绥电4号机组汽流激振原因分析

李 冬

(神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222)

绥电4号机组汽流激振原因分析

李 冬

(神华国华绥中发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125222)

近年来，随着经济、技术的发展和电网容量的扩大，我国火电机组的建设已跨上了百万千瓦级的台阶。根据大型超超临界机组产生汽流激振的特点及同类型机组参数的对比，针对绥电4号机汽流激振现象，通过试验分析了发生激振的主要原因。

超超临界机组;汽轮机;汽流激振;调节特性

1 机组概况

神华国华绥中发电有限责任公司发电B厂(以下简称绥电B厂)共安装了2台1 000 MW超超临界燃煤机组 (3、4号机)，3大主机由东方电气集团引进日立技术制造。3、4号机组分别于2010年2月、5月投入商业运营。

4号机组主汽轮机为东方汽轮机厂生产的N1000-25/600/600型汽轮机，由1个单流高压缸、1个双流中压缸及2个双流低压缸依次串联组成。其中高压缸呈反向布置 (头对中压缸)，包括1个双流调节级与8个单流压力级，中压缸共有2×6个压力级，2个低压缸共有2×2×6个压力级。

高压和中压转子均由2套可倾瓦轴承支承，可倾瓦为6瓦块结构，上下对称布置;低压转子均采用2套椭圆瓦支承，单侧进油，上瓦开槽结构;推力轴承位于高中压缸之间的轴承箱内，采用倾斜平面式双推力盘结构。

蒸汽设计流程为:新蒸汽经4根导汽管进入4台高压主汽阀 (主汽阀后设有连通管使4台高主阀后腔室相通)、4台调节阀，经4个进汽口进入调节级，通过高压缸2+8级作功后到锅炉再热器。再热汽经2根再热管进入中压联合汽阀，经2个导汽管进入中压缸中部下半，通过2×6级作功后的蒸汽经1根异径连通管分别进入2个双流6级的低压缸 (A、B)，作功后排入凝汽器。

调门开启顺序如图1所示。

图1 调门开启顺序 (机头向机尾看)

2 汽流激振特征及危害

蒸汽涡动是产生汽流激振力的主要原因，是高负荷运行时高、中压转子系统中一阶振动模式的自激振动［1］。超超临界机组压力为25 MPa，温度为600℃以上，由于蒸汽密度大，级间压差大，蒸汽激振力也大，当动静部分不对中，汽封间隙周期性变化时，所产生的蒸汽激振力可能会引起转子低频振动［2］。其发生的可能性远远大于亚临界汽轮机，汽流激振已经成为影响超超临界机组可靠性的主要因素之一。

2.1 汽流激振特征

a. 汽流激振易发生在汽轮机的大功率区及叶轮直径较小和短叶片的转子上，即高压转子上，高参数超超临界机组居多。

b. 在较高负荷下发生，振动随着负荷 (或蒸汽流量)的增大而加剧，突发性振动有一个门槛负荷，超过此负荷，立即激发振荡。小于某一负荷下会消失。

c. 汽流激振频率等于或高于高压转子一阶临界转速，在大多数情况下，振动成分以接近工作转速一般的频率分量为主［3］。由于实际蒸汽激振力和轴承油膜阻尼力的非线性特征，有时会呈现一些谐波分量。

