谷軍生等

摘 要：汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥門對機(jī)組安全高效運(yùn)行具有重要的作用，當(dāng)高調(diào)門閥體出現(xiàn)強(qiáng)迫振動時會直接導(dǎo)致閥桿脫落等不同程度的安全事故出現(xiàn)。本文針對2臺超臨界空冷機(jī)組順序閥運(yùn)行時高調(diào)門出現(xiàn)的閥體激振問題進(jìn)行了相關(guān)的分析研究，最終利用對順序閥進(jìn)汽規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計的方法，較好的解決了此危及機(jī)組安全高效運(yùn)行的隱患。最后，通過實際機(jī)組的運(yùn)行試驗驗證了本方法的有效性，避免了切換至單閥運(yùn)行方式運(yùn)行和更換閥門設(shè)備等帶來的經(jīng)濟(jì)性損失。這對高參數(shù)大功率機(jī)組的安全高效運(yùn)行優(yōu)化具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：超臨界 空冷機(jī)組 高調(diào)門 激振故障 分析及解決

中圖分類號：TH133；TP183 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0128-02

汽輪機(jī)通過高壓調(diào)節(jié)閥門控制進(jìn)汽量來調(diào)整其功率，以使電機(jī)功率與外界變動的負(fù)荷保持平衡，從而滿足電用戶實際電量需求。一般情況下，機(jī)組采用單閥和順序閥兩種進(jìn)汽方式，啟動時采用單閥方式運(yùn)行，以保證汽缸轉(zhuǎn)子受熱均勻、機(jī)組運(yùn)行靈活性好；而日常運(yùn)行時采用多閥方式運(yùn)行，以保證機(jī)組較高的效率和經(jīng)濟(jì)性。因此，高調(diào)門的安全穩(wěn)定性是機(jī)組安全高效運(yùn)行的有效保障。然而，由于電網(wǎng)中隨機(jī)不確定性新能源電源的增多以及電網(wǎng)峰谷差不斷增大等原因，高參數(shù)大功率汽輪機(jī)也不得不參與調(diào)峰進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行，因而，高壓調(diào)節(jié)閥門的開度需要不斷變化，油動機(jī)隨負(fù)荷的變化而作動頻繁。尤其是當(dāng)順序閥進(jìn)汽規(guī)律設(shè)計不佳時，會導(dǎo)致出現(xiàn)影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的問題或事故，如調(diào)門、EH油壓及負(fù)荷等大幅高頻擺動問題[1，2]。文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]指出了兩種不同的閥門擺動問題，并給出了相應(yīng)的處理方法，在實際運(yùn)行試驗中取得了較好的改善效果。同時，如果閥門本體設(shè)計存在缺陷也會引起閥門故障，如閥體出現(xiàn)強(qiáng)迫振動閥。主要誘導(dǎo)因素是調(diào)節(jié)閥內(nèi)汽體流動的不穩(wěn)定性和作用在閥頭上的不均蒸汽力，同時，閥頭和閥桿連接結(jié)構(gòu)形式對誘發(fā)和抑制閥桿振動有很大影響[5，6]，嚴(yán)重時甚至伴隨蒸汽管道強(qiáng)烈振動并直接導(dǎo)致閥桿脫落出現(xiàn)安全事故。此外，目前一般現(xiàn)場的故障處理方式的著手點有兩種，一種是從運(yùn)行方式上，另一種是從硬件設(shè)備上。在運(yùn)行方式上，可以直接切換至單閥方式運(yùn)行，也可以降低運(yùn)行參數(shù)躲避激振區(qū)域。從閥門設(shè)備本身方面，可以通過一些簡單加固手段來簡單處理，也可以停機(jī)機(jī)更換閥門設(shè)備。但是，以上兩種處理措施都會直接或者間接影響電廠的整體運(yùn)行效益，工程實用性較差。

本文針對2臺超臨界空冷機(jī)組在順序閥運(yùn)行方式下出現(xiàn)的在閥體激振現(xiàn)象進(jìn)行分析研究，利用對汽輪機(jī)高調(diào)門的配汽規(guī)律進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計，最終使此問題得到了較好的解決：不僅很好地治理了影響機(jī)組安全運(yùn)行的隱患，而且避免了切換至單閥運(yùn)行方式運(yùn)行和更換閥門設(shè)備等帶來的經(jīng)濟(jì)性損失，具有較好的推廣應(yīng)用價值。

