300MW汽輪機氣流激振的問題及策略研究

1、    300mw汽輪機氣流激振的問題及策略研究    張卓霖摘 要：本次研究首先介紹了汽輪機組氣流震蕩的機理特征和一般解決措施，然后針對某電廠的300mw汽輪機組在調(diào)試期間出現(xiàn)的氣流震蕩問題的原因進行了深層分析，原因分析顯示，導(dǎo)致汽輪機出現(xiàn)氣流震蕩問題的原因，主要包括了氣封腔內(nèi)壓力周相變化引起的激振力和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩不平衡引起的激振力，并針對問題原因，提出了相應(yīng)的處理措施，希望通過本次研究對同行有所助益。關(guān)鍵詞：300mw汽輪機 氣流激振問題 應(yīng)對措施：tm621 ：a ：1003-9082（2018）12-0-01在火力發(fā)電廠運行過程中，隨著機組參數(shù)的不斷

2、提升，汽輪機組出現(xiàn)氣流激振的概率也呈現(xiàn)上升趨勢。該種問題的出現(xiàn)會給整個電廠的安全運行帶來嚴重影響，因此，加大對大型汽輪機主汽流激振問題產(chǎn)生的原因分析，并采取針對性措施將其解決，就顯得十分重要了。本文主要結(jié)合實際案例分析了某電廠300mw汽輪機組在調(diào)試運行期間發(fā)生氣流激振的現(xiàn)象，然后分析了該種問題產(chǎn)生的原因，制定了相應(yīng)的應(yīng)變措施，現(xiàn)將具體研究內(nèi)容介紹如下：一、汽輪機主汽流激振產(chǎn)生的特征當(dāng)汽輪機組發(fā)生氣流激振后，由于屬于自激振動，解決這些問題，是不能采用平衡方法將其消除。一般情況下，汽輪機汽流機轉(zhuǎn)換容易發(fā)生在高壓和中壓轉(zhuǎn)子上，并且發(fā)生一次之后，會循環(huán)往復(fù)的再次出現(xiàn)。此外，導(dǎo)致汽輪機機組出現(xiàn)氣流激振

3、的主要頻率相對較低，而產(chǎn)生各種故障有時還會與汽輪機組近期調(diào)門的開啟順序和開密度存在一定聯(lián)系。二、機組運行現(xiàn)狀某電廠的兩臺300mw的亞臨界機組，為東方汽輪機生產(chǎn)的優(yōu)化機型，型號為cak300/271-16.67/0.4/538/538（合缸），其中一號機組在正式投入使用，第一次啟動后，當(dāng)負荷升高到209mw時，2號軸承x向軸震動幅度不斷提升，振動幅度達到了報警值。高壓缸脹差2.3mm，低壓缸脹差4.9mm，熱膨脹左右兩側(cè)分別為24.8mm和23.9mm。當(dāng)負荷升高到240mw后，2號軸承x向軸振動超標，造成了兩次跳機現(xiàn)象。結(jié)合dcs數(shù)據(jù)采集結(jié)果，2號軸承x向軸振動頻率在27hz，從震動出現(xiàn)階段

4、性變化到保護性動作，中間間隔時間10秒。此后，在第二次啟動帶負荷運行過程中，又重復(fù)出現(xiàn)了上述故障。三、汽輪機主汽流激振原因分析通過多次機組啟動帶負荷運行出現(xiàn)的振動現(xiàn)象分析，當(dāng)機組負荷升高到總負荷的70%左右后，振動過大的現(xiàn)象就會出現(xiàn)，具有發(fā)生的突發(fā)性，而最大振動現(xiàn)象主要發(fā)生在汽輪機的高中壓轉(zhuǎn)子上，由此可以看出，汽輪機處發(fā)生震動和負荷的提升有著直接聯(lián)系，振動頻率約為27赫茲，具有明顯的自激振動特點。結(jié)合該型機組在投入運行過程中存在的振動問題和最近幾年大型機組振動處理經(jīng)驗，初步判斷為振動現(xiàn)象是由氣流振動引起。而氣流激振往往發(fā)生在大中型的汽輪機高壓或中壓轉(zhuǎn)子上，使得轉(zhuǎn)子突然發(fā)生震動，且往往出現(xiàn)在機組

