黃小軍，杜祥國

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600MW超臨界汽輪機(jī)延長混合閥運(yùn)行時(shí)間對機(jī)組振動(dòng)的影響

黃小軍，杜祥國

（湖南華電長沙發(fā)電有限公司，湖南省 長沙市 410203）

某電廠600MW超臨界汽輪機(jī)2號、3號、4號、5號、6號軸承振動(dòng)偏大。為解決該問題，在機(jī)組運(yùn)行中，通過對汽輪機(jī)帶初負(fù)荷延長混合閥運(yùn)行時(shí)間來改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽方式，使汽輪機(jī)充分膨脹，從而改善汽輪機(jī)高壓缸脹差絕對值，同時(shí)也改變了軸承負(fù)載，達(dá)到降低軸承振動(dòng)的目的，確保汽輪機(jī)振動(dòng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

汽輪機(jī)混合閥；膨脹；高壓缸；脹差；振動(dòng)

0 引言

汽輪機(jī)振動(dòng)的大小，是評價(jià)汽輪機(jī)組運(yùn)行可靠性的重要指標(biāo)。對于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的汽輪機(jī)而言，微小的振動(dòng)是不可避免的，只要振動(dòng)幅度不超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，屬于正常振動(dòng)。而當(dāng)振動(dòng)超過規(guī)定限值時(shí)，則會危害整個(gè)汽輪機(jī)組的運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可能直接導(dǎo)致停機(jī)事故，甚至造成整個(gè)汽輪機(jī)組的報(bào)廢[1-2]。因此，消除異常振動(dòng)是確保安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。然而，一些火電廠出現(xiàn)過因軸瓦載荷偏低，汽輪機(jī)膨脹不充分導(dǎo)致汽輪機(jī)振動(dòng)過大的現(xiàn)象，這時(shí)通過充分膨脹來降低軸承振動(dòng)顯得尤為必要。本文結(jié)合600MW超臨界機(jī)組并網(wǎng)負(fù)荷達(dá)到300MW以上，由混合閥切至順序閥時(shí)出現(xiàn)軸承振動(dòng)偏大現(xiàn)象所采取的處理措施來進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)分析。

1 設(shè)備簡介

某電廠600MW汽輪機(jī)是東方汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)型號為N600-24.2/566/566，額定出力為600MW。機(jī)組采用復(fù)合變壓運(yùn)行方式，汽輪機(jī)具有八段非調(diào)整回?zé)岢槠?，汽輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000 r/min。主蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)主汽閥后進(jìn)入到4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥，經(jīng)過導(dǎo)管進(jìn)入汽輪機(jī)噴嘴膨脹做功。再熱蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)中壓聯(lián)合汽閥分為2路導(dǎo)管(4根管)進(jìn)入汽輪機(jī)噴嘴膨脹做功。中壓缸作功后的蒸汽，經(jīng)1根異徑連通管分別進(jìn)入2個(gè)低壓缸，作功后的乏汽排入雙背壓凝汽器。機(jī)組默認(rèn)啟動(dòng)方式為中壓缸啟動(dòng)。該600MW超臨界汽輪機(jī)1號、2號支持軸承采用6瓦塊可傾式軸承，可傾弧形瓦塊帶有支持點(diǎn)支撐，在油膜壓力的作用下，每個(gè)瓦塊在支持點(diǎn)上可以單獨(dú)自動(dòng)地調(diào)整位置，以適應(yīng)轉(zhuǎn)速、軸承負(fù)荷和油溫的變化。3號、4號、5號、6號支持軸承均采用橢圓形軸承，采用單側(cè)進(jìn)油，上瓦開槽式結(jié)構(gòu)[3]。

主蒸汽通過汽輪機(jī)兩側(cè)的高壓主汽閥－調(diào)節(jié)閥組件進(jìn)入汽輪機(jī)，其配汽方式分為2種：全周進(jìn)汽(混合閥調(diào)節(jié))和部分進(jìn)汽(順序閥調(diào)節(jié))。所謂混合閥，即蒸汽通過所有調(diào)節(jié)閥和噴嘴室，在全周進(jìn)入調(diào)節(jié)級葉片，所有調(diào)節(jié)閥同時(shí)開啟或關(guān)閉，調(diào)門以節(jié)流調(diào)節(jié)的方式控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速或負(fù)荷。順序閥則是所有調(diào)節(jié)閥按照一定次序逐個(gè)開啟或關(guān)閉，在1個(gè)或2個(gè)調(diào)節(jié)閥完全開啟之前，另外的調(diào)節(jié)閥保持關(guān)閉狀態(tài)(調(diào)門間有一定的重疊度)，蒸汽以部分進(jìn)汽的方式通過調(diào)節(jié)閥和噴嘴室。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)或低參數(shù)下變負(fù)荷運(yùn)行期間，采用混合閥方式運(yùn)行能夠加快機(jī)組熱膨脹，減小熱應(yīng)力，縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，延長機(jī)組壽命；額定參數(shù)下變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性是電廠運(yùn)行水平的考核目標(biāo)，采用順序閥方式能有效地減小節(jié)流損失，提高汽輪機(jī)熱效率[4-5]。

