650MW汽輪機(jī)組汽流激振診斷及治理

0 引言

某火力發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組系上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)制造的 N650-24.2/566/566 型超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。

機(jī)組高壓調(diào)門(mén)在單閥模式運(yùn)行時(shí)，主機(jī)各軸承振動(dòng)均在合格值以?xún)?nèi)（圖1），在順序閥方式（閥序GV1+GV2GV3GV4） 下，GV3開(kāi)度在 10%～30% 工況時(shí)，主機(jī)#1瓦X向軸承振動(dòng)最大達(dá) 200μm （圖2），對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 汽輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)布置

電廠汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)和噴嘴組的布置為1、2號(hào)高壓調(diào)門(mén)布置在下部，3、4號(hào)高壓調(diào)門(mén)布置在上部（圖3），目前采用的閥序?yàn)?GV1+GV2GV3 GV4，即1、2號(hào)高壓調(diào)門(mén)先同步開(kāi)啟，隨著蒸汽流量增大逐步開(kāi)啟3號(hào)調(diào)門(mén)和4號(hào)調(diào)門(mén)。

1.2產(chǎn)生汽流激振的原因

對(duì)于噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)，在單閥模式運(yùn)行時(shí)，四個(gè)高壓調(diào)門(mén)同時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，噴嘴組全周進(jìn)汽，高壓缸處于均勻進(jìn)汽方式，高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)不會(huì)因負(fù)荷的變化產(chǎn)生附加的不平衡蒸汽力，支撐高壓缸的1、2軸承受到的作用力受蒸汽流量變化的影響小，軸承溫度、振動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，機(jī)組運(yùn)行安全性好。

在順序閥模式運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)汽為非對(duì)稱(chēng)性，產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)的蒸汽力，在某個(gè)工況下作用在轉(zhuǎn)子上的合力可能向上抬起轉(zhuǎn)子，使得軸承比壓減小，導(dǎo)致軸系穩(wěn)定性降低。一方面，此力會(huì)影響軸頸在軸承中的位置，造成軸承載荷變化，進(jìn)而使得轉(zhuǎn)子失穩(wěn)：另一方面，汽缸跑偏、轉(zhuǎn)子徑向位移等引起蒸汽在轉(zhuǎn)子上力矩徑向分布不平衡，也可能引起轉(zhuǎn)子渦動(dòng)，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度和開(kāi)啟順序?qū)D(zhuǎn)子受力的方向和幅值都產(chǎn)生了很大影響，汽流作用力下軸承振動(dòng)就會(huì)升高。文獻(xiàn)[1-6]表明，噴嘴配汽的大型汽輪機(jī)，在調(diào)門(mén)開(kāi)度變化時(shí)都容易產(chǎn)生汽流激振。

1.3 解決汽流激振的方法摸索

機(jī)組運(yùn)行中的汽流激振問(wèn)題，一般可以通過(guò)調(diào)門(mén)開(kāi)啟順序的調(diào)整來(lái)解決[7-10]，可以通過(guò)在線進(jìn)行閥序摸底試驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)方法為：在單閥模式下逐步手動(dòng)關(guān)小兩個(gè)調(diào)門(mén)直至關(guān)閉來(lái)模擬機(jī)組順序閥調(diào)節(jié)過(guò)程，順序閥各種閥序的改變只需改變手動(dòng)調(diào)節(jié)的兩個(gè)調(diào)門(mén)（GV1～GV4任意兩個(gè)調(diào)門(mén)）即可實(shí)現(xiàn)，各種閥序工況下運(yùn)行，獲取靜態(tài)負(fù)荷各種閥序下主機(jī)軸承溫度和振動(dòng)的數(shù)據(jù)，尋找主機(jī)軸承溫度、振動(dòng)最優(yōu)的一種閥序。試驗(yàn)前，需要制定順序閥摸底試驗(yàn)方案，首先要確定合適的試驗(yàn)負(fù)荷，因?yàn)槊自囼?yàn)是在固定的負(fù)荷下進(jìn)行，要保證試驗(yàn)過(guò)程中至少兩個(gè)調(diào)門(mén)關(guān)閉到零，查歷史數(shù)據(jù)可以確定機(jī)組負(fù)荷 400MW 進(jìn)行試驗(yàn)比較合適。

