汽輪機(jī)高調(diào)門配汽對瓦溫影響分析與優(yōu)化

李江洪 劉文斌

摘 要：茂名臻能熱電有限公司#7汽輪機(jī)高壓調(diào)門順序閥方式下瓦溫偏高問題，由于高壓調(diào)門配汽集中在高壓缸進(jìn)汽左側(cè)，造成調(diào)節(jié)級切向力不均勻，導(dǎo)致集中到大軸上的總切向力偏大，通過分析、運(yùn)行時調(diào)門特性優(yōu)化，得出了高壓調(diào)門配汽的最佳組合，對機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有較好的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；高壓調(diào)門；配汽；瓦溫

一、引言：

茂名臻能熱電有限公司#7汽輪機(jī)組采用東方汽輪機(jī)有限公司600MW超臨界抽凝式汽輪機(jī)。原廠配汽方式為日立型復(fù)合配汽，在高負(fù)荷區(qū)間效率較高。機(jī)組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰，工況在50%-80%負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行，因此我廠于2016年對高壓調(diào)門活動方式進(jìn)行優(yōu)化，增加順序閥方式，機(jī)組低負(fù)荷狀態(tài)經(jīng)濟(jì)性好轉(zhuǎn)，鑒于順序閥方式初期工作模式不良，造成高中高壓缸軸振大、瓦溫高，需要進(jìn)行改造前閥門順序開啟試驗，驗證機(jī)組部分進(jìn)汽產(chǎn)生的水平和垂直方向汽流力對軸承振動和瓦溫的影響，選取在滿足軸承振動和瓦溫的情況下的全新配汽規(guī)律。

二、優(yōu)化原因

我廠#7汽輪機(jī)負(fù)荷調(diào)整方式為定滑定方式，30%-90%負(fù)荷滑壓運(yùn)行，高壓調(diào)門結(jié)構(gòu)為對角對稱方式（圖二），四組調(diào)門分別對應(yīng)噴嘴數(shù)為58（#1）、34（#2）、34（#3）、58（#4），順序閥原工作方式為#1→#4→#3，保留一定重疊度。通過長期運(yùn)行分析，機(jī)組300MW時，各調(diào)門開度均值分別為#1（43%）、#2（42%）、#3（0%）、#4（9%）；機(jī)組600MW時，各調(diào)門開度均值分別為#1（95%）、#2（85%）、#3（0%）、#4（20%）。在300MW-600MW區(qū)間，高壓進(jìn)汽主要由#1、#2調(diào)門完成，接近滿負(fù)荷時，#4號調(diào)門微開，機(jī)組進(jìn)汽集中在左側(cè)，右側(cè)#3、#4調(diào)門大部分負(fù)荷處于關(guān)閉狀態(tài)無通流，這種非對角進(jìn)汽導(dǎo)致調(diào)節(jié)級配汽不平衡，從而產(chǎn)生了配汽剩余汽流力，從DCS長期運(yùn)行觀察得出，隨著加負(fù)荷主汽壓力增加，這種不平衡力愈加顯著，作用于大軸，將直接對汽輪機(jī)大軸各軸承產(chǎn)生不同程度的附加荷載，對鄰近調(diào)節(jié)級的軸承振動產(chǎn)生很大影響。

配汽剩余氣流的產(chǎn)生如左圖一所示，假設(shè)調(diào)節(jié)級某點的局部切向汽流力為F，則力F等效到同斷面大軸上是一個與F大小、方向相同的等效力F1和一個等效扭矩M1，F(xiàn)”是調(diào)節(jié)級所有切向應(yīng)力的總矢量和，其沿x軸及y軸的分解力為Fx”和Fy”， Fx”和Fy”能夠?qū)Υ筝S偏心和軸承負(fù)載產(chǎn)生直接影響。當(dāng)機(jī)組啟停機(jī)或者低負(fù)荷單閥運(yùn)行時，雖然在各噴嘴處經(jīng)歷了較大的節(jié)流損失，但形成噴嘴全周進(jìn)汽后，調(diào)節(jié)級各點切向應(yīng)力基本可以相互抵消，合力F”幾乎可以忽略，所以單閥運(yùn)行時，可以忽略切向應(yīng)力造成的影響。當(dāng)順閥運(yùn)行時，局部進(jìn)汽的噴嘴在進(jìn)汽部位產(chǎn)生的切向汽流力比沒進(jìn)汽部位大得多，造成總切向應(yīng)力在某種情況變得很大，這對高中壓缸軸承載荷產(chǎn)生很大壓力，如我廠之前一直采用的左半側(cè)調(diào)門進(jìn)汽，造成相當(dāng)一段時間內(nèi)的瓦溫偏高，如果合理的采用噴嘴對角對稱進(jìn)汽，就可以較大程度減少切向力的影響。

