汽輪機轉(zhuǎn)子位置變化對轉(zhuǎn)子中心位置的影響

汽輪機轉(zhuǎn)子位置變化對轉(zhuǎn)子中心位置的影響

0瓦瓦溫超標(biāo)事件在600mw國內(nèi)收割機的正常運行中，為了降低調(diào)節(jié)閥的開口損失，提高機組的運營效率，通常采用序列閥控制法。國內(nèi)很多同類型機組在閥門切換、閥門開度調(diào)整過程中多次出現(xiàn)軸承溫度高、振動超標(biāo)等異常情況,尤以高中壓轉(zhuǎn)子(調(diào)節(jié)級)處最為嚴(yán)重[1~3]。有的機組瓦溫高達100℃以上,出現(xiàn)燒瓦事故,嚴(yán)重影響機組的安全運行。目前,國內(nèi)電廠大多通過改變閥門開啟順序,改善600MW級機組在進行進汽切換時出現(xiàn)的瓦溫、瓦振、軸振等超標(biāo)的狀況[4~7]。JW公司4號機組2013年大修投入運行后,2號軸承出現(xiàn)金屬溫度高現(xiàn)象,最高溫度達106℃,影響機組的安全運行。本文對此現(xiàn)象進行了分析,考慮到即刻停機檢修成本太高,提出了2號瓦瓦溫的動態(tài)調(diào)整方法,作為停機檢修前2號瓦瓦溫超標(biāo)的臨時解決方案。目前,2號瓦瓦溫已控制在94.3℃以下。1機組控制回路JW公司4號機組汽輪機為某汽輪機公司引進美國西屋公司技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)的N600-24.2/566/566超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機。汽輪機采用單閥/順序閥控制,機組啟動采用單閥控制,正常運行時采用順序閥控制。機組高壓進汽部分有兩個主汽門,4個調(diào)節(jié)汽門,閥門布置如圖1所示。該機組的順序閥設(shè)計閥序為GV1+GV2→GV3→GV4,即順序閥控制時,高調(diào)閥GV1,GV2同時開啟至全開,然后GV3隨負荷增大逐步開啟。2軸瓦溫隨負荷變化的規(guī)律2號軸承采用的是穩(wěn)定性較好的可傾瓦軸承。4號機組于2013年9月~11月進行了大修,2號瓦瓦溫在大修后逐漸爬升,接近報警值(107℃),威脅機組的安全運行。2013年12月29日,2號瓦瓦溫、2號瓦軸振以及調(diào)門開度隨負荷變化情況如表1所示。從表1可以看到:(1)2號瓦瓦溫與負荷(閥門開度)有關(guān),且左下側(cè)瓦瓦溫和右下側(cè)瓦瓦溫隨負荷變化此消彼長。在405MW負荷以下,2號瓦左下側(cè)瓦瓦溫開始隨負荷增加而升高;在405MW負荷左右時,2號瓦左下側(cè)瓦瓦溫達到最高值105.5℃;在405MW負荷以上時,左下側(cè)瓦瓦溫則隨負荷的增加而降低;額定600MW負荷時,左下側(cè)瓦瓦溫降低到了90℃;負荷低于500MW時,右下側(cè)瓦瓦溫比較穩(wěn)定;負荷高于500MW時,右下側(cè)瓦瓦溫隨負荷增加而升高;額定600MW負荷時,右下側(cè)瓦瓦溫達到95.2℃。(2)2號瓦軸振最大102.5μm(報警值125μm);X方向軸振在高負荷情況下隨負荷增加而降低,Y方向軸振則與之相反。定量分析軸瓦溫度,需采用Reynolds方程進行軸承油膜分析:式中:R為軸頸半徑;h為油膜厚度;ξ為角度;p為油膜壓力;η為潤滑油粘度;z為軸瓦的軸向坐標(biāo);t為時間。上述方程中參數(shù)含義詳見文獻。由于方程中的油膜厚度、油膜壓力、潤滑油粘度等參數(shù)難以通過計算或試驗測得,且求解過程復(fù)雜,難以直接用于現(xiàn)場問題的分析與解決。現(xiàn)從GV閥門不同開度下高中壓轉(zhuǎn)子受力分析出發(fā),定性分析2號瓦瓦溫與機組負荷(對應(yīng)閥門開度)的關(guān)系。蒸汽在汽輪機級內(nèi)流動時,對動葉產(chǎn)生沿輪周方向的切向汽流力作用。噴嘴配汽方式下,高中壓轉(zhuǎn)子受到的切向汽流力與閥門開度、閥順有關(guān)。調(diào)節(jié)級部分進汽時,沒有流過蒸汽的噴嘴組不產(chǎn)生汽流力。若進汽是對角的,汽流力能夠自平衡,僅產(chǎn)生一個使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的力矩;若進汽是非對角的,則不能夠自平衡,還會產(chǎn)生不平衡汽流力,在機組的各軸承處產(chǎn)生附加載荷,影響轉(zhuǎn)子中心位置。假設(shè)汽流均勻,每組噴嘴對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的汽流力可等效為一個沿噴嘴弧段的切向力。不同進汽方式下,機組高中壓轉(zhuǎn)子所受的汽流力及等效作用力如圖2所示。兩種不同進汽方式對應(yīng)的轉(zhuǎn)子中心在軸承中的位置不同,示意圖見圖3(圖2圖3旋轉(zhuǎn)方向均從汽機側(cè)向發(fā)電機側(cè)方向看)。