姜廣政，傅行軍

(東南大學火電機組振動國家工程研究中心，江蘇南京 210096)

汽流激振是由蒸汽激振力激發(fā)的在汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的一種自激振動現(xiàn)象。隨著汽輪發(fā)電機組向大容量、高參數(shù)方向發(fā)展，汽流激振問題越來越突出，20 世紀七八十年代，美國、俄羅斯等國在發(fā)展超臨界機組過程中都遇到了不同程度的汽流激振問題，近二十多年來，我國的汽流激振問題也較突出[1]。

1 汽流激振機理

目前關于汽流激振方面的研究還不是很成熟，初步分析表明，由于蒸汽對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)形成了一個作用在轉(zhuǎn)子偏心垂直方向上并與轉(zhuǎn)子線速度方向同向的切向力，在一個振動周期內(nèi)，若該力所做的功大于系統(tǒng)阻尼消耗的能量，就會導致系統(tǒng)失穩(wěn)，形成汽流激振。汽流激振力主要來源有3個方面：（1）葉頂間隙不均勻產(chǎn)生的激振力；（2）密封間隙不均產(chǎn)生的激振力；（3）部分進汽和轉(zhuǎn)子偏心等因素產(chǎn)生的靜態(tài)汽流力[2]。

2 汽流激振故障的一般特征

（1）對負荷較敏感，具有突發(fā)性。汽流激振一般出現(xiàn)在負荷逐漸增加的過程中，且一般發(fā)生在較高負荷區(qū)。存在一個門檻負荷，當負荷超過這一閾值后，汽流激振立即被激發(fā)；負荷降至該值以下，汽流激振消失，振動恢復正常[3]。

（2）汽流激振嚴重時，低頻振動的頻率通常等于轉(zhuǎn)子固有頻率，但大多數(shù)情況下，振動頻率以工頻的一半為主。

（3）汽流激振引起的低頻振動有時與調(diào)節(jié)閥的開啟順序和開度有關。通過調(diào)整閥門開啟順序，能夠避免或減小低頻振動幅值[4]。

3 某330 MW 機組汽流激振實例分析

3.1 機組概況

某電廠1 號機組為東方汽輪機廠生產(chǎn)的330 MW 機組，機組型號為C330/262-16.7/0.3/538/538。軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子組成，共有7個瓦支撐。機組軸系如圖1 所示，閥門布置如圖2 所示。機組順序閥調(diào)門次序為3，4—1—2。

圖1 軸系圖

圖2 閥門布置

3.2 振動情況

機組在單閥帶大負荷過程中，1 號瓦和2 號瓦的軸振會出現(xiàn)比較大的低頻振動。根據(jù)機組的振動情況，現(xiàn)場決定進行調(diào)門次序試驗。

（1）15:40 開始，機組從320 MW 順序閥降負荷。如表1 所示。

表1 順序閥降負荷時各瓦振動數(shù)據(jù) μm/μm∠°

根據(jù)振動數(shù)據(jù)可知，在順序閥降負荷過程中，機組振動正常，并未出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。

（2）18:10時，負荷降至210 MW，此時，切換機組運行方式為單閥，然后進行升負荷試驗，監(jiān)測軸系振動情況，數(shù)據(jù)及頻譜圖如表2、圖3、圖4、圖5 所示。

（3）22:50時，負荷為250 MW，切換機組運行方式為順序閥（3，4—1—2），進行升負荷試驗，此時并未出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，振動數(shù)據(jù)如表3 所示。試驗過程中各瓦瓦溫情況如表4 所示。