1 故障描述

河北國華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司#3、#4機(jī)組是CLN660-24.2/566/566型、超臨界蒸汽參數(shù)、一次中間再熱、單軸兩缸兩排汽、空冷式汽輪機(jī)。兩個主汽門帶四個高調(diào)門，從機(jī)頭向發(fā)電機(jī)方向看，上半缸從左到右分別為GV1和GV3，對應(yīng)噴嘴數(shù)目都為23；下半缸分別為GV4和GV2，對應(yīng)噴嘴數(shù)目分別為27和19。機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時的順序閥經(jīng)濟(jì)性開啟順序為GV3+GV4-GV1-GV2，這樣就能夠在保證瓦溫和軸振滿足要求以及節(jié)能高效運(yùn)行的條件下順利投運(yùn)順序閥。然而，機(jī)組投運(yùn)順序閥一段時間后發(fā)現(xiàn)，兩臺機(jī)組高調(diào)門GV4都在35%～45%區(qū)間（正好位于長期停留運(yùn)行的400～500 MW負(fù)荷工況區(qū)域）存在閥體激振現(xiàn)象，導(dǎo)致其前面的主蒸汽管道都時而伴隨強(qiáng)烈振動，嚴(yán)重威脅機(jī)組和人員安全。

2 故障分析及解決方案

調(diào)節(jié)閥的閥體激振問題一般是由內(nèi)部汽流的流動引起的，一些研究者已經(jīng)證明：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部的復(fù)雜非定常湍流運(yùn)動會產(chǎn)生不斷增長并向外擴(kuò)散的擾動，可能會造成汽流的不穩(wěn)定，進(jìn)而引起閥門工作的不穩(wěn)定，即出現(xiàn)汽流激振現(xiàn)象；并且，其一般的綜合表現(xiàn)為閥桿的橫向或軸向振動。文獻(xiàn)[7]指出，如果要徹底消除這個問題智能通過對閥體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計的方法來解決。然而，這對于實際運(yùn)行中的汽輪機(jī)來講是不經(jīng)濟(jì)的，因為非計劃性停機(jī)檢修會給電廠帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。同時，文獻(xiàn)[8]也指出，通過改變進(jìn)汽規(guī)律可以改變調(diào)節(jié)級的蒸汽流場，對解決高壓缸內(nèi)的汽流力產(chǎn)生的軸系激振問題具有很好的實踐效果。因此，本文借鑒解決軸系汽流激振現(xiàn)象的方法，采用對高壓調(diào)節(jié)閥門的進(jìn)汽規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化的策略來解決閥體激振問題。通過現(xiàn)場實際振動觀測，由于GV4調(diào)節(jié)閥在35%～45%區(qū)間存在的閥體激振問題，因此，對GV4在低流量區(qū)域進(jìn)行限幅在高流量區(qū)域再開啟，并且低流量和高流量區(qū)域的重疊度也進(jìn)行了優(yōu)化。如下圖2所示，為整體優(yōu)化后的開啟規(guī)律。

3 驗證試驗及結(jié)果分析

3.1 在線改造及驗證試驗

為了使機(jī)組在順序閥方式下長期安全穩(wěn)定高效節(jié)能運(yùn)行，將優(yōu)化后的調(diào)門開啟規(guī)律改到機(jī)組的DEH閥門管理程序中，然后進(jìn)行實際運(yùn)行試驗來驗證方法的有效性。同時，為了避免由于閥門管理優(yōu)化改造影響機(jī)組正常運(yùn)行所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，本次優(yōu)化通過采用閥門管理的在線修改技術(shù)，機(jī)組運(yùn)行期間即可完成配汽優(yōu)化改造。首先，機(jī)組在單閥方式下運(yùn)行，將機(jī)組原來的配汽規(guī)律函數(shù)備份后，再將機(jī)組新的配汽規(guī)律修改至DEH閥門管理中。然后，在單閥狀態(tài)下，調(diào)整機(jī)組的主蒸汽壓力和負(fù)荷，由單閥切換成順序閥方式運(yùn)行；在順序閥狀態(tài)下，按正常方式進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行一段時間，并且記錄在改變機(jī)組負(fù)荷過程中機(jī)組的振動、瓦溫以及閥體是否振動等情況。

