汽轮机动静间隙对经济性与安全性的影响

1、汽轮机动静间隙对经济性与安全性的影响第 45 卷 第 1 期 汽 轮 机 技 术 Vol .45 No.12003年 2月 TURBINE TECHNOLOGY Feb.2003 汽轮机动静间隙对经济性与安全性的影响121张艾萍暴丽叶荣学,1东北电力学院吉林132012,2吉林热电厂吉林132021,摘要: 分析了汽封间隙对机组振动的阻尼作用及其阻尼系数与振幅的关系。根 据分析可知，汽封间隙不仅影响机组经济性，而且对机组振动也有很大的阻尼作用。关键词:汽轮机组 ; 汽封间隙 ;摩擦阻尼分类号:TK263(2文献标识码:A 文章编号:1001 5884(2003)01-0023-02Influe

2、nce about Clearance of Rotor and Stator of Turbine for Economy and Safetyof Turbine 121 ZHANG Ai-ping， BAOLi，YE Rong-xue(1Department of Thermal Power Engineering， Northeast China Instituteof ElectricPower Engineering ，Jilin 132012 ，China;2 Jilin Heat Power Plant ，Ji1in 132021 ，China)Abstract:It is a

3、nalyzed that clearance of gland seal has dampingaction to vibration of the unit，andrelationship of amplitude and damping coefficient of them jsanalyzed(According to analysis， clearance of gland seal not onlyinfluences economy of the unit ,but has very damping action to vibration(Key words:turbine un

4、it;friction damp;clearance of gland seal 汁资料，高压汽轮机汽封间隙每增加0.05mm使级效率下降0.4%-0.6%。由此0前言不难看出，级效率变化与汽封间隙变化可 汽轮机是山转子和静子两部分组成的 高速旋转机械，动静之刊的间 隙对汽轮机组 的安全性和经济性有很大影响。汽轮机动静 之间的间隙包括轴颈与 轴瓦之间的间隙和以近似用下式表示 : 隔板汽封与大轴之间的间隙、轴封间隙以及 0.05 ?,动叶栅与汽缸之间的间隙，其中轴颈与轴瓦 =(n - n ) $ oiois0.005 之间的间隙仅影响机组的安全性，而其它几(1) 部分间隙不对机组的安全性有影响，

5、而且对其中， n 为应达效率 ; n 为 实测效率。 oioi 机组的经济性也有很大影响。根据汽轮机原理知道，汽轮机效率公 式为: 1 汽封间隙与汽轮机相对内效率 h-h01 n = 的关系 oIh-h01t(2) 影响汽轮机内效率的因素很多，例如其中，h为入口蒸汽焓;h为出口蒸汽焓;01喷嘴损失，动叶损失，余速损失，摩擦损h 为理想出口蒸汽焓。 1t 失及漏汽损失等，但是对于已经运行的机由公式(2) 求出效率 n 代入公式 (1) 便 oi 组，影响效率主要因素是运行工况及漏汽可求出 汽封间隙变化值，如果求的是汽缸的损失，更确切的说，影响效率的主要因素 ?, 效率n，则汽封间隙变化值是缸内各

6、级 oi是汽封间隙的变化，根据文献1提供的统汽轮机技术汽封平均变化值。为了求得个级组汽封间表示，p p、t t ，在正常运行工况下， 2020隙变化值，可用级组入口、出口参数求得级有少量蒸汽流过汽封。轴颈四周汽 压相等，组效率，之后代入公式 (1) ，求得级组内汽作用在轴颈上的力相互抵消。 当轴颈振动封平均变化值。这里应该指出，在汽封间隙时引起汽封间隙发生相反方 向变化，在振变化同时又有结垢现象时，在计算效率时应幅增加一侧间隙减小压力 升高，相反一侧扣除结垢对效率的影响，表 1 是对某电厂是间隙增加压力下降，在 轴颈两测形成压200MW的计算结果。力差，即产生径向作用力，此力刚好阻止轴振幅的增

