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汽轮机汽流激振的治理探讨

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：宋为平

[导读] 摘要：汽流激振与汽轮发电机组的正常运行有着密切的关系。

        （哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨 150046）
        摘要：汽流激振与汽轮发电机组的正常运行有着密切的关系。随着机组容量的不断增加，蒸汽参数也在不断提高，汽流激振问题日益突出，相关人员对该问题的重视程度也逐渐提高。相关人员需要对汽流激振故障进行准确的诊断，这样才能保证机组运行的安全可靠，使突发灾难事故得到有效控制，并且减少不必要的经济损失。
        关键词：汽轮机；汽流激振；治理
        引言
        发电设备向着更高效的方向发展，使得机组容量和工质参数不断提高。近年来国内在建发电机组已经开始采用31MPa、620℃的蒸汽。同时600MW以上的大容量发电设备已经成为我国的主力发电机型。机组的参数和容量提高，汽流对转子作用加剧，使得汽轮机轴系发生汽流激振的可能性不断提高。因此对发电机组汽流激振的治理越来越受到各家汽轮机研究、设计、制造和运行单位的关注。
        1汽流激振产生的原因分析
        轴瓦稳定性差、蒸汽激振力是导致汽流激振的主要原因，下面对其进行具体阐述。
        1.1轴瓦稳定性较差
        当轴瓦稳定性逐渐下降时，会减小系统阻尼，从而增加诱发汽流激振的几率，这是导致汽流激振的主要原因之一。轴瓦叶顶间隙较大、轴瓦选型不当以及轴承座标高发生变化都是导致轴瓦稳定性差的主要原因，这些问题涉及到各个方面，因此需要进行具体分析。（1）轴承座标高发生变化。当轴承座标高发生变化时，部分轴承承载逐渐变低，轴承的比压也会减小，从而导致汽流激振问题出现。（2）轴瓦选型不当。不同类型的轴瓦的稳定性裕度有所不同，椭圆瓦的稳定性比可倾瓦的稳定性要差，而圆筒瓦的稳定性比椭圆瓦的稳定性低，三油楔瓦的稳定性最差。如果某厂使用的是三油楔瓦轴承，由于该轴承的稳定性相对较差，就容易产生汽流激振问题。（3）轴瓦叶顶间隙较大。如果叶顶间隙较大，会导致轴瓦的稳定性降低，这也容易导致汽流激振问题的发生。（4）润滑油黏度较高。现阶段润滑油的黏度逐渐提高，这会导致轴瓦的稳定性逐渐下降，在使用润滑油时，可以将润滑油的温度改变，从而使低频振动问题得到有效避免。
        1.2蒸汽激振力大
        现阶段蒸汽密度逐渐增大，在汽轮机转子上的激振力也会随之增大。如果超过了相应的负荷之后，激振力扰动就会抑制系统阻尼，从而降低了转子运行的稳定性。下面将具体阐述蒸汽激振力大产生的原因。（1）当汽缸膨胀不畅时，可能会导致汽缸动静碰摩或者跑偏，然后导致蒸汽压力分布不平衡，转子转矩沿径向也会出现不平衡的问题。（2）于机组汽流激振问题而言，检修偏差与安装偏差是导致其出现的主要原因。很多机组出现故障时都需要由相关人员进行检修，在检修过程中如果检修人员出现了误差，就会导致汽流激振问题。此外，机组安装质量与机组汽流激振的产生有着直接的关系，如果安装人员在安装的过程中没有根据安装流程进行严格安装，可能导致机组各个环节难以有效衔接，从而导致机组内部出现一系列问题，最终导致机组汽流激振问题。（3）于调门运行方式不当而言，一方面是调门开度不当，另一方面是调门开启顺序不当。当出现调门运行方式不当问题时，就会引发力矩、蒸汽力方面的问题，该力会对轴颈在轴承中的位置产生一定的影响，使轴承承载发生相应的改变，从而造成转子失稳。（4）于汽封设计不当而言，主要是指隔板汽封、高压转子前后轴封以及叶顶汽封的间隙或者结构设计缺乏科学性，使动静间隙的分布呈现不均匀，蒸汽会在不同的位置出现泄漏，并且在不同位置的泄露量也有所不同，同时会在转子上产生不均衡的力矩。在高负荷时，该力矩会逐渐增大，从而导致轴系失稳。