3.2 優(yōu)化效果的對比分析

在線改造完畢后，機(jī)組切換至順序閥正常運(yùn)行了一段時間。機(jī)組在300～660 MW負(fù)荷區(qū)間正常運(yùn)行時，已經(jīng)不存在高調(diào)門的振動問題，危及機(jī)組安全高效運(yùn)行的隱患得到了妥善處理。同時，對機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如下圖3～6所示，為機(jī)組進(jìn)行配汽規(guī)律優(yōu)化后在變負(fù)荷運(yùn)行過程中的調(diào)門開度、汽壓及瓦溫和軸振的變化情況。

通過調(diào)閱機(jī)組的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，機(jī)組在全周進(jìn)汽（無不平衡汽流力）四個高調(diào)門全開工況時的瓦溫最大值在85℃以下，軸振最大值在90 um以下。從圖3～6所示的工況中可看出，優(yōu)化后機(jī)組的瓦溫最大值在87℃以下，軸振最大值在90 um以下。因此，優(yōu)化后軸系穩(wěn)定性與單閥運(yùn)行狀態(tài)基本相當(dāng)，達(dá)到了理想的優(yōu)化效果。

4 結(jié)論及展望

本文針對由于閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷而只能通過停機(jī)更換設(shè)備才能徹底消除的閥體激振問題進(jìn)了相關(guān)研究，最終，通過對高調(diào)門的開啟規(guī)律的在線優(yōu)化方法很好地解決了此問題：不僅避免了由此而導(dǎo)致機(jī)組不得不切換至單閥方式進(jìn)行節(jié)流運(yùn)行，而且還避免了非計劃性停機(jī)檢修所給電廠帶來的很大經(jīng)濟(jì)損失，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定性和高效經(jīng)濟(jì)性，具有很好的工程實用性和推廣價值。這對我國今后大規(guī)模發(fā)展的超（超）臨界等高參數(shù)大功率機(jī)組的安全高效運(yùn)行優(yōu)化具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 江飛，孫建國，劉錦川，等.國產(chǎn)亞臨界600MW空冷機(jī)組單閥-順序閥切換試驗研究[J].節(jié)能技術(shù)，2011，29（5）：437-441.

[2] 朱予東，秦占峰，央新剛，等.600MW汽輪機(jī)組順序閥運(yùn)行方式研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2008，50（2）：139-142.

[3] 宋崇明，劉嬌，馬世喜，等.亞臨界330MW供熱機(jī)組汽輪機(jī)高調(diào)門大幅高頻擺動問題的分析及解決[J].節(jié)能技術(shù)，2012，30（6）：527-531.

[4] 呂雪霞，李照忠，邢媛，等.600MW亞臨界空冷機(jī)組汽輪機(jī)高調(diào)門擺動問題的分析及解決方案[J].節(jié)能技術(shù)，2012，30（3）：258-261.

[5] 李海英.工業(yè)汽輪機(jī)抽汽調(diào)節(jié)閥桿振動斷裂原因分析及探討[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2009，30（6）：43-46.

[6] 胡劍，張寶.國產(chǎn)600 MW汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門閥桿脫落原因分析[J].浙江電力，2009（3）：45-47.

[7] 屠珊，毛靖儒，孫弼.非定常復(fù)雜流動誘發(fā)的調(diào)節(jié)閥不穩(wěn)定性研究綜述[J].流體機(jī)械，2000，28（4）：30-32.