四個(gè)高壓調(diào)門(mén)可以組合的閥序較多，為減少試驗(yàn)次數(shù)，決定進(jìn)行4種閥序的試驗(yàn)，噴嘴相鄰開(kāi)啟方式進(jìn)行2種閥序試驗(yàn)： GV3+GV4?GV1?GV2，GV3+ GV4?GV2?GV1 ；噴嘴對(duì)稱(chēng)進(jìn)汽的方式進(jìn)行2種閥序試驗(yàn)：GV2+GV3 - GV1 - GV4，GV2+GV3 - GV4-GV1。擬通過(guò)四個(gè)閥序摸底試驗(yàn)尋找一個(gè)最優(yōu)的閥序。

2 閥序摸底試驗(yàn)

2.1汽輪機(jī)上部進(jìn)汽閥序摸底試驗(yàn)

1）單閥模式下模擬GV3+GV4 - GV1 - GV2閥序試驗(yàn)。

試驗(yàn)步驟：（1機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定后將#2機(jī)GV2由自動(dòng)控制切為手動(dòng)控制；（2）運(yùn)行當(dāng)班人員手動(dòng)逐步關(guān)小GV2，每關(guān)小 2% 開(kāi)度停留 1min 觀察其余調(diào)門(mén)自動(dòng)調(diào)節(jié)情況和機(jī)組振動(dòng)變化情況，直至GV2關(guān)至零位，關(guān)閉過(guò)程中發(fā)現(xiàn)機(jī)組任意軸承振動(dòng)有爬升現(xiàn)象且振動(dòng)上升幅度超過(guò)5絲時(shí)立即逐步開(kāi)啟GV2；（3）觀察GV2關(guān)閉后參數(shù)穩(wěn)定，各軸承振動(dòng)無(wú)爬升現(xiàn)象，繼續(xù)進(jìn)行GV1關(guān)小試驗(yàn)；（4）機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定后將#2機(jī)GV1由自動(dòng)控制切為手動(dòng)控制；（5）運(yùn)行當(dāng)班人員手動(dòng)逐步關(guān)小GV1，每關(guān)小 2% 開(kāi)度停留 1min 觀察其余調(diào)門(mén)自動(dòng)調(diào)節(jié)情況和機(jī)組振動(dòng)變化情況，直至GV1關(guān)至0% 為止，關(guān)小過(guò)程中發(fā)現(xiàn)機(jī)組任意軸承振動(dòng)有爬升現(xiàn)象且振動(dòng)上升幅度超過(guò)5絲時(shí)立即逐步開(kāi)啟GV1；（6當(dāng)GV1關(guān)閉至 0% 后，記錄一次機(jī)組振動(dòng)參數(shù)；（7）試驗(yàn)結(jié)束后將GV1逐步開(kāi)啟，當(dāng)GV1與其他兩個(gè)高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度相同時(shí)將GV1投自動(dòng)控制；（8）將GV2逐步開(kāi)啟，當(dāng)四個(gè)高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度相同時(shí)將GV2投自動(dòng)控制。

2）檢查機(jī)組TSI參數(shù)恢復(fù)正常，穩(wěn)定機(jī)組參數(shù)

2min后按上述方法在單閥模式下模擬 GV3+GV4 GV2 $$ GV1閥序試驗(yàn)。

3）上述所有試驗(yàn)結(jié)束，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表1），投入機(jī)組AGC和一次調(diào)頻，投入INFIT，將#2機(jī)由單閥模式切為順序閥模式。試驗(yàn)過(guò)程中，兩種閥序下主機(jī)振動(dòng)均合格，但均存在#1軸瓦溫度達(dá)到 100°C 以上且無(wú)法穩(wěn)定的問(wèn)題，只能終止試驗(yàn)并恢復(fù)機(jī)組正常運(yùn)行方式。

2.2汽輪機(jī)對(duì)角進(jìn)汽摸底試驗(yàn)

#2機(jī)組退出AGC和一次調(diào)頻，CCS協(xié)調(diào)控制在投入狀態(tài)，機(jī)組負(fù)荷 400MW ，將#2機(jī)組切換至單閥方式運(yùn)行，確認(rèn)機(jī)組負(fù)荷平穩(wěn)，主汽壓力平穩(wěn)。

