650MW汽轮机组汽流激振诊断及治理

0引言

某火力发电厂2号机组系上海汽轮机厂生产制造的N650—24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机。

机组高压调门在单阀模式运行时,主机各轴承振动均在合格值以内 (图1),在顺序阀方式(阀序GV1十GV2→GV3→GV4)下,GV3开度在10%~30%工况时,主机#1瓦x向轴承振动最大达200 μm(图2),对机组安全运行构成威胁。

1 系统介绍

1.1汽轮机现场布置

电厂汽轮机高压调节阀门和喷嘴组的布置为1、2号高压调门布置在下部,3、4号高压调门布置在上部(图3), 目前采用的阀序为GV1十GV2→GV3→ GV4,即1、2号高压调门先同步开启,随着蒸汽流量增大逐步开启3号调门和4号调门。

1.2产生汽流激振的原因

对于喷嘴调节的汽轮机,在单阀模式运行时,四个高压调门同时进行调节,喷嘴组全周进汽,高压缸处于均匀进汽方式,高压缸调节级不会因负荷的变化产生附加的不平衡蒸汽力,支撑高压缸的1、2轴承受到的作用力受蒸汽流量变化的影响小,轴承温度、振动相对稳定,机组运行安全性好。

在顺序阀模式运行时,调节级进汽为非对称性,产生不对称的蒸汽力,在某个工况下作用在转子上的合力可能向上抬起转子,使得轴承比压减小,导致轴系稳定性降低。一方面,此力会影响轴颈在轴承中的位置,造成轴承载荷变化,进而使得转子失稳:另一方面,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,也可能引起转子涡动,调节阀的开度和开启顺序对转子受力的方向和幅值都产生了很大影响,汽流作用力下轴承振动就会升高。文献[1—6]表明,喷嘴配汽的大型汽轮机,在调门开度变化时都容易产生汽流激振。

1.3解决汽流激振的方法摸索

机组运行中的汽流激振问题,一般可以通过调门开启顺序的调整来解决^[7—10],可以通过在线进行阀序摸底试验来实现,试验方法为:在单阀模式下逐步手动关小两个调门直至关闭来模拟机组顺序阀调节过程,顺序阀各种阀序的改变只需改变手动调节的两个调门(GV1~GV4任意两个调门)即可实现,各种阀序工况下运行,获取静态负荷各种阀序下主机轴承温度和振动的数据,寻找主机轴承温度、振动最优的一种阀序。试验前,需要制定顺序阀摸底试验方案,首先要确定合适的试验负荷,因为摸底试验是在固定的负荷下进行,要保证试验过程中至少两个调门关闭到零,查历史数据可以确定机组负荷400 MW进行试验比较合适。

四个高压调门可以组合的阀序较多,为减少试验次数,决定进行4种阀序的试验,喷嘴相邻开启方式进行2种阀序试验:GV3+GV4→GV1→GV2,GV3+ GV4→GV2→GV1;喷嘴对称进汽的方式进行2种阀序试验:GV2+GV3→GV1→GV4,GV2+GV3→GV4→ GV1。拟通过四个阀序摸底试验寻找一个最优的阀序。

2 阀序摸底试验

2.1汽轮机上部进汽阀序摸底试验

1)单阀模式下模拟GV3+GV4→GV1→GV2阀序试验。

试验步骤:(1)机组负荷稳定后将#2机GV2由自动控制切为手动控制;(2)运行当班人员手动逐步关小GV2,每关小2%开度停留1 min观察其余调门自动调节情况和机组振动变化情况,直至GV2关至零位,关闭过程中发现机组任意轴承振动有爬升现象且振动上升幅度超过5丝时立即逐步开启GV2; (3)观察GV2关闭后参数稳定,各轴承振动无爬升现象,继续进行GV1关小试验;(4)机组负荷稳定后将#2机GV1由自动控制切为手动控制;(5)运行当班人员手动逐步关小GV1,每关小2%开度停留1 min观察其余调门自动调节情况和机组振动变化情况,直至GV1关至0%为止,关小过程中发现机组任意轴承振动有爬升现象且振动上升幅度超过5丝时立即逐步开启GV1;

(6)当GV1关闭至0%后,记录一次机组振动参数;(7)试验结束后将GV1逐步开启,当GV1与其他两个高压调门开度相同时将GV1投自动控制;(8)将GV2逐步开启,当四个高压调门开度相同时将GV2投自动控制。

2)检查机组TSI参数恢复正常,稳定机组参数2min后按上述方法在单阀模式下模拟GV3+GV4→ GV2→GV1阀序试验。

3)上述所有试验结束,记录试验数据(表1),投入机组AGC和一次调频,投入INFIT,将#2机由单阀模式切为顺序阀模式。试验过程中,两种阀序下主机振动均合格,但均存在#1轴瓦温度达到100℃以上且无法稳定的问题,只能终止试验并恢复机组正常运行方式。

