（山东电力建设第三工程公司）
摘要：某电厂#4机组汽轮机采用东方汽轮机厂制造的NZK1000-25/600/600型汽轮机，自高负荷运行时，易发生汽流激振现象。本文从安装角度对汽流激振问题的解决进行探讨。
关键词：汽轮发电机 汽流激振 分析 措施
1 引言
随着电力行业的迅速发展，火力发电机组装机容量不断增多，1000MW超超临界机组逐渐成为新建电厂的主流机组，而随着几年来百万机组的陆续投运，汽流激振问题也逐渐暴露出来，东汽1000MW机组超超临界机组未引进日本日立技术生产制造，其轴系长出其他机组很多（总长54.2米，其中汽轮机四根转子总长37.9米），由于该型机组参数高、轴系长，刚性相对较差，抗扰动能力相对较弱。目前，该型汽轮机组已经出现多起高中压转子在运行中发生因汽流激振引起的低频不稳定振动，造成机组振动大跳机事件或被迫限负荷运行事件。本文结合某电厂该型汽轮机在机组大修期间对汽流激振问题的成功处理，从安装检修角度探讨汽流激振的问题的解决。
2 论文正文
2.1 汽流激振的特点
（1）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[1]。
（2） 一般发生在大容量机组高压转子上，高压缸调节级处的汽流激振最为严重[1]。
（3）振动频率低于转子工作频率。 振动频率 f =Nc/ 60（Nc 为转子第一临界转速）[1]。
2.2 汽流激振形成的原因
超超临界汽轮机由于主蒸汽参数的增加引起主蒸汽密度的显著提高,高压转子因蒸汽力的作用易发生汽流激振。这种由于蒸汽力引起的轴系不稳定振动也称蒸汽涡动,汽流激振现已成为超超临界汽轮机轴系失稳的重要原因之一。
图1
2.2.1 汽流激振的原因
2.2.1.1 汽流激振力分析
(1)叶顶间隙激振力。汽轮机转子偏心造成圆周方向叶顶间隙分布不均匀,由于叶顶间隙不均匀,同一级中各叶片上的气动力就不相等。叶片上的周向气动力除合成一个扭矩外,还合成一个作用于转子轴心的横向力。这一横向力随转子偏心距的增加而增大,形成转子的一个自激激振力,蒸汽激振力的大小取决于转子的偏心距和蒸汽密度[2]。
(2)汽封蒸汽激振力。由于转子动态偏心,高压转子的轴封和隔板汽封内蒸汽压力周向分布不均匀,产生与转子偏心方向垂直的合力,趋向于使高压转子产生涡动[2]。
(3)不对称的蒸汽力和力矩。对于喷嘴调节的汽轮机,调节级进汽的非对称性引起不对称的蒸汽力作用在转子上,在某个工况下其合力可能是一个向上抬起转子的力,从而使轴承比压减小,导致轴系稳定性降低。汽缸跑偏,转子径向位移等引起蒸汽在转子上力矩径向分布不平衡,也有可能引起涡动。当叶顶间隙激振力、汽封激振力和转子不对称的蒸汽力垂直于高压转子偏心方向的切向分量之和超过轴承油膜阻尼力时,高压转子在其一阶弯曲固有频率处将经受大振幅的蒸汽涡动,大振幅的蒸汽涡动也称蒸汽振荡[2]。
2.2.1.2汽流激振原因分析
(1)超超临界汽轮机高压转子蒸汽压力高,叶片汽封漏汽量大。叶顶汽封间隙或汽封结构设计不当,转子偏心时,易造成汽封磨损,沿圆周方向叶顶间隙不均匀。在间隙缩小的地方,圆周力增大;在间隙增大的地方,圆周力相应减小。造成同一级叶片圆周方向上气动力不相等引起高压转子涡动[2]。
(2)轴封或隔板汽封腔室内高压端的间隙大于低压端的间隙,偏心的转子在轴封腔室内转动,引起轴封或隔板汽封腔室内蒸汽压力分布不均匀[2]。
(3)轴承选型或设计不当,轴系稳定性设计裕度偏小,高压转子的对数衰减率偏小。
(4)运行中汽缸跑偏或转子相对于汽缸中心发生偏移,引起轴封、隔板汽封、叶顶汽封的间隙沿周向分布不均匀,引起蒸汽作用力沿周向分布不均衡。在安装或检修中高压转子动静间隙调整不均匀,留下汽流激振的隐患[2]。
(5)运行中汽轮机部件在承受热变形、碰摩或不正常的径向力等因素的作用下,隔板汽封、叶顶汽封和轴封不同程度磨损,出现动静间隙沿圆周方向的径向间隙分布不均匀。由于漏汽量的不同引起轴向力不均匀,在转子上产生一个不正常的力矩。高负荷时该力矩增大,引起轴承支反力发生变化导致轴系失稳[2]。
