600mw亞臨界汽輪機(jī)配汽方式振動(dòng)分析

600mw亞臨界汽輪機(jī)配汽方式振動(dòng)分析

上海某汽輪廠生產(chǎn)的n6-16.7、538-538和600mw機(jī)車(chē)組，在單閥和序列閥的控制模式轉(zhuǎn)變中，1.2號(hào)軸瓦的振動(dòng)顯著增加，同時(shí)，瓦溫顯著增加，負(fù)荷波動(dòng)較大。因此,自投產(chǎn)以來(lái)機(jī)組只能采用單閥控制方式調(diào)節(jié)運(yùn)行,導(dǎo)致調(diào)節(jié)級(jí)節(jié)流損失增大,高壓缸效率較低,嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行的安全經(jīng)濟(jì)性。為確保5號(hào)機(jī)組調(diào)節(jié)閥單閥至順序閥控制方式成功切換,對(duì)調(diào)節(jié)閥切換過(guò)程的機(jī)組振動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試,并對(duì)導(dǎo)致振動(dòng)明顯增大、瓦溫偏高的原因進(jìn)行了分析。本文在對(duì)5號(hào)機(jī)組1～4號(hào)調(diào)節(jié)閥特性進(jìn)行了試驗(yàn)后,重點(diǎn)分析了調(diào)節(jié)閥控制方式對(duì)軸承溫度及振動(dòng)的影響,結(jié)合實(shí)測(cè)的閥門(mén)流量特性對(duì)DEH邏輯中單閥切換順序閥控制的參數(shù)、邏輯等進(jìn)行了修改,確定了GV1+GV4→GV2→GV3的調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟順序。運(yùn)行結(jié)果表明,改進(jìn)后的配汽方式消除了調(diào)節(jié)閥切換過(guò)程中振動(dòng)大、瓦溫高的故障,在確保機(jī)組運(yùn)行安全性的同時(shí)有效地提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。1振動(dòng)特性與原因分析1.1順序閥控制原理該亞臨界600MW機(jī)組為引進(jìn)美國(guó)西屋公司技術(shù)設(shè)計(jì)而成,調(diào)節(jié)閥共4個(gè),原設(shè)計(jì)順序閥控制方式運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟順序?yàn)?閥GV3、GV4先同時(shí)開(kāi)啟,然后是GV1,最后是GV2,TV1、TV2為主汽閥,如圖1所示。如圖2所示,5號(hào)機(jī)組原設(shè)計(jì)在450MW負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)閥控制切換為順序閥運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子軸振增加40μm以上,主要以低頻分量為主。同時(shí),2號(hào)軸瓦溫度較閥切換前增加15℃,嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。通過(guò)該機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特征可知,1、2號(hào)軸瓦在閥切換過(guò)程發(fā)生振動(dòng)突增現(xiàn)象時(shí),與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的1倍頻的幅值和相位均保持穩(wěn)定,振動(dòng)變化的頻率低于工作轉(zhuǎn)速頻率(轉(zhuǎn)頻),頻譜上的低頻最大峰值集中在0.5～0.6轉(zhuǎn)頻。1.2閥序?qū)D(zhuǎn)子振動(dòng)的影響軸系產(chǎn)生突發(fā)性低頻振動(dòng)的原因主要有油膜振蕩和汽流激振兩類(lèi),二者均屬于不穩(wěn)定自激振動(dòng)。自激振動(dòng)的能量來(lái)源于系統(tǒng)本身運(yùn)動(dòng)中獲取的能量,如果系統(tǒng)阻尼所消耗的能量小于該能量,將引發(fā)系統(tǒng)的自激振動(dòng),振幅將迅速增加,對(duì)機(jī)組危害非常大。對(duì)于5號(hào)機(jī)組在閥切換過(guò)程產(chǎn)生的振動(dòng)激增現(xiàn)象,需要通過(guò)分析確認(rèn)影響軸系振動(dòng)的原因,以便采取相應(yīng)的處理措施抑制振動(dòng)的激增。機(jī)組采用單閥運(yùn)行時(shí),噴嘴組由于各調(diào)節(jié)閥開(kāi)度一致,為全周進(jìn)汽,轉(zhuǎn)子受力均衡;當(dāng)采用順序閥運(yùn)行時(shí),蒸汽除做功產(chǎn)生推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的扭矩外,由于噴嘴組部分進(jìn)汽的不均勻,汽流還將產(chǎn)生附加的激振力,在某些特定工況下此激振力可能造成軸系失穩(wěn)振動(dòng)急劇增加。