１００ＭＷ非标机组调速汽门提升力不够和振动原因分析

2009-10-29孙宇飞

中国新技术新产品 2009年17期

关键词：振动

摘要:本文根据大庆宏伟热电厂100MW双抽汽机组高压调速汽门在试运期间发生振动以及提升力不够而造成机组甩负荷停机等情况进行了原因分析和探讨,从而强调制造单位在生产非标机组时更应严格进行设计计算,并通过反复试验,为顾客提供优质合格的产品,保证机组试运工期和减少重大经济损失。

关键词:非标机组;调速汽门;提升力;振动

1前言

大庆宏伟热电厂二期工程安装的非标准型100MW双抽汽汽轮机为哈尔滨汽轮机有限责任公司制造生产。该机组在高压缸上装设了4只调速汽门,调速汽门通过油缸由14MPa的EH油系统控制行程。控制系统采用数字式电液调节(DEH)系统,为连续伺服式执行机构。

本机组在试运期间在带到30MW负荷,主汽门前蒸汽压力6MPa时,再输入开启信号,调速汽门行程不再增大(调门开不动),当主汽压力降至3 MPa时,调速汽门突然全开,负荷瞬间飘升至60MW,造成机组甩负荷打闸停机。

机组在空负荷和低负荷运行时,调速汽门还出现了强烈喘振现象,致使1#调门阀套振动脱落,造成1#调门卡涩。

针对调速汽门提升力不够和低负荷喘振现象,我们会同制造单位等有关专业人员进行了认真分析、研究,找出了一些解决方案,但解决的还不是很理想,喘振现象还没有完全解决。由于工期紧,保供热,没有进行进一步的改造,有待于在以后大修期间对振动问题进行进一步的改造处理。

2调速汽门的结构特点

2.1 本机组调速汽门门座与高压缸为整体铸造结构,进汽方式为外腔进汽,带予启阀的立式提升结构。阀套利用两只Φ16 mm的特制螺钉镶嵌在门座压盖上,在阀套两侧开了两个Φ8mm的孔与予启阀内腔相通。予启阀行程7mm,主阀行程77mm。

2.2 油缸为提拉缸,内径为Φ83mm,油缸上装有伺服执行机构,可将调速汽门按照DEH控制系统的要求控制在任一所需的位置来调节进汽参数。

3提升力不够原因分析

3.1提升力不够时的运行状态:

当机组运行到带30MW负荷,进汽压力6MPa,油缸活塞行程18mm时,继续加负荷,油缸行程不再增大,也就是说负荷加不上去了,而主汽压力滑降至3 MPa时,调速汽门又突然全开,负荷迅速飘升至60MW。将进汽压力重新升至6MPa,又重复出现上速现象。

3.2从调速汽门结构特点分析

本机组调速汽门设计规格较大,因其既要满足374t/h的纯凝工况,又要满足最大进汽800t/h的抽汽工况。所以调门开度必须满足大进汽量的要求。

问题发生后,针对调门结构特点,我们组织有关专业人员进行了认真分析,哈汽厂意见:调速汽门提升力不够是由于调门侧壁所开的两个Φ8mm的孔进汽压力作用于阀瓣上而使阀头提不起来。我方意见:大阀提不起来是在予启阀全开,大阀有一段行程之后产生的,此时主阀已经进汽,两个Φ8mm的孔进汽作用力对主阀的提升力影响很小,不是影响提升力不够的主要原因。

3.3 从提升力分析

3.3.1油缸提升力:(8.3/2)2×3.14×140=7571KG

3.3.2两个Φ8mm的孔进汽在予启阀碟内扩容后对阀碟的作用力:予启阀碟腔室直径Φ110mm,予启阀阀口直径Φ38mm,予启阀行程7 mm,主汽压力6 MPa。两个Φ8mm孔的通流 S1=0.42×3.14×2=1.01cm2, 予启阀的通流S2=3.8×3.14×0.7=8.35cm2,予启阀碟腔室蒸汽垂直作用面积S3=5.52×3.14-1.952×3.14=83cm2

