500MW 超临界汽轮机汽流激振的分析.doc

500MW 超临界汽轮机汽流激振的分析 摘要详细介绍俄制500MW机组汽流激振特点!产生原因及消除详细介绍了盘电公司 1号机组汽流激振问题分析和结关键词超临界汽流激振分析1 俄制超临界机组轴系振动的特点我厂是列宁格勒金属制造厂生产的K-500-240-4型汽轮机为超临界压力，一次中间再 热、单轴、四缸、四排汽、凝汽式汽轮机。高、中压转子为整锻件，低压转子为套装件,所有转子的联接均为刚性联接。高中低压缸、发电机、励磁机转子各有两个轴承，其中高压转子的前后支持轴 承为摆动楔型轴承，每个轴承共有六块可倾瓦，中压转子前轴承为推力支持联合轴 承，其余均为椭圆搪孔轴承。一般振动产生的特点。1.1 低频振动低频振动是指振动频率低于轴系转动频率。对于超临界汽轮发电机组容易发生蒸汽涡动力引起的低频振动，也可称为蒸汽自激振荡，即汽流激振。 它主要来源于汽封!轮缘围带区产生的蒸汽涡动力，该力垂直于转子轴心的偏移方向，推动转子发生半速涡动。1.2 油膜振动大容量机组转子长，临界转速偏低，特别是发电机转子临界转速更低。表1临界转速：(轴系)是盘电汽轮发电机组各阶临界转速。由表1可知，转子正常工作转速超过发电机一阶临界转速3倍，这就给油膜振荡创造了基本条件。油膜振荡和汽流振荡不同，它发生在机组启动时，发生时的转速是当时提升到的转速表1临界转速：(轴系)1234567临界转速r/min820178518451910202523854175部位发电机高、中压 缸高、中压 缸低缸- 、低缸- 、发电机低缸- 、振动频率约为此转速的一半。油膜振荡的特点就是，随转速升高而加剧。1.3 摩擦振动由于大机组的转子较长，容易存在热残余变形，机组启动不当有可能出现汽封摩擦而发生转子振动。2 汽流激振2.1 特点： 机组负荷增加到某一数值，蒸汽自激振荡才会发生， 如果不采取任何措施 也只有当负荷降到这一数值以后振动才会消失。 一般发生在大容量高压转子上， 高压缸调节级处汽流激振最为严重。2.2汽流激振机理根据目前的研究结果，汽轮机汽流激振力通常来自3个方面。(1)叶顶间隙激振力。汽轮机叶轮在偏心位置时，由于叶顶间隙沿圆周方向不同，蒸汽在不同间隙位置处的泄漏量不均匀，使得作用在叶轮沿圆周向的切向力不相等，就会产生一作用于叶轮中心的横向力(合力)，也称为间隙激振力。该横向力趋向于使转子产生自激振动。在1个振动周期内，当系统阻尼消耗的能量小于该横向力所做的功，这种振动就会被激发起来。叶顶间隙不均匀产生的间隙激振力大小与叶轮的级功率成正比，与动叶的平均节径、高度和工作转速成反比。因此，间隙激振容易发生在大功率汽轮机及叶轮直径较小和短叶片的转子上，即大型汽轮机的高压转子上。对于带有围带的动叶汽封，蒸汽通过汽封的不均匀流动会形成不对称的压力分布，产生一附加的流体激振力。此时，总的蒸汽激振力要大于上述的间隙激振力，特别是对于反动度较小的冲动式汽轮机级，二者的差异更大。该附加力的大小与动叶汽封的径向间隙成反比，与叶轮前后压差、围带宽度、围带半径成正比，而叶轮轴向间隙的减小，在一定程度上可降低流体激振的影响。所以，适当放大汽封片的径向间隙、缩小轴向间隙可以减小该流体激振力。(2)密封流体力。由于转子的动态偏心，引起轴封和隔板汽封腔室中沿周向蒸汽压力分布的不均匀，产生一垂直于转子偏移方向的合力，使转子运动趋于不稳定。研究表明，该流体力包括蒸汽在密封内轴向流动和周向流动产生的两部分汽流力。蒸汽轴向流动产生的流体切向力和径向力与轴封的几何尺寸、轴封蒸汽流量、温度、压力、轴封齿平均间隙以及转子角速度等因素有关，而蒸汽周向流动产生的汽流力，用类似于描述轴承动力特性的4个弹性和4个阻尼系数表示。(3)作用在转子上的静态蒸汽力。由于高压缸进汽方式的影响，高压蒸汽产生一作用于转子的蒸汽力，一方面，可影响轴颈在轴承中的位置，因轴承载荷变化改变了轴承的动力特性，造成转子运动失稳；另一方面，使转子在汽缸中的径向位置发生变化，引起通流部分间隙的变化。在喷嘴调节的汽轮机中，通常考虑到汽缸温差方面的因素，运行时，首先开启控制下半180。范围内的调节汽阀，一般是下缸先进汽。调节级喷嘴进汽的非对称性，引起不对称的蒸汽力作用在转子上，在某个工况其合力可能是一个向上抬起转子的力，从而减少了轴承比压，导致轴瓦稳定性降低。