2 存在的問題

汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)通過高壓缸倒暖、閥殼預(yù)暖等措施使汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)初期高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度達(dá)到150℃、高壓調(diào)閥外壁達(dá)到180℃，中壓缸第一級內(nèi)壁溫度在送軸封后溫度可以上升到60~80℃左右。沖轉(zhuǎn)參數(shù)控制如下：主汽壓力為4.5~5.0MPa、主汽溫度為400℃、再熱汽壓為 0.6MPa、再熱汽溫為380℃、真空為-92kPa左右。執(zhí)行規(guī)程規(guī)定升速至1500r/min，中速暖機(jī) 4h后高壓缸調(diào)節(jié)級內(nèi)壁溫度可以達(dá)到規(guī)程規(guī)定 320℃，而中壓缸第一級內(nèi)壁溫度最高只能達(dá)到300℃，汽缸絕對膨脹能達(dá)到10mm左右。中速暖機(jī)結(jié)束升速至3000r/min并網(wǎng)帶負(fù)荷，負(fù)荷升至330MW左右從混合閥切至順序閥運(yùn)行。2號汽輪機(jī)某次啟動(dòng)并網(wǎng)后，負(fù)荷330MW時(shí)，由混合閥切至順序閥，發(fā)現(xiàn)2號、3號、4號、5號、6號瓦振動(dòng)有不穩(wěn)定現(xiàn)象，其中2號軸承向振動(dòng)最高達(dá)101.9mm，具體數(shù)據(jù)見表1(數(shù)據(jù)來源為現(xiàn)場TSI測量通道數(shù)據(jù))，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。

從表1可以看出，不同負(fù)荷情況下，汽輪機(jī)汽缸膨脹值最大只有24mm，而以往能達(dá)26mm，膨脹不充分。高壓缸脹差絕對值偏高，最小值仍有6.25mm。1號、2號瓦溫不穩(wěn)定，最高為 94.48℃；2號、3號、4號、5號、6號瓦軸承振動(dòng)偏高且大幅度波動(dòng)，其中2號瓦向軸承振動(dòng)高于72mm，最高101.9mm。

表1 2號機(jī)組高壓缸脹差絕對值、汽輪機(jī)汽缸膨脹、各瓦溫度、各瓦振參數(shù)情況

3 原因分析

能引起汽輪機(jī)振動(dòng)的原因很多：1）靠背輪安裝不正，靠背輪中心沒有找準(zhǔn)確，因而運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，且此振動(dòng)隨負(fù)荷的增加而增加；2）間隙振蕩，當(dāng)轉(zhuǎn)子因某種原因與汽缸不同心時(shí)，可能產(chǎn)生間隙振蕩，也稱為汽隙振蕩；3）汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)，暖機(jī)時(shí)間不夠，切閥過早，初參數(shù)和真空過高，使沖轉(zhuǎn)的蒸汽流量減少，從而使暖機(jī)不充 分[6]。升速或加負(fù)荷太快，引起汽缸受熱膨脹不均勻，或者滑銷系統(tǒng)有卡澀，使汽缸不能自由膨脹。二者均會使汽缸對轉(zhuǎn)子發(fā)生相對歪斜，機(jī)組產(chǎn)生不正常的位移，造成振動(dòng)；4）機(jī)組在進(jìn)汽溫度超過設(shè)計(jì)規(guī)范的條件下運(yùn)行，將使其脹差和汽缸變形增加，如高壓軸封向上抬起等[7]造成機(jī)組中心移動(dòng)超過允許限度，引起振動(dòng)；5）機(jī)組在運(yùn)行中若真空下降，將使排汽溫度升高、后軸承上抬，因而破壞機(jī)組的中心，引起振動(dòng)[8]。

