汽輪機汽流激振

汽輪機汽流激振文稿歸稿存檔編號：［KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

第十六節(jié)氣流激振據(jù)國外資料報導(dǎo)在300MW和500MW機組上曾發(fā)生過幾起汽流激振的例子。為了能較快地對這一種振動做出確切的診斷并制定有效的消振對策，下面將分別討論汽流激振機理、特征和消振對策。2.16.1汽流激振機理這種振動是近十幾年內(nèi)在大容量高壓汽輪機上發(fā)現(xiàn)的新問題，國處除對其振動機理進行過理論探討外，一些國家，例如西德和美國，還建立了模擬置進行有關(guān)參數(shù)的測試，從其試驗研究結(jié)果看，引起汽流激振的機理主要是由于密封間隙內(nèi)壓力徑向分布不均和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩徑向不平衡，下面具體討論這兩種激振力引起振動的機理。首先將軸封簡化如圖所示的兩個齒，分別表示密封蒸汽入口和出口，軸封腔室內(nèi)的壓力在溫度一定時，正比于腔室內(nèi)的流量，假定轉(zhuǎn)子在靜止位置時前后齒的徑向間相等，蒸汽流入量等于流出量，腔室內(nèi)無環(huán)流。若出口間隙小于入口間隙，如圖，當轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向位移時（這是所有自激振動的首要前提），出口齒通流面積的相對變化比入口齒通流面積相對變化林大，如果轉(zhuǎn)子徑向位移使該方向軸封間隙增大，則出口齒面積與入口齒面積這比也靜止時的增大了，蒸汽流出量大于流入量，軸封腔室內(nèi)壓力降低；反之，則會增高。由于轉(zhuǎn)子的慣性作用，軸子位移和壓力變化不是同步的，即轉(zhuǎn)子向上位移到最高位置時，上部間隙為最小，但此時腔室內(nèi)壓力不是最高的；當轉(zhuǎn)子從上部回到靜止位置附近時，上部腔室內(nèi)壓力才是最高的。這樣轉(zhuǎn)子上下注會形成一個壓差，促使轉(zhuǎn)子從靜止位置繼續(xù)向下運動，而使轉(zhuǎn)子不能在位置上停留。在轉(zhuǎn)子繼續(xù)向下運動的過程中，這種慣性滯后作用使下部腔室內(nèi)壓力乂開始增加，這種汽體壓將促使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生位移，形成渦動，由于渦動是汽流引起的，故稱它為汽流激振。當軸封間隙如圖所示，情況則正好相反，軸封腔室內(nèi)的壓變化引起的力乂阻礙轉(zhuǎn)子移動，使轉(zhuǎn)子趨于穩(wěn)定。上述分析的腔室內(nèi)壓差變化引起轉(zhuǎn)子渦動力的分解，如圖所示。當5m1>6m2時，腔壓差作用在轉(zhuǎn)子上使轉(zhuǎn)子發(fā)生位移的力，該力與轉(zhuǎn)子彈性恢復(fù)力之間夾角為①，①一般為0-90。。此位移力可分解為一個與轉(zhuǎn)子彈性恢復(fù)力方向相同的力；另一個與阻尼力相反的力，起負阻尼作用，當此力大于系統(tǒng)阻力時，轉(zhuǎn)子便會產(chǎn)生自激振動。當6m1<6m2時，腔室內(nèi)壓差作用在轉(zhuǎn)子上的位移力正好與上述相反，如圖所示，此力也可分解為兩個力，一個與轉(zhuǎn)子不平衡離心力方向相同；另一個與系統(tǒng)阻尼力方向相同，由此增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。上述分析的軸封是兩個齒，實際軸封是多個齒，而且是連續(xù)的，即前一個齒的出口，即為下一個齒的入口，而且靜止部分也有齒，但是拿其中一們單元來說，仍符合上述假定。而且軸封雖是由連續(xù)齒構(gòu)成的，但將其調(diào)整成喇叭形，即高壓端間隙大于低壓端時，就符合了每個齒出口間隙小于入口間隙的假定。