汽轮机调节系统工作不稳定分析.doc

1调节系统静态特性不良 11调节系统迟缓率过大 实践证明，调节系统工作不稳定，常和迟缓率过大有关，特别是对于杠杆联接的调节系统工程，迟缓率过大更是造成调节系统摆动的普遍原因。因为迟缓率的存在将会使转速和功率产生如下范围的变化： n=n0N=NH/ 其中：n、N：转速和功率的变化值；：调速系统迟缓率；：调速系统速度变动率；n0、NH：额定转速和功率。 由上式可知，迟缓率越大，则转速及负荷的变化值也越大。 传动放大机构与配汽机构的迟缓率过大，通常是由于调节部件连杆接头的卡涩、松旷、滑阀过封度过大等原因造成。对于上述容易磨损的零件应经常注意维修、更换；传动接头的松旷、游隙过大，可以重新施套圆孔，配制硬制材料的销钉（应注意销钉的材质一定要低于连接主件的材质）等办法加以消除。 调节系统的迟缓率过大，有时是由于调节部件的卡涩造成的，它不象连接松旷、滑阀过封度过大那样经常存在着，而通常表现为不等值的，有时是间断的，所以它对调节系统的影响也通常表现为非周期的、不等幅和间断的。如当调节部件长期停留在某一工况工作时，容易出现卡涩，而在调节部件经过大幅度反复活动以后，卡涩又会消失。由于卡涩造成的调节系统迟缓率过大，通过静态特性试验，并不一定能够得到准确的迟缓率，所以就不能单纯依靠静态特性试验，而需要耐心的观察和反复的试验，才能查清造成卡涩的原因，从而采取有效的措施。 调节系统部件卡涩的最显著的特征就是活动部件经常处于静止的滞涩状态。并且在工况变化时，系统的油压往往大幅度地偏离正常数值，当看到运行机组的油动机完全处于静止时，并不说明调节系统工作的稳定，而是存在卡涩，正常工作的活动部件应有一定的脉动。 造成调节系统卡涩的原因是多方面的，我们在调试或运行中最常见的有：活动间隙结垢（如调门阀杆和阀套结盐垢）、油质不清洁（如油中含有硬质机械杂质等）、调节主件锈蚀（如油中进水)、金属材料蠕胀、调节部件间隙过大或过小以及调节元件结构不合理（如润滑不良、滑阀液压卡涩紧力过大）等等。 为了避免调节系统卡涩，应经常地保持油质清洁、蒸汽品质良好、密封系统（如油档和汽封）和疏水系统工作正常。活动部件应采用耐磨材料（如表面渗氮）并保持适应的活动间隙。在汽轮机组运行中，应定期人为地大幅度变化负荷，用以活动调节系统有关部件。 也可以根据设备的运行状况和系统油压的变化，来判断调节系统是否存在卡涩，以及卡涩发生在哪些部件。例如：油动机卡涩将会导致其活塞上下油压产生较大幅度的变化；调速器随动滑阀卡涩，将会导致一次脉冲油压（即喷嘴室或滑阀前油压）的变化；微分器卡涩，将导致微分器的滑阀下部油压的变化等等。（这里说明一点：微分器的卡涩所造成的负荷摆动，只表现在减负荷的方向，而且负荷的下降速度很快，幅度也往往很大甚至能从额定减到零，一般的情况，减下的负荷将会很快地自动恢复。）具体实例：某厂一200MW机组大修后在进行静态实验时，高、中、低压油动机关系正常，而当机组运行一段时间后，在投抽汽时发现北侧低压油动机无法开启油动机活塞上油压为2MPa,活塞下油压始终为0，错油门下油压正常为1MPa，后通过活动反馈错油门发现错油门下油压瞬间升高，且幅度较大，而活塞上、下油压轻微变化，证明油动机活塞不卡，而错油门卡涩，于是将错油门上部丝堵打开，用铜棒轻微振动错油门数下，故障消除。 12调节系统速度变动率太小 汽轮机调节系统速度变动率大小，将会引起调节系统工作不稳定。有时平均速度率符合要求，便局部速度变动率太小，则机组在该工作点运行时，也容易造成不稳定（这在前面的公式中可以看出）。 一般要求调节系统的速度变动率在36范围内，过小时会造成调节系统工作不稳定，太大时又会造成动态飞升转速过高，易造成危急保安器动作，因为汽轮机在骤然甩掉全负荷时，转速升高约为速度变动率的15倍，如果速度变动率大于7，则由计算结果715105可见，已接近危急保安器动作值1012的范围了。所以不能过份地用调高的方法来满足稳定性的要求。 