(6)对于喷嘴调节的汽轮机,不同的负荷对应不同的调节阀开度和不同的喷嘴数目,由于动叶片周向力的差异造成高压转子径向力不平衡,向上的径向合力会造成部分轴承比压减小,轴系稳定性变差[2]。
2.2汽流激振案例及消除汽流激振机组检修过程中采取的措施
某电厂#4机组某日9:32， #4机组负荷1006MW，协调控制，#4机主汽压力25.14MPa，#4机#1X、#1Y、#2X、#2Y轴承振动分别为25.2um、36.7um、32.3um、22.5um，高调门#1、#2、#3、#4开度分别为97.2%、92.5%、93.3%、40.1%。 09：46主汽压力24.7MPa，高调门#1、#2、#3、#4开度分别为97.2%、99.7%、100%、66%。#4机#1X、#1Y、#2X、#2Y轴承振动分别由39.9um、29.1um、29.4um、36.8um突升至89.7um、163.7um、136.7um、191.3um，振动3秒后恢复至初始值。其它轴承振动基本无变化。#1、#2轴瓦温度由81.5℃、73.7℃逐渐降为78.1℃、70.7℃（图1）。
机组在运行过程中， 静止部件与转动部件的中心一致、 各处汽封圆周间隙均匀是减小汽流激振的有效手段， 因此在检修安装过程中重点做好了以下几方面的控制：
（1）滑销系统安装检修时，应严格按厂家说明书要求 ，严格控制滑销间隙。对机组滑销系统进行了全面复查，对与厂家说明书要求不符的按厂家意见进行了整改。
（2）高中压猫爪支撑转换 ，全实缸状态时 ，对于连接汽缸的管道重量要充分的考虑，由汽缸上猫爪支撑整个模块的重量，且猫爪伸出的长度较长，汽缸本体的挠度变化，汽缸的中心会变化，因此在上下猫爪转换的过程中， 应注意保证汽缸中心在高度上一致。并在完成猫爪支撑转换后，全负荷状态下做负荷分配以避免热态情况加剧四个猫抓的不均匀沉降。
（3）#1-#4轴瓦为可倾瓦，应重点检查瓦块的自由摆动值、瓦块背部接触点、外圆垫块接触情况等；#5-#8轴瓦为椭圆瓦， 应着重检查外圆垫块接触情况以及瓦块与瓦套的球面接触情况， 保证轴承较好地支撑刚性。检查中发现#2可倾瓦与转子轴颈接触不符合规范要求，对瓦块进行了人工修刮，复查后符合规范要求。
（4）轴承顶隙的检查、调整时应将顶隙控制在中下限， 以此提升机组运行期间轴承对转子的束缚能力， 将转子在运行过程中出现共振的可能性降到最低。
（5）按厂家设计要求控制通流间隙。在对围带汽封和隔板汽封间隙调整过程中，加强对汽封块与块之间、上下半间隙控制，间隙数据均采用全实缸状态测得，确保数据的准确性。保证同一周汽封径向间隙误差≯0.05mm，确保隔板汽封和围带汽封径向间隙均匀。对汽封块的圆周膨胀间隙一定严格控制符合厂家的设计要求。
（6）按厂家说明书要求 ，对轴系中心 、对轮张口检查，各轴颈扬度进行检查调整，确保测量值符合设计规范。对轴系中心进行复查，结合厂家要求和轴系中心的实际情况，对与设计值偏差较大中低对轮和低发对轮中心进行了微调。
（7）轴系连接时各对轮外圆跳动与单根转子对应点跳动值相差不得超过 0.02mm。
（8）轴承与轴承座锁紧过程要求对称、均匀，力矩符合要求。
（9）对汽轮机转子进行喷丸处理，祛除转子叶片表面结晶盐等物质。
（10）根据运行状态经与厂家沟通把1#、2#瓦的负荷进行了适当的增加。
采取以上措施后，该电厂#4机组经过以上措施，并应东方汽轮机厂要求更换高压缸第一级隔板汽封和高压轴封汽侧第一级汽封为防旋汽封后，机组启动后测量#1、#2轴承振动的低频振动分量小于5μm，截止目前，#4汽轮机未发生汽流激振现象，汽流激振问题得到了有效解决。
参考文献
[1]罗名文.大型汽轮机汽流激振研究现状及展望[J].2006.21(6):551
-555.
[2]史进渊.超超临界汽轮机汽流激振的研究[J].动力工程，2003.23（1-2）.
论文作者:刘向东,黄后冬,李青松
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/21
标签：转子论文; 间隙论文; 机组论文; 蒸汽论文; 汽轮机论文; 高压论文; 轴承论文; 《电力设备》2017年第19期论文;