淺談小型汽輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)的原因

張愛民

（創(chuàng)冠環(huán)?！粗袊涤邢薰?福建 廈門 361004）

汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是由轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu)、 傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋裝置組成，主要作用是通過對汽輪機(jī)進(jìn)汽量的調(diào)整，使汽輪機(jī)的輸出功率和電負(fù)荷保持平衡。 但是在實(shí)際的運(yùn)行工作中，由于制造、安裝、檢修和運(yùn)行中的一些問題，調(diào)速系統(tǒng)會出現(xiàn)一些異常情況，特別是調(diào)速系統(tǒng)的擺動(dòng)是運(yùn)行中的常見問題，給設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患。 所謂調(diào)節(jié)系統(tǒng)的擺動(dòng)是指汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速或負(fù)荷等不能維持相對的穩(wěn)定，而是產(chǎn)生了較大的波動(dòng)。 調(diào)節(jié)系統(tǒng)擺動(dòng)的原因較多且較為復(fù)雜，這里僅列舉幾種常見的情況，如下：

1 從調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身分析負(fù)荷擺動(dòng)的原因

1.1 透平油品質(zhì)不良對調(diào)速系統(tǒng)擺動(dòng)的影響

透平油的品質(zhì)對調(diào)速系統(tǒng)工作的影響是普遍的，也是根本性的。 油質(zhì)差，既影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性，也影響動(dòng)態(tài)性能，必須引起足夠的重視，務(wù)必保持運(yùn)轉(zhuǎn)中機(jī)組的透平油品質(zhì)合格。 透平油品質(zhì)不良主要包括油的透明度差，機(jī)械雜質(zhì)多，特別是堅(jiān)硬的固體顆粒，以及由于軸封漏汽導(dǎo)致的油中帶水等。 其中的機(jī)械雜質(zhì)，比如焊渣、氧化皮、金屬屑、砂粒、灰塵等，極易引起調(diào)速系統(tǒng)的卡澀，使各個(gè)調(diào)節(jié)部件工作不協(xié)調(diào)，引起汽輪機(jī)錯(cuò)油門滑閥動(dòng)作不正常，造成汽輪機(jī)負(fù)荷波動(dòng)。 保證透平油品質(zhì)合格，首先在機(jī)組調(diào)試前，就要認(rèn)真按規(guī)范要求做好油循環(huán)工作，確保油質(zhì)達(dá)到要求。 對油系統(tǒng)中的盲管進(jìn)行技改，防止停機(jī)時(shí)盲管里的機(jī)械雜質(zhì)回流到油系統(tǒng)中。 其次，運(yùn)行中要對前后汽封進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，防止汽封冒汽過大，導(dǎo)致油中含水。 嚴(yán)格執(zhí)行油務(wù)監(jiān)督制度，發(fā)現(xiàn)油質(zhì)不合格，及時(shí)投入濾油設(shè)備進(jìn)行濾油。

1.2 油壓波動(dòng)造成調(diào)速系統(tǒng)擺動(dòng)的影響

（1）因?yàn)閷θ簤赫{(diào)節(jié)系統(tǒng)的機(jī)組而言，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的脈沖信號取自主油泵出口油壓的變化。 當(dāng)主油壓變化時(shí)，脈沖油壓也隨之變化，經(jīng)放大后的油壓也隨著波動(dòng)，從而引起調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)荷波動(dòng)。 一般來講，引起調(diào)速系統(tǒng)油壓波動(dòng)原因主要是主油泵本身工作不穩(wěn)定造成的；另外當(dāng)油系統(tǒng)混入空氣時(shí)，由于空氣的可壓縮性能，導(dǎo)致油壓波動(dòng)，對調(diào)速系統(tǒng)的油壓穩(wěn)定影響較大。 因此，在運(yùn)行中注油器應(yīng)工作正常，保證主油泵入口壓力，另外，在開機(jī)前應(yīng)首先啟動(dòng)低壓潤滑油泵，運(yùn)行一段時(shí)間后再啟動(dòng)高壓電動(dòng)油泵運(yùn)行一段時(shí)間，進(jìn)一步驅(qū)趕調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部套及油路中的空氣，一般要求潤滑油泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不少于10min。