5、并網(wǎng)投入使用負荷逐漸增大過程中。當(dāng)機組負荷不斷增大后，突發(fā)性振動通常有一個限定負荷，超過此負荷之后，立即會出現(xiàn)氣流激振，而當(dāng)負荷降低到某一數(shù)值時，機組振動現(xiàn)象消失，恢復(fù)到正常。通過對本次汽輪機組運行情況進行綜合分析，通過對本次汽輪機組運行情況進行綜合分析，汽輪機主汽流激振原因主要包含以下幾個方面：1.葉頂間隙激振力汽輪機組在安裝或調(diào)試運行過程中，氣缸跑偏會造成轉(zhuǎn)子相對于氣缸是發(fā)生相對位移，使得葉頂間隙發(fā)生改變。葉頂間隙小的一側(cè)，在氣流作用下，橫向力變大，葉頂間隙大的一側(cè)由于氣流作用力較小，使得橫向力相對較小，造成氣流作用于轉(zhuǎn)子中心上的力不平衡，促使轉(zhuǎn)子發(fā)生自激振動。經(jīng)過大量實驗研究表明，葉頂間

6、隙激振力很容易發(fā)生在參數(shù)較高的汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子上。2.汽封氣流激振力汽輪機組在設(shè)計過程中，由于設(shè)計方案存在問題，或者在運行過程中參數(shù)調(diào)整不合理，使得汽輪機組內(nèi)部產(chǎn)生了軸系動態(tài)偏心，造成軸封和隔板汽封腔室內(nèi)蒸汽周向分布不均勻，從而在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生了來自于不同方向不平衡的力矩作用，從而使得轉(zhuǎn)子發(fā)生了自激振動。3.轉(zhuǎn)子上靜態(tài)蒸汽作用力在汽輪機組運行過程中，內(nèi)部高壓缸進氣方式是非對稱性的，由于來自各個方面的力不平衡，使得轉(zhuǎn)子受高壓蒸氣作用也存在不平衡，一方面造成高壓轉(zhuǎn)子軸頸在軸承上的荷載出現(xiàn)不平衡變化，另一方面會造成高壓轉(zhuǎn)子的徑向上位置發(fā)生偏移，而汽輪機流通部分的間隙出現(xiàn)變化，最終導(dǎo)致傳子上臺軸承的受力特

7、性發(fā)生變化，傳子運行失去穩(wěn)定，導(dǎo)致汽輪機組氣流激振產(chǎn)生。4.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致的激振力在汽輪機組安裝調(diào)試運行過程中，氣缸出現(xiàn)跑偏，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)徑向位移等現(xiàn)象，就會導(dǎo)致機組出現(xiàn)氣流激振。當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于氣缸發(fā)生了位置偏移之后，會造成蒸汽在轉(zhuǎn)子上的功徑向力分布不均勻，轉(zhuǎn)子在運行過程中，很容易導(dǎo)致出現(xiàn)渦動。四、300mw汽輪機氣流激振問題的解決對策1.增加支撐系統(tǒng)阻尼首先，在汽輪機組運行過程中，要調(diào)整好汽缸和轉(zhuǎn)子的位置，避免轉(zhuǎn)子和汽缸在運行過程中，中心發(fā)生位置偏移；其次，逐漸增大轉(zhuǎn)子與隔板之間的軸向間隙。通過調(diào)整實驗和多年的實踐經(jīng)驗，可以得到隨著噴嘴、靜液和動葉之間的軸向間隙不斷增大，可以明顯減弱氣流渦所產(chǎn)

8、生的激振力，但這種方式會顯著降低汽輪機的內(nèi)在運行效率；再次，對調(diào)速汽門的開啟程序進行適當(dāng)調(diào)整，這樣能夠有效避免轉(zhuǎn)子在單側(cè)蒸汽力作用下出現(xiàn)明顯的位置偏移，并在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生了不平衡力矩；第四，增加軸瓦阻尼，例如可以通過減少軸瓦間的間隙，增加軸瓦之間的長度，選擇使用粘性較大的潤滑劑等。同時還可以選擇質(zhì)量和穩(wěn)定性較好的軸瓦，增加擠壓油膜，阻尼器等，這樣都能夠很好的減少激振力產(chǎn)生；最后，提高轉(zhuǎn)子的臨界速度。在汽輪機組實際運行過程中，最有效的解決對策是逐漸改變調(diào)門得開啟順序，或者采用順閥運行方式，其減弱效果是十分明顯的。2.調(diào)整潤滑油參數(shù)在汽輪機組低負荷運行情況下，將各個閥恢復(fù)到四閥同時運行狀態(tài)，然后逐步提

