亞臨界330 MW供熱機(jī)組汽流激振問題的研究及解決

張立民　孫建國(guó)　李東平　江飛 安祥瑞

摘 要：軸系穩(wěn)定性是火電機(jī)組安全高效運(yùn)行的一個(gè)重要因素，汽流激振引發(fā)的軸振突增問題是汽輪機(jī)重大安全隱患之一。本文針對(duì)一臺(tái)亞臨界300 MW級(jí)別供熱機(jī)組存在的軸振大范圍突增問題進(jìn)行研究，診斷結(jié)果認(rèn)為是由汽流激振引發(fā)的機(jī)組軸系失穩(wěn)。最終，采用對(duì)噴嘴進(jìn)汽規(guī)律重新優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案，解決了機(jī)組存在的由汽流激振導(dǎo)致的軸振突增故障；不僅改善了機(jī)組軸系的安全穩(wěn)定性狀況，而且還避免了停機(jī)所帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)損失。這對(duì)我國(guó)占主流的300 MW級(jí)別供熱機(jī)組的安全高效穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：亞臨界 330 MW 供熱機(jī)組 軸振突增 汽流激振 噴嘴進(jìn)汽 安全性

中圖分類號(hào)：TK269 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（a）-0217-02

目前，為了降低發(fā)電煤耗，火電機(jī)組是沿著大容量、高蒸汽初參數(shù)（壓力、溫度）、多壓力級(jí)數(shù)的方向發(fā)展[1，2]；但是，隨著級(jí)數(shù)的增加致使轉(zhuǎn)子的跨距增加、臨界轉(zhuǎn)速變低、軸系整體穩(wěn)定性下降，汽流激振對(duì)機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性的影響也日益突出。然而，通過實(shí)際案例剖析發(fā)現(xiàn)：汽流激振故障不僅容易在600 MW級(jí)別及其以上的超大型汽輪機(jī)上發(fā)生，也經(jīng)常發(fā)生在300 MW級(jí)別和200 MW級(jí)別的機(jī)組；并且致使機(jī)組發(fā)生降負(fù)荷或者限負(fù)荷運(yùn)行問題，極大地影響了機(jī)組的發(fā)電容量和經(jīng)濟(jì)性；并且，激振力也會(huì)對(duì)葉片和軸瓦的安全性、軸系的穩(wěn)定性等都會(huì)有不同程度的影響[3，4]。由于，新增供熱機(jī)組都是300 MW級(jí)別的且該級(jí)別機(jī)組在國(guó)內(nèi)發(fā)電機(jī)組占有很大的比例[5～7]，因此，300MW級(jí)別機(jī)組的汽流激振的機(jī)理分析研究與有效解決措施具有非常重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)際意義。目前，解決汽流激振的優(yōu)先考慮方法就是消除激振力保證軸系穩(wěn)定性，其次再考慮更換穩(wěn)定性較好的滑動(dòng)軸承或者更換阻尼更大的軸承；對(duì)于偶然出現(xiàn)的汽流激振則可考慮變真空、變潤(rùn)滑油溫等治理措施[3]。同時(shí)，許多研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)噴嘴進(jìn)汽規(guī)律設(shè)計(jì)不合理時(shí)，也可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)組投運(yùn)噴嘴調(diào)節(jié)方式時(shí)，在部分負(fù)荷區(qū)對(duì)軸系將產(chǎn)生很大的橫向汽流力，致使軸心位置和軸承工作特性等發(fā)生一定程度的改變，出現(xiàn)軸承失穩(wěn)、軸振幅值增加、甚至汽流激振等問題[7～8]。由于機(jī)組高調(diào)門進(jìn)汽方式在DEH閥門管理中，可以實(shí)現(xiàn)在線修改而不必停機(jī)；因此，調(diào)整噴嘴進(jìn)汽規(guī)律是一個(gè)首選而且值得推薦的治理汽流激振的有效方式。

1 軸系突增的故障表征

此亞臨界300 MW級(jí)別供熱機(jī)組大修之前，噴嘴調(diào)節(jié)方式的軸振等指標(biāo)都表現(xiàn)良好。然而，大修之后當(dāng)機(jī)組運(yùn)行至高負(fù)荷區(qū)間時(shí)，出現(xiàn)了軸振突增問題而瓦溫表現(xiàn)良好。如圖1所示，#1瓦的兩個(gè)軸振值基本維持在70 um和40 um左右。當(dāng)機(jī)組升負(fù)荷至260 MW左右時(shí)，#1瓦軸振值一個(gè)由70 um突增至110 um左右，另一個(gè)由40 um突增至70 um，增幅在50%左右。圖2～圖3分別為機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的閥門開度、功率以及汽壓等參數(shù)的變化趨勢(shì)圖。