d. 汽流激振属于自激振动，不能用动平衡的方法消除［4］。

2.2 汽流激振的危害

a. 限制大型汽轮发电机组的出力。

b. 产生剧烈的低频振动引起汽轮机跳闸。

3 超超临界汽轮机汽流激振原因分析

a. 高、中压转子系统的刚性与稳定机组相比相对较低 (挠度大)，转子系统抵抗迷宫汽封激振力的阻尼相对较低［5］。

b. 主汽压力波动引起主汽流量增加，受影响最大的为调节级，2号轴承离调节级较近，因此2号轴承振动的幅值增加的比较明显［6］。

c. 经过调节级的汽流扰动造成的强迫振动。

d. 由于机组参数不足 (如凝汽器真空较低或主汽参数偏低等)，当机组满负荷运行时，流经调节级的主蒸汽流量过大，造成汽流激振。

4 绥电B厂4号机汽流激振控制方法

为解决汽流激振问题，利用机组停运消缺机会对1号轴瓦顶隙及4号高压调节阀开度曲线进行了相应调整。

a. 将1号轴承顶隙由0.55 mm调整至0.50 mm(设计值0.47 ～0.62 mm)。

b. 修改4号高压调节门开度函数 (1～4号高压调速汽门开度曲线如图2所示)。

c. 机组消缺后启动，当升负荷至800 MW时振动曲线开始发散，总阀位指令为88%，4个高压调节阀开度分别为70%、53%、54%、15%，振动趋势及频谱图如图3、图4所示。

从图3和图4中可以看出，振动曲线发散时28 Hz分量迅速增大，工频分量基本无变化，而且与负荷和流量有很大关系，是汽流激振的典型特征。后将4号高压调节阀开度函数恢复至设计值(停机前状态)，振动曲线仍然在800 MW左右发散。

图4 轴振频谱图

随后将负荷稳定在500 MW在线对换1号和4号阀门开度函数，更换过程中1、2、3号轴振测点处的轴颈位移:1号轴颈向右移动约20 μm(均为面向发电机)，2号轴颈向右上方移动约84 μm，3号轴颈向左下方移动约18 μm，变化方向与喷嘴作用力基本吻合。将机组负荷逐渐带至1 000 MW，1、2号轴瓦振动基本控制在100 μm以下，调整前后数据如表1所示。

由于喷嘴作用力的变化使轴承载荷减轻，1号轴承金属温度下降约7℃，2号轴承金属温度下降约10℃。同时2号瓦X方向 (右侧45°)轴振由44 μm增大到62 μm，变化的分量为工频，Y方向基本没有变化，是由于轴颈的位移使X方向油膜厚度变薄，刚度变小所致。

5 结论

a. 通过改变4号高调门调节特性曲线 (配汽曲线)后，对抑制汽流激振有一定效果，但是4号高调门满负荷的开启速率仍然很大，1、2号瓦振动曲线仍有发散的可能。

b. 采取将1、4号高调门调节特性更换后，实质上改变了汽流进入汽缸的方向，对汽流激振的抑制效果明显，运行3个月以上未再发生激振现象。

表1 调整前后数据一览表

总之，在实践中摸索出了部分抑制汽流激振的方法并取得了初步成效，但仍然未完全解决4号机汽流激振问题，如1号高调门开度大于35%，仍有激振的可能性等，很多原因仍需继续探索。

［1］ 施维新.汽轮发电机组振动及事故［M］.北京:中国电力出版社，1991.

［2］ 赵 钢，蒋东翔，刁锦辉，等.大型汽轮发电机组高压转子低频振动故障分析 ［J］.汽轮机技术，2004，46(3):199-201.

［3］ 荆建平，孟 光，赵 玫，等.超超临界汽轮机汽流激振研究现状与展望 ［J］.汽轮机技术，2004，46(6):405-407，410.

［4］ 史进渊，孙 庆，危 奇，等.超超临界汽轮机汽流激振的研究［J］.动力工程，2003，23(5):2620-2623.

［5］ 李 军，吕 强，丰镇平.高低齿迷宫式汽封泄漏流动特性研究［J］.机械工程学报，2006，42(5):165-168.

［6］ 梁 超.汽轮发电机组振动原因分析及处理 ［J］.广东电力，2005，18(8):62-63.

The Analysis on Steam Excitation of No.4 Unit in Suizhong Power Plant

LI Dong
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

In recent years，with the development of economy and technology，and the expansion of network capacity in China，the construction of the thermal power units have reached the level of 1 000 MW capacity.The main causes of steam excitation is analyzed through comparisons of excitation characteristics of ultra supercritical units with that of units of the same type，in consideration of steam flow excitation phenomenon of No.4 Unit and by tests.

Ultra-supercritical unit;Steam turbine;Steam excitation;Debugging characteristics

TK268.+1

A

1004-7913(2012)01-0026-03

book=38,ebook=151

李 冬 (1978—)，男，学士，工程师，从事汽轮机专业管理工作。

2011-10-15)