俄制800MW汽轮机高调门振动分析及其治理.doc

俄制800MW 汽轮机高调门振动分析及其治理韩 举 刘立勇 赵东亮 刘铁臣 齐庆利（绥中发电有限责任公司 辽宁省 葫芦岛市 125222）【摘 要】本文对绥中发电有限责任公司一期两台俄制800MW汽轮机运行中部分高调门的振动问题进行了介绍，通过振动测频对原因进行了分析，并介绍了处理方案及效果,本文为其它机组类似问题的处理提供了借鉴经验。【关键词】汽轮机 高调门 振动 预启阀0 前言国华绥中发电有限责任公司一期工程安装两台由俄罗斯引进的800MW超临界燃煤机组, 汽轮机为列宁格勒金属工厂（）生产，型号K-800-240-5，该型汽轮机高、中压缸配汽系统装有高、中压主汽门各2台，高、中压调速汽门各4台。每台高、中压主汽门分别对应2台高、中压调速汽门，机组正常运行时高、中压主汽门及中压调速汽门为全开，高压调速汽门（简称高调门）对机组的转速、负荷进行调节。高调门结构如图1所示，为减小阀门开启时由于压差而作用在阀芯上的力，该阀门装有预启阀，阀门相关参数如表1所示。图1 高调门结构图表1 高调门相关参数阀门全行程 预启阀行程 阀口直径 阀杆与其密封 门前蒸 门前蒸862mm 60.2mm 2002mm 0.40-0.49mm 23.54Mpa 540全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机1051 故障现象2 机2008 年7 月运行中出现3 高调门振动大的问题，具体表现为20%以上开度时阀杆剧烈、高频的上下振动并存在异音，并造成该高调门于2008 年10 月、2009 年6 月两次发生由于阀杆连接螺纹损坏而导致汽门关闭的故障,被迫采取将阀杆连接件与阀杆相焊接的方式维持运行。1 机2009年8 月3 高调门出现与2 机3 高调门类似的问题，由于振动较剧烈，为避免阀门受损将该高调门固定在20开度，不参与调节。绥电公司两台机组3 高调门的设备状况已严重影响机组的安全、稳定运行。2 故障分析根据两台机组3 高调门的振动现象，可以判断其振动激励源来自于阀门内部不稳定汽流，由于其自身运动系统存在不稳定的受力特征，致使在一定阀门开度对应的压比下发生显著振动。为进一步分析两台机组3 高调门振动大的原因，2010 年4 月使用专用仪器对1 机3 高调门的频率进行了测量。2.1 测频工况及位置实测了开度20%-30%共9个工况，对应的高调门出口与主汽门入口压比如表2所示，测量位置如图2所示。图2 1 机3 高调门测频方位示意图表2 1 机3 高调门9 个开度下对应的调门出口与主汽门入口压力之比开度 20% 21% 22% 23% 24% 25% 26% 28% 30%压比 0.7173 0.7284 0.7385 0.7428 0.7598 0.7666 0.7836 0.7961 0.8177测试工况：两个方位垂直的横向：横向1、横向2，与轴向，共计15 个工况，具体如下：横向1 测试位置测试了21%、22%、23%、24%、25%共5 个开度工况；横向2 与横向1 位置垂直，测试了25%、28%、30%共3 个开度工况；轴向共测试了20%、21%、23%、25%、26%、28%、30%共7 个开度工况。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机1062.2 时域波形曲线及分析对测频数据、图谱整理后发现横向、轴向两方向振动烈度均较为强烈；横向最大振动烈度发生在开度28%，其峰峰值为108mm/s（见图3）；轴向最大振动烈度发生在开度30%，其峰峰值为220mm/s（见图4）；轴向振动烈度大于横向1 倍多，分析可能存在轴向撞击频率分量。图3 开度28%横向2 测点振动速度的实测时域波形图4 开度30%轴向测点振动速度的实测时域波形2.3 振动速度频谱曲线及分析横向1 测点在阀门开度21%、22%、23%、24%、25%共5 个工况的振动速度频谱曲线如图5 所示，最大烈度发生在92.0Hz，其次124 Hz 和180Hz，均随开度增大而增大。横向2 测点与横向1 方位相互垂直，其在阀门开度25%、28%、30%共3 个工况的振动速度频谱曲线如图6 所示，振动速度功率谱的优势频率为50Hz、95-99Hz、180Hz 和200Hz225Hz，均随着开度增大而增大，其中50Hz、95-99Hz 是本方向的两个固有频率。与横向1 结果相比，主要是两方向的阻尼不同导致其模态特性的显著差异；200Hz225Hz 分析为可能受轴向振动236Hz 频率的影响所致。轴向测点在阀门开度20%、21%、23%、25%、26%、28%、30%共7 个工况的速度频谱曲线如图7所示，其轴向振动速度的主要频谱有：86Hz、124Hz、236Hz、206Hz、180Hz、10Hz，其中86Hz、236Hz、全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机107206Hz 三种频带振动速度随开度增大而上升，尤其在开度大于25%后，振动烈度增加最为显著，这与发生金属撞击现象相吻合。