表2 單閥升負荷時各瓦振動數(shù)據(jù) μm/μm∠°

圖3 18:52時300 MW 負荷1Y 頻譜圖

圖4 19:40時300 MW 負荷1Y 頻譜圖

圖5 22:00時320 MW 負荷1Y 頻譜圖

表3 順序閥升負荷時各瓦振動數(shù)據(jù) μm/μm∠°

表4 試驗過程中各瓦瓦溫情況

3.3 振動特征及原因分析

單閥運行時，當負荷低于300 MW時，沒有出現(xiàn)低頻振動，且各瓦振動幅值均不大，負荷剛帶到300 MW時，1 瓦出現(xiàn)了少量的低頻振動，但振動仍以工頻為主，如圖3 所示。保持機組在300 MW 負荷運行一段時間后，振動發(fā)散，1 瓦的低頻振動幅值超過工頻成為主要振動，且低頻成分為25 Hz，如圖4 所示。隨著負荷增加，振動逐漸增大，到320 MW時，1Y，2Y，3X 均已超過75 μm，見表2。且低頻振動現(xiàn)象越來越明顯，如圖5 所示。由于振動對機組所帶負荷變化較敏感，當負荷大于300 MW 之后，振動迅速增加，與轉(zhuǎn)速無關，且低頻振動頻率以半頻為主，故判斷故障為汽流激振。造成汽流激振失穩(wěn)的原因可以分為2個部分：（1）汽流作用在轉(zhuǎn)子上的失穩(wěn)力較大。（2）軸系穩(wěn)定性差。

機組在單閥運行時出現(xiàn)失穩(wěn)，而在順序閥沒有失穩(wěn)現(xiàn)象，其原因可能為在順序閥下剩余汽流力作用在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個向下的力，增加軸承載荷，提高了軸系穩(wěn)定性，而在單閥情況，因噴嘴配汽產(chǎn)生的剩余汽流力為0，而軸系自身穩(wěn)定性不好，則引發(fā)失穩(wěn)。另結合試驗過程瓦溫分析，見表4。在單閥320 MW 負荷時，1瓦、2 瓦瓦溫較順序閥明顯降低，表明1 瓦、2 瓦載荷減小，穩(wěn)定性變差，且1 瓦、2 瓦之間溫度相差過大。故判斷是軸系載荷分配不合理，導致軸系穩(wěn)定性較差。

3.4 處理方案

結合試驗過程振動數(shù)據(jù)、瓦溫及大修有關解體情況，需進行改善軸系負荷分配等措施，提高軸系穩(wěn)定性。決定調(diào)整2 瓦標高至比3 瓦低0.45 mm。同時盡量減小軸系對中偏差，調(diào)整中低對輪和低發(fā)對輪的張口值，控制通流部分動靜間隙，特別是高中壓部分，注意保持冷態(tài)到熱態(tài)動靜間隙均勻。有條件盡量減小1 號、2 號瓦頂部間隙。方案實施后，機組在單閥和順序閥滿負荷運行時，振動達到優(yōu)秀水平，且不再出現(xiàn)低頻振動。

4 結束語

本文對汽流激振的機理、特征進行了簡單地闡述，指出了產(chǎn)生汽流激振的主要原因可以歸結為2 點：（1）汽流作用在轉(zhuǎn)子上的失穩(wěn)力較大。（2）軸系自身穩(wěn)定性較差。故可以從這2 點著手解決汽流激振問題。針對本文提到的某330MW 機組發(fā)生的汽流激振故障，通過調(diào)整2 瓦的標高來增加軸系的穩(wěn)定性，從而很好地抑制了失穩(wěn)現(xiàn)象。

[1]楊建剛.旋轉(zhuǎn)機械振動分析與工程應用[M].北京：中國電力出版社，2007：131-132.

[2]楊建剛，朱天云，高 偉.汽流激振對軸系穩(wěn)定性的影響分析[J].中國電機工程學報，1998，18（1）.

[3]張學延，王延博，張衛(wèi)軍.大型汽輪機汽流激振問題的分析和處理[J].熱力發(fā)電，2004（2）：47-55.

[4]崔亞輝，張俊杰，徐福海，等.某臺300 MW 汽流激振故障的分析和處理[J].汽輪機技術，2012，54（2）：158-160.