由表1可以看出，2號汽輪機(jī)啟動(dòng)并網(wǎng)后切閥，高壓缸脹差絕對值偏高，汽輪機(jī)汽缸膨脹偏小，瓦溫偏高，軸振偏大。切閥后隨著時(shí)間的變化，不同負(fù)荷情況下，高壓缸脹差絕對值雖呈下降趨勢，但最小值仍有6.25mm；汽輪機(jī)汽缸膨脹從17.15mm緩慢增長到24.01mm，汽缸膨脹偏??；1號、2號瓦溫不穩(wěn)定，最高94.48℃；2號、3號、4號、5號、6號瓦軸承振動(dòng)偏高且大幅度波動(dòng)，以2號軸承振動(dòng)波動(dòng)最大，向軸承振動(dòng)在50.91~75.27mm之間浮動(dòng)，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，而向軸承振動(dòng)高于72mm，最高101.94mm。

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)，暖機(jī)時(shí)間不夠，切至順序閥過早，使受汽流干擾影響較大，從而使汽缸未充分膨脹，軸瓦載荷不均勻，影響了軸承振動(dòng)。加之，混合閥與順序閥進(jìn)汽方式不同，通過混合閥全周進(jìn)汽能使軸瓦載荷均勻，汽缸充分膨脹，脹差絕對值下降，汽缸膨脹值升高，改變軸承負(fù)載，從而降低軸承振動(dòng)[9-11]。

因此，可以認(rèn)為通過切回混合閥，利用混合閥長時(shí)間運(yùn)行來降低軸振。同時(shí)，根據(jù)高壓缸脹差絕對值與汽缸膨脹是否趨于平穩(wěn)來確定混合閥具體運(yùn)行的時(shí)間[12]。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)參數(shù)

由于機(jī)組在啟動(dòng)并網(wǎng)后切閥，汽輪機(jī)未完全膨脹，軸承振動(dòng)偏大，高壓缸脹差絕對值偏高，汽缸膨脹偏小，瓦溫偏高，因此仍將此4個(gè)參數(shù)作為關(guān)鍵參數(shù)來加以監(jiān)控。

觀察發(fā)現(xiàn)，從順序閥切回混合閥，長時(shí)間混合閥運(yùn)行后，高壓缸脹差絕對值逐漸降低，呈下降趨勢，汽缸膨脹值逐漸上漲，上漲速度有所增快，軸振也隨之降低。當(dāng)混合閥運(yùn)行10h后，高壓缸脹差絕對值由6.25mm降至5.07mm，汽缸膨脹值由24.01mm升至24.31mm。2號瓦向軸承振動(dòng)最大值由101.9mm降至75.77mm，波動(dòng)幅度變小，有所改善，但仍不穩(wěn)定。因此，將繼續(xù)延長混合閥運(yùn)行時(shí)間，并跟蹤記錄運(yùn)行時(shí)長15h、20h后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)情況，見表2。

表2 2號機(jī)組混合閥運(yùn)行10、15、20 h后，高壓缸脹差絕對值、汽輪機(jī)汽缸膨脹、2瓦Y向振動(dòng)參數(shù)情況

可以看出，增加混合閥運(yùn)行時(shí)間確實(shí)使得振動(dòng)降低，但由于軸振、高壓缸脹差絕對值等相關(guān)參數(shù)仍不穩(wěn)定，混合閥需繼續(xù)運(yùn)行。

4.2 第1次試驗(yàn)

當(dāng)混合閥運(yùn)行24h后，高壓缸脹差絕對值趨。于穩(wěn)定，相關(guān)參數(shù)變化詳見表3。

由此看出，高壓缸脹差絕對值與汽輪機(jī)汽缸膨脹值平穩(wěn)時(shí)，混合閥剛好運(yùn)行了24h。這時(shí)，各瓦振動(dòng)趨于穩(wěn)定。其中，之前波動(dòng)幅度最大的2號瓦振動(dòng)明顯下降，趨于平穩(wěn)，其他軸振則小于65mm。由于從順序閥切回混合閥改變了進(jìn)汽方式，混合閥全周進(jìn)汽使得汽輪機(jī)汽缸均勻膨脹，高壓缸脹差絕對值從6.25mm下降至3.77mm，汽輪機(jī)汽缸膨脹值升為26.06mm，縮短了汽輪機(jī)充分膨脹時(shí)間，改變了各軸承負(fù)載，使軸承負(fù)載均勻。在3號調(diào)閥開度較小的低負(fù)荷工況下，各瓦溫度略有升高，但都在正常范圍。

在汽輪機(jī)充分膨脹后進(jìn)行切閥操作，從混合閥切至順序閥，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