2 故障的診斷及解決

2.1 軸振突增故障診斷

由圖1和圖3可以看出：此次軸振突增問題發(fā)生在高負(fù)荷區(qū)域和高壓轉(zhuǎn)子上，負(fù)荷增大時(shí)振動(dòng)繼續(xù)增大；由圖2和圖4可以看出：軸振突增也與主汽流的壓力和流量（高調(diào)門開度）密切相關(guān)，主汽壓降低或者高調(diào)門的開度變化時(shí)軸振值下降，表現(xiàn)出的陣發(fā)性振動(dòng)規(guī)律很強(qiáng)，這非常符合汽流激振故障的主要特征之一。

由于此亞臨界330 MW供熱機(jī)組高壓進(jìn)汽部分共有4個(gè)調(diào)節(jié)閥，對(duì)應(yīng)于4組噴嘴且每組汽道數(shù)目相同：上半缸從左到右對(duì)應(yīng)#2和#3高調(diào)門，下半缸從左到右對(duì)應(yīng)#4和#1高調(diào)門。采用全周進(jìn)汽時(shí)，高壓部分4個(gè)調(diào)節(jié)閥根據(jù)控制系統(tǒng)的指令按相同的閥位開啟，對(duì)應(yīng)于4組噴嘴同時(shí)進(jìn)汽；采用噴嘴配汽時(shí)，進(jìn)汽順序?yàn)?1+#2→#4→#3；從調(diào)速器端向發(fā)電機(jī)方向看，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針。并且，機(jī)組在單閥狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，4個(gè)調(diào)門開度一致，機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行平穩(wěn)不存在軸振突增問題，#1瓦的兩個(gè)軸振值都一個(gè)保持在65 um左右，而另一個(gè)保持在35 um左右。因此，考慮解決問題方法的可行性（操作實(shí)施的簡(jiǎn)易性及是否會(huì)造成停機(jī)等經(jīng)濟(jì)性損失），根據(jù)文獻(xiàn)9和10，決定采用調(diào)節(jié)噴嘴進(jìn)汽規(guī)律的方法來(lái)解決此軸振突增問題，進(jìn)汽順序調(diào)整為#3+#4→#1→#2。

2.2 采用噴嘴進(jìn)汽優(yōu)化解決軸振突增問題

首先，在機(jī)組DEH閥門管理中改入新的噴嘴進(jìn)汽規(guī)律；然后，通過實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證了方法的有效性：不僅解決了由汽流激振引發(fā)的軸振突增問題，而且避免了調(diào)整軸瓦標(biāo)高、汽封間隙等硬件需停機(jī)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。如圖5所示，為優(yōu)化后的機(jī)組在噴嘴調(diào)節(jié)方式下進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的#1瓦軸振時(shí)域圖，#1瓦的兩個(gè)軸振值基本維持在70 um和40 um以下，機(jī)組軸系穩(wěn)定性達(dá)到了大修前的良好指標(biāo)。如圖6～圖8所示，為機(jī)組變負(fù)荷過程的高調(diào)門開度、負(fù)荷以及汽壓變化的趨勢(shì)圖，當(dāng)主汽壓降低或者高調(diào)門的開度變化時(shí)機(jī)組#1瓦軸振值基本維持在一個(gè)穩(wěn)定變化的較小范圍內(nèi)。以上的機(jī)組運(yùn)行參數(shù)說明，此次運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整非常成功，達(dá)到了預(yù)期效果。

3 結(jié)論及展望

本文針對(duì)一臺(tái)亞臨界300 MW級(jí)別供熱機(jī)組存在的軸振大范圍突增問題，進(jìn)行了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由汽流激振引發(fā)的機(jī)組軸系失穩(wěn)。通過各方面論證，最終采用對(duì)DEH閥門管理中的噴嘴進(jìn)汽規(guī)律重新優(yōu)化，解決了機(jī)組存在的由汽流激振引發(fā)的軸振突增故障；不僅改善了機(jī)組軸系的安全穩(wěn)定性狀況，而且還避免了停機(jī)所帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)損失。這對(duì)我國(guó)占主流的300 MW級(jí)別供熱機(jī)組的安全高效穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的借鑒意義。

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