亚临界330 MW供热机组汽流激振问题的研究及解决

摘 要：轴系稳定性是火电机组安全高效运行的一个重要因素，汽流激振引发的轴振突增问题是汽轮机重大安全隐患之一。本文针对一台亚临界300 MW级别供热机组存在的轴振大范围突增问题进行研究，诊断结果认为是由汽流激振引发的机组轴系失稳。最终，采用对喷嘴进汽规律重新优化设计的方案，解决了机组存在的由汽流激振导致的轴振突增故障；不仅改善了机组轴系的安全稳定性状况，而且还避免了停机所带来了经济损失。这对我国占主流的300 MW级别供热机组的安全高效稳定运行具有一定的借鉴意义。

关键词：亚临界 330 MW 供热机组 轴振突增 汽流激振 喷嘴进汽 安全性

中图分类号：TK269 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0217-02

目前，为了降低发电煤耗，火电机组是沿着大容量、高蒸汽初参数（压力、温度）、多压力级数的方向发展[1，2]；但是，随着级数的增加致使转子的跨距增加、临界转速变低、轴系整体稳定性下降，汽流激振对机组安全性和经济性的影响也日益突出。然而，通过实际案例剖析发现：汽流激振故障不仅容易在600 MW级别及其以上的超大型汽轮机上发生，也经常发生在300 MW级别和200 MW级别的机组；并且致使机组发生降负荷或者限负荷运行问题，极大地影响了机组的发电容量和经济性；并且，激振力也会对叶片和轴瓦的安全性、轴系的稳定性等都会有不同程度的影响[3，4]。由于，新增供热机组都是300 MW级别的且该级别机组在国内发电机组占有很大的比例[5～7]，因此，300MW级别机组的汽流激振的机理分析研究与有效解决措施具有非常重要的科学价值和实际意义。目前，解决汽流激振的优先考虑方法就是消除激振力保证轴系稳定性，其次再考虑更换稳定性较好的滑动轴承或者更换阻尼更大的轴承；对于偶然出现的汽流激振则可考虑变真空、变油温等治理措施[3]。同时，许多研究发现：当喷嘴进汽规律设计不合理时，也可能会导致机组投运喷嘴调节方式时，在部分负荷区对轴系将产生很大的横向汽流力，致使轴心位置和轴承工作特性等发生一定程度的改变，出现轴承失稳、轴振幅值增加、甚至汽流激振等问题[7～8]。由于机组高调门进汽方式在DEH阀门管理中，可以实现在线修改而不必停机；因此，调整喷嘴进汽规律是一个首选而且值得推荐的治理汽流激振的有效方式。

1 轴系突增的故障表征

此亚临界300 MW级别供热机组大修之前，喷嘴调节方式的轴振等指标都表现良好。然而，大修之后当机组运行至高负荷区间时，出现了轴振突增问题而瓦温表现良好。如图1所示，#1瓦的两个轴振值基本维持在70 um和40 um左右。当机组升负荷至260 MW左右时，#1瓦轴振值一个由70 um突增至110 um左右，另一个由40 um突增至70 um，增幅在50%左右。图2～图3分别为机组变负荷运行时的阀门开度、功率以及汽压等参数的变化趋势图。

2 故障的诊断及解决

2.1 轴振突增故障诊断

由图1和图3可以看出：此次轴振突增问题发生在高负荷区域和高压转子上，负荷增大时振动继续增大；由图2和图4可以看出：轴振突增也与主汽流的压力和流量（高调门开度）密切相关，主汽压降低或者高调门的开度变化时轴振值下降，表现出的阵发性振动规律很强，这非常符合汽流激振故障的主要特征之一。

由于此亚临界330 MW供热机组高压进汽部分共有4个调节阀，对应于4组喷嘴且每组汽道数目相同：上半缸从左到右对应#2和#3高调门，下半缸从左到右对应#4和#1高调门。采用全周进汽时，高压部分4个调节阀根据控制系统的指令按相同的阀位开启，对应于4组喷嘴同时进汽；采用喷嘴配汽时，进汽顺序为#1+#2#4#3；从调速器端向发电机方向看，转子旋转方向为顺时针。并且，机组在单阀状态下运行时，4个调门开度一致，机组变负荷运行平稳不存在轴振突增问题，#1瓦的两个轴振值都一个保持在65 um左右，而另一个保持在35 um左右。因此，考虑解决问题方法的可行性（操作实施的简易性及是否会造成停机等经济性损失），根据文献9和10，决定采用调节喷嘴进汽规律的方法来解决此轴振突增问题，进汽顺序调整为#3+#4#1#2。

2.2 采用喷嘴进汽优化解决轴振突增问题

首先，在机组DEH阀门管理中改入新的喷嘴进汽规律；然后，通过实际运行试验验证了方法的有效性：不仅解决了由汽流激振引发的轴振突增问题，而且避免了调整轴瓦标高、汽封间隙等硬件需停机所带来的经济损失。如图5所示，为优化后的机组在喷嘴调节方式下进行变负荷运行时的#1瓦轴振时域图，#1瓦的两个轴振值基本维持在70 um和40 um以下，机组轴系稳定性达到了大修前的良好指标。如图6～图8所示，为机组变负荷过程的高调门开度、负荷以及汽压变化的趋势图，当主汽压降低或者高调门的开度变化时机组#1瓦轴振值基本维持在一个稳定变化的较小范围内。以上的机组运行参数说明，此次运行参数优化调整非常成功，达到了预期效果。

3 结论及展望

本文针对一台亚临界300 MW级别供热机组存在的轴振大范围突增问题，进行了实测数据的分析研究，结果发现由汽流激振引发的机组轴系失稳。通过各方面论证，最终采用对DEH阀门管理中的喷嘴进汽规律重新优化，解决了机组存在的由汽流激振引发的轴振突增故障；不仅改善了机组轴系的安全稳定性状况，而且还避免了停机所带来了经济损失。这对我国占主流的300 MW级别供热机组的安全高效稳定运行具有一定的借鉴意义。

参考文献

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