進汽非對角產(chǎn)生的不平衡汽流力影響轉(zhuǎn)子中心位置,是引起2號瓦瓦溫變化的主要原因。GV3,GV4關(guān)閉;GV1,GV2開度相同時,高中壓轉(zhuǎn)子在自身重力和不平衡汽流力的共同作用下,中心向軸承中心左側(cè)偏移,此時,2號瓦左下側(cè)瓦是軸承的主要承力瓦。GV1,GV2開度增加時,左下瓦承受的載荷也因不平衡汽流力的增大而增加,轉(zhuǎn)子與軸瓦之間的間隙變小,進油油楔面積也隨之減小,軸承供油量減少引起軸瓦瓦溫升高。GV1,GV2全開時,左下瓦的承載達到最大,瓦溫也達到最高值。此后,GV3開度隨負荷的升高而增大,GV3進汽對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個指向右下方的汽流力,與GV1,GV2產(chǎn)生的氣流合力之間的夾角大于90°,使轉(zhuǎn)子受到的總的橫向附加汽流力減小,轉(zhuǎn)子中心逐漸向右下方浮動,左下瓦負載減小,供油量增加,左下瓦瓦溫也隨之下降;轉(zhuǎn)子中心向右側(cè)移動,右下側(cè)軸瓦負載增加,瓦溫相應(yīng)升高。即左下側(cè)瓦瓦溫和右下側(cè)瓦瓦溫隨負荷變化此消彼長。綜上可知,機組負荷變化時,閥門開度相應(yīng)進行調(diào)整,蒸汽產(chǎn)生的不平衡汽流力引起轉(zhuǎn)子中心位置變化,改變軸瓦負載和軸承供油量變化,最終導(dǎo)致2號瓦瓦溫變化。軸振主要受油膜剛度、軸瓦間隙的影響,因2號瓦軸振不是影響機組安全運行的主要因素,在此不展開討論。3閥門開度調(diào)整試驗從上節(jié)2號瓦瓦溫高原因分析可知,不平衡汽流力影響轉(zhuǎn)子中心位置是引起瓦溫變化的主要原因。為驗證上述分析正確與否,進行機組穩(wěn)定負荷情況下的閥門開度調(diào)節(jié)試驗。從表1可知,機組負荷在400MW左右時,2號瓦溫度最高。進行試驗時,將機組負荷穩(wěn)定在400MW,保持GV4全程保持關(guān)閉,GV1,GV2開度自動,其他運行參數(shù)基本保持不變。將GV3采用手動控制的方式使開度從5%逐步調(diào)整至25%。試驗過程中,GV3開度增加時,GV1,GV2開度相應(yīng)減小。左下側(cè)瓦瓦溫降低,右下側(cè)瓦瓦溫升高,如表2所示。試驗結(jié)果與上節(jié)力學(xué)分析結(jié)果一致。閥門開度調(diào)整過程影響汽流力大小和方向,GV3開度增加產(chǎn)生的汽流力導(dǎo)致左下瓦負載減小、右下瓦負載增大。GV1,GV2開度減小也會引起左下瓦負載減小,進而引起左下瓦瓦溫降低、右下瓦瓦溫升高。上述閥門開度調(diào)整試驗驗證了2號瓦瓦溫高原因分析的正確性。對于該廠4號機組而言,負荷低于500MW時,2號瓦左下側(cè)瓦瓦溫偏高,是威脅機組安全運行的主要因素,因此,左下側(cè)瓦溫是調(diào)整和控制的重點。通過以上瓦溫高原因分析和閥門開度調(diào)整試驗可知,通過調(diào)整閥門開度改變轉(zhuǎn)子中心位置,實現(xiàn)對軸瓦瓦溫的動態(tài)調(diào)整。現(xiàn)場處理時,采用基于三閥控制的單閥調(diào)節(jié)方式對瓦溫進行動態(tài)調(diào)整,作為停機檢修前瓦溫超標(biāo)的臨時解決方案。詳細處理過程如下:首先將負荷降低至340MW左右,機組由順序閥調(diào)節(jié)切換為單閥調(diào)節(jié);退出熱工設(shè)定的閥門開度隨負荷變化指令,GV1,GV2,GV3投自動,GV4投手動;隨后的升負荷過程中,逐漸減小GV4開度直至全關(guān),GV1,GV2,GV3開度保持一致;蒸汽額定參數(shù)狀態(tài)下,GV1,GV2,GV3開度達到100%時,機組的負荷為590MW;為使機組能帶到更高負荷,將主蒸汽和再熱蒸汽壓力偏置0.3MPa,機組順利帶滿額定負荷600MW。機組負荷上升過程中,2號瓦瓦溫、閥門開度、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力等參數(shù)的變化部分特征數(shù)據(jù)見表3。采用只開三閥的單閥調(diào)節(jié)過程中,左下側(cè)瓦瓦溫隨著負荷增加有降低的趨勢,右下瓦瓦溫則隨負荷增加先升高后降低;左下側(cè)瓦瓦溫全負荷最高點在400MW負荷左右也只有90.4℃,相比機組正常閥序控制下的最高溫度105.5℃調(diào)整前低了15.1℃,降幅明顯,且右下側(cè)瓦瓦溫最高也只有94.3℃。機組瓦溫回落到基本正常水平,與瓦溫高報警值107℃相比安全裕度大大地增加了,機組運行的安全與可靠性也得到了有效保障。4閥門開度調(diào)整試驗從高中壓轉(zhuǎn)子受力出發(fā),定性分析了閥門開度變化對某600MW機組轉(zhuǎn)子中心位置的影響,指出轉(zhuǎn)子中心位置變化導(dǎo)致軸瓦負載增