[8] 于達(dá)仁，劉占生，等.汽輪機(jī)配汽設(shè)計的優(yōu)化[J].動力工程，2007，27（1）：1-5.endprint

摘 要：汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥門對機(jī)組安全高效運(yùn)行具有重要的作用，當(dāng)高調(diào)門閥體出現(xiàn)強(qiáng)迫振動時會直接導(dǎo)致閥桿脫落等不同程度的安全事故出現(xiàn)。本文針對2臺超臨界空冷機(jī)組順序閥運(yùn)行時高調(diào)門出現(xiàn)的閥體激振問題進(jìn)行了相關(guān)的分析研究，最終利用對順序閥進(jìn)汽規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計的方法，較好的解決了此危及機(jī)組安全高效運(yùn)行的隱患。最后，通過實際機(jī)組的運(yùn)行試驗驗證了本方法的有效性，避免了切換至單閥運(yùn)行方式運(yùn)行和更換閥門設(shè)備等帶來的經(jīng)濟(jì)性損失。這對高參數(shù)大功率機(jī)組的安全高效運(yùn)行優(yōu)化具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：超臨界 空冷機(jī)組 高調(diào)門 激振故障 分析及解決

中圖分類號：TH133；TP183 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0128-02

汽輪機(jī)通過高壓調(diào)節(jié)閥門控制進(jìn)汽量來調(diào)整其功率，以使電機(jī)功率與外界變動的負(fù)荷保持平衡，從而滿足電用戶實際電量需求。一般情況下，機(jī)組采用單閥和順序閥兩種進(jìn)汽方式，啟動時采用單閥方式運(yùn)行，以保證汽缸轉(zhuǎn)子受熱均勻、機(jī)組運(yùn)行靈活性好；而日常運(yùn)行時采用多閥方式運(yùn)行，以保證機(jī)組較高的效率和經(jīng)濟(jì)性。因此，高調(diào)門的安全穩(wěn)定性是機(jī)組安全高效運(yùn)行的有效保障。然而，由于電網(wǎng)中隨機(jī)不確定性新能源電源的增多以及電網(wǎng)峰谷差不斷增大等原因，高參數(shù)大功率汽輪機(jī)也不得不參與調(diào)峰進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行，因而，高壓調(diào)節(jié)閥門的開度需要不斷變化，油動機(jī)隨負(fù)荷的變化而作動頻繁。尤其是當(dāng)順序閥進(jìn)汽規(guī)律設(shè)計不佳時，會導(dǎo)致出現(xiàn)影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的問題或事故，如調(diào)門、EH油壓及負(fù)荷等大幅高頻擺動問題[1，2]。文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]指出了兩種不同的閥門擺動問題，并給出了相應(yīng)的處理方法，在實際運(yùn)行試驗中取得了較好的改善效果。同時，如果閥門本體設(shè)計存在缺陷也會引起閥門故障，如閥體出現(xiàn)強(qiáng)迫振動閥。主要誘導(dǎo)因素是調(diào)節(jié)閥內(nèi)汽體流動的不穩(wěn)定性和作用在閥頭上的不均蒸汽力，同時，閥頭和閥桿連接結(jié)構(gòu)形式對誘發(fā)和抑制閥桿振動有很大影響[5，6]，嚴(yán)重時甚至伴隨蒸汽管道強(qiáng)烈振動并直接導(dǎo)致閥桿脫落出現(xiàn)安全事故。此外，目前一般現(xiàn)場的故障處理方式的著手點有兩種，一種是從運(yùn)行方式上，另一種是從硬件設(shè)備上。在運(yùn)行方式上，可以直接切換至單閥方式運(yùn)行，也可以降低運(yùn)行參數(shù)躲避激振區(qū)域。從閥門設(shè)備本身方面，可以通過一些簡單加固手段來簡單處理，也可以停機(jī)機(jī)更換閥門設(shè)備。但是，以上兩種處理措施都會直接或者間接影響電廠的整體運(yùn)行效益，工程實用性較差。

本文針對2臺超臨界空冷機(jī)組在順序閥運(yùn)行方式下出現(xiàn)的在閥體激振現(xiàn)象進(jìn)行分析研究，利用對汽輪機(jī)高調(diào)門的配汽規(guī)律進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計，最終使此問題得到了較好的解決：不僅很好地治理了影響機(jī)組安全運(yùn)行的隱患，而且避免了切換至單閥運(yùn)行方式運(yùn)行和更換閥門設(shè)備等帶來的經(jīng)濟(jì)性損失，具有較好的推廣應(yīng)用價值。