1）單閥模式下模擬 GV2+GV3?GV1?GV4 閥序試驗(yàn)。

試驗(yàn)步驟：（1）機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定后將#2機(jī)GV4由自動(dòng)控制切為手動(dòng)控制；（2）運(yùn)行當(dāng)班人員手動(dòng)逐步關(guān)小GV4，每關(guān)小 2% 開(kāi)度停留 1min 觀察其余調(diào)門(mén)自動(dòng)調(diào)節(jié)情況和機(jī)組振動(dòng)變化情況，直至GV4關(guān)至零位，關(guān)閉過(guò)程中發(fā)現(xiàn)機(jī)組任意軸承振動(dòng)有爬升現(xiàn)象且振動(dòng)上升幅度超過(guò)5絲時(shí)立即逐步開(kāi)啟GV4；（3）觀察GV4關(guān)閉后參數(shù)穩(wěn)定，各軸承振動(dòng)無(wú)爬升現(xiàn)象，繼續(xù)進(jìn)行GV1關(guān)小試驗(yàn)；（4）機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定后將#2機(jī)GV1由自動(dòng)控制切為手動(dòng)控制；（5）運(yùn)行當(dāng)班人員手動(dòng)逐步關(guān)小GV1，每關(guān)小 2% 開(kāi)度停留 1min 觀察其余調(diào)門(mén)自動(dòng)調(diào)節(jié)情況和機(jī)組振動(dòng)變化情況，直至GV1關(guān)至0% 為止，關(guān)小過(guò)程中發(fā)現(xiàn)機(jī)組任意軸承振動(dòng)有爬升現(xiàn)象且振動(dòng)上升幅度超過(guò)5絲時(shí)立即逐步開(kāi)啟GV1；（6當(dāng)GV1關(guān)閉至 0% 后，記錄一次機(jī)組振動(dòng)參數(shù)；（7）試驗(yàn)結(jié)束后將GV1逐步開(kāi)啟，當(dāng)GV1與其他兩個(gè)高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度相同時(shí)將GV1投自動(dòng)控制；（8）將GV4逐步開(kāi)啟，當(dāng)四個(gè)高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度相同時(shí)將GV4投自動(dòng)控制。

2）檢查機(jī)組TSI參數(shù)恢復(fù)正常，穩(wěn)定機(jī)組參數(shù)2min 后按上述方法在單閥模式下模擬 GV2+GV3 GV4 $$ GV1閥序試驗(yàn)。

3）上述所有試驗(yàn)結(jié)束，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表2，投入機(jī)組AGC和一次調(diào)頻，將#2機(jī)由單閥模式切為順序閥模式。試驗(yàn)過(guò)程中，主機(jī)#2軸承溫度最高 90.1^°C ，主機(jī)#1軸承振動(dòng) 80μm ，試驗(yàn)結(jié)果較好。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

兩次閥序摸底試驗(yàn)的結(jié)果表明，#2機(jī)組采用上部進(jìn)汽為主的方式主機(jī)#1、#2軸承振動(dòng)較好，但軸承溫度不可控，這種閥序不能滿(mǎn)足機(jī)組的正常運(yùn)行；采用對(duì)角進(jìn)汽方式時(shí)， GV2+GV3GV1GV4 閥序下主機(jī)#1軸承Y向振動(dòng)略有超標(biāo)，但軸承溫度較好， GV2+GV3GV4GV1 閥序下主機(jī)#1軸承振動(dòng)合格，但軸承溫度偏高。經(jīng)過(guò)綜合分析，決定采用GV2+GV3?GV1?GV4 閥序運(yùn)行。

3 調(diào)門(mén)流量特性修正

閥序確定以后，由于改變閥序后調(diào)門(mén)流量特性發(fā)生變化，需要請(qǐng)專(zhuān)業(yè)科研院所測(cè)試#2機(jī)組順序閥新閥序 GV2+GV3?GV1?GV4 的調(diào)門(mén)流量特性，并獲取校正DEH配汽函數(shù)，以確保在新閥序下安全運(yùn)行。