為便于觀察比較，繪制整個(gè)過程汽輪機(jī)汽缸膨脹與2瓦向振動(dòng)折線圖，如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可以看出，混合閥運(yùn)行24h后切至順序閥，各參數(shù)維持穩(wěn)定，可以正常運(yùn)行順序閥，由此可知汽輪機(jī)延長混合閥運(yùn)行時(shí)間對改善機(jī)組振動(dòng)情況有利。

表3 2號機(jī)組混合閥運(yùn)行24 h后，高壓缸脹差絕對值、汽輪機(jī)汽缸膨脹、各瓦溫度、各瓦振參數(shù)情況

表4 2號機(jī)組混合閥運(yùn)行24 h后切至順序閥高壓缸脹差絕對值、汽輪機(jī)汽缸膨脹、各瓦溫度、各瓦振參數(shù)情況

圖1 并網(wǎng)后負(fù)荷至300MW切至順序閥，汽輪機(jī)汽缸膨脹與2瓦Y向振動(dòng)折線圖

圖2 切回混合閥后汽輪機(jī)汽缸膨脹與2瓦Y向振動(dòng)折線圖

4.3 第2次實(shí)驗(yàn)

根據(jù)以上分析，決定優(yōu)化切閥時(shí)間，并制定相關(guān)措施。機(jī)組啟機(jī)過程中保證汽輪機(jī)膨脹在均勻范圍內(nèi)，缸溫溫升3℃/min，內(nèi)外壁溫差小于50℃；降低沖轉(zhuǎn)參數(shù)：主汽壓力3.5~4.0MPa、主汽溫度380~400℃、再熱汽壓0.4~0.45MPa、再熱汽溫360~380℃、真空-88kPa；并網(wǎng)后嚴(yán)格控制升負(fù)荷速率按曲線進(jìn)行，2.5%~9%時(shí)升速率5%/ min，9%~50%時(shí)升速率0.5%/min，50%~100%時(shí)升速率1%/min，加負(fù)荷均勻；機(jī)組并網(wǎng)后混 合閥運(yùn)行24h，汽輪機(jī)充分膨脹，再切至順序閥運(yùn)行。

機(jī)組再次冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，按照優(yōu)化方案實(shí)施，有利于2號、3號、4號、5號、6號瓦振動(dòng)，運(yùn)行參數(shù)見表5。

觀察汽輪機(jī)在長時(shí)間(24h)混合閥運(yùn)行后，高壓缸脹差絕對值與汽輪機(jī)汽缸膨脹穩(wěn)定，汽輪機(jī)充分膨脹，2號、3號、4號、5號、6號軸承振動(dòng)下降。由于各軸承負(fù)載均勻，使各軸承金屬溫度較修正前有所升高，但仍在正常范圍內(nèi)。

在汽輪機(jī)充分膨脹后切至順序閥，振動(dòng)等相關(guān)參數(shù)均正常，詳見表6?，F(xiàn)結(jié)合表6中汽輪機(jī)汽缸膨脹與2瓦向振動(dòng)這2個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)值，制成圖3所示的折線圖。

由圖3可知：混合閥運(yùn)行24h后切至順序閥，汽輪機(jī)汽缸膨脹維持在26mm以上，高壓缸脹差絕對值、軸承振動(dòng)、瓦蓋振動(dòng)這些參數(shù)均趨于穩(wěn)定，可以繼續(xù)正常運(yùn)行順序閥[13-15]。

