魏志新　梁宏印　孟江華

摘要：該文對切除低壓缸運行風險分析及應對策略進行了探討，首先提出了切除低壓缸運行的風險，然后提出了應對策略：第一，對末級葉片的動應力進行風險控制;第二，對葉片鼓風中存在的超溫風險采取的控制措施;第三，對葉片水蝕風險采取的有效控制措施;第四，做好葉片的顫震和動靜碰磨的預防措施。從而為火電廠今后實施切除低壓缸運行提供有力的參考。

關鍵詞：低壓缸? 火電廠? 切除? 葉片

中圖分類號：TM62文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

Discuss the Operation Risk Analysis and Countermeasures of Removing the Low Pressure Cylinder

WEI Zhixin? LIANGHongyin? MENG Jianghua

（Inner Mongolia JingnengKangbashi Thermal Power Co.， Ltd.，Ordos，Inner Mongolia Autonomous Region，017010 China）

Abstract：This article discusses the operation risk analysis and countermeasures of the removal of the low pressure cylinder. First， the risk of removal of the low pressure cylinder operation is proposed， and then the countermeasures are proposed： first， risk control of the dynamic stress of the final blade; second，Take control measures against the risk of over-temperature in the blade blast; third， take effective control measures against the risk of blade water erosion; fourth， take preventive measures for blade chattering and dynamic and static friction， so as to provide thermal power plants In the future， the implementation of cutting off the operation of the low pressure cylinder provides a strong reference.

Key Words： Low pressure cylinder; Thermal power plant; Resection; Blade

對火電廠來說，要積極地挖掘機組的深負荷潛力，通過各種措施不斷地增強機組的靈活性，從而有效地解決在供暖期中出現(xiàn)的熱點矛盾。

1 切除低壓缸運行的風險

低壓缸地在切除的過程中遇到的風險主要表現(xiàn)在以下四個方面：第一個方面為葉片顫震;第二個方面為動靜碰磨;第三個方面為葉片鼓風發(fā)熱;第四個方面為葉片水蝕。

1.1在葉片顫震的風險

葉片顫震指的是在氣流激振力的主要作用下，通過氣固耦合作用形成的自激振動。這種情況下形成的振動的震感很劇烈，振幅要大大地超出葉片的常規(guī)振動幅度。如果葉片長期處在顫震狀態(tài)中，使得葉片出現(xiàn)疲勞斷裂的現(xiàn)象，在這個狀態(tài)下出現(xiàn)的疲勞斷裂和正常情況下相比提前了很多，使得汽輪機在正常運行中增加了很高的風險。葉片顫振常常出現(xiàn)在小容積流量的情況下，汽輪機在切除低壓缸的狀態(tài)下缸末級葉片的震動在易顫振區(qū)域中極易出現(xiàn)脫落的情況，再加上低壓缸進氣量非常小，常常會出現(xiàn)流場不穩(wěn)定的情況，很容易使得氣流激振力出現(xiàn)波動，加劇了葉片的顫振情況[1-2]。

1.2動靜碰磨的風險

汽輪機在切缸的狀態(tài)下的運行中，它的末級葉片和內(nèi)缸的溫度會出現(xiàn)非常明顯的變化，使得溫度的分布開始呈現(xiàn)出不均勻的狀態(tài)，使得葉頂間隙出現(xiàn)了一些改變，導致出現(xiàn)了動靜碰磨的風險。

1.3葉片鼓風發(fā)熱的風險

在切除低壓缸狀態(tài)下進行的運行中，低壓缸的末級、次末級和次次末級的葉片都處在與運動方向角度大于90°的負功狀態(tài)中，鼓風出現(xiàn)了非常嚴重的發(fā)熱狀態(tài)，葉片局部溫度極易超出許用溫度。若出現(xiàn)葉片溫度過高后，葉片在正常工作狀態(tài)才會容易出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。若葉片共振區(qū)能夠接近工作的轉(zhuǎn)速，則會出現(xiàn)共振風險。除此之外，如果排氣的溫度超過了排氣裝置設置的溫度，或者是超過了凝汽器的許用值，會造成比較大的破壞性。

1.4出現(xiàn)葉片水蝕的風險

低壓缸在排氣容積的流量比較小的時候，很容易在排氣區(qū)形成回流。在切除低壓缸運行狀態(tài)下，需要利用噴水來抑制住汽輪機的排氣溫度，在這個條件下，會使得噴水被回流卷吸，噴水產(chǎn)生的水珠會通過回流夾帶后擊打在末級葉片的出汽邊上，長期下來會形成比較嚴重的水蝕。這個區(qū)域的離心應力水平相對比較高，葉片出現(xiàn)水蝕后裂紋出現(xiàn)快速的擴展，隨著運行的時間的流逝會降低葉片的安全性，增加安全風險。當水蝕達到某個程度后會使葉片出現(xiàn)斷裂，從而引發(fā)事故，給汽輪機的正常運行帶來很大的安全風險。