1 故障描述

河北國華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司#3、#4機(jī)組是CLN660-24.2/566/566型、超臨界蒸汽參數(shù)、一次中間再熱、單軸兩缸兩排汽、空冷式汽輪機(jī)。兩個主汽門帶四個高調(diào)門，從機(jī)頭向發(fā)電機(jī)方向看，上半缸從左到右分別為GV1和GV3，對應(yīng)噴嘴數(shù)目都為23；下半缸分別為GV4和GV2，對應(yīng)噴嘴數(shù)目分別為27和19。機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時的順序閥經(jīng)濟(jì)性開啟順序為GV3+GV4-GV1-GV2，這樣就能夠在保證瓦溫和軸振滿足要求以及節(jié)能高效運(yùn)行的條件下順利投運(yùn)順序閥。然而，機(jī)組投運(yùn)順序閥一段時間后發(fā)現(xiàn)，兩臺機(jī)組高調(diào)門GV4都在35%～45%區(qū)間（正好位于長期停留運(yùn)行的400～500 MW負(fù)荷工況區(qū)域）存在閥體激振現(xiàn)象，導(dǎo)致其前面的主蒸汽管道都時而伴隨強(qiáng)烈振動，嚴(yán)重威脅機(jī)組和人員安全。

2 故障分析及解決方案

調(diào)節(jié)閥的閥體激振問題一般是由內(nèi)部汽流的流動引起的，一些研究者已經(jīng)證明：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部的復(fù)雜非定常湍流運(yùn)動會產(chǎn)生不斷增長并向外擴(kuò)散的擾動，可能會造成汽流的不穩(wěn)定，進(jìn)而引起閥門工作的不穩(wěn)定，即出現(xiàn)汽流激振現(xiàn)象；并且，其一般的綜合表現(xiàn)為閥桿的橫向或軸向振動。文獻(xiàn)[7]指出，如果要徹底消除這個問題智能通過對閥體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計的方法來解決。然而，這對于實際運(yùn)行中的汽輪機(jī)來講是不經(jīng)濟(jì)的，因為非計劃性停機(jī)檢修會給電廠帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。同時，文獻(xiàn)[8]也指出，通過改變進(jìn)汽規(guī)律可以改變調(diào)節(jié)級的蒸汽流場，對解決高壓缸內(nèi)的汽流力產(chǎn)生的軸系激振問題具有很好的實踐效果。因此，本文借鑒解決軸系汽流激振現(xiàn)象的方法，采用對高壓調(diào)節(jié)閥門的進(jìn)汽規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化的策略來解決閥體激振問題。通過現(xiàn)場實際振動觀測，由于GV4調(diào)節(jié)閥在35%～45%區(qū)間存在的閥體激振問題，因此，對GV4在低流量區(qū)域進(jìn)行限幅在高流量區(qū)域再開啟，并且低流量和高流量區(qū)域的重疊度也進(jìn)行了優(yōu)化。如下圖2所示，為整體優(yōu)化后的開啟規(guī)律。

3 驗證試驗及結(jié)果分析

3.1 在線改造及驗證試驗

為了使機(jī)組在順序閥方式下長期安全穩(wěn)定高效節(jié)能運(yùn)行，將優(yōu)化后的調(diào)門開啟規(guī)律改到機(jī)組的DEH閥門管理程序中，然后進(jìn)行實際運(yùn)行試驗來驗證方法的有效性。同時，為了避免由于閥門管理優(yōu)化改造影響機(jī)組正常運(yùn)行所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，本次優(yōu)化通過采用閥門管理的在線修改技術(shù)，機(jī)組運(yùn)行期間即可完成配汽優(yōu)化改造。首先，機(jī)組在單閥方式下運(yùn)行，將機(jī)組原來的配汽規(guī)律函數(shù)備份后，再將機(jī)組新的配汽規(guī)律修改至DEH閥門管理中。然后，在單閥狀態(tài)下，調(diào)整機(jī)組的主蒸汽壓力和負(fù)荷，由單閥切換成順序閥方式運(yùn)行；在順序閥狀態(tài)下，按正常方式進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行一段時間，并且記錄在改變機(jī)組負(fù)荷過程中機(jī)組的振動、瓦溫以及閥體是否振動等情況。