我廠#7機(jī)組高壓缸#1、2軸承采用六瓦塊可傾式軸承，每個瓦塊在支持點上可以單獨自動的調(diào)整位置，在噴嘴部分進(jìn)汽時，#1、#2軸承支撐中心的變化，必然會引起可傾瓦軸承間隙以及軸承油楔的潤滑油通流量，造成軸瓦溫度上升也是一個很重要的原因。

三、解決方案

我廠于2018年4月18日進(jìn)行#7機(jī)組順閥工況下高壓調(diào)門配汽優(yōu)化實驗，基于順閥工況下原高壓調(diào)門工作狀態(tài)，左右不對稱進(jìn)汽引起的剩余汽流力產(chǎn)生汽流激振的主因，以調(diào)門對稱配汽為目標(biāo)，進(jìn)行了一系列實驗，主要操作為在任意三閥全開、另一閥全關(guān)時，逐漸關(guān)小一個全開的閥門，試圖找出TSI中各軸承振動及瓦溫以及機(jī)組經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)工況，最終調(diào)整方案為工作方式為#1→#2→#3，保留一定重疊度。通過長期運(yùn)行分析，機(jī)組300MW時，各調(diào)門開度均值分別為#1（47%）、#2（10%）、#3（0%）、#4（47%）；機(jī)組600MW時，各調(diào)門開度均值分別為#1（85%）、#2（13%）、#3（0%）、#4（85%）。

這種高壓調(diào)門配汽方式在低負(fù)荷時，由對角的#1、#4高壓調(diào)門進(jìn)行均等配汽，#4閥微開。#3閥處于全關(guān)狀態(tài)，由于#1、#4閥噴嘴數(shù)量多，閥位開度大，#3閥微開且噴嘴數(shù)量小，造成的大軸附加荷載小，此時大軸大致能夠?qū)崿F(xiàn)自平衡；

當(dāng)機(jī)組逐漸升壓加負(fù)荷至滿負(fù)荷時，主要還是由#1、#4調(diào)門開度增大來實現(xiàn)，由于噴嘴數(shù)量多，可調(diào)節(jié)性能強(qiáng)，可保證機(jī)組在滿負(fù)荷狀態(tài)下依然保持對角進(jìn)汽，#3閥微開的狀態(tài)，大軸的汽流激振附加荷載依然能控制在較小范圍內(nèi)。通過長期的運(yùn)行監(jiān)視，對改造前后大軸#1、#2、#3點振動瓦溫進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，依然能夠證實優(yōu)化效果

四、結(jié)論：

1.機(jī)組正常加負(fù)荷至300MW后，可在功率模式下切換至順閥控制，此種噴嘴部分進(jìn)汽模式的固有缺陷就是使得調(diào)節(jié)級的動葉切向應(yīng)力分布不均，造成嚴(yán)重的受力向局部方向傾斜，對高中壓缸軸振及瓦溫造成了嚴(yán)重的安全隱患。

2.原順閥進(jìn)汽方式使得氣流集中在#1、#2調(diào)門噴嘴處，造成前三級軸承瓦溫過高，以及高壓缸脹差偏大，并且隨著負(fù)荷增加，調(diào)節(jié)級后壓力增加，溫度也上升較大幅度，焓降降低，動葉受力不均傳遞到大軸造成瓦溫上升越明顯。

3.改變高壓調(diào)門進(jìn)汽為對角對稱方式后，汽輪機(jī)前三級瓦溫均出現(xiàn)明顯下降，噴嘴局部對稱進(jìn)汽，也最大化削減切向不平衡力造成的瓦溫過高的影響。

參考文獻(xiàn)：

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