超超临界汽轮机面临的技术问题讲解

超临界汽轮机技术发展趋势山东大学史月涛超超临界汽轮机面临的问题汽流激振固体颗粒侵蚀低压叶片水蚀转子冷却叶顶间隙激振力汽流激振产生的原因间隙激振力：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。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。易发生位置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。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。密封流体力汽流激振产生的原因密封流体力：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不对称（静态）的蒸汽力汽流激振产生的原因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。高负荷区门槛负荷突发性复现性高压转子叶轮直径小刚性差自激振动不能通过动平衡消除汽流激振的特征结构设计转子轴承汽封全周进汽其他措施安装及运行中消除跑偏改变调门开启顺序某电厂1号机型号为K-800-240-5。汽轮机高压缸进汽由4个高压调节汽阀控制。正常运行时,调节1、2号调节阀位于下部同时开启进汽,3、4号调节阀位于上部顺序开启进汽

。该机组在新机试运期间,在700MW左右时,1号轴承多次发生振动突增现象,振动突增的主要为半频分量,1号轴承突发振动时波及相邻轴承。2000年6月12日加负荷至750MW时,1号轴承产生突发性振动,其垂直和水平方向的轴承振动均达到跳机值水平(11.2mm/s)。将负荷减至720MW以后,振动恢复正常。案例分析现场曾用调整1号轴承顶隙、抬高轴瓦中心和轴瓦修刮等措施,均未能消除此突发性振动。后在运行中采用改变高压调节阀开启顺序和开度的方法,才基本避免了突发性振动的发生,机组顺利带满负荷运行。原因炉型汽包炉变直流炉参数高温腐蚀汽侧氧化锅炉过热器管和再热器管由于受热冲击引起管子汽侧氧化铁剥离形成固体颗粒，使汽轮机高压与再热第一级叶片产生固体颗粒侵蚀固体颗粒侵蚀冲动级动叶固体颗粒侵蚀比反动级动叶更为严重GE公司在设计方面通过采用倾斜调节级喷嘴，使喷嘴出汽边的固体颗粒侵蚀率明显减小。减少固体颗粒侵蚀的措施结构把冲动式叶片的使用局限在调节级，其余高中压级采用反动式叶片采用倾斜喷嘴，使第1级喷嘴出汽边固体颗粒侵蚀的损伤率大为减小。适当增大喷嘴与动叶之间的间隙，使动叶进口汽流速度更加均匀，可降低动叶固体颗粒的侵蚀率。材质调节级和再热第一级喷嘴和动叶的设计，应选用蠕变强度高和耐固体颗粒侵蚀能力强的高温叶片材料。调节级和再热第一级喷嘴和动叶采用防固体颗粒侵蚀的保护镀层或涂层运行启动时，在20%负荷以下采用全周进汽方式，可以减少蒸汽流速，有利于防止固体颗粒侵蚀。与定压运行相比，变压运行超超临界汽轮机由于蒸汽流速缓慢等原因，有利于减轻固体颗粒侵蚀。高温部件冷却材质选择Cr—MoV钢应用于566℃12%Cr钢应用于600℃奥氏体钢应用于650℃蒸汽冷却技术必要性提高现有材料使用等级，充分利用材料的机械性能降低超超临界汽轮机高温部件的工作温度和部件的温度差，降低这些部件的热应力，延长这些部件的设计寿命。高温区冷却减小启动热应力防止金属蠕变喷嘴室和高压转子高压转子单流结构喷嘴室双流压力级单流结构高压转子双流式结构蒸汽室和中压转子外部来汽(高压缸排汽或高压缸抽汽)