亞臨界330 MW供熱機組汽流激振問題的研究及解決

張立民　孫建國　李東平　江飛 安祥瑞

摘 要：軸系穩定性是火電機組安全高效運行的一個重要因素，汽流激振引發的軸振突增問題是汽輪機重大安全隱患之一。本文針對一臺亞臨界300 MW級別供熱機組存在的軸振大范圍突增問題進行研究，診斷結果認為是由汽流激振引發的機組軸系失穩。最終，采用對噴嘴進汽規律重新優化設計的方案，解決了機組存在的由汽流激振導致的軸振突增故障；不僅改善了機組軸系的安全穩定性狀況，而且還避免了停機所帶來了經濟損失。這對我國占主流的300 MW級別供熱機組的安全高效穩定運行具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：亞臨界 330 MW 供熱機組 軸振突增 汽流激振 噴嘴進汽 安全性

中圖分類號：TK269 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0217-02

目前，為了降低發電煤耗，火電機組是沿著大容量、高蒸汽初參數（壓力、溫度）、多壓力級數的方向發展[1，2]；但是，隨著級數的增加致使轉子的跨距增加、臨界轉速變低、軸系整體穩定性下降，汽流激振對機組安全性和經濟性的影響也日益突出。然而，通過實際案例剖析發現：汽流激振故障不僅容易在600 MW級別及其以上的超大型汽輪機上發生，也經常發生在300 MW級別和200 MW級別的機組；并且致使機組發生降負荷或者限負荷運行問題，極大地影響了機組的發電容量和經濟性；并且，激振力也會對葉片和軸瓦的安全性、軸系的穩定性等都會有不同程度的影響[3，4]。由于，新增供熱機組都是300 MW級別的且該級別機組在國內發電機組占有很大的比例[5～7]，因此，300MW級別機組的汽流激振的機理分析研究與有效解決措施具有非常重要的科學價值和實際意義。目前，解決汽流激振的優先考慮方法就是消除激振力保證軸系穩定性，其次再考慮更換穩定性較好的滑動軸承或者更換阻尼更大的軸承；對于偶然出現的汽流激振則可考慮變真空、變潤滑油溫等治理措施[3]。同時，許多研究發現：當噴嘴進汽規律設計不合理時，也可能會導致機組投運噴嘴調節方式時，在部分負荷區對軸系將產生很大的橫向汽流力，致使軸心位置和軸承工作特性等發生一定程度的改變，出現軸承失穩、軸振幅值增加、甚至汽流激振等問題[7～8]。由于機組高調門進汽方式在DEH閥門管理中，可以實現在線修改而不必停機；因此，調整噴嘴進汽規律是一個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級別供熱機組大修之前，噴嘴調節方式的軸振等指標都表現良好。然而，大修之后當機組運行至高負荷區間時，出現了軸振突增問題而瓦溫表現良好。如圖1所示，#1瓦的兩個軸振值基本維持在70 um和40 um左右。當機組升負荷至260 MW左右時，#1瓦軸振值一個由70 um突增至110 um左右，另一個由40 um突增至70 um，增幅在50%左右。圖2～圖3分別為機組變負荷運行時的閥門開度、功率以及汽壓等參數的變化趨勢圖。

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生在高負荷區域和高壓轉子上，負荷增大時振動繼續增大；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（高調門開度）密切相關，主汽壓降低或者高調門的開度變化時軸振值下降，表現出的陣發性振動規律很強，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供熱機組高壓進汽部分共有4個調節閥，對應于4組噴嘴且每組汽道數目相同：上半缸從左到右對應#2和#3高調門，下半缸從左到右對應#4和#1高調門。采用全周進汽時，高壓部分4個調節閥根據控制系統的指令按相同的閥位開啟，對應于4組噴嘴同時進汽；采用噴嘴配汽時，進汽順序為#1+#2→#4→#3；從調速器端向發電機方向看，轉子旋轉方向為順時針。并且，機組在單閥狀態下運行時，4個調門開度一致，機組變負荷運行平穩不存在軸振突增問題，#1瓦的兩個軸振值都一個保持在65 um左右，而另一個保持在35 um左右。因此，考慮解決問題方法的可行性（操作實施的簡易性及是否會造成停機等經濟性損失），根據文獻9和10，決定采用調節噴嘴進汽規律的方法來解決此軸振突增問題，進汽順序調整為#3+#4→#1→#2。

2.2 采用噴嘴進汽優化解決軸振突增問題

首先，在機組DEH閥門管理中改入新的噴嘴進汽規律；然后，通過實際運行試驗驗證了方法的有效性：不僅解決了由汽流激振引發的軸振突增問題，而且避免了調整軸瓦標高、汽封間隙等硬件需停機所帶來的經濟損失。如圖5所示，為優化后的機組在噴嘴調節方式下進行變負荷運行時的#1瓦軸振時域圖，#1瓦的兩個軸振值基本維持在70 um和40 um以下，機組軸系穩定性達到了大修前的良好指標。如圖6～圖8所示，為機組變負荷過程的高調門開度、負荷以及汽壓變化的趨勢圖，當主汽壓降低或者高調門的開度變化時機組#1瓦軸振值基本維持在一個穩定變化的較小范圍內。以上的機組運行參數說明，此次運行參數優化調整非常成功，達到了預期效果。

3 結論及展望

本文針對一臺亞臨界300 MW級別供熱機組存在的軸振大范圍突增問題，進行了實測數據的分析研究，結果發現由汽流激振引發的機組軸系失穩。通過各方面論證，最終采用對DEH閥門管理中的噴嘴進汽規律重新優化，解決了機組存在的由汽流激振引發的軸振突增故障；不僅改善了機組軸系的安全穩定性狀況，而且還避免了停機所帶來了經濟損失。這對我國占主流的300 MW級別供熱機組的安全高效穩定運行具有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] 任貴龍，孫佳南，梁秀珍.高效節能330MW超臨界空冷供熱汽輪機組的研制[J].節能技術，2010，3（2）：122-125.

[2] 張曉魯.超超臨界燃煤發電技術的研究[C]//中國科協2004年學術年會電力分會場暨中國電機工程學會2004年學術年會論文集，2004.

[3] 韓紅林.200MW汽輪發電機組汽流激振分析與治理研究[D].華北電力大學，2003.

[4] 楊建剛，朱天云，高偉.汽流激振對軸系穩定性的影響分析[J].中國電機工程學報，1998，18（1）：9-11.

[5] 秦建柱，譚龍勝.國產350MW超臨界汽輪機性能分析及改進措施[J].發電設備，2012，5（3）：194-197.

[6] 王鵬，王進仕，邵珺.330MW機組凝汽器改造及其經濟性分析[J].汽輪機技術，2010，2（52）：71-73.

[7] 張久鋒.300MW汽輪機擴容改造及經濟效益分析[J].節能技術，2010，1（1）：92-96.

[8] 曠仲和.汽機調節閥開度差與軸瓦溫度及油膜壓力之間關系特性試驗[J].熱能動力工程，2002，17（3）：294-296，326-327.

[9] 于達仁，劉占生，李強，等.汽輪機配汽設計的優化[J].動力工程，2007，27（1）.

[10] 劉賢東，劉建東，喬增熙，等.超臨界機組順序閥優化改造研究[J].節能技術，2011，29（2）：153-158.