此力的大小和方向受机组运行中各调节阀的开启顺序、开度和各调节阀控制的喷嘴数量的影响。3.0消除汽流激振的方法 3.0.1改进汽轮机内部密封装置的型式，缩小入口间距，控制动叶顶部漏泄量，减少蒸汽对转子的激振力。 3.0.2调整汽缸和转子中心，,避免运行中转子和汽缸中心发生明显偏移。3.0.3 增大转子与隔板之间的轴向间隙。 随着喷嘴，静叶与动叶之间轴向间隙增大，可以显著减少汽流涡动的激振力， 但是会降低汽轮机的内效率。3.0.4改变高压缸调速汽门的开启顺序， 由此避,免转子在单侧蒸汽力作用下发生明显的径向偏移和在转子上产生的不平衡力矩。3.0.4增加轴瓦阻尼，减少轴承载荷。 例如缩小轴瓦间隙，增加轴瓦长度，采用黏度较大的润滑油等。3.0.5采用稳定性较好的轴瓦，增设挤压油膜阻,尼器等。3.0.6提高转子临界转速.3.0.7机组启动前长时间盘车，减小转子挠度。3.0.8轴承采用多瓦块可倾瓦.3.0.8采用动叶叶顶汽封新结构，能解决机组轴,系低频振动问题。4.0盘山发电厂的汽流激振的情况介绍分析国华盘山电厂苏制500MW超临界机组有有四个高压调门，与目前国内多数大容量级组相比，国华盘山电苏制500MW超临界机组有四个高压调门控制的喷嘴数是不相同。其中1、2号调门分别控制14个调节级喷嘴组，3、4号调门则分别控制10个调节级喷嘴，具体调门结构见图1-3-2：两台机组在调门配置上略有不同，其中#2汽轮机GV1、GV2号调门位于下部，GV3 、GV4号调门位于上部，而#1汽轮机则相反。但均为GV1 、GV2、GV3、GV4分别控制4个喷嘴组（、），且其中、号喷嘴组各有14个喷嘴，、号喷嘴组各有10个喷嘴。 前#2机，后1汽轮机调速汽门布置 1234561.2 号轴瓦各瓦块布置情况4.1机组振动特征：（仅以我厂1号机组为列）国华盘山电厂俄制500MW超临界级组由于受锅炉水动力循环的影响，运行方式目前高压调门主要采用两种配置方式：两个大阀（GV1+GV2一块动作）加两个小阀（GV3、GV4依次动作）的顺序阀定压运行方式，和两个小阀（GV3+GV4一块动作）加两个大阀（GV1、GV2依次动作）的顺序阀定压运行方式。1号机组在本次大修前，两个大阀（GV1+GV2一块动作）加两个小阀（GV3、GV4依次动作）的顺序阀定压运行方式，汽轮机在各个负荷段没有气流激振造成震动大的想象发生，由于采用两个小阀（GV3+GV4一块动作）和两个大阀（GV1、GV2依次动作）的顺序阀定压运行方式在低负荷下机组的发电煤耗明显偏低，为此我厂采用（GV3+GV4）+GV1或GV2 方式运行，在474485MW负荷工况下，GV1或GV2调门均有振动现象；并且1、2、3轴承的振动有突升的问题，为此国华盘山电厂针对这些情况利用本次1号机组通流改造机会，对阀门组进行改造，同时也可利用阀门优化的结果，避免上述情况的发生。但是机组启动后，发现在和两个小阀（GV3+GV4一块动作）加两个大阀（GV1、GV2依次动作）的顺序阀定压运行方式时是500MW,2号高压调门处发生震动。后经过机组的调门的重叠度修改后有改善。但是在（GV1+GV2一块动作）加两个小阀（GV3、GV4依次动作）的顺序阀定压运行方式，也发生气流激振，机组负荷460-475MW，3号调门在14-16.5%开度附近，具体情况见下表： 机组气流激振时1.23.轴Y向振动变化趋势。 机组气流激振时1.23.轴X向振动变化趋势机组气流激振时高压调门的开度关系：机组负荷450（MW）455（MW）457（MW）460（MW）464（MW）473（MW）3#高压调门开度%10.6131515.814.916.51瓦X轴振（um）61.267.165.769.67667.21瓦Y轴振（um）71.888.787.296.2106.098.62瓦X轴振（um）57.283.678.285.7109.879.22瓦Y轴振（um）64.293.588.197.0116.392.1通过上表可知结论在（GV1+GV2一块动作）加两个小阀（GV3、GV4依次动作）的顺序阀定压运行方式气流激振的负荷点主要机组在450-475MW之间，表现是3号高压调门有1-5%开度变化，在460-470（MW）调门开度变化1%但是轴的振动变化1瓦Y方向有25突变（um），1瓦X有35（um）突变，2瓦Y有突变51-55（um）突变，2瓦X有35-42（um）突变，以上通过趋势曲线可以知