则主汽在予启阀碟腔室内扩容压力:P=1.01/8.35×6=0.726 MPa

两个Φ8mm的孔进汽对主阀作用力P'=83×7.26=603KG

3.3.3 提升力比较:通过以上分析计算看出,两个Φ8mm的孔进汽对主阀作用力还不到油缸提升力的十分之一,况且正常设计油缸提升力应有富裕量,所以我们认为两个Φ8mm的孔进汽不是造成油缸提升力不够的主要原因。

3.4 从是否卡涩分析

首先在调速汽门检修研磨时,已对阀杆、阀套的光洁度和间隙等进行了严格检查,均符合要求。而且从调门动作现象看,反复两次降参数后调门都能全开,说明调门不是卡涩。将调门解体检查后也确认了阀杆和阀套等确实没有拉毛和卡涩现象。

4 Φ8mm平衡孔的封堵及效果

出现了意见分歧后,哈汽厂坚持封堵两个Φ8mm的平衡孔来解决提升力不够的问题,我们以书面报告的形式再请求业主和厂家慎重考虑,最后业主还是听取了厂家的意见,决定对两个Φ8mm的平衡孔进行攻丝封堵。

封堵后机组进行了重新启动,当负荷带到45MW,主汽压力7MPa时,再加负荷时调门开度又出现了不再增大现象,而当主汽压力滑降至3.5MPa时,调门又迅速全开,负荷瞬间飘升至90 MW,造成机组甩负荷打闸停机。

5 油缸提升力不够

通过封堵Φ8mm的平衡孔并没有解决调门提升力不够的问题。两次调门开不动停机都是在高压区6-7MPa时发生的,而滑降至3-4MPa又自动打开,由此说明调速汽门油缸可能是设计小了。最后决定将原Φ83mm的油缸更换成Φ100mm的油缸。使提升力增大到52×3.14×140=10990KG 。更换油缸后,机组重新启动后顺利地带到了100 MW额定负荷,说明调速汽门开不动是由于油缸提升力不够造成的。

6 调速汽门振动原因分析

6.1 喘振现象

将调速汽门阀套上的两个Φ8mm平衡孔封堵之后再次启机时发现,机组冲转和低负荷运行时,4只调门均产生不同程度的抖动和剧烈喘振现象。当机组带到大负荷和投抽汽状态下,震动明显减小。

6.2 原因分析

由于调门进汽为外腔室进汽,蒸汽作用力主要作用于阀头和阀套侧壁,现将阀套上的进汽平衡孔堵死了,使阀套及阀瓣内外腔室产生较大的压差,内外腔得不到平衡,在蒸汽扰动力的作用下引起振动。另外,调门在低负荷区域节流也是造成震动的又一个重要因素。从本机组调门行程特点来看,既使是抽汽全投入的情况下调门的开度还没有达到全行程的一半。几种工况下调门的行程如下:

机组定速3000r/min调门行程:14mm

机组带到30MW负荷调门行程:18mm

机组带到100MW负荷调门行程:22mm

机组投抽汽100MW负荷调门行程:32mm

由此看来,机组定速3000r/min时,调门才刚刚开启14mm,减去予启阀的行程7mm,大阀只开启7mm。由于大阀度很小,调门处于高度节流状态,高压汽流在节流区域产生强烈扰动,引起调门振动。

综上所述,机组满负荷运行时,调门的开度还达不到设计行程的一半,说明此调门的设计与机组进汽参数的要求不是很匹配,有待于进一步改进。

7. 意见和建议

7.1 通过以上粗浅的分析和实践,已经证明了调速汽门提升力不够,主要是因为油缸设计小了造成的。所以建议制造单位还应进行严格的设计计算,在阀套上恢复适当的平衡孔,减小调速汽门的振动。

7.2 在有条件时,应更改阀口,缩小阀瓣直径,增大调门行程,使行程与进汽相匹配,缩小节流工况,从而减小调门振动。

7.3 最后建议汽轮机制造单位尤其在生产非标机组时更应该进行严格的设计计算,反复试验论证,为顾客提供优质合格的产品。

8 结束语

大庆宏伟3# 100MW 双抽机组虽然通过96小时试运行移交生产了,调速汽门振动还没有完全解决,也就是说工程并没有划上圆满的句号。虽然责任是由制造厂造成的,我们作为工程建设者也感到很遗憾。我们应在今后的机组安装中更加精益求精,不放过任何缺陷和隐患,为顾客移交我们的达标机组。