3.2 優(yōu)化效果的對比分析

在線改造完畢后，機(jī)組切換至順序閥正常運(yùn)行了一段時間。機(jī)組在300～660 MW負(fù)荷區(qū)間正常運(yùn)行時，已經(jīng)不存在高調(diào)門的振動問題，危及機(jī)組安全高效運(yùn)行的隱患得到了妥善處理。同時，對機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如下圖3～6所示，為機(jī)組進(jìn)行配汽規(guī)律優(yōu)化后在變負(fù)荷運(yùn)行過程中的調(diào)門開度、汽壓及瓦溫和軸振的變化情況。

通過調(diào)閱機(jī)組的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，機(jī)組在全周進(jìn)汽（無不平衡汽流力）四個高調(diào)門全開工況時的瓦溫最大值在85℃以下，軸振最大值在90 um以下。從圖3～6所示的工況中可看出，優(yōu)化后機(jī)組的瓦溫最大值在87℃以下，軸振最大值在90 um以下。因此，優(yōu)化后軸系穩(wěn)定性與單閥運(yùn)行狀態(tài)基本相當(dāng)，達(dá)到了理想的優(yōu)化效果。

4 結(jié)論及展望

本文針對由于閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷而只能通過停機(jī)更換設(shè)備才能徹底消除的閥體激振問題進(jìn)了相關(guān)研究，最終，通過對高調(diào)門的開啟規(guī)律的在線優(yōu)化方法很好地解決了此問題：不僅避免了由此而導(dǎo)致機(jī)組不得不切換至單閥方式進(jìn)行節(jié)流運(yùn)行，而且還避免了非計劃性停機(jī)檢修所給電廠帶來的很大經(jīng)濟(jì)損失，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定性和高效經(jīng)濟(jì)性，具有很好的工程實用性和推廣價值。這對我國今后大規(guī)模發(fā)展的超（超）臨界等高參數(shù)大功率機(jī)組的安全高效運(yùn)行優(yōu)化具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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[2] 朱予東，秦占峰，央新剛，等.600MW汽輪機(jī)組順序閥運(yùn)行方式研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2008，50（2）：139-142.

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摘 要：汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥門對機(jī)組安全高效運(yùn)行具有重要的作用，當(dāng)高調(diào)門閥體出現(xiàn)強(qiáng)迫振動時會直接導(dǎo)致閥桿脫落等不同程度的安全事故出現(xiàn)。本文針對2臺超臨界空冷機(jī)組順序閥運(yùn)行時高調(diào)門出現(xiàn)的閥體激振問題進(jìn)行了相關(guān)的分析研究，最終利用對順序閥進(jìn)汽規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計的方法，較好的解決了此危及機(jī)組安全高效運(yùn)行的隱患。最后，通過實際機(jī)組的運(yùn)行試驗驗證了本方法的有效性，避免了切換至單閥運(yùn)行方式運(yùn)行和更換閥門設(shè)備等帶來的經(jīng)濟(jì)性損失。這對高參數(shù)大功率機(jī)組的安全高效運(yùn)行優(yōu)化具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：超臨界 空冷機(jī)組 高調(diào)門 激振故障 分析及解決