（2）抽汽式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)有兩路脈沖油：高壓脈沖油和低壓脈沖油。 高壓脈沖油控制調(diào)速器油動(dòng)機(jī)，低壓脈沖油控制旋轉(zhuǎn)隔板油動(dòng)機(jī)。 低壓脈沖油在調(diào)壓器內(nèi)形成。 調(diào)壓器離旋轉(zhuǎn)隔板油動(dòng)機(jī)較遠(yuǎn)，低壓脈沖油信號管細(xì)而長，容易造成信號傳遞的失真。 另一方面，由于低壓錯(cuò)油門上部腔室接往油泵組的回油，回油管也比較細(xì)長，而且彎道扁道較多，再者，回油管路的標(biāo)高與油箱標(biāo)高相差較小，這樣，使得回油不易暢通甚至形成管內(nèi)一定的正壓，當(dāng)回油時(shí)多時(shí)少時(shí)，管內(nèi)壓力也時(shí)高時(shí)低。 因此低壓錯(cuò)油門滑閥上下作用著完全不是按調(diào)節(jié)要求的脈沖壓力。 造成了工作的紊亂，旋轉(zhuǎn)隔板油動(dòng)機(jī)也因之而工作失常， 引起旋轉(zhuǎn)隔板油動(dòng)機(jī)的大幅擺動(dòng)，調(diào)速器油動(dòng)機(jī)也跟著大幅擺動(dòng)。 脈沖油壓形成過程不穩(wěn)定時(shí)，從根本上產(chǎn)生了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素。

1.3 調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度變動(dòng)率和遲緩率的影響

汽輪機(jī)負(fù)荷與轉(zhuǎn)速擺動(dòng)大小與速度變動(dòng)率δ， 遲緩率ε的大小有密切關(guān)系，一般可從下式進(jìn)行估算：

a）機(jī)組負(fù)荷擺動(dòng)值：

ΔN=Neε/δ（千瓦）

式中：Ne——機(jī)組額定功率

ε——調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率

δ——速度變動(dòng)率

如機(jī)組額定功率Ne=15000 千瓦 速度變動(dòng)率δ= 5.5%遲緩率ε= 0.15%

則機(jī)組負(fù)荷擺動(dòng)值為: Δ=15000×（0.15/5.5）=409.09 千瓦

b）機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值：

如機(jī)組額定轉(zhuǎn)速3000 轉(zhuǎn)／分 遲緩率0.15%

則Δn＝3000 X 0.15 %= 4.5 轉(zhuǎn)／分

從以上計(jì)算分析可知：機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行，要使運(yùn)行穩(wěn)定，則機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率ε 愈小愈好，而速度變動(dòng)率δ 愈大愈好，但速度變動(dòng)率越大，對機(jī)組動(dòng)態(tài)甩負(fù)荷特性不利，因此一般速度變動(dòng)率只取3－6%左右。 遲緩率過大，使得調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)作嚴(yán)重滯后于轉(zhuǎn)速的變化，造成負(fù)荷擺動(dòng)（或孤立運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)）。 因此為保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，對遲緩率提出嚴(yán)格要求。 引起遲緩率過大的原因有：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接處發(fā)生磨損；錯(cuò)油門彈簧作用力偏斜，使滑閥移動(dòng)的阻力增大；錯(cuò)油門、閥碟、油動(dòng)機(jī)等發(fā)生卡澀或銹蝕等。 因此，為避免系統(tǒng)的遲緩率過大，主要依靠嚴(yán)格的檢修維護(hù)工作。

