1000-25/600/600型汽輪機(jī)，由1個(gè)單流高壓缸、1個(gè)雙流中壓缸及2個(gè)雙流低壓缸依次串聯(lián)組成。其中高壓缸呈反向布置 (頭對(duì)中壓缸)，包括1個(gè)雙流調(diào)節(jié)級(jí)與8個(gè)單流壓力級(jí)，中壓缸共有2×6個(gè)壓力級(jí)，2個(gè)低壓缸共有2×2×6個(gè)壓力級(jí)。

高壓和中壓轉(zhuǎn)子均由2套可傾瓦軸承支承，可傾瓦為6瓦塊結(jié)構(gòu)，上下對(duì)稱布置;低壓轉(zhuǎn)子均采用2套橢圓瓦支承，單側(cè)進(jìn)油，上瓦開(kāi)槽結(jié)構(gòu);推力軸承位于高中壓缸之間的軸承箱內(nèi)，采用傾斜平面式雙推力盤結(jié)構(gòu)。

蒸汽設(shè)計(jì)流程為:新蒸汽經(jīng)4根導(dǎo)汽管進(jìn)入4臺(tái)高壓主汽閥 (主汽閥后設(shè)有連通管使4臺(tái)高主閥后腔室相通)、4臺(tái)調(diào)節(jié)閥，經(jīng)4個(gè)進(jìn)汽口進(jìn)入調(diào)節(jié)級(jí)，通過(guò)高壓缸2+8級(jí)作功后到鍋爐再熱器。再熱汽經(jīng)2根再熱管進(jìn)入中壓聯(lián)合汽閥，經(jīng)2個(gè)導(dǎo)汽管進(jìn)入中壓缸中部下半，通過(guò)2×6級(jí)作功后的蒸汽經(jīng)1根異徑連通管分別進(jìn)入2個(gè)雙流6級(jí)的低壓缸 (A、B)，作功后排入凝汽器。

調(diào)門開(kāi)啟順序如圖1所示。

圖1 調(diào)門開(kāi)啟順序 (機(jī)頭向機(jī)尾看)

2 汽流激振特征及危害

蒸汽渦動(dòng)是產(chǎn)生汽流激振力的主要原因，是高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)高、中壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中一階振動(dòng)模式的自激振動(dòng)［1］。超超臨界機(jī)組壓力為25 MPa，溫度為600℃以上，由于蒸汽密度大，級(jí)間壓差大，蒸汽激振力也大，當(dāng)動(dòng)靜部分不對(duì)中，汽封間隙周期性變化時(shí)，所產(chǎn)生的蒸汽激振力可能會(huì)引起轉(zhuǎn)子低頻振動(dòng)［2］。其發(fā)生的可能性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于亞臨界汽輪機(jī)，汽流激振已經(jīng)成為影響超超臨界機(jī)組可靠性的主要因素之一。

2.1 汽流激振特征

a. 汽流激振易發(fā)生在汽輪機(jī)的大功率區(qū)及葉輪直徑較小和短葉片的轉(zhuǎn)子上，即高壓轉(zhuǎn)子上，高參數(shù)超超臨界機(jī)組居多。

b. 在較高負(fù)荷下發(fā)生，振動(dòng)隨著負(fù)荷 (或蒸汽流量)的增大而加劇，突發(fā)性振動(dòng)有一個(gè)門檻負(fù)荷，超過(guò)此負(fù)荷，立即激發(fā)振蕩。小于某一負(fù)荷下會(huì)消失。

c. 汽流激振頻率等于或高于高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速，在大多數(shù)情況下，振動(dòng)成分以接近工作轉(zhuǎn)速一般的頻率分量為主［3］。由于實(shí)際蒸汽激振力和軸承油膜阻尼力的非線性特征，有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)一些諧波分量。

d. 汽流激振屬于自激振動(dòng)，不能用動(dòng)平衡的方法消除［4］。

2.2 汽流激振的危害

a. 限制大型汽輪發(fā)電機(jī)組的出力。

b. 產(chǎn)生劇烈的低頻振動(dòng)引起汽輪機(jī)跳閘。

3 超超臨界汽輪機(jī)汽流激振原因分析

a. 高、中壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛性與穩(wěn)定機(jī)組相比相對(duì)較低 (撓度大)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)抵抗迷宮汽封激振力的阻尼相對(duì)較低［5］。

b. 主汽壓力波動(dòng)引起主汽流量增加，受影響最大的為調(diào)節(jié)級(jí)，2號(hào)軸承離調(diào)節(jié)級(jí)較近，因此2號(hào)軸承振動(dòng)的幅值增加的比較明顯［6］。

c. 經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)級(jí)的汽流擾動(dòng)造成的強(qiáng)迫振動(dòng)。

d. 由于機(jī)組參數(shù)不足 (如凝汽器真空較低或主汽參數(shù)偏低等)，當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，流經(jīng)調(diào)節(jié)級(jí)的主蒸汽流量過(guò)大，造成汽流激振。