2调节油系统不正常 调节油系统不正常对调节系统稳定性的影响，有的是直接的，如油压波动；有的是间接的，如油中渗有水份使元件生锈腐蚀和油中含有机械杂质等。 21油压波动 供油系统的油压波动，对于调节系统稳定性的不利影响是显而易见的，尤其是对于采取液压为转速脉冲信号的全液压调节系统则更加敏感，因为全液压调节系统的特点决定了它的脉冲油压信号较弱，所以容易受到油压波动的影响。 引起调节系统油压波动的因素是比较复杂的，一般说来主要来自两个方面：主油泵和注油器本身的工作性能不稳定；油系统混进空气。对于前者，主要是由设计、制造工艺以及安装、检修等因素决定，这里主要谈谈后者。 油流中的空气造成油压波动，对调节系统的稳定性危害最大。油流中混进空气的来源一方面是在机组启动时油系统的空气没有排干净，尤其在启动前如果首先启动高压油泵，高速油流将会卷进大量的气泡。所以，应首先启动低压润滑油泵，运行一段时间后再启动高压电动油泵运行一段时间，进一步驱赶调节系统各部套及油路中的空气，一般要求润滑油泵连续运行时间不少于10min。另一方面油中空气的存在和油路系统中空气分离的条件有关，例如油箱容积过小、回油管路布置过高（造成回油飞溅）、油位偏低、排烟风机调试不当或排烟风机进口不严密，使油箱未建立起微负压以及系统中油流速度过高等都是造成空气不能充分分离的因素。 为了便于排除积存在系统中的空气，应在调节部套腔室的最高位置、弯管的最高部位以及可能积存空气的死区开设排气孔。调试过程中，也常采用如手打急遮断器的办法，人为地使调速系统波动，对于驱赶调节油系统中积存的空气同样能收到良好的效果。 22调节部件漏油 调节系统部件漏油，一方面将会造成系统油压过低、油动机出力不足，调节系统迟缓率增加以及调节元件性能的失常，从而引起调节系统的摆动。另一方面对安全生产也十分不利。 造成调节系统部件漏油的原因是多方面的，如调节系统部件磨损腐蚀造成配合间隙过大；油动机活塞缸壁局部磨损严重使油动机两腔室短路；系统逆止阀不严；以及对于全液压调节系统、整个调节油回路都包含在一个焊接箱体内，如果箱体上存在气孔、砂眼、未焊接透等缺陷，或结合面不平整及垫片破损等，将造成不同油压等级的油路之间发生短路现象等，这些现象在机组运行中常遇到。 各种滑阀等活动部件的配合间隙，应符合设计要求，对磨损或腐蚀严重的要及时更换。 23油质不良 油质不良是调节系统工作的一个关键因素，油质不良包括油质不清洁以及运行中油质劣化两个方面。 由于液压调节元件的间隙都很小，如果油中含有机械杂质，尤其是较硬的砂粒时，将引起调节系统的卡涩，从而造成调节系统摆动，这类现象是较常见的。 有的机组在油质良好时调节系统工作完全正常，但随着运行中油质的劣化（如油中进水、酸加增高等）便引起调节元件的锈蚀和卡涩，从而破坏了正常的工作状态，使调节系统摆动。 因此对于大修后的机组一定要严格注意油管路系统的清洗和透平油的过滤工作，另外还应特别注意检修清理调节部套各腔室的死角，彻底清除砂质等杂物，启动前的油循环一定要保证质量。对于运行的机组，应经常保持油质的良好状态，注意防止油质劣化，如果存在油中进水或油温过高等缺陷，应及时进行处理。 目前，对于油中的水分和杂质，通常采取定期取样化验实施监督、不间断滤油、大修后对油系统管路、轴瓦进行大流量冲洗等方法。 3离心式调速器的缺陷 在这里主要谈谈高速离心器的轴向窜动。 高速离心调速器由于与随动滑阀的间隙很小，调速器本身的工作行程也很小，因而调速器的轴向窜动，将会严重影响调节系统的工作稳定性。因为这种调速固定在主油泵的小轴上，它将随着主油泵推力盘的窜动而窜动，所以这类调节系统工作的稳定性和主油泵推力间隙有着直接的关系。为了减少油泵的窜动使调速器工作稳定，必须对主油泵的推力间隙有严格的控制。对于50MW机组，规程规定推力瓦间隙为0080.12mm。但根据各次大小修后的测量结果来看，该间隙最佳值为010mm。因为间隙过小又会影响主油泵推力瓦的润滑，所以推力间隙也不能太小。 