汽輪機高導(dǎo)管低頻振動治理方法技術(shù)研究及應(yīng)用

1、    汽輪機高導(dǎo)管低頻振動治理方法技術(shù)研究及應(yīng)用    摘要：5號汽輪機高導(dǎo)管在順序閥運行模式下存在不同程度的振動超標現(xiàn)象，對管系及機組安全運行造成了較大的隱患。為滿足安全生產(chǎn)要求，通過加裝粘滯性阻尼器的方法對5號汽輪機高導(dǎo)管道振動超標問題進行了治理，有效解決了管道振動超標問題，確保了5號機組順序閥能夠可靠投運，管系及機組能夠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。關(guān)鍵詞：高導(dǎo)管;順序閥;振動超標;安全隱患;粘滯性阻尼器引言寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司5、6號機組為600mw直接空冷燃煤發(fā)電機組，汽輪機型號為nzk600-16.7/538/538，由東方汽輪機廠生產(chǎn)

2、，為亞臨界、中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。汽輪機1、2、3、4號高導(dǎo)管尺寸規(guī)格為400*55mm ，管道材質(zhì)為12cr1movg，其中，1、3號高導(dǎo)管接至汽輪機噴嘴上半，2、4號高導(dǎo)管接至汽輪機噴嘴下半。機組順序閥運行模式下高壓調(diào)節(jié)閥的開啟順序為1/3-4-2。5號汽輪機1、2、3、4號高導(dǎo)管在順序閥運行模式下存在不同程度的振動超標現(xiàn)象（最大振動值為35.45mm/s，火力發(fā)電廠汽水管道振動控制導(dǎo)則（dl/t 292-2011）允許最大值為20.2mm/s），管系的長期振動將會造成管道材料的疲勞損傷、支吊架的損壞、焊縫開裂等，對管系及機組安全運行造成了較大的隱患，影響了5號

3、機組順序閥的正常投運，不利于機組經(jīng)濟運行。為滿足安全生產(chǎn)要求，需要對5號汽輪機高導(dǎo)管的振動超標問題進行檢查、處理，以消除管道振動問題，確保5號機組在順序閥運行方式下能夠可靠投運，管系及機組能夠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。1管道振動超標原因及控制原理1.1  常見管道振動原因電站管道振動問題是一個非常復(fù)雜的問題，涉及多方面因素。引起振動的力稱之為激振力，根據(jù)激振力的來源，可以將管道振動歸納為機械振動、流體振動、閥門自激振動、地震等幾種類型，其中以流體不穩(wěn)定流動引起的振動最為常見，引起流體不穩(wěn)定流動的原因有水錘、兩相流、渦流等。在不穩(wěn)定流動產(chǎn)生的激振力的作用下，當管道存在以下問題時容易引發(fā)強烈

4、振動：（1）管道原設(shè)計沒有水平方向上約束裝置，管系剛度低，在流體的激振力作用下引起管道振動。（2）管內(nèi)介質(zhì)經(jīng)過彎頭、閥門等原件時作用在管壁上的激振力呈周期性脈動狀態(tài)，從而引發(fā)管道振動。（3）管道內(nèi)部流體流動速度的大小及改變、管道內(nèi)流體的脈動壓力，與管道自有頻率產(chǎn)生共振。1.2  管道振動控制原理電站管道的設(shè)計除了要滿足強度條件以外，還應(yīng)該滿足一定的剛度條件。管系的固有頻率與系統(tǒng)的剛度有關(guān)，剛度越大，固有頻率越高。首先勘測管道振動頻率和振幅，分析管系的固有頻率，通過提高管道系統(tǒng)的剛度避開激振頻率。影響管系剛度的主要因素有管道走向、管徑、壁厚和管道支撐狀況。減少彎頭的個數(shù)、增大管徑和壁厚

5、、增設(shè)支架都能使管系的剛度增大。在大多數(shù)情況下，管徑、壁厚不容易改變，主要調(diào)整管道走向和管道支撐，而這兩者中更常用、更經(jīng)濟性的是通過增減支架來調(diào)整管系的固有頻率。通過振動治理使管系低階固有頻率提高，避開激振力頻率中的低頻成分，從而降低管道振動。2 振動治理方案本次振動治理的汽輪機高導(dǎo)管固有頻率相對較低，是較容易發(fā)生振動的管道。因此，此類管道的設(shè)計除了要滿足強度條件以外，還應(yīng)該滿足一定的剛度條件。本次振動治理的基本思路如下：在保證管系應(yīng)力合格的前提下，通過增加減振限位裝置等措施，增加管系的剛度和固有頻率，避開對低階激振力的響應(yīng)，以減小管道的振動。鑒于此，通過認真分析、多次論證，最終確定通過對振動

