汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥小開度振動研究

崔增娥， 葉東平

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

近年來隨著電網(wǎng)的需求，大多數(shù)機(jī)組都需要調(diào)峰，這些機(jī)組的啟停以及小負(fù)荷工況下運(yùn)行的頻率增多。汽輪機(jī)的啟停和負(fù)荷變化是通過調(diào)節(jié)閥開度的變化，進(jìn)而改變進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量或蒸汽參數(shù)來實現(xiàn)的。閥門振動現(xiàn)象在很多電廠發(fā)生，個別還造成了一定事故。我公司60 MW、100 MW、200 MW機(jī)組調(diào)節(jié)閥閥門在小開度時都不同程度出現(xiàn)了振動，需要在設(shè)計上加以改進(jìn)。

同樣，世界各大公司都先后遇到過小負(fù)荷閥門振動情況，采取過各種措施改進(jìn)。前蘇聯(lián)在這方面也出過許多問題，其300 MW、600 MW機(jī)組在最初的臺份中都出現(xiàn)了小負(fù)荷閥門振動，研究部門做過大量實驗來改進(jìn)。

1 問題分析

1.1 振動現(xiàn)象

通過對不同電廠閥門振動現(xiàn)象的歸納，主要有以下幾種情況：1）不同等級機(jī)組閥門振動一般發(fā)生在調(diào)節(jié)閥預(yù)啟閥全開、大閥剛開幾個毫米，這時候機(jī)組負(fù)荷較小，調(diào)閥開度很?。?）隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，閥門開度逐漸加大，閥門振動逐漸減輕，當(dāng)閥門開度達(dá)到25%～30%以上時閥門振動完全消失；3）該振動現(xiàn)象比較劇烈，現(xiàn)場能看到閥門附件的抖動，并能傳遞到前箱引起前軸承的振動，有的甚至將閥桿振斷。

1.2 振動原因

通過一系列的問題反饋，認(rèn)為全卸載型革-Ⅰ型閥門型線所成型的調(diào)節(jié)閥，在小開度（相對開度在10%以下）時，由于流場不穩(wěn)定，壓差過大，汽流速度過快（達(dá)到超音速，處于臨界狀態(tài)），容易產(chǎn)生汽流激振，并對閥門產(chǎn)生一個擾動力，此時閥門如果控制力不夠大、自持能力較弱、向下的受力壓不住該擾動力的話，就容易和高速汽流產(chǎn)生共振，造成閥碟上下振動，一般情況下該振動會隨著相對開度的增大、汽流流速的降低而逐漸減緩并直至消失。這一規(guī)律在隨后的大慶宏偉熱電廠的閥門現(xiàn)場實驗得以驗證。

2 解決辦法

2.1 解決問題的關(guān)鍵

1）建立數(shù)學(xué)模型，確定計算方法；2）根據(jù)閥門結(jié)構(gòu)，分析和確定閥碟附加受力面積；3）采用迭代計算，確定閥碟受力腔室的壓力和附加受力大小；4）通過計算附加受力，確定閥碟套筒側(cè)面打孔的大小和數(shù)量；5）計算配汽時閥碟的蒸汽力、機(jī)械力，再計算閥碟附加受力，就可以確定油動機(jī)大小容量。

2.2 解決問題的方法

消除閥門縱向振動的研究工作主要從兩方面進(jìn)行：用向下的汽動作用力作用到閥碟——閥桿上，用向上的機(jī)械作用力作用到閥門——油動機(jī)系統(tǒng)上。通過下面3方面來進(jìn)行：1）在閥碟上打孔后，使得新蒸汽經(jīng)過打的孔流入預(yù)啟閥的上部腔室，因流量比僅靠通過閥碟與閥碟套筒的間隙通過的流量大，在有壓差的情況下，閥蝶的壓力不能完全卸載，會產(chǎn)生一個向下的氣動力阻止了擾動力，使得閥碟不再擾動。2）向下的阻力增加了，為了確保閥門在汽輪機(jī)啟動時能夠被提起，需要重新核算油動機(jī)提升力，保證其有足夠的儲備系數(shù)即保證其有足夠的容量，必要時選用更大的油動機(jī)。3）正反兩個方向的力均增加，可以牢牢地把持住閥碟，起到阻尼作用，阻止了擾動力，使得閥碟不再擾動。

3 典型問題及處理辦法

針對閥門在小流量時振動的問題，已經(jīng)在多家電廠對不同的閥門做過處理。

1）江西分宜發(fā)電廠的100 MW機(jī)組，在運(yùn)行過程中，當(dāng)發(fā)額定功率的時候是1#、2#、3#閥門全開，4#閥門相對開度在10%左右，此時調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生了振動，致使調(diào)節(jié)閥上的兩個導(dǎo)向耳朵斷裂，機(jī)組不能正常工作。只能更換部件。之后，查閱經(jīng)典文件所述并進(jìn)行調(diào)節(jié)閥提升力計算分析后，在調(diào)節(jié)閥碟套筒上部位于預(yù)啟閥上方，打了2個φ6 mm的通孔，以增加向下的力，壓住閥碟不發(fā)生向上浮動，經(jīng)過這樣處理，使機(jī)組得以安全運(yùn)行，之后再沒產(chǎn)生閥門振動。

2）應(yīng)用戶要求，馬頭電廠200 MW汽輪機(jī)對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了改造。后來機(jī)組投運(yùn)，在三閥點(diǎn)時發(fā)出額定功率后，再開啟第4閥升負(fù)荷時，又產(chǎn)生了在閥門小流量下汽流不穩(wěn)定、第4閥閥碟振動的情況，最后經(jīng)過認(rèn)真計算閥門提升力并進(jìn)行分析后，在第3、4閥碟的套筒上，按照上面所述的位置和辦法各打了2個φ8 mm的通孔，使得閥碟振動問題得到解決。

3）大慶宏偉熱電廠100 MW機(jī)組是高溫高壓雙抽熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，最大進(jìn)汽量達(dá)800 t/h，進(jìn)汽量特大，調(diào)節(jié)閥直徑達(dá)190 mm。在設(shè)計初期由于經(jīng)驗不足，為了避免閥門振動，預(yù)先在閥碟的套筒上開了兩個φ8 mm孔，可是隨后由于提升力過大不得不將此孔封堵，在運(yùn)行時不可避免地出現(xiàn)了閥門振動現(xiàn)象，后通過改變運(yùn)行方式勉強(qiáng)避開了閥門振動區(qū)。要根本消除振動只能再開孔、增大油動機(jī)提升力。

4 結(jié)語

在后來的設(shè)計中，除了采用打孔工藝外，還采用了將閥碟設(shè)計成部分卸載的形式，來加大閥碟的向下的蒸汽力，這一設(shè)計在后來的部分機(jī)組上有所采用。

通過上述一系列問題的解決，終于摸索和找到了一種能夠?qū)ζ啓C(jī)大口徑調(diào)節(jié)閥在小開度時的振動問題的解決方法。通過在多臺機(jī)組上實施改進(jìn)后，已經(jīng)取得了良好的效果。