诚然，推力间隙的大小（绝对值）对调节系统的稳定性有所影响，但还不是关键因素，关键在于主油泵在运行时的窜动量。如果单纯控制主油泵的推力间隙，则只能限制主油泵转子的绝对窜动量，却不一定能够保证稳定运行。运行实践证明，主油泵的轴向窜动和主油泵前、后两个密封环的径向间隙有着直接的关系。如果前、后密封环间隙调整不当，泵轮的推力方向不固定，在油压波动和汽轮机主轴窜动等因素的干扰下，主油泵就会产生轴向窜动，并引起调速器的窜动，造成调节系统大幅度摆动。 经验表明，密封间隙不宜过大，前密封间隙应稍小于后密封间隙，建议取以下值： 前密封环比后密封环直径小4mm； 前密封环径向间隙为0280.30mm； 后密封环径向间隙为0.280.30mm； 另外，还应保证密封环与泵轮中心一致，以免发生动静磨擦，使密封间隙增大，同时还应注意密封环和泵壳之间密封良好不能漏油。否则同样会造成泵轮轴向推力的变化。 4滑阀构造对调节系统稳定性的影响 无论半液压、全液压调节系统，都设置有各种滑阀，要保证这些油阀能正常工作，则要求滑阀应有合理的构造，如果设计不合理，制造有超差或运行中严重损坏，常会影响调节系统的稳定运行。 41错油门的过封度 对于断流放大机构的错油门滑阀，保证适应的过封度是十分重要的，因为机组运行的转速并不是绝对稳定的，其脉冲油压实际上也是在一定范围内波动的，即使在转速不变的情况下，脉冲油压的波动也是不可避免的，这是由于油管中的涡流、主油泵供油压力的脉动等引起的，所以滑阀实际上也是在一定的幅度内波动的。因此，一定的过封度是避免油动机摆动的有效措施。 适当的过封度是必要的，但过封度太大，则使调节系统的迟缓率增大和动态性能恶化。 错油门过封度的测量，如果错油门的套筒较易拆下时，则可取出，检查滑阀的凸肩对套筒窗口的配合情况，如果过封度为负值，可采用在套筒窗口焊锡的方法予以修补，也可把套筒和滑阀同时放在平板上，用游标卡尺逐一测量。 42错油门滑阀的合理形状 对于平口错油门，当其油口开启时，将产生一个与运动方向相反的作用力，因而降低了滑阀的灵敏度，同时由于油流对孔的射流作用，必然伴随着涡流的产生，这就可能造成调节系统的摆动。合理的形状应带有凹槽口。有的机组采用齿形错汪门或带有矩形与梯形的结构，以减小油口刚开启时的油量变化，这类形式的错油门滑阀，必然是带凹槽，所以轴向反作用也可以同时减少。因而，国产全液压的调节系统毫无例外地都采用齿形错油门滑阀，对于提高调节系统的稳定性是行之有效的。 43滑阀的卡涩 滑阀的卡涩不仅与油质有关，而且与以下几种情况有关： 4.3.1滑阀和套筒机械加工的误差 这一误差会引起如带逆锥滑阀的卡紧力、带顺锥滑阀的自动就中，以及由于滑阀的倾斜造成的液压卡紧力。 432滑阀作用力偏斜引起的卡涩 引起滑阀卡涩的另一个原因，是因为作用在滑阀上下的作用力不同心，造成力偶，使滑阀倾斜靠在套筒壁上，因而引起滑阀和套筒之间的磨擦，这个现象在使用弹簧来平衡油压的变化时更为突出。弹簧力的偏心一方面是由于弹簧的位置安放不当，以致弹簧的轴线与滑阀的轴线互相不重合，另一方面也是由于弹簧制造质量不高,其两个端面不平行，或者弹簧的端面与弹簧的轴线不垂直。由于上述原因，在汽机调节系统中，对弹簧的质量要求一定要高。 433错油门滑阀与套筒的配合间隙对卡涩的影响 错油门滑阀与套筒的配合间隙应符合制造厂的要求，若间隙大小，很容易引起卡涩，在运行状态，滑阀的工作温度基本上等于油温，而套筒与壳体套在一起，壳体与外界有散热，故滑阀温度较套筒温度高，冷态测量时应注意，如间隙大小，虽然冷态时尚灵活，但工作时则可能卡涩；间隙太大，则造成内部漏油现象，容易引起工作不稳定。 套筒与壳体配合一般皆被忽视，如果配合紧力太大，则同样在工作时，由于内外的温度，使套筒被挤得变形，也容易造成滑阀的卡涩，这个配合尺寸也应符合制造厂的要求。 为防止滑阀卡涩，在设计制造中应严格把关，提高精度，减小误差，还可采用如对压弹簧来平衡油压的结构，弹簧支承在弹簧座内，弹簧座与滑阀采用顶针联系；在滑阀表面开均压槽；采用自动就中的滑阀和旋转滑阀等。