李 冬

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

綏電4號機組汽流激振原因分析

李 冬

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

近年來，隨著經(jīng)濟、技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)容量的擴大，我國火電機組的建設(shè)已跨上了百萬千瓦級的臺階。根據(jù)大型超超臨界機組產(chǎn)生汽流激振的特點及同類型機組參數(shù)的對比，針對綏電4號機汽流激振現(xiàn)象，通過試驗分析了發(fā)生激振的主要原因。

超超臨界機組;汽輪機;汽流激振;調(diào)節(jié)特性

1 機組概況

神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電B廠(以下簡稱綏電B廠)共安裝了2臺1 000 MW超超臨界燃煤機組 (3、4號機)，3大主機由東方電氣集團引進日立技術(shù)制造。3、4號機組分別于2010年2月、5月投入商業(yè)運營。

4號機組主汽輪機為東方汽輪機廠生產(chǎn)的N1000-25/600/600型汽輪機，由1個單流高壓缸、1個雙流中壓缸及2個雙流低壓缸依次串聯(lián)組成。其中高壓缸呈反向布置 (頭對中壓缸)，包括1個雙流調(diào)節(jié)級與8個單流壓力級，中壓缸共有2×6個壓力級，2個低壓缸共有2×2×6個壓力級。

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)，上下對稱布置;低壓轉(zhuǎn)子均采用2套橢圓瓦支承，單側(cè)進油，上瓦開槽結(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)計流程為:新蒸汽經(jīng)4根導(dǎo)汽管進入4臺高壓主汽閥 (主汽閥后設(shè)有連通管使4臺高主閥后腔室相通)、4臺調(diào)節(jié)閥，經(jīng)4個進汽口進入調(diào)節(jié)級，通過高壓缸2+8級作功后到鍋爐再熱器。再熱汽經(jīng)2根再熱管進入中壓聯(lián)合汽閥，經(jīng)2個導(dǎo)汽管進入中壓缸中部下半，通過2×6級作功后的蒸汽經(jīng)1根異徑連通管分別進入2個雙流6級的低壓缸 (A、B)，作功后排入凝汽器。

調(diào)門開啟順序如圖1所示。

圖1 調(diào)門開啟順序 (機頭向機尾看)

2 汽流激振特征及危害

蒸汽渦動是產(chǎn)生汽流激振力的主要原因，是高負荷運行時高、中壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中一階振動模式的自激振動［1］。超超臨界機組壓力為25 MPa，溫度為600℃以上，由于蒸汽密度大，級間壓差大，蒸汽激振力也大，當(dāng)動靜部分不對中，汽封間隙周期性變化時，所產(chǎn)生的蒸汽激振力可能會引起轉(zhuǎn)子低頻振動［2］。其發(fā)生的可能性遠遠大于亞臨界汽輪機，汽流激振已經(jīng)成為影響超超臨界機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)超超臨界機組居多。

b. 在較高負荷下發(fā)生，振動隨著負荷 (或蒸汽流量)的增大而加劇，突發(fā)性振動有一個門檻負荷，超過此負荷，立即激發(fā)振蕩。小于某一負荷下會消失。

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，振動成分以接近工作轉(zhuǎn)速一般的頻率分量為主［3］。由于實際蒸汽激振力和軸承油膜阻尼力的非線性特征，有時會呈現(xiàn)一些諧波分量。

d. 汽流激振屬于自激振動，不能用動平衡的方法消除［4］。

2.2 汽流激振的危害

a. 限制大型汽輪發(fā)電機組的出力。

b. 產(chǎn)生劇烈的低頻振動引起汽輪機跳閘。

3 超超臨界汽輪機汽流激振原因分析

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

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

c. 經(jīng)過調(diào)節(jié)級的汽流擾動造成的強迫振動。

d. 由于機組參數(shù)不足 (如凝汽器真空較低或主汽參數(shù)偏低等)，當(dāng)機組滿負荷運行時，流經(jīng)調(diào)節(jié)級的主蒸汽流量過大，造成汽流激振。

4 綏電B廠4號機汽流激振控制方法

為解決汽流激振問題，利用機組停運消缺機會對1號軸瓦頂隙及4號高壓調(diào)節(jié)閥開度曲線進行了相應(yīng)調(diào)整。

a. 將1號軸承頂隙由0.55 mm調(diào)整至0.50 mm(設(shè)計值0.47 ～0.62 mm)。

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

c. 機組消缺后啟動，當(dāng)升負荷至800 MW時振動曲線開始發(fā)散，總閥位指令為88%，4個高壓調(diào)節(jié)閥開度分別為70%、53%、54%、15%，振動趨勢及頻譜圖如圖3、圖4所示。

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

圖4 軸振頻譜圖

隨后將負荷穩(wěn)定在500 MW在線對換1號和4號閥門開度函數(shù)，更換過程中1、2、3號軸振測點處的軸頸位移:1號軸頸向右移動約20 μm(均為面向發(fā)電機)，2號軸頸向右上方移動約84 μm，3號軸頸向左下方移動約18 μm，變化方向與噴嘴作用力基本吻合。將機組負荷逐漸帶至1 000 MW，1、2號軸瓦振動基本控制在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號軸承金屬溫度下降約7℃，2號軸承金屬溫度下降約10℃。同時2號瓦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. 通過改變4號高調(diào)門調(diào)節(jié)特性曲線 (配汽曲線)后，對抑制汽流激振有一定效果，但是4號高調(diào)門滿負荷的開啟速率仍然很大，1、2號瓦振動曲線仍有發(fā)散的可能。

b. 采取將1、4號高調(diào)門調(diào)節(jié)特性更換后，實質(zhì)上改變了汽流進入汽缸的方向，對汽流激振的抑制效果明顯，運行3個月以上未再發(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號機汽流激振問題，如1號高調(diào)門開度大于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)電機組振動及事故［M］.北京:中國電力出版社，1991.

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

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

［4］ 史進淵，孫 慶，危 奇，等.超超臨界汽輪機汽流激振的研究［J］.動力工程，2003，23(5):2620-2623.

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

［6］ 梁 超.汽輪發(fā)電機組振動原因分析及處理 ［J］.廣東電力，2005，18(8):62-63.

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，從事汽輪機專業(yè)管理工作。

2011-10-15)