4 綏電B廠4號(hào)機(jī)汽流激振控制方法

為解決汽流激振問(wèn)題，利用機(jī)組停運(yùn)消缺機(jī)會(huì)對(duì)1號(hào)軸瓦頂隙及4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度曲線進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。

a. 將1號(hào)軸承頂隙由0.55 mm調(diào)整至0.50 mm(設(shè)計(jì)值0.47 ～0.62 mm)。

b. 修改4號(hào)高壓調(diào)節(jié)門開(kāi)度函數(shù) (1～4號(hào)高壓調(diào)速汽門開(kāi)度曲線如圖2所示)。

c. 機(jī)組消缺后啟動(dòng)，當(dāng)升負(fù)荷至800 MW時(shí)振動(dòng)曲線開(kāi)始發(fā)散，總閥位指令為88%，4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度分別為70%、53%、54%、15%，振動(dòng)趨勢(shì)及頻譜圖如圖3、圖4所示。

從圖3和圖4中可以看出，振動(dòng)曲線發(fā)散時(shí)28 Hz分量迅速增大，工頻分量基本無(wú)變化，而且與負(fù)荷和流量有很大關(guān)系，是汽流激振的典型特征。后將4號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度函數(shù)恢復(fù)至設(shè)計(jì)值(停機(jī)前狀態(tài))，振動(dòng)曲線仍然在800 MW左右發(fā)散。

圖4 軸振頻譜圖

隨后將負(fù)荷穩(wěn)定在500 MW在線對(duì)換1號(hào)和4號(hào)閥門開(kāi)度函數(shù)，更換過(guò)程中1、2、3號(hào)軸振測(cè)點(diǎn)處的軸頸位移:1號(hào)軸頸向右移動(dòng)約20 μm(均為面向發(fā)電機(jī))，2號(hào)軸頸向右上方移動(dòng)約84 μm，3號(hào)軸頸向左下方移動(dòng)約18 μm，變化方向與噴嘴作用力基本吻合。將機(jī)組負(fù)荷逐漸帶至1 000 MW，1、2號(hào)軸瓦振動(dòng)基本控制在100 μm以下，調(diào)整前后數(shù)據(jù)如表1所示。

由于噴嘴作用力的變化使軸承載荷減輕，1號(hào)軸承金屬溫度下降約7℃，2號(hào)軸承金屬溫度下降約10℃。同時(shí)2號(hào)瓦X方向 (右側(cè)45°)軸振由44 μm增大到62 μm，變化的分量為工頻，Y方向基本沒(méi)有變化，是由于軸頸的位移使X方向油膜厚度變薄，剛度變小所致。

5 結(jié)論

a. 通過(guò)改變4號(hào)高調(diào)門調(diào)節(jié)特性曲線 (配汽曲線)后，對(duì)抑制汽流激振有一定效果，但是4號(hào)高調(diào)門滿負(fù)荷的開(kāi)啟速率仍然很大，1、2號(hào)瓦振動(dòng)曲線仍有發(fā)散的可能。

b. 采取將1、4號(hào)高調(diào)門調(diào)節(jié)特性更換后，實(shí)質(zhì)上改變了汽流進(jìn)入汽缸的方向，對(duì)汽流激振的抑制效果明顯，運(yùn)行3個(gè)月以上未再發(fā)生激振現(xiàn)象。

表1 調(diào)整前后數(shù)據(jù)一覽表

總之，在實(shí)踐中摸索出了部分抑制汽流激振的方法并取得了初步成效，但仍然未完全解決4號(hào)機(jī)汽流激振問(wèn)題，如1號(hào)高調(diào)門開(kāi)度大于35%，仍有激振的可能性等，很多原因仍需繼續(xù)探索。

［1］ 施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1991.

［2］ 趙 鋼，蔣東翔，刁錦輝，等.大型汽輪發(fā)電機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子低頻振動(dòng)故障分析 ［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2004，46(3):199-201.

［3］ 荊建平，孟 光，趙 玫，等.超超臨界汽輪機(jī)汽流激振研究現(xiàn)狀與展望 ［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2004，46(6):405-407，410.

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［5］ 李 軍，呂 強(qiáng)，豐鎮(zhèn)平.高低齒迷宮式汽封泄漏流動(dòng)特性研究［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2006，42(5):165-168.

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The Analysis on Steam Excitation of No.4 Unit in Suizhong Power Plant

LI Dong
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

In recent years，with the development of economy and technology，and the expansion of network capacity in China，the construction of the thermal power units have reached the level of 1 000 MW capacity.The main causes of steam excitation is analyzed through comparisons of excitation characteristics of ultra supercritical units with that of units of the same type，in consideration of steam flow excitation phenomenon of No.4 Unit and by tests.

Ultra-supercritical unit;Steam turbine;Steam excitation;Debugging characteristics

TK268.+1

A

1004-7913(2012)01-0026-03

book=38,ebook=151

李 冬 (1978—)，男，學(xué)士，工程師，從事汽輪機(jī)專業(yè)管理工作。

2011-10-15)