2 切除低壓缸運行的應對策略

2.1對末級葉片的動應力進行風險控制

汽輪機低壓缸在切除后，低壓末級的葉片在動應力方面會出現(xiàn)明顯的超標風險，這個是非常關鍵的環(huán)節(jié)。在同等高度的葉片或者是同一個葉片，各個電廠在運行參數(shù)方面具有一定程度的差異性，葉片的動應力在大小方面和分布區(qū)域方面也出現(xiàn)很大的不同。因此，為了有效地防止葉片動應力面對較高的超標風險，末級片必須要完成動應力測試，同時會有比較完整的容積流量和動應力曲線葉片。如果沒有進行動應力測試的末級葉片，必須要對其結構進行優(yōu)化，在優(yōu)化的過程中增加阻尼結構是關鍵部分。當首臺機組結束動應力測試后，能夠明確容積流量和動應力曲線，才能在切除低壓缸的機組中進行運營。與此同時，要根據(jù)次末級葉片的結構特點和有限元強度、振動安全性的評估結果來判斷葉片是否能夠符合當前的運行狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)具有安全風險的葉片，必須要對其進行結構優(yōu)化，通過增加阻尼結構后才能夠應用到切除低壓缸的機組中。針對葉片在低壓缸的切除后會在長期的低負荷工況下進行運行工作，該單位會對汽輪機葉片的振動樁體和振動情況進行在線監(jiān)測，并對葉片振動過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)進行收集、整理、儲存和分析，通過長期的檢測從而對葉片的振動狀態(tài)進行評估，避免出現(xiàn)葉片出現(xiàn)顫震的情況后造成葉片疲勞出現(xiàn)裂紋的風險。為了能夠在供暖期中對葉片的振動趨勢進行長期的、實時的監(jiān)控，該單位為末級葉片安裝了葉片振動的在線檢測系統(tǒng)，能夠有效地控制末級葉片出現(xiàn)的動應力風險。通過一個長時間段的試運行發(fā)現(xiàn)，末級葉片在振動幅值方面一直保持在振動許用的范圍內(nèi)，同時振動的幅值沒有出現(xiàn)明顯的變化，從而實現(xiàn)了長期有效的監(jiān)控葉片振動趨勢，為機組的安全正常運行帶來了良好的保障[3-4]。

2.2對葉片鼓風中存在的超溫風險采取的控制措施

當機組的葉片在低負荷下運轉(zhuǎn)的過程中，鼓風后常常會出現(xiàn)溫度升高的情況。為了有效地防止低壓末2級葉片出現(xiàn)超溫的情況，該單位采取了以下控制措施：第一，要對末2級葉片的強度和振動的溫度進行上限設置，在末級和次末級葉片上設置溫度測試點，可以根據(jù)實際測量的溫度按照不同的使用標準做出相應的噴水降溫保護;第二，當葉片正常運行時，根據(jù)葉片動應力的危險流量區(qū)域范圍將低壓冷卻蒸汽引入葉片運行范圍中，使得冷卻氣源能夠得到引出，通過減溫減壓的系統(tǒng)后進入低壓缸進行冷卻;第三，實施噴水減溫系統(tǒng)，并利用電動閥門來調(diào)控水的容量，避免噴水出現(xiàn)過量的情況，在噴頭方面要采用不銹鋼霧化噴頭，不斷地優(yōu)化噴水的角度，從而減少減溫水回流的情況，減少和避免出現(xiàn)葉片水蝕的狀況。通過上述的措施，能夠有效地遏制了由于鼓風溫度引發(fā)的各種風險，提升了機組的運營狀況[5-6]。

2.3對葉片水蝕風險采取的有效控制措施

機組在切除低壓缸后會在一個長期中呈現(xiàn)出低負荷運行的狀態(tài)，那么鼓風引起的渦流導致葉片的水蝕情況加重，所以，該單位利用超聲速火焰噴涂設備對葉片的汽邊進行噴涂，使得葉片能夠形成較高硬度的涂層。這個涂層一方面能夠耐磨和耐腐蝕，一方面能夠幫助設備減緩葉片水蝕的問題。通過調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的葉片防水蝕措施都能對葉片的強度造成不同程度的影響，超聲速火焰噴涂技術也不例外。這種噴涂技術在實施的過程中可能會產(chǎn)生高溫的作用，從而使得葉片出現(xiàn)變形，同時噴涂的防水蝕效果與葉片的氧化物含量等因素有直接的關系。即便如此，在切除低壓缸后在供暖期間對這個機組進行開缸檢查，通過檢查的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)低壓末2級噴涂涂層的措施能夠大幅度減少葉片的水蝕情況，為葉片的安全運行提供了有力的保障[7]。