124Hz 频带振动烈度随着开度增大而增大，在开度28%达到最大值，这与横向2 振动位移最大工况发生在28%相吻合。轴向与横向振动烈度随开度增大而增大共同存在的频率有：17-22Hz、86Hz 到92Hz 频带、180Hz、206Hz，236Hz，应该是该阀杆运动系统或组成运动系统的部件固有频率。0 25 50 75 1001251501752002252502753003250.000.250.500.751.001.251.501.752.002.252.502.753.00速度rms mm/s频率 Hz相对升程21%相对升程22%相对升程23%相对升程24%相对升程25%0 25 50 75 1001251501752002252502753003250.000.250.500.751.001.251.501.752.002.252.502.75速度rms mm/s频率 Hz相对升程25%相对升程28%相对升程30%图5 横向1 测点5 个工况的振动速度频谱曲线 图6 横向2 测点3 个工况的振动速度频谱曲线0 25 50 75 100125150175200225250 2753003250.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4速度rms mm/s频率 Hz相对升程20%相对升程21%相对升程23%相对升程25%相对升程26%相对升程28%相对升程30%图7 轴向测点7 个工况的振动速度频谱曲线全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机1082.4 振速优势频率随开度变化的曲线汇总图8、图9 分别为横向1 和轴向典型振动频率随开度的变化曲线汇总，比较上两幅典型振动频率随开度变化曲线可以看出几点：（1）只有85Hz-92Hz 频带的模态振动烈度随着开度增大而增大，且在开度为30%工况达到最大，85Hz-92Hz 频带的振动烈度高于其它频带10%-80%，该频带是本阀杆系统的主导控制频率。（2）轴向振动烈度高于横向，分析为轴向金属撞击更为剧烈的结果。（3）其它振动频带表现为在开度23%和25%达到最大，大于26%后随着开度增大反而降低，这是因为轴向撞击在25%开度后236Hz 频带振动烈度陡增，减低了其它分量份额之故。但还没能达到改变85Hz-92Hz 频带份额的量值，这更进一步说明该频带是本阀的主模态频率。图8 横向1 典型振动频率随开度的变化曲线汇总图9 轴向典型振动频率随开度变化曲线汇总2.5 原因分析通过振动测频及相关分析可以判断1 机3 高调门振动大是由于阀门内部存在金属撞击导致，根据阀门的结构，振动产生的可能原因如下：第一种原因：该型阀门装有预启阀，虽然减小了阀门刚开启时的提升力，为主阀的开启提供了有利条件，但预启阀的存在也不可避免地造成了阀芯与阀杆的分离，并且该型阀门卸载能力大，使得阀前蒸汽对阀芯所产生的向下蒸汽不平衡力较小，结果阀芯几乎仅靠自身的重力悬浮在汽流中；全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机109由于高调门阀芯无防止旋转的装置，运行中阀芯的长期旋转使预启阀上端发生磨损，造成了预启阀行程超过标准范围，而此种情况会导致阀门滞后开启，导致阀门流量一升程曲线偏离设计值，加上该型阀门本身结构上存在的不稳定性，导致了在一定压比条件下发生阀芯与预启阀轴向撞击为主的金属撞击。第二种原因：由于高调门运行中开度不断的调整，长期运行后易导致阀杆与阀杆密封套间隙发生磨损，造成间隙超过标准值，此种情况降低了阀杆的约束，导致发生了阀杆与其密封套横向撞击为主的金属撞击。根据1 机3 高调门就地观察阀杆剧烈、高频上下振动的现象及振动测频的结果，第一种原因导致阀门振动的可能性较大。3 治理情况根据上述分析结论，2010 年1 机D 修期间对其3 高调门进行了解体，检查发现预启阀行程达到7.4mm，严重超过60.2mm 的标准值，阀杆与其密封套间隙最大值达0.60mm，也超过0.40-0.49mm标准值；检修中由于无阀杆密封套备件，阀杆与其密封套间隙超标问题未进行处理；在油动机提升力及阀杆安全性允许的范围内，将预启阀行程适当的进行了缩小，调整至5.7mm，修后机组运行中该调门振动大的问题得到了解决。1 机3 高调门振动大问题的解决，证实了该阀门振动大是由于预启阀行程超标导致，即前文所述第一种原因是正确的；检修中将预启阀行程调整后，使阀芯在运行中始终受到一个向下、适中的不平衡蒸汽力，并处在一个稳定的流场中，从而避免了阀芯上下浮动而发生的金属撞击。参照上述治理经验，2010 年2 机C 修期间对其3 高调门进行了解体，检查发现其预启阀行程也存在超标，达到了6.7mm，检修中同样调整至 5.7mm，修后该阀门振动大的问题也得到了解决。4 结束语绥电公司通过对两台K-800-240-5型汽轮机高调门振动大问题的治理，提高了设备的安全性、可靠性，其采用振动测频进行原因分析的方法及现场处理方案，为其它机组类似