7、加，即产生了阻尼作用，除此之外，在轴颈振动时还有粘性阻尼作用和表1某200MV汽轮机效率与汽 阻汽片的碰摩阻尼作用。这个阻尼作用大封间隙变化值小可用阻尼系数C(N?s,cm)表示。由于沿轴颈圆周方向汽流是 连通的，因此当汽封序 项 目 单高压缸 中压缸 低压缸 间隙变化时所产生压力差 很难计算。根据号 位 阻尼的物理特性分析，阻尼系数 C大小与汽压汽温、轴封齿数、轴颈长度有关。根据 1 设计效率 % 85.9 90.5 84.5 文献2 推荐，一个具有 38个阻汽片的汽封， 2 实测效率 % 81.84 81.0974.86 2其压力为40kg,cm,其阻尼系数 C=8.3N?s3汽封间隙mm

8、 0.506 0.90.964 ,cm 。 变化值 为了进一步分析阻尼系数对临界共振振幅的影响，引用最大振幅 x 的公在大修解体时测量的结果与计算所得的式 3:x= e入汽封间隙变化值基本一致222 （1-入）+（2 E入）2汽轮机动静间隙对轴系振动的（3）影响式中，e为偏心距，mm;入=3 / 3为速c比；3为临界角频率；3为转动 角频c几乎所有的汽轮机转子都都存在质量偏率；E =c/c为阻尼比;C,为临界阻cC 心或动不平衡，那么在机组启动和带负荷运尼比，大型机组C=936（3N?s,cm。C行时，避免不了要激发振动，特别是在通过根据上述汽封阻尼比E临界转速时，振幅会急剧增加，根据转子广=

9、c/c=8.3/936.3=0.008 86 ，根据文献3c的幅频特性 可知，理论上此时的振幅为无穷推荐，大型汽轮发电机的多油楔轴承阻尼大，但由 于轴承、轴封和汽封等动静间隙比E =0，040（05，将高压汽封阻尼比中的阻尼作用，其实际振幅虽有增大，0.0086计人之后，高压转子的阻尼比 E但不会很 大。为了说明汽封的阻尼作用，=0.058 86，由此算出，汽封阻尼比占总阻下面用 一个汽封简易结构图（图1）加以说尼比15,。由式（3）可知，由于汽封阻尼作明。 用可使过临界转速时振幅减小15,。NWWW1汽封阻尼作用的结论可用启机过程振幅变化特性得到证明，某电厂 600MW启机过程振幅变化特征如

10、表2所列4表2某电厂600MV启动过程振幅值高压缸轴振中压缸瓦振低压缸瓦振发电机轴振励磁机轴振名称卩m卩m卩m卩m卩m图汽封结构图1 2 3 4 7 8 9 10 11 12 轴承号10.7 4.2 6.5 7.8 11.7 11.9 60 68 100过临界 转轴与阻汽片有一定间隙入口汽压汽温用 pt 表示，出口汽温用 pt0022汽轮机技术3000 瓦间有润滑油膜，油膜对轴颈产生摩擦力， 10.2 7.8 13.1 4.23 5.711.2 20 30 30 r,min形成摩擦阻尼，阻尼系数为：3 n l(D+D) n 12 C= e由上表所列数据可以看出，汽机侧过 2(D-D ) 12

11、临界转速时振幅与 3000r/min 振幅相比 普(6) 遍较小，而发电机、励磁机侧普遍较大，其中， n 为油膜动力粘度 ;l 为轴 瓦长其主要原因是汽机轴端及隔板均装有汽度；D为轴瓦内径，mm;D为轴颈外径， 12 封，使过临界转速时振幅减小，由同一组mm。 数不难看出，高中压缸汽封阻尼作用比低当轴承中的直径间隙 (D-D) 增大时， 12压缸汽封阻尼作用大。 其阻尼系 数减小，反之则阻尼系数增大。 根据非线性系统振动模态分析可知，同样也要注 意轴承中的油膜厚度的变化，动静间隙中的等效阻尼系数与轴系振动幅避免出现干 摩擦，否则会造成轴瓦钨金磨值的关系为 ： 损或脱落，严重时会引发重大事故。