為了獲取新閥序下機(jī)組運(yùn)行全負(fù)荷段調(diào)門(mén)的流量特性參數(shù)，試驗(yàn)分兩個(gè)工況進(jìn)行，第一個(gè)工況為480MW 負(fù)荷試驗(yàn)，第二個(gè)工況為360MW負(fù)荷試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)退出#2機(jī)組AGC、一次調(diào)頻，維持機(jī)組負(fù)荷480MW（360MW穩(wěn)定，運(yùn)行人員人為設(shè)置主汽壓力負(fù)偏置，逐步開(kāi)大汽機(jī)調(diào)門(mén)直至全開(kāi)，參數(shù)穩(wěn)定后按試驗(yàn)人員要求，運(yùn)行人員通過(guò)人為設(shè)置主汽壓力正偏置，按 0.1MPa/min 的速率連續(xù)提升主汽壓力，使汽機(jī)總閥位指令由 100% 緩慢降至 70% （機(jī)前主汽壓力不超過(guò)額定值 24.2MPa） ，試驗(yàn)結(jié)束。

試驗(yàn)過(guò)程中，爐側(cè)需盡可能維持主、再熱汽溫度穩(wěn)定在額定值附近，再熱器減溫水流量不出現(xiàn)大的階躍變化，同時(shí)，加強(qiáng)主機(jī)軸瓦溫度、振動(dòng)等TSI系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)視。

通過(guò)調(diào)門(mén)流量特性試驗(yàn)獲取調(diào)門(mén)單順閥的配汽函數(shù)后（表3），通過(guò)在線修改#2機(jī)調(diào)門(mén)配汽函數(shù)，2025年1月18日投入#2機(jī)調(diào)門(mén) GV2+GV3?GV1 GV4閥序運(yùn)行，觀察#2機(jī)主機(jī)在各種負(fù)荷下#1瓦X 向振動(dòng)最大 65μm ，主機(jī)#1、#2軸承金屬溫度最高85.9^°C/86.3^°C ，滿(mǎn)足機(jī)組正常運(yùn)行要求。

4結(jié)論

本文針對(duì)#2機(jī)組出現(xiàn)的汽流激振問(wèn)題，提出改變閥序消除汽流激振的思路，通過(guò)開(kāi)展閥序摸底試驗(yàn)的方法確定了最佳閥序，修改調(diào)門(mén)閥序后消除了機(jī)組的汽流激振問(wèn)題。

1）噴嘴配汽機(jī)組調(diào)門(mén)單閥模式下運(yùn)行主機(jī)各軸承振動(dòng)、溫度均能達(dá)到良好標(biāo)準(zhǔn)，在順序閥模式下運(yùn)行時(shí)，當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門(mén)下部進(jìn)汽上部少量進(jìn)汽時(shí)，軸承油膜壓力降低，油膜出現(xiàn)不穩(wěn)定，軸承容易出現(xiàn)低頻振動(dòng)大問(wèn)題，機(jī)組運(yùn)行中可以開(kāi)展閥序摸底試驗(yàn)，找出對(duì)軸承油膜擾動(dòng)最小的閥序，通過(guò)改變調(diào)門(mén)的開(kāi)啟順序達(dá)到降低機(jī)組汽流激振的目的。

2）改變噴嘴配汽機(jī)組調(diào)門(mén)開(kāi)啟順序時(shí)，由于各個(gè)調(diào)門(mén)的流量特性存在差異，如果直接套用之前的調(diào)門(mén)配汽函數(shù)，可能導(dǎo)致調(diào)門(mén)流量特性出現(xiàn)拐點(diǎn)，調(diào)門(mén)在某些特定區(qū)域出現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)緩慢的情況，甚至在某些特定工況下（單順閥切換、汽門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)）時(shí)出現(xiàn)負(fù)荷振蕩，影響機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性，所以改變調(diào)門(mén)閥序時(shí)需要重新做調(diào)門(mén)流量特性試驗(yàn)，獲取新的調(diào)門(mén)函數(shù)，修改調(diào)門(mén)函數(shù)后方可投入新閥序運(yùn)行。

3）運(yùn)行機(jī)組出現(xiàn)汽輪機(jī)汽流激振時(shí)，各廠應(yīng)從自身的實(shí)際情況出發(fā)，分析摸索機(jī)組產(chǎn)生汽流激振的原因，對(duì)癥下藥，采取合適的方法消除機(jī)組的汽流激振，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

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