2.2汽轮机对角进汽摸底试验

#2机组退出AGC和一次调频,CCS协调控制在投入状态,机组负荷400 MW,将#2机组切换至单阀方式运行,确认机组负荷平稳,主汽压力平稳。

1)单阀模式下模拟GV2+GV3→GV1→GV4阀序试验。

试验步骤:(1)机组负荷稳定后将#2机GV4由自动控制切为手动控制;(2)运行当班人员手动逐步关小GV4,每关小2%开度停留1 min观察其余调门自动调节情况和机组振动变化情况,直至GV4关至零位,关闭过程中发现机组任意轴承振动有爬升现象且振动上升幅度超过5丝时立即逐步开启GV4; (3)观察GV4关闭后参数稳定,各轴承振动无爬升现象,继续进行GV1关小试验;(4)机组负荷稳定后将#2机GV1由自动控制切为手动控制;(5)运行当班人员手动逐步关小GV1,每关小2%开度停留1 min观察其余调门自动调节情况和机组振动变化情况,直至GV1关至0%为止,关小过程中发现机组任意轴承振动有爬升现象且振动上升幅度超过5丝时立即逐步开启GV1;

(6)当GV1关闭至0%后,记录一次机组振动参数;

(7)试验结束后将GV1逐步开启,当GV1与其他两个高压调门开度相同时将GV1投自动控制;(8)将GV4逐步开启,当四个高压调门开度相同时将GV4投自动控制。

2)检查机组TSI参数恢复正常,稳定机组参数2min后按上述方法在单阀模式下模拟GV2+GV3→ GV4→GV1阀序试验。

3)上述所有试验结束,记录试验数据(表2),投入机组AGC和一次调频,将#2机由单阀模式切为顺序阀模式。试验过程中,主机#2轴承温度最高90.1 ℃ ,主机#1轴承振动80μm,试验结果较好。

2.3 试验结果

两次阀序摸底试验的结果表明,#2机组采用上部进汽为主的方式主机#1、#2轴承振动较好,但轴承温度不可控,这种阀序不能满足机组的正常运行;采用对角进汽方式时 ,GV2+GV3→GV1→GV4阀序下主机#1轴承Y向振动略有超标,但轴承温度较好,GV2+GV3→GV4→GV1阀序下主机#1轴承振动合格,但轴承温度偏高。经过综合分析,决定采用GV2+GV3→GV1→GV4阀序运行。

3调门流量特性修正

阀序确定以后,由于改变阀序后调门流量特性发生变化,需要请专业科研院所测试#2机组顺序阀新阀序GV2+GV3→GV1→GV4的调门流量特性,并获取校正DEH配汽函数,以确保在新阀序下安全运行。

为了获取新阀序下机组运行全负荷段调门的流量特性参数,试验分两个工况进行,第一个工况为480 MW负荷试验,第二个工况为360 MW负荷试验。试验时退出#2机组AGC、一次调频,维持机组负荷480 MW(360 MW)稳定,运行人员人为设置主汽压力负偏置,逐步开大汽机调门直至全开,参数稳定后按试验人员要求,运行人员通过人为设置主汽压力正偏置,按0.1 Mpa/min的速率连续提升主汽压力,使汽机总阀位指令由100%缓慢降至70%(机前主汽压力不超过额定值24.2 Mpa),试验结束。

试验过程中,炉侧需尽可能维持主、再热汽温度稳定在额定值附近,再热器减温水流量不出现大的阶跃变化,同时,加强主机轴瓦温度、振动等TSI系统参数的监视。

通过调门流量特性试验获取调门单顺阀的配汽函数后 (表3),通过在线修改#2机调门配汽函数,2025年1月 18 日投入#2机调 门GV2+GV3→GV1→ GV4阀序运行,观察#2机主机在各种负荷下#1瓦X向振动最大65μm,主机#1、#2轴承金属温度最高85.9℃/86.3℃ ,满足机组正常运行要求。

4 结论

本文针对#2机组出现的汽流激振问题,提出改变阀序消除汽流激振的思路,通过开展阀序摸底试验的方法确定了最佳阀序,修改调门阀序后消除了机组的汽流激振问题。

1)喷嘴配汽机组调门单阀模式下运行主机各轴承振动、温度均能达到良好标准,在顺序阀模式下运行时,当汽轮机调门下部进汽上部少量进汽时,轴承油膜压力降低,油膜出现不稳定,轴承容易出现低频振动大问题,机组运行中可以开展阀序摸底试验,找出对轴承油膜扰动最小的阀序,通过改变调门的开启顺序达到降低机组汽流激振的目的。

2)改变喷嘴配汽机组调门开启顺序时,由于各个调门的流量特性存在差异,如果直接套用之前的调门配汽函数,可能导致调门流量特性出现拐点,调门在某些特定区域出现机组负荷响应缓慢的情况,甚至在某些特定工况下(单顺阀切换、汽门活动试验)时出现负荷振荡,影响机组的运行经济性和安全性,所以改变调门阀序时需要重新做调门流量特性试验,获取新的调门函数,修改调门函数后方可投入新阀序运行。

3)运行机组出现汽轮机汽流激振时,各厂应从自身的实际情况出发,分析摸索机组产生汽流激振的原因,对症下药,采取合适的方法消除机组的汽流激振,保证机组的安全运行。

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《机电信息》2025年第14期第17篇