机组检修维护工作，应特别重视检查这些滑阀是否能良好的工作，及时处理有关缺陷，更换不合理零件，保证透平油质良好，改进不合理的部件，以提高调节系统的稳定性。 5配汽机构的缺陷 汽轮机功率调节最后表现为调节汽门开度的改变，因而系统摆动的一个重要标志是调节汽门开度的上下波动；所以要保证调节系统的稳定，必须要求配汽机构能良好地工作。有许多调节系统摆动的情况是由于配汽机构的缺陷造成的。 51调速汽门型线不良或节流锥磨损 调速汽门型线不良或磨损通常表现为汽机空负荷时调节系统的摆动。 511球型汽阀和带节流锥的汽门对调节系统稳定性的影响 球型汽阀当它刚开启时，只要开度有微小变化，进汽量就产生很大的变化，特别是汽轮机在空载下蒸气流量很少。1号调节汽门开度很小，如果由于其它扰动（如油压波动或调速器的跳动等）使油动机稍有上下波动，就能引起蒸气量的过多变化，而这个变化往往是空载流量的较大比例，所以很容易引起调节系统的空负荷摆动。 而带节流锥的阀门由于具有良好的升程流量特性，所以通常用来作为第一个开启的阀门，以提高汽轮机空负荷的稳定性。 如果节流锥的阀碟在运行中被吹损了，破坏了它原有的特性，也将发生空负荷摆动。 512调节汽门型线不良 调节系统予启阀的作用是在调节汽门开启时，减少门前、门后的压力差，从而减少调节汽门在开启时的提升力，因此一些机组在设计时，调节汽门常采用这种结构，如苏联产BT-25-3型机组的四个调节汽门均采用带予启阀的结构。但是由于予启阀不严而往往造成机组在定速过程中，转速发生波动，因为机组在定速时主要是开启1号调节汽门，若予启阀不严，则在定速时不仅1号调节汽门进汽，其它调节汽门也进汽，这样将使机组转速无法稳定。 随着机组运行年限的不断增加，由于汽流冲刷、频繁打闸，使得调节汽门门芯与门座上出现不同程度的小坑和通沟等，而调节汽门是靠门芯与门座相接触的圆形宽带（即型线）来密封的，因此若这些缺陷出现于门芯与门座的型线处，则会造成调节汽门的漏汽现象，从而使机组转速无法稳定。 52凸轮磨损 由于汽轮机经常要在某一负荷下工作，因此凸轮在此工作点位置可能发生磨损，这样在磨损区域必然存在这样一些区段：系统在此部位的放大系统增大，导致局部不等率过小，从而引起调节系统振荡。 53调节汽门重叠度不正确 在理想情况下，希望配汽机构的特性（流量与阀门升程的关系或功率与升程的关系）为一直线,但实际上却有一定的差别，差别的程度不仅同每一调节汽门的特性有关，而且还和相邻的两个调节汽门的重叠度有关，调节汽门重叠度过大或过小甚至存在空行程都对调节系统的稳定性有很大影响。 531重叠度 重叠度过大相当于在某段负荷内，同时有两个调节汽门都在有效地控制流量，因而在这段负荷内，油动机行程或调节汽门行程不大的变化，便引起较大的功率变化，因而极易引起调节系统摆动，同时也会增加节流损失。 重叠度过大引起调节系统摆动的特点是具有明显的定点性，即摆动都发生在相邻的两个调节汽门交接处所对应的负荷，超过这一负荷，便能重新趋向稳定。 532重叠度过小 重叠度过小甚至存在空行程,则较小的功率变化便对应着很大的调节汽门升程改变量，在极端情况下，配汽机构特性在此范围内是呈水平状，说明在此负荷下所对应的调节汽门升程是不定的，其工作点可以从A到B范围内变化，这时即使没有负荷变化，油动机却在上下摆动，但摆动速度往往是比较缓慢的，重叠度太小还使油动机的工作行程增大，因而减少了油动机的富裕行程。 从以上分析来看，调节汽门重叠度不宜过大，也不能太小，所以应有一个合适的范围。经验表明，在前一个调节汽门开启到其门后的压力为门前压力的90时，后一个调节汽门即开启为最合理。对于中、低压机组，一般要求调节汽门重叠度为10左右。但对于高参数机组，为了启动暖机的需要，有时设计成上下汽缸的两个对称调节汽门同时开启。 54配汽机构的卡涩 滑阀的作用力一般很小，所以卡涩力影响很大，对配汽机构来说，虽作用力较大，但卡涩力