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        2处理汽轮机组汽流激振故障的有效措施
        当机组出现汽流激振问题时，不仅会导致轴系失稳，而且会限制机组的正常运行，导致跳机事故，因此相关人员需要对机组突发汽流激振问题进行详细分析，针对具体的情况制定有效的解决策略，这样才能保证机组的安全运行。在解决机组汽流激振故障时可以从提高轴瓦稳定性、控制蒸汽激振力两方面着手。
        2.1提高轴瓦稳定性
        当轴瓦稳定性提高时，系统阻尼会逐渐增大，从而使激振力的扰动得到有效控制，使汽流激振的发生几率降低。普遍使用的方法有：在机组运行的过程中，需要对润滑油的温度进行控制，将温度控制在规定范围内，可以保障润滑油的黏度在适当范围之内，使轴系中心的稳定性得以保持，同时工作人员可以对轴封参数进行调整，通过这样的方式对振动进行抑制；在机组安装或者检修的过程中，工作人员可以使用稳定性较高的轴瓦型式，这样可以将轴瓦稳定性逐步提高；控制轴瓦间隙、轴承座标高；做好轴瓦本身缺陷的修复工作，例如当轴瓦出现损伤时，工作人员应该及时处理；控制轴封漏汽问题；缩小轴瓦长径比，加大轴承的比压，并控制轴系不平衡产生的扰动。
        2.2控制蒸汽激振力
        在消除汽流激振时使用的有效策略就是减小激振力。减小激振力的策略包括：在高负荷下，需要调整负荷，并监视调门开度、轴振的具体情况，然后科学的选择配汽方式；在升降负荷时，需要对升降负荷率进行有效控制，避免出现胀差增长较快的问题，在机组运行的过程中，切不可利用增加主蒸汽流量、降低主蒸汽压力的方式将负荷提高；安装、检修人员在工作的过程中，需要对汽封间隙、叶顶间隙、轴封间隙等进行相应的调整，通过这样的方式来控制激振力。同时可以通过控制汽缸偏移、转子偏移的措施来控制激振力的增加。
        在治理实践中，由于工期和成本的限制，工程师们常常希望通过改造轴承或改变汽封的运行状态提高机组抗汽流激振的能力。但除极轻微的汽流激振可通过单一手段得到治理外，一般都需要结合多种手段共同处置。这一方面说明，对于运行机组，提高机组抗汽流激振能力手段的功效有限，另一方面也说明机组的动静中心偏移已超过机组所能接受的水平。因此在治理中，我们不得不关注减小动静中心偏移的手段，特别是合理调整汽缸位置。在多个机组的汽流激振治理过程中，我们均发现了汽缸非正常位移。汽缸位移必然影响汽封的位置，进而影响动静间隙的周向均匀程度。因此将汽缸调整到合理位置也是治理汽流激振的重要手段。汽缸调整可以在不开缸的条件下进行，其在现场治理中有其独特的优势。
        结束语
        汽流激振严重影响汽轮机组稳定、安全运行。为了避免机组出现汽流激振问题，相关人员需要对汽流激振的产生原因进行分析，根据具体的原因制定有效的解决策略，使汽流激振问题得到有效控制，使机组运行的安全性得到保障。相关人员需要重视汽轮机组安装、检修、设计等环节的工作，提高汽轮机组的安装质量，控制汽轮机组运行中的各个环节，使运行中产生的不利因素得到有效控制，从而降低汽流激振故障的发生几率，保障机组运行的稳定性。
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