1.4 調(diào)門重疊度對負(fù)荷擺動(dòng)的影響

調(diào)節(jié)汽門重疊度不正確。 調(diào)節(jié)汽門重疊度過大或過小甚至存在空行程都對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響。 重疊度過大相當(dāng)于在某段負(fù)荷內(nèi)，同時(shí)有兩個(gè)調(diào)節(jié)汽門都在有效地控制流量，因而在這段負(fù)荷內(nèi)，油動(dòng)機(jī)行程或調(diào)節(jié)汽門行程不大的變化，便引起較大的功率變化，因而極易引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)擺動(dòng)，同時(shí)也會增加節(jié)流損失。 重疊度過大引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)擺動(dòng)的特點(diǎn)是具有明顯的定點(diǎn)性，即擺動(dòng)都發(fā)生在相鄰的兩個(gè)調(diào)節(jié)汽門交接處所對應(yīng)的負(fù)荷，超過這一負(fù)荷，便能重新趨向穩(wěn)定。重疊度過小甚至存在空行程,則較小的功率變化便對應(yīng)著很大的調(diào)節(jié)汽門升程改變量，重疊度太小還使油動(dòng)機(jī)的工作行程增大，因而減少了油動(dòng)機(jī)的富裕行程。 從以上分析來看，調(diào)節(jié)汽門重疊度不宜過大，也不能太小，所以應(yīng)有一個(gè)合適的范圍。 經(jīng)驗(yàn)表明，在前一個(gè)調(diào)節(jié)汽門開啟到其門后的壓力為門前壓力的90%時(shí)， 后一個(gè)調(diào)節(jié)汽門即開啟為最合理。

1.5 錯(cuò)油門過封度對負(fù)荷擺動(dòng)的影響

對于斷流放大機(jī)構(gòu)的錯(cuò)油門滑閥，保證適應(yīng)的過封度是十分重要的，因?yàn)闄C(jī)組運(yùn)行的轉(zhuǎn)速并不是絕對穩(wěn)定的，其脈沖油壓實(shí)際上也是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)的，即使在轉(zhuǎn)速不變的情況下，脈沖油壓的波動(dòng)也是不可避免的，這是由于油管中的渦流、主油泵供油壓力的脈動(dòng)等引起的，所以滑閥實(shí)際上也是在一定的幅度內(nèi)波動(dòng)的。 因此，一定的過封度是避免油動(dòng)機(jī)擺動(dòng)的有效措施。 適當(dāng)?shù)倪^封度是必要的，但過封度太大，則使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率增大。 錯(cuò)油門過封度的數(shù)值一定要符合檢修的規(guī)定。

1.6 油動(dòng)機(jī)提升力不夠，也是造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的重要因素

在一些機(jī)組上加大了油動(dòng)機(jī)直徑后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性立即得到了改善，并能投入正常運(yùn)行。

1.7 其它方面的原因

部套裝配情況不好； 旋轉(zhuǎn)隔板油動(dòng)機(jī)與下部底板之間的紙板墊被沖壞或原來剪樣有錯(cuò)；調(diào)門連桿松動(dòng)；蒸汽初、終參數(shù)的變化等，在發(fā)生油動(dòng)機(jī)的擺動(dòng)時(shí)，這些部分應(yīng)首先檢查。

2 從熱網(wǎng)方面分析擺動(dòng)的原因

2.1 單機(jī)供熱要比熱網(wǎng)供熱條件差。 單機(jī)供熱時(shí)，有時(shí)熱負(fù)荷的變動(dòng)是跳躍式的，更不利于調(diào)壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定。 在這種場合下，建議在熱網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)采用蓄能器，這樣無論對汽輪機(jī)供熱，還是生產(chǎn)流程中用汽，都能收到良好的效果。

2.2 供熱壓力不易過高， 特別是在機(jī)組帶較低的電負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)高壓部分汽壓較低，如果供熱壓力偏高，汽輪機(jī)高壓部分級后壓差變小，幾乎與抽汽室壓力相平。 這樣，在抽汽壓力稍有變化時(shí)，汽輪機(jī)高壓部分容易造成“阻塞”現(xiàn)象。 這將引起汽輪機(jī)功率的突變和抽汽室壓力的突變，使調(diào)壓系統(tǒng)工作失常。 因此建議，調(diào)壓系統(tǒng)的投入過程盡可能地緩慢些，。調(diào)壓器投入時(shí)，熱網(wǎng)的壓力要求比較穩(wěn)定。 根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際投入情況來看，在額定負(fù)荷的二分之一到三分之二時(shí)，投入調(diào)壓器比較合適。

3 結(jié)論

總之，引起機(jī)組負(fù)荷擺動(dòng)的原因是很復(fù)雜的，不可能統(tǒng)統(tǒng)說清楚，遇到情況，要冷靜分析，根據(jù)現(xiàn)象，結(jié)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理，一部分一部分地解決問題。

［1］王朝柱.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定分析[J].黑龍江科技信息，2008，9.

［2］劉愛蓮.淺析汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)常見缺陷及解決方案[J].中國科技教育理論版，2011，12.