表5 2號機(jī)組再次實(shí)驗(yàn)混合閥運(yùn)行24 h后高壓缸脹差絕對值、汽輪機(jī)汽缸膨脹、各瓦溫度、各瓦振參數(shù)情況

表6 2號機(jī)組再次實(shí)驗(yàn)混合閥24 h運(yùn)行后切至順序閥相關(guān)參數(shù)情況

圖3 再次切回混合閥后汽輪機(jī)汽缸膨脹與2瓦Y向振動(dòng)折線圖

5 結(jié)論

通過600MW汽輪機(jī)試驗(yàn)的結(jié)果表明，在不同配汽方式下，對軸承振動(dòng)及瓦塊金屬溫度的影響呈現(xiàn)不同特征。通過混合閥改變進(jìn)汽方式，使汽輪機(jī)全周進(jìn)汽，汽輪機(jī)汽缸均勻膨脹；當(dāng)汽輪機(jī)汽缸膨脹充分后，再切至順序閥運(yùn)行，能夠有效控制汽輪機(jī)振動(dòng)在優(yōu)良范圍內(nèi)。鑒于東汽 600MW汽輪機(jī)軸承負(fù)載偏低，軸承穩(wěn)定性差的特點(diǎn)，在汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中密切觀察汽輪機(jī)膨脹、缸溫升高速度在規(guī)定范圍內(nèi)，適當(dāng)降低初參數(shù)和真空，使沖轉(zhuǎn)的蒸汽流量增加，從而加快暖機(jī)，并網(wǎng)后緩慢均勻加負(fù)荷，采用延長汽輪機(jī)混合閥運(yùn)行時(shí)間來改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽方式，使得汽輪機(jī)充分膨脹，在改善汽輪機(jī)高壓缸脹差的同時(shí)也改變了軸承負(fù)載，達(dá)到了降低軸承振動(dòng)的目的，有效控制了軸承金屬溫度的上漲，達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 郭文斌．汽輪機(jī)原理[M]．北京：中國電力出版社，1996：224-225．

[2] 王羽, 徐偉軒, 郭寶仁. 某350MW汽輪發(fā)電機(jī)組多平面一次加重振動(dòng)測試分析[J]. 發(fā)電技術(shù), 2017, 38(6): 53-56.．

[3] 湖南華電長沙發(fā)電有限公司．Q/101-108.02—2007 600MW集控主機(jī)運(yùn)行規(guī)程[S]．2007．

[4] 賈和．汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造方案分析及優(yōu)化[C]//中國科協(xié)2004年學(xué)術(shù)年會電力分會場暨中國電機(jī)工程學(xué)會2004年學(xué)術(shù)年會，北京，2004：415-418．

[5] 姚忠太．漳澤發(fā)電廠4號機(jī)DEH改造后單閥與順序閥切換的探索[J]．山西電力，2003(S1)：l3-14．

[6] 黃樹紅，劉華堂，屠珊，等．汽輪機(jī)原理[M]．北京：中國電力出版社，2008：336．

[7] 劉凱．汽輪機(jī)試驗(yàn)[M]．北京：中國電力出版社，2005：211-219．

[8] 張希良．國產(chǎn)600MW汽輪機(jī)單閥切順序閥運(yùn)行解決方案探索[C]//全國火電大機(jī)組(600MW級)競賽第11屆年會，上海，2007：267．

[9] 曾偉光，王學(xué)成，孫勇．600MW機(jī)組閥切換過程中高壓缸后軸承振動(dòng)異常增大分析及處理[C]//全國火電600MW級機(jī)組能效對標(biāo)及競賽第十四屆年會，昆明，2010：92．

[10] 王慶韌．M701F3型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒振動(dòng)大的解決方案[J]．廣東電力，2018，31(3)：37-41．

[11] 何國安，劉永民，楊金星，等．推力軸承對汽輪機(jī)徑向振動(dòng)的耦合分析[J]．熱力發(fā)電，2018， 47(10)：119-123．

[12] 孫奉仲．大型汽輪機(jī)運(yùn)行[M]．北京：中國電力出版社，2008：167．

[13] 胡念蘇．汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)[M]．北京：中國電力出版社，2006：334．

[14] 王乃斌，王寶玉，白石．汽輪機(jī)組突發(fā)性振動(dòng)故障的診斷與處理[J]．發(fā)電與空調(diào)，2012，33(1)：15-17．

[15] 楊志勇．1000MW汽輪機(jī)啟停機(jī)差漲控制[J]．發(fā)電與空調(diào)，2013，34(6)：32-35．

Effect of 600MW Supercritical Steam Turbine Prolonging Running Time of Mixing Valve on Unit Vibration

HUANG Xiaojun, DU Xiangguo

(Hunan Huadian Changsha Power Generation Co., Ltd., Changsha 410203, Hunan Province, China)

The bearing vibration of No.2, No.3, No.4, No.5, No.6 of a 600 MW supercritical steam turbine in a power plant is relatively large. In order to solve this problem，the intake mode of the steam turbine was changed by prolonging the operation time of the mixing valve with the initial load to make the steam turbine expand sufficiently, which improved the differential expansion of the high pressure cylinder, and the bearing load was also changed to reduce the bearing vibration, then the steam turbine vibration can reach the optimal state.

steam turbinemixing valve; expansion; the high pressure cylinder; differential expansion; vibration

10.12096/j.2096-4528.pgt.18116

2018-09-05。

黃小軍(1970)，男，高級技師，研究方向?yàn)槠啓C(jī)運(yùn)行及維護(hù)， txh55687@sina.com；

黃小軍

杜祥國(1989)，男，研究方向?yàn)槠啓C(jī)運(yùn)行及維護(hù)，ligongdxg@126.com。

(責(zé)任編輯 車德競)