2.4做好葉片的顫震和動靜碰磨的預防措施

2.4.1 要應用理論來指導實踐，有效地避開顫震危險的區(qū)域

通過對國內(nèi)和國外的研究理論和研究成果，分析了葉片之間的角度和組成葉片邊緣的汽彈對整齊輪機葉片顫震問題產(chǎn)生的影響，并將流固耦合分析法應用到葉片顫震問題中，從而對相關的數(shù)值模型進行分析和研究。與此同時，通過對國內(nèi)外在汽輪機葉片顫震方面的研究理論成果對該單位的顫震溶劑流量區(qū)域進行推測，在機組的正常運行中要避開這個區(qū)域。然而，這個做法也存在一定的不足：第一，葉片顫震是葉輪旋轉(zhuǎn)機械中一個比較大的難題，它會導致在精確的條件下和特點邊界條件下出現(xiàn)很大的不確定性。第二，在考慮不確定性的時候，設置的禁止運行區(qū)域比較寬泛，這就明顯地影響了汽輪機切除低壓缸后在運行過程中的靈活性，給電廠的運行產(chǎn)生了很大的阻礙作用。第三，末級葉片具有很多的形式，比如說自由葉片、拉筋成組葉片以及整圈自鎖葉片等，不同的葉片形式出現(xiàn)顫震方面需要不同的條件，并且顫震的程度也有很大的差異性。

2.4.2 要避開顫震的危險區(qū)域

傳統(tǒng)的測量葉片動應力方面，很多企業(yè)會采用無線電遙測技術，這個技術能夠利用貼應變片的方式來測量葉片的動應力，并對其進行深入的分析。在缸內(nèi)的電池會為機組提供電力支持，因此在這個系統(tǒng)工作的時間是有限的，當機組切除低壓缸后通過各種運行測試可以得出危險的工況，從而能夠在切除低壓缸運行過程中有效地避開。然而，這種方法也存在一定的不足，由于應變片的粘貼牢固性不能承受住3000r/min的旋轉(zhuǎn)沖擊，在實驗的過程中很可能會出現(xiàn)脫落的情況，影響了預期目標的實現(xiàn)。

2.4.3 要對葉片振動的情況進行在線檢測

葉片振動的在線檢測是由采集端口和監(jiān)控端口兩個部分組成的。如圖1所示。采集端是由以下幾個部分構成：第一為轉(zhuǎn)速傳感器;第二為電渦流傳感器;第三為前置采集模塊;第四為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)模塊;第五為服務器。其中電渦流傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器通過互相配合后對葉片的振幅、振動的頻率和葉頂動靜間隙進行有效的檢測，溫度傳感器能夠?qū)θ~片的金屬溫度進行輔助測量。監(jiān)控端主要由以下幾個部分構成：第一為振動信號;第二為轉(zhuǎn)速信號;第三為溫度信號。這三個部分通過DEH控制系統(tǒng)進行連接，也可以利用網(wǎng)絡協(xié)議傳輸?shù)浇粨Q機中，然后再連接到電廠中，從而實現(xiàn)實時信息系統(tǒng)，并將數(shù)據(jù)進行共享。除此之外，還能夠?qū)⒕W(wǎng)閘或者是虛擬私人網(wǎng)絡設備和電信調(diào)制解調(diào)器連接到系統(tǒng)提供商，從而進行遠程的診斷服務。這個系統(tǒng)不僅僅能夠有效地解決葉頂間隙的實時監(jiān)控問題，還能對葉片的振幅和頻率進行實時測量。

3結語

切除低壓缸技術具有很大的優(yōu)勢：第一，能夠大幅度節(jié)省啟動的時間;第二，能夠提升機組運行的安全性;第三，能夠提升機組的經(jīng)濟效益。同時切除低壓缸技術也有明顯的不足：第一，對操作人員的技術有一定的要求;第二，若出現(xiàn)操作失誤或者配合不當?shù)那闆r下極易造成汽輪機超速，或者是氣缸中進入了冷水和冷氣，導致大軸彎曲或動靜摩擦事故。因此，要針對不同型號的機組制定不同的措施，才能達到徹底治理的目的。

參考文獻

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作者簡介：魏志新（1989—），男，本科，助理工程師，研究方向為集控運行。