6、管道加裝粘滯性阻尼器及雙向限位裝置以消除管道振動問題。針對上述4條高導(dǎo)管的特性及振動情況，本方案總計增設(shè)減振裝置12組，其中雙向限位支架8組，分別為1-1、1-3、2-1、2-3、3-1、3-3、4-1、4-3 xz雙向限位支架;粘滯性阻尼器4組，分別為1-2、2-2、3-2、4-2，具體安裝部位如圖1所示：該方案通過對每根管道加裝粘滯性阻尼器，可有效吸收管道在多個方向上振動的能量，同時每根管道再輔助兩組xz雙向限位支架，從而達到減小管道振動的目的。3 管道應(yīng)力計算3.1  管道應(yīng)力計算概述管道靜力計算的任務(wù)是確定在外載（溫度、自重等）作用下，管道的變形、應(yīng)力分布及支撐結(jié)構(gòu)的約束反力

7、等，并以此為基礎(chǔ)確定管系的薄弱環(huán)節(jié)或關(guān)鍵部位，計算評估管系的使用安全性。采用caesarii軟件對管道進行應(yīng)力校核計算，該軟件符合asme b31.1等相關(guān)規(guī)范和標準的要求，在電廠管道靜力計算中得到了廣泛應(yīng)用。為了便于分析和計算，根據(jù)力學(xué)中力的獨立性原理，將管道應(yīng)力分為兩種，分別為由管道內(nèi)壓、自重和其他持續(xù)外載產(chǎn)生的軸向應(yīng)力之和（稱為一次應(yīng)力）以及由熱脹、冷縮和其它位移受約束而產(chǎn)生的熱脹應(yīng)力范圍（稱為二次應(yīng)力）。3.2  管道應(yīng)力計算結(jié)果5號汽輪機高導(dǎo)管采用caesarii2011軟件進行應(yīng)力計算，計算模型如圖2所示，振動治理后管道的最大一次應(yīng)力、最大二次應(yīng)力如表1所示。振動治理后，

8、管道最大一次應(yīng)力、最大二次應(yīng)力分別為38.79%、21.75%，最大應(yīng)力點位置分別為s1、s2。結(jié)論 振動治理后管道應(yīng)力合格4 應(yīng)用效果在振動治理前、治理后，5號機組以順序閥方式運行時用測量儀器（rion 3-axis vibration meter vm-54）對高導(dǎo)管振動進行了檢測，每種工況均選取了4處測點，分別為測點1-2、測點2-2、測點4-2、測點3-2。振動治理前、后振動測量結(jié)果見圖3、4、5。機組負荷350mw時，振動治理前、后高導(dǎo)管振動速度最大值分別為32.18mm/s（不合格）、14.49mm/s（合格），振動治理后較治理前最大振動速度降低了54.97%;機組負荷480mw時

9、，振動治理前、后高導(dǎo)管振動速度最大值分別為35.45mm/s（不合格）、13.69mm/s（合格），振動治理后較治理前振動速度最大值降低了61.38%;振動治理前，考慮到機組運行安全性，未以順序閥方式在更高負荷下運行及檢測，振動治理后，機組以順序閥方式運行且負荷達到580mw時高導(dǎo)管振動速度最大值為14.41mm（合格）。對比振動治理前、后測量數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，在振動治理前機組負荷為480mw時，導(dǎo)汽管振動最大速度為35.45mm/s，超過了火力發(fā)電廠汽水管道振動控制導(dǎo)則dl/t 292-2011規(guī)定的20.2 mm/s的要求;振動治理后，導(dǎo)汽管振動速度最大值為14.49mm/s，振動速度大幅降低，滿足dl/t 292-2011合格的要求，本次振動治理達到了預(yù)期目標。0 結(jié)論上述治理方案實施后，5號汽輪機1、2、3、4號高導(dǎo)管在順序閥運行方式下最大振動值由35.45 mm/s降低為14.49mm/s，振動治理后振動速度最大值降低了59.13%，滿足火力發(fā)電廠汽水管道振動控制導(dǎo)則（dl/t 292-2011）中規(guī)定的管道穩(wěn)態(tài)振動最大允許速度值不大于20.2mm/s的要求，管道振動問題得