中圖分類號：TH133；TP183 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0128-02

汽輪機(jī)通過高壓調(diào)節(jié)閥門控制進(jìn)汽量來調(diào)整其功率，以使電機(jī)功率與外界變動的負(fù)荷保持平衡，從而滿足電用戶實際電量需求。一般情況下，機(jī)組采用單閥和順序閥兩種進(jìn)汽方式，啟動時采用單閥方式運(yùn)行，以保證汽缸轉(zhuǎn)子受熱均勻、機(jī)組運(yùn)行靈活性好；而日常運(yùn)行時采用多閥方式運(yùn)行，以保證機(jī)組較高的效率和經(jīng)濟(jì)性。因此，高調(diào)門的安全穩(wěn)定性是機(jī)組安全高效運(yùn)行的有效保障。然而，由于電網(wǎng)中隨機(jī)不確定性新能源電源的增多以及電網(wǎng)峰谷差不斷增大等原因，高參數(shù)大功率汽輪機(jī)也不得不參與調(diào)峰進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行，因而，高壓調(diào)節(jié)閥門的開度需要不斷變化，油動機(jī)隨負(fù)荷的變化而作動頻繁。尤其是當(dāng)順序閥進(jìn)汽規(guī)律設(shè)計不佳時，會導(dǎo)致出現(xiàn)影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的問題或事故，如調(diào)門、EH油壓及負(fù)荷等大幅高頻擺動問題[1，2]。文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]指出了兩種不同的閥門擺動問題，并給出了相應(yīng)的處理方法，在實際運(yùn)行試驗中取得了較好的改善效果。同時，如果閥門本體設(shè)計存在缺陷也會引起閥門故障，如閥體出現(xiàn)強(qiáng)迫振動閥。主要誘導(dǎo)因素是調(diào)節(jié)閥內(nèi)汽體流動的不穩(wěn)定性和作用在閥頭上的不均蒸汽力，同時，閥頭和閥桿連接結(jié)構(gòu)形式對誘發(fā)和抑制閥桿振動有很大影響[5，6]，嚴(yán)重時甚至伴隨蒸汽管道強(qiáng)烈振動并直接導(dǎo)致閥桿脫落出現(xiàn)安全事故。此外，目前一般現(xiàn)場的故障處理方式的著手點有兩種，一種是從運(yùn)行方式上，另一種是從硬件設(shè)備上。在運(yùn)行方式上，可以直接切換至單閥方式運(yùn)行，也可以降低運(yùn)行參數(shù)躲避激振區(qū)域。從閥門設(shè)備本身方面，可以通過一些簡單加固手段來簡單處理，也可以停機(jī)機(jī)更換閥門設(shè)備。但是，以上兩種處理措施都會直接或者間接影響電廠的整體運(yùn)行效益，工程實用性較差。

本文針對2臺超臨界空冷機(jī)組在順序閥運(yùn)行方式下出現(xiàn)的在閥體激振現(xiàn)象進(jìn)行分析研究，利用對汽輪機(jī)高調(diào)門的配汽規(guī)律進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計，最終使此問題得到了較好的解決：不僅很好地治理了影響機(jī)組安全運(yùn)行的隱患，而且避免了切換至單閥運(yùn)行方式運(yùn)行和更換閥門設(shè)備等帶來的經(jīng)濟(jì)性損失，具有較好的推廣應(yīng)用價值。

1 故障描述

河北國華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司#3、#4機(jī)組是CLN660-24.2/566/566型、超臨界蒸汽參數(shù)、一次中間再熱、單軸兩缸兩排汽、空冷式汽輪機(jī)。兩個主汽門帶四個高調(diào)門，從機(jī)頭向發(fā)電機(jī)方向看，上半缸從左到右分別為GV1和GV3，對應(yīng)噴嘴數(shù)目都為23；下半缸分別為GV4和GV2，對應(yīng)噴嘴數(shù)目分別為27和19。機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時的順序閥經(jīng)濟(jì)性開啟順序為GV3+GV4-GV1-GV2，這樣就能夠在保證瓦溫和軸振滿足要求以及節(jié)能高效運(yùn)行的條件下順利投運(yùn)順序閥。然而，機(jī)組投運(yùn)順序閥一段時間后發(fā)現(xiàn)，兩臺機(jī)組高調(diào)門GV4都在35%～45%區(qū)間（正好位于長期停留運(yùn)行的400～500 MW負(fù)荷工況區(qū)域）存在閥體激振現(xiàn)象，導(dǎo)致其前面的主蒸汽管道都時而伴隨強(qiáng)烈振動，嚴(yán)重威脅機(jī)組和人員安全。