9、升潤滑油壓力至0.2mpa，及時查看汽輪機組振動變化情況之后，逐步提高潤滑油溫度，提升到44，進一步升高汽輪機負荷，逐漸降低，潤滑油溫度下降到37，進一步查看振動變化情況。3.調(diào)節(jié)閥升降調(diào)整和閥序調(diào)整通常情況下，汽輪機組在低負荷運行狀態(tài)下，不會出現(xiàn)氣流激振問題，因此在負荷180mw以下，可以將順序閥改為為單閥運行模式，然后逐步提高汽輪機組負荷到200mw左右，等到機組振動穩(wěn)定10分鐘后，每升高5mw穩(wěn)定10分鐘，當(dāng)機組發(fā)生氣流震蕩時，投入功率實施閉環(huán)控制，穩(wěn)定主汽參數(shù)和負荷，觀察汽輪機組振動變化規(guī)律。該項工作在開展之前，汽輪機組已經(jīng)處于振動不穩(wěn)定狀態(tài)，因此在開展每一項操作時，如果汽輪機組振動較

10、大，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)上漲20m，則需要停止試驗，關(guān)閉開啟閥門，如果震動上漲到35m，則需要停止試驗，并降低汽輪機組負荷直到震動停止。在操作過程中，主要包含以下幾方面內(nèi)容：首先，單閥狀態(tài)調(diào)整。人工調(diào)整2號閥開度，將剩余的閥投入到自動閉環(huán)控制，逐步關(guān)小2號閥開度，直到完全關(guān)閉，然后逐步開啟2號閥法，恢復(fù)到原有開啟狀態(tài)，隨后逐步增大2號閥的開度。在對2號閥開度進行控制過程中，如果發(fā)現(xiàn)振動波動較大，通頻震動上漲，則需要停止操作，恢復(fù)到原有狀態(tài)；其次，單閥狀態(tài)試驗。依次試驗2號閥、3號閥、4號閥、1號閥的開啟程度對機組振動的影響，通過全面實驗分析，確定閥門的開啟順序。該項工作完畢之后，將汽輪機的負荷下降到

11、180mw，切換全新的閥門開啟順序，以新的順序閥曲線逐漸升高負荷，在升高過程中，如果汽輪機組振動相對穩(wěn)定，逐步升高至額定功率；最后，做好監(jiān)控和登記工作。在整個試驗調(diào)整過程中，操作人員，運行人員應(yīng)該密切監(jiān)視1x、1y、2x、2y四個測試點的振動值，一旦任意一個振動值超過了120m，應(yīng)該停止調(diào)整試驗。如果實驗操作過程中，振動頻率不斷增大，則需要停止實驗操作，同時快速降低機組負荷到穩(wěn)定狀態(tài)。在整個實驗過程中，相關(guān)人員要做好數(shù)據(jù)記錄，各個閥門開張順序開張程度、汽輪機負荷、進氣壓力、流量軸承瓦溫以及回油溫度的登記記錄工作?？傊笕萘科啓C組氣流激振問題普遍存在，而導(dǎo)致各種問題出現(xiàn)的原因多種多樣十分復(fù)雜

12、。在整個機組運行調(diào)試期間，就要求技術(shù)人員采用對機組擾動最小的高調(diào)門運行方式，通過合理調(diào)控閥門順序，開張角度，控制氣流的流速，防止氣缸加熱不均勻，提高潤滑油溫度等措施，保證機組運行參數(shù)的穩(wěn)定性，避免相關(guān)參數(shù)出現(xiàn)大幅度變化，而對機組正常運行產(chǎn)生危害。參考文獻1鄭勇，李明，王永慶，秦曉偉，白鮚.大型汽輪機汽流激振故障的分析處理j. 陜西電力. 2009（02）2何金海，劉曉鋒，陸頌元.一臺工業(yè)汽輪機汽流激振失穩(wěn)的故障分析和處理j. 汽輪機技術(shù). 2008（02）3范建富. 鄒縣電廠4號機組（330mw）汽流激振故障分析j.山東電力技術(shù). 2007（02）4孫欽山.汽輪機汽流激振的原因分析及消振措施j. 熱力發(fā)電. 2007（04）5梁志勇，謝紅芳.淺析600mw超臨界機組汽流激