由模擬裝置實測證明，由于軸封腔室內(nèi)徑向壓差引起原轉(zhuǎn)子渦動力比直觀想像要大得多。由于機組安裝、運行中汽缸跑偏、轉(zhuǎn)子徑向位移等原因，轉(zhuǎn)子相對于汽缸將發(fā)生偏移，造成蒸汽在轉(zhuǎn)子上做的功徑向分布不平衡，引起轉(zhuǎn)子渦動。轉(zhuǎn)矩不平衡引起轉(zhuǎn)子渦動力的分解所示。徑向間隙小的一側(cè)因損失較小，蒸汽做功大于間隙大的一側(cè)，由此使轉(zhuǎn)子形成的轉(zhuǎn)矩不平衡，此不平衡轉(zhuǎn)矩可分解為一個作用在圓周上引起轉(zhuǎn)了旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩和一個作用在轉(zhuǎn)子中心上的不平衡力，此力與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，并與阻尼相反，起負阻尼作用，當此力大于系統(tǒng)阻尼力時，轉(zhuǎn)子便會產(chǎn)生自激振動。當轉(zhuǎn)子中心偏移汽缸中心不大時，汽隙激振力近似與轉(zhuǎn)子偏移量、功率成正比，而與葉片高度和線速度成反比，若此激振力以相對值s表示，則s=fAP/ul式中??？s一汽隙激振系數(shù)△?一轉(zhuǎn)子中心偏移汽缸中心的位移量；P――轉(zhuǎn)子輸出功率；U一葉片平均線速度；l 動葉高度。由上式可見，汽流激振容易發(fā)生在大功率、葉片較小的高壓轉(zhuǎn)子上，加之高壓轉(zhuǎn)子質(zhì)量較小，在不大的激振力作用下，會引起較顯著的渦動。2.16.2汽流激振特征（1） 振動頻率低于轉(zhuǎn)子工作頻率從國外現(xiàn)場實測結(jié)果來看，振動頻率如表2—1指出的那樣，與轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速相對應(yīng)。國內(nèi)報導(dǎo)過的50MW和200MW機組上發(fā)生的低頻振動，開始懷疑是汽流激振，但其振動頻率為0.5（轉(zhuǎn)子工作頻率），與汽流激振頻率不符。（2） 振動有良好的再現(xiàn)性由汽流激振機理可知，其激振力不論是由軸封腔室內(nèi)壓差引起的，還是由轉(zhuǎn)矩徑向不平衡引起的，其引起轉(zhuǎn)子渦動的力都與蒸汽流量直接有關(guān)，即與機組有功負荷有關(guān)，因此一旦在某一負荷下發(fā)生汽流激振，必然人會隨蒸汽流量的增大而加??；相反，在小于某一流量下會消失，在以后某次升負荷和減負荷過程中將會有著良好的再現(xiàn)性。（3） 只能在大容量汽輪機高壓轉(zhuǎn)子上發(fā)生從振動機理來說，有一定量的激振力才能形成渦動。由摸擬實驗和國外機組運行經(jīng)驗證明，從量值來說，這種不穩(wěn)定力在較大容量汽輪機高壓轉(zhuǎn)子上才能形成。國內(nèi)在國產(chǎn)200MW機組的3、4瓦上發(fā)生的低頻振動，曾有人懷疑是汽流激振，但這兩個軸瓦是汽輪機中、低壓轉(zhuǎn)子的軸瓦，從汽流激振能量來說，引起汽流激振的可能性不大。汽流激振診斷難點主要是要與軸瓦自激振動、分諧波共振相區(qū)分，這三種振動特征主要差別見表2—5。目前由于這種振動在國內(nèi)還未發(fā)生過，因此其特征和診斷經(jīng)驗尚待在實踐中積累、總結(jié)和提煉。2.16.3消振對策由汽流激振機理可知，消除這種振動的對策不外乎從減少激振力和增加系統(tǒng)阻尼兩個方面入手，就現(xiàn)階段來說，增加系統(tǒng)阻尼還只能從支承系統(tǒng)增加，具體對策如下：1）調(diào)整汽缸和轉(zhuǎn)子中心，避免運行中轉(zhuǎn)子和汽缸中心發(fā)生明顯偏移。2）增大轉(zhuǎn)子與隔板之間的軸向間隙。由計算和實驗得到隨著噴嘴、靜葉與動葉之間的軸向間隙的增大，可以顯著地減少汽流渦動的激振力，但由此會明顯降低汽輪機的內(nèi)效率。3