汽流激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率為低頻分量,當(dāng)此激勵(lì)分量頻率與轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速相當(dāng)時(shí),汽流激勵(lì)將引起轉(zhuǎn)子的劇烈振動(dòng),但在絕大多數(shù)情況下,自激振動(dòng)成分以接近一半的工作轉(zhuǎn)速頻率分量為主。汽流激振通常與機(jī)組所帶的負(fù)荷有關(guān),主要產(chǎn)生于大容量高參數(shù)機(jī)組的高壓和高中壓轉(zhuǎn)子上,軸系振動(dòng)對(duì)負(fù)荷較為敏感,同時(shí)與調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟順序(簡(jiǎn)稱(chēng)為閥序)和開(kāi)度有關(guān),通過(guò)對(duì)換或開(kāi)關(guān)有關(guān)調(diào)節(jié)閥能夠避免低頻振動(dòng)的發(fā)生或減小低頻振動(dòng)的幅值。設(shè)計(jì)閥序的轉(zhuǎn)子受力分析如圖3所示。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷為300MW時(shí),GV3和GV4同時(shí)開(kāi)啟,開(kāi)度均為37%,此時(shí)GV1和GV2關(guān)閉,轉(zhuǎn)子汽流作用力方向?yàn)樗狡蛴蚁?當(dāng)機(jī)組負(fù)荷為450MW時(shí)切換為順序閥開(kāi)啟,GV3和GV4開(kāi)度為98%,此時(shí)GV1開(kāi)度為15%,GV2關(guān)閉,轉(zhuǎn)子汽流作用力較負(fù)荷300MW時(shí)降低,作用力方向?yàn)樗狡蛴疑?。因?在單閥切為順序閥后,轉(zhuǎn)子中心位置發(fā)生偏移,這一偏移使主軸在軸承中的側(cè)隙發(fā)生變化(圖4),進(jìn)油側(cè)間隙大為減小,導(dǎo)致瓦溫升高。此外,轉(zhuǎn)子中心的偏移也將通過(guò)汽流激勵(lì)影響軸系振動(dòng):(1)蒸汽在葉頂徑向間隙中的漏汽流量不均勻,將對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生切向分力即Alford力,稱(chēng)為葉頂間隙激振;(2)端部軸封、圍帶汽封及隔板汽封等處,因徑向間隙不均勻?qū)a(chǎn)生壓力渦動(dòng),使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生自激振動(dòng);(3)由于采用閥序控制,調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴組的部分進(jìn)汽度發(fā)生改變會(huì)改變軸承的負(fù)荷,使其重新分配進(jìn)而改變軸承的動(dòng)特性,特別是在GV3和GV4開(kāi)啟其它閥關(guān)閉或GV1開(kāi)度小時(shí),閥序及調(diào)節(jié)閥開(kāi)度對(duì)軸振的影響有決定性作用。由上述振動(dòng)特征分析,判斷在閥序切換過(guò)程中5號(hào)機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子存在較為明顯的汽流激振現(xiàn)象,導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)劇烈變化。從轉(zhuǎn)子振動(dòng)和穩(wěn)定性分析可知,要減小汽流激振的影響可以從增大系統(tǒng)阻尼和減小汽流激振力兩方面進(jìn)行。5號(hào)機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子采用可傾瓦軸承,從同類(lèi)型機(jī)組的振動(dòng)數(shù)據(jù)分析,該軸承穩(wěn)定性較好,能夠提供足夠大的系統(tǒng)阻尼;通過(guò)改變汽封結(jié)構(gòu)和間隙來(lái)減小汽流激振力需要大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和相關(guān)理論計(jì)算,停機(jī)處理周期較長(zhǎng)。為此,采用有利于軸系穩(wěn)定性的閥序是解決該機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題的有效手段。2流量試驗(yàn)2.1閥序試驗(yàn)為確定合理的閥序,對(duì)調(diào)節(jié)閥特性進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)中通過(guò)單閥控制方式下手動(dòng)改變調(diào)節(jié)閥閥位,測(cè)取調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線(xiàn)。通過(guò)試驗(yàn),掌握在不同的閥序下機(jī)組振動(dòng)、瓦溫、高壓上下缸溫差、推力瓦溫、脹差等參數(shù)變化情況,比較不同閥序?qū)C(jī)組安全運(yùn)行的影響,確定合適的閥序。