12、由上表所列数据可以看出，汽机侧过临界转速时振幅 根据式 (4) 、(5) 和(6) 可知， 当汽轮机的A=4F/ n Ce动静间隙减小时，摩擦阻尼系数增大，转子与其中，A为振幅;F阻尼力,C为等效阻尼系e振幅减小；同时汽封漏汽量减小，机组经 济数; 为转子振动角频率。 3000r?min 振幅相比普遍较小，而发电机、励磁机侧 普遍性提高。否则振动加剧，经济性降低。因此，由于动静间隙的结构形状的不 同，以为了提高机组经济性和改善振动特性，需要较 及间隙中存在的流体的状态 的不同，等效将汽封间隙、轴封间隙和轴承中的间隙调阻尼系数C也不同。e大，其主要原因是汽机轴端及隔板均装有汽封，使过临界小。但是

13、间隙太小，会引 发严重摩擦，导致 2.1 轴封和汽封间隙等效阻尼重大事故，必须同时兼顾两方面 的影响，确转 定出动静间隙的最佳数值。 系数速时振幅减小，由同一组数不难看出，高中压缸汽封阻尼汽轮机汽缸轴封和隔 板及动叶顶部的汽封间隙中充满不同参数的蒸汽，因此在 3 结 论 作 转子旋转时，这些蒸汽 和转子之间存在摩 用比低压缸汽封阻尼作用大。 擦，形成粘性阻尼，阻尼系数为 : 综上所述，可以得出如下结论：22 n n (nbDD) 12根据非线性系统振动模态分析 可知，动静间隙中的等 (1) 汽封间隙和轴封间隙不仅影响 C= (5) e22 汽轮机的经 济性，而且对机组的振动 (D-D) 12

14、效 特性也有影响，当间隙增大时，漏汽 量增加，机组经济性降低 ; 间隙中的阻尼系数与轴系振动幅值的关系为 ： 蒸汽对转子的阻尼作用减弱，振动幅其中， n 为蒸汽动力粘度， n 为汽封或轴 封A:;4F: (4)值增大，反之，则经济性提高，振幅齿数，b为阻汽片宽度，mm;D为汽封或 1 由于动静间隙的结构形状的不同，以及间隙中存在的流 减小，特别是 过临界转速时的振幅数轴封外径，mm;D为汽封或轴封内径，mm 其中，A为振幅;F阻尼力;Ce为等效阻尼系数；oJ为转2值大大减小。 体的状态的不同，等效阻尼系数 Ce也不同。由公式(4)可知， 当汽封间隙 (D-D),12 子振 (2) 汽封中蒸汽状

15、态参数不同，其 2 增大时，阻尼系数 减小，反之则增大。 2(1 轴封和汽封间隙等效阻尼系数 阻尼作用也不同。蒸汽参 数越高，其当汽封间隙太小时或振动太大时，阻动角频率。 阻尼作用越大。 汽片 和转子之间的间隙几乎为零，此时发生(3) 径向轴承润滑油膜对汽轮机转子干摩擦，使阻尼系数大大增加，从而改善 机的阻尼作用大于汽封间隙中蒸汽的阻尼，组的振动。但是当摩擦严重时，会使 阻汽片而且油膜刚度对转子振动也有影响。 严重磨损，增加漏汽，使机组经济性下降;(4) 由于汽封阻尼作用可使过临界转另外，由于严重摩擦使转子局部受热，形速时振幅减小 15, 。 热弯曲，加重转子的振动，振动的加剧又使 摩擦加重，从而形成恶性循环，甚至导致机 组产生严重事故，应引起注意 参 考文献, 1 吉林热电厂 ( 高