2 故障分析及解決方案

調(diào)節(jié)閥的閥體激振問題一般是由內(nèi)部汽流的流動引起的，一些研究者已經(jīng)證明：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部的復(fù)雜非定常湍流運(yùn)動會產(chǎn)生不斷增長并向外擴(kuò)散的擾動，可能會造成汽流的不穩(wěn)定，進(jìn)而引起閥門工作的不穩(wěn)定，即出現(xiàn)汽流激振現(xiàn)象；并且，其一般的綜合表現(xiàn)為閥桿的橫向或軸向振動。文獻(xiàn)[7]指出，如果要徹底消除這個問題智能通過對閥體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計的方法來解決。然而，這對于實際運(yùn)行中的汽輪機(jī)來講是不經(jīng)濟(jì)的，因為非計劃性停機(jī)檢修會給電廠帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。同時，文獻(xiàn)[8]也指出，通過改變進(jìn)汽規(guī)律可以改變調(diào)節(jié)級的蒸汽流場，對解決高壓缸內(nèi)的汽流力產(chǎn)生的軸系激振問題具有很好的實踐效果。因此，本文借鑒解決軸系汽流激振現(xiàn)象的方法，采用對高壓調(diào)節(jié)閥門的進(jìn)汽規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化的策略來解決閥體激振問題。通過現(xiàn)場實際振動觀測，由于GV4調(diào)節(jié)閥在35%～45%區(qū)間存在的閥體激振問題，因此，對GV4在低流量區(qū)域進(jìn)行限幅在高流量區(qū)域再開啟，并且低流量和高流量區(qū)域的重疊度也進(jìn)行了優(yōu)化。如下圖2所示，為整體優(yōu)化后的開啟規(guī)律。

3 驗證試驗及結(jié)果分析

3.1 在線改造及驗證試驗

為了使機(jī)組在順序閥方式下長期安全穩(wěn)定高效節(jié)能運(yùn)行，將優(yōu)化后的調(diào)門開啟規(guī)律改到機(jī)組的DEH閥門管理程序中，然后進(jìn)行實際運(yùn)行試驗來驗證方法的有效性。同時，為了避免由于閥門管理優(yōu)化改造影響機(jī)組正常運(yùn)行所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，本次優(yōu)化通過采用閥門管理的在線修改技術(shù)，機(jī)組運(yùn)行期間即可完成配汽優(yōu)化改造。首先，機(jī)組在單閥方式下運(yùn)行，將機(jī)組原來的配汽規(guī)律函數(shù)備份后，再將機(jī)組新的配汽規(guī)律修改至DEH閥門管理中。然后，在單閥狀態(tài)下，調(diào)整機(jī)組的主蒸汽壓力和負(fù)荷，由單閥切換成順序閥方式運(yùn)行；在順序閥狀態(tài)下，按正常方式進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行一段時間，并且記錄在改變機(jī)組負(fù)荷過程中機(jī)組的振動、瓦溫以及閥體是否振動等情況。

3.2 優(yōu)化效果的對比分析

在線改造完畢后，機(jī)組切換至順序閥正常運(yùn)行了一段時間。機(jī)組在300～660 MW負(fù)荷區(qū)間正常運(yùn)行時，已經(jīng)不存在高調(diào)門的振動問題，危及機(jī)組安全高效運(yùn)行的隱患得到了妥善處理。同時，對機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如下圖3～6所示，為機(jī)組進(jìn)行配汽規(guī)律優(yōu)化后在變負(fù)荷運(yùn)行過程中的調(diào)門開度、汽壓及瓦溫和軸振的變化情況。

通過調(diào)閱機(jī)組的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，機(jī)組在全周進(jìn)汽（無不平衡汽流力）四個高調(diào)門全開工況時的瓦溫最大值在85℃以下，軸振最大值在90 um以下。從圖3～6所示的工況中可看出，優(yōu)化后機(jī)組的瓦溫最大值在87℃以下，軸振最大值在90 um以下。因此，優(yōu)化后軸系穩(wěn)定性與單閥運(yùn)行狀態(tài)基本相當(dāng)，達(dá)到了理想的優(yōu)化效果。

4 結(jié)論及展望

本文針對由于閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷而只能通過停機(jī)更換設(shè)備才能徹底消除的閥體激振問題進(jìn)了相關(guān)研究，最終，通過對高調(diào)門的開啟規(guī)律的在線優(yōu)化方法很好地解決了此問題：不僅避免了由此而導(dǎo)致機(jī)組不得不切換至單閥方式進(jìn)行節(jié)流運(yùn)行，而且還避免了非計劃性停機(jī)檢修所給電廠帶來的很大經(jīng)濟(jì)損失，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定性和高效經(jīng)濟(jì)性，具有很好的工程實用性和推廣價值。這對我國今后大規(guī)模發(fā)展的超（超）臨界等高參數(shù)大功率機(jī)組的安全高效運(yùn)行優(yōu)化具有一定的借鑒意義。

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