試驗(yàn)過(guò)程:(1)將5號(hào)機(jī)組負(fù)荷調(diào)整到480MW穩(wěn)定運(yùn)行半小時(shí);(2)機(jī)組退出一次調(diào)頻,退出AGC,退出CCS方式,退出汽輪機(jī)主控;(3)將GV1～GV4切為手動(dòng)控制,逐個(gè)緩慢改變調(diào)節(jié)閥閥位,進(jìn)行調(diào)節(jié)閥特性試驗(yàn);(4)隨著各調(diào)節(jié)閥閥位的變化,負(fù)荷在360～540MW之間緩慢變化;(5)試驗(yàn)期間,維持主蒸汽壓力為16.62MPa。為防止主蒸汽壓力波動(dòng),試驗(yàn)期間停止鍋爐吹灰。試驗(yàn)期間機(jī)組運(yùn)行正常,所有安全監(jiān)視參數(shù)均未超標(biāo)。2.2系統(tǒng)開(kāi)度調(diào)整觀察1、2號(hào)軸承的最高瓦溫變化情況,關(guān)閉GV4時(shí)的瓦溫是69.97℃,關(guān)閉GV3時(shí)的瓦溫是83.52℃,關(guān)小GV2到10%開(kāi)度時(shí)的瓦溫是83.92℃,關(guān)閉GV1時(shí)的瓦溫是81.41℃。比較1、2號(hào)軸承處的軸振(圖5),在其它調(diào)節(jié)閥開(kāi)度保持不變,僅緩慢改變一個(gè)調(diào)節(jié)閥閥位,發(fā)現(xiàn)當(dāng)GV2和GV4在各自開(kāi)度接近全關(guān)時(shí),1號(hào)軸振達(dá)到最大,而高壓轉(zhuǎn)子在該狀態(tài)下汽流作用力對(duì)動(dòng)靜間隙影響也最大,因此GV2和GV4在閥序的選擇中應(yīng)提前開(kāi)啟。原設(shè)計(jì)閥序開(kāi)啟時(shí)轉(zhuǎn)子受力分析,采用對(duì)稱(chēng)同時(shí)開(kāi)啟的方式將大大減少順序閥開(kāi)啟中動(dòng)靜之間的不同心,確定首先同時(shí)開(kāi)啟GV1、GV4,然后是GV2,最后是GV3。重疊度選取時(shí)通常要綜合考慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。一般而言,重疊度大,則調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失大,經(jīng)濟(jì)性差;重疊度小,則會(huì)使調(diào)節(jié)閥總流量特性的線(xiàn)性度變差,影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)GV1、GV4和GV2、GV3總流量特性曲線(xiàn),將GV1、GV4開(kāi)啟至45%開(kāi)度左右時(shí),逐漸開(kāi)啟GV2,當(dāng)GV2開(kāi)啟至45%開(kāi)度左右時(shí)開(kāi)啟GV3,開(kāi)啟過(guò)程特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖6。3單閥向順序閥切換試驗(yàn)根據(jù)上述分析并結(jié)合實(shí)測(cè)的閥門(mén)流量特性對(duì)DEH邏輯中單閥切換為順序閥控制的參數(shù)、邏輯等進(jìn)行修改后,采用GV1+GV4→GV2→GV3的閥序,對(duì)5號(hào)機(jī)組進(jìn)行了帶負(fù)荷下的單閥切換為順序閥、順序閥切換為單閥控制、高壓缸在單閥以及順序閥控制的運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定性及缸效率試驗(yàn)。機(jī)組帶負(fù)荷狀態(tài)下的單閥切換成順序閥控制試驗(yàn)前負(fù)荷452.6MW,試驗(yàn)中最高到461.1MW,最低至439.1MW。22:18:00穩(wěn)定至451.0MW,22:37:20順序閥開(kāi)始切換為單閥試驗(yàn),試驗(yàn)前機(jī)組負(fù)荷450.7MW,試驗(yàn)中最高到461.1MW,最低至434.6MW,22:45:12穩(wěn)定至445.5MW試驗(yàn)結(jié)束。在單閥向順序閥切換過(guò)程中,GV1和GV4按照?qǐng)D6的開(kāi)啟特性曲線(xiàn)開(kāi)度同時(shí)開(kāi)啟至97%,同時(shí)GV2關(guān)至17%,GV3逐漸關(guān)閉。從整個(gè)切換過(guò)程看,機(jī)組閥序切換過(guò)程中負(fù)荷波動(dòng)最大是+8.5MW、-13.5MW,順序閥運(yùn)行后總給煤量大約減少了2.97t/h,整個(gè)軸系振動(dòng)基本沒(méi)有變化,1、2號(hào)軸瓦和推力瓦瓦溫有所降低,其它TSI監(jiān)視振動(dòng)及膨脹等參數(shù)基本變化很小,在不同負(fù)荷下振動(dòng)和瓦溫?cái)?shù)據(jù)如表1所示,閥序切換試驗(yàn)取得了成功。3deh框架下的閥序優(yōu)化對(duì)某電廠5號(hào)亞臨界600MW機(jī)組在閥序切換試驗(yàn)中出現(xiàn)的振動(dòng)突增問(wèn)題的分析結(jié)果表明,由于閥序