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摘要：当前在一些负荷情况下，高参数汽轮机的配汽特性会在一定程度上直接影响机组的轴系稳定情况以及运行的经济性。基于此，本文针对某600MW超临界机组进行了调整和优化配汽方式的试验，通过寻求最佳阀序控制方式，研究机组配汽特性，获取了最优配汽方式。经过相关结果证实，在检修过程中，合理的采用最优配汽方式能在机组不停机的情况下，大幅度提升轴系的稳定性，有效消除自激振动。希望能为同类型机组提供一定的运行参考与优化建议。
关键词：超临界；600MW汽轮机；配汽方式；优化
前言：当前，喷嘴调节与节流调节就是汽轮机主要采用的配汽方式。节流调节也可称为全周进汽，当外负荷变化时，由于各调节阀门开度一致，可通过改变阀门开度在机组启动暖机阶段来适应外界负荷，其优点是进汽较为均匀。与其不同的是，喷嘴调节也可称为部分进汽，各调节阀循序当处于外负荷发生改变时，会逐个关闭或开启，在几个调节阀中，当面对部分负荷时，只有1或2个调节阀未开。采用节流调节的汽轮机在相同的部分负荷下，机组的内效率较高，进汽节流损失较小。现阶段，我国多数燃烧机组会参与调峰，汽轮机配汽特性在部分负荷工况下，不仅会对轴系的稳定性造成影响，还会对机组的运行经济性进行降低。
1机组概况
某600MW超临界机组两侧分别设置了两个联合阀，其采取了凝汽式汽轮机，联合阀由主汽阀与调节阀组成。主汽阀由液压执行机构驱动，为水平放置的柱塞型阀，主要由油动机控制，其可以在启动机组时快速关闭。在控制高压缸的蒸汽流量时，本机组共有CV1，CV2，CV3，CV4四个调节阀。
2配汽方式不合理引起的轴瓦振动
一般情况下，在高负荷运行时，对于大修后的机组，增大出现振动幅值的现象会频繁出现在#1和#2轴瓦，其中最为明显的就是#2轴瓦。而且振动幅值在将负荷降至600MW下时会出现慢慢回落的现象，导致机组难以实现长期稳定运行。根据机组以往运行记录显示，#2轴瓦在负荷为600MW时会出现不稳定振动现象，X方向振动幅值会逐渐增大到137μm，与正常时的75μm存在较大偏差，同时#2轴承金属温度会在保持10分钟时间后，逐渐从89.1℃降至87.4℃，在此过程中振动幅值也会回落到80μm，由此可见，此阶段轴承金属温度具有升高的现象。在此机组原进汽方案中的顺序先对CV1和CV4进行同时开启，在结合重叠度设定函数，逐步开启CV2和CV3。若在此过程中使用全周进汽调节替换原配汽方式，那么在处于额定压力时，机组将达到满负荷运行状态，但却有较高的节流损失存在于全周进汽调节中，可见其在长期运行下十分不经济，只能作为一种过渡调节手段。
结合上述分析，机组产生自激振动故障的原因具体可分为叶顶间隙激振力、静态汽流力、密封汽流激振力三种：第一种：当静止部分的位置与汽轮机转子不同心时，会导致叶顶与叶轮之间的缝隙沿周向出现异性方向，造成在不同周向位置处，蒸汽的间隙泄漏量不均匀，最终会出现激励转子涡动的切向力。第二种：汽流作用在部分进汽引起时，在转子上的力就是静态汽流力，高压缸调节级进汽的不同方式在汽轮机喷嘴调节过程中会造成转子受到各个方向的气流力作用。当矢量叠加后的静态汽流力方向向上时，会降低轴系稳定性，使轴承载荷变小，最终造成转子运动失稳。第三种：在密封腔中，转子的偏置会引发密封流体激振力，而其存在的力可分解为一个垂直于转子偏移方向的切向力和一个通过转子中心的径向力，当切向力处于失稳边缘时，转子会出现强烈的振动现象。
通常有两种情况造成以上激振力，第一种，没有严格遵循检修规程开展机组大修作业，使初始中心位置的转子和静子不同心，导致叶顶间隙和隔板汽封存在不均间隙的现象。第二种，机组没有采取合理的配汽方法，从喷嘴喷出的蒸汽，会促进叶轮的转动，造成不稳定的切向力。所以，建议在下次开展周期大修作业时，应对隔板汽封和转子围带汽封的径向间隙进行仔细检查和调整，以此来防止周向间隙偏差过大。但是电厂相关人员沟通后，考虑到电厂责任重大，停机会造成大量的经济损失，所以选择优化配汽方式消除故障，具体试验如下。
3配汽特性试验研究
为获取各负荷下机组最佳热耗，结合相关规定，配汽特性试验主要应用在该机组负荷为600MW时。试验过程中需要对#1和#2轴瓦的轴承金属温度和振动情况进行密切监视，如果发现超出机组设定报警值，应马上恢复到初始状态，并终止试验，下一步计划需要待其稳定后才能实施。
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图2 优化配汽方式后负荷与调节阀开度关系
在优化机组配汽方式过程中，结合不同工况下试验数据方案，通过图2可以获取到机组负荷与各调节阀开度之间在优化后的关系。CV1和CV3在60%～90%负荷区间内一直保持100%开度，CV2的开度从20%变化到30%，CV4保持关闭；CV1和CV3在90%～100%负荷区间内一直保持100%开度，CV4开度从0%增至20%，同时CV2开度从30%至全开。在一定的部分负荷下，机组通过增大调节阀开度，减少了节流损失的现象，在此过程中主蒸汽压力变小，但也明显降低了循环效率；但是若为了提高机组循环效率，增加主蒸汽压力过程中，通过减小调节阀开度来实现，又会加大节流损失。可见，在部分负荷下，减小节流损失与提高循环效率存在相互矛盾。但经过对配汽方式优化的试验中可以得到调节阀开度和主蒸汽压力的最佳工作点，获取最佳阀序控制方式，从而使机组的热耗降到最小，提高机组的经济性，使其综合效率更高。
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如表1所示，对比配汽方式在优化前后的数据得知，机组#1和#2轴承金属温度明显提高了2至3℃，主蒸汽进汽阀和#3、#4轴瓦的距离较远，对于两轴承金属温度影响，在优化配汽方式后明显较小。同时，在进汽方式改变后，转子上的汽流力也出现了变化，加大了轴瓦载荷，此时轴承的偏心率结合流体动压润滑原理相应变调，轴系稳定性得到了有效提高，轴承失稳阀值范围出现了明显减小。
结束语：
综上所述，通过进一步分析600MW超临界机组存在的自激振动现象，通过对阀序方式的优化，提高了轴瓦稳定性和偏心率，增加了高中压转子轴瓦荷载。另外，通过对机组进行配汽特性试验，找到了最优阀序控制方式与最佳工作主蒸汽压力点，明显提升了机组的经济性，值得进一步推广与应用。
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论文作者:赵航1,郑凡2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/5/6