切順序閥要等汽輪機(jī)完全脹開了以后再進(jìn)行

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引言汽輪機(jī)振動(dòng)的大小，是評(píng)價(jià)汽輪機(jī)組運(yùn)行可靠性的重要指標(biāo)。對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的汽輪機(jī)而言，微小的振動(dòng)是不可避免的，只要振動(dòng)幅度不超過(guò)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，屬于正常振動(dòng)。而當(dāng)振動(dòng)超過(guò)規(guī)定限值時(shí)，則會(huì)危害整個(gè)汽輪機(jī)組的運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可能直接導(dǎo)致停機(jī)事故，甚至造成整個(gè)汽輪機(jī)組的報(bào)廢。因此，消除異常振動(dòng)是確保安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。然而，一些火電廠出現(xiàn)過(guò)因軸瓦載荷偏低，汽輪機(jī)膨脹不充分導(dǎo)致汽輪機(jī)振動(dòng)過(guò)大的現(xiàn)象，這時(shí)通過(guò)充分膨脹來(lái)降低軸承振動(dòng)顯得尤為必要。本文結(jié)合600MW超臨界機(jī)組并網(wǎng)負(fù)荷達(dá)到300MW以上，由混合閥切至順序閥時(shí)出現(xiàn)軸承振動(dòng)偏大現(xiàn)象所采取的處理措施來(lái)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)分析。

1設(shè)備簡(jiǎn)介某電廠600MW汽輪機(jī)是東方汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)型號(hào)為N600-24.2/566/566，額定出力為600MW。機(jī)組采用復(fù)合變壓運(yùn)行方式，汽輪機(jī)具有八段非調(diào)整回?zé)岢槠?，汽輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。主蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)主汽閥后進(jìn)入到4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥，經(jīng)過(guò)導(dǎo)管進(jìn)入汽輪機(jī)噴嘴膨脹做功。再熱蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)中壓聯(lián)合汽閥分為2路導(dǎo)管(4根管)進(jìn)入汽輪機(jī)噴嘴膨脹做功。中壓缸作功后的蒸汽，經(jīng)1根異徑連通管分別進(jìn)入2個(gè)低壓缸，作功后的乏汽排入雙背壓凝汽器。機(jī)組默認(rèn)啟動(dòng)方式為中壓缸啟動(dòng)。該600MW超臨界汽輪機(jī)1號(hào)、2號(hào)支持軸承采用6瓦塊可傾式軸承，可傾弧形瓦塊帶有支持點(diǎn)支撐，在油膜壓力的作用下，每個(gè)瓦塊在支持點(diǎn)上可以單獨(dú)自動(dòng)地調(diào)整位置，以適應(yīng)轉(zhuǎn)速、軸承負(fù)荷和油溫的變化。3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)支持軸承均采用橢圓形軸承，采用單側(cè)進(jìn)油，上瓦開槽式結(jié)構(gòu)。

主蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)兩側(cè)的高壓主汽閥－調(diào)節(jié)閥組件進(jìn)入汽輪機(jī)，其配汽方式分為2種：全周進(jìn)汽(混合閥調(diào)節(jié))和部分進(jìn)汽(順序閥調(diào)節(jié))。所謂混合閥，即蒸汽通過(guò)所有調(diào)節(jié)閥和噴嘴室，在全周進(jìn)入調(diào)節(jié)級(jí)葉片，所有調(diào)節(jié)閥同時(shí)開啟或關(guān)閉，調(diào)門以節(jié)流調(diào)節(jié)的方式控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速或負(fù)荷。順序閥則是所有調(diào)節(jié)閥按照一定次序逐個(gè)開啟或關(guān)閉，在1個(gè)或2個(gè)調(diào)節(jié)閥完全開啟之前，另外的調(diào)節(jié)閥保持關(guān)閉狀態(tài)(調(diào)門間有一定的重疊度)，蒸汽以部分進(jìn)汽的方式通過(guò)調(diào)節(jié)閥和噴嘴室。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)或低參數(shù)下變負(fù)荷運(yùn)行期間，采用混合閥方式運(yùn)行能夠加快機(jī)組熱膨脹，減小熱應(yīng)力，縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，延長(zhǎng)機(jī)組壽命；額定參數(shù)下變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性是電廠運(yùn)行水平的考核目標(biāo)，采用順序閥方式能有效地減小節(jié)流損失，提高汽輪機(jī)熱效率。

2存在的問題汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)通過(guò)高壓缸倒暖、閥殼預(yù)暖等措施使汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)初期高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)壁溫度達(dá)到150℃、高壓調(diào)閥外壁達(dá)到180℃，中壓缸第一級(jí)內(nèi)壁溫度在送軸封后溫度可以上升到60~80℃左右。沖轉(zhuǎn)參數(shù)控制如下：主汽壓力為4.5~5.0MPa、主汽溫度為400℃、再熱汽壓為0.6MPa、再熱汽溫為380℃、真空為92kPa左右。執(zhí)行規(guī)程規(guī)定升速至1500r/min，中速暖機(jī)4h后高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)壁溫度可以達(dá)到規(guī)程規(guī)定320℃，而中壓缸第一級(jí)內(nèi)壁溫度最高只能達(dá)到300℃，汽缸絕對(duì)膨脹能達(dá)到10mm左右。中速暖機(jī)結(jié)束升速至3000r/min并網(wǎng)帶負(fù)荷，負(fù)荷升至330MW左右從混合閥切至順序閥運(yùn)行。2號(hào)汽輪機(jī)某次啟動(dòng)并網(wǎng)后，負(fù)荷330MW時(shí)，由混合閥切至順序閥，發(fā)現(xiàn)2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)瓦振動(dòng)有不穩(wěn)定現(xiàn)象，其中2號(hào)軸承Y

向振動(dòng)最高達(dá)101.9um，具體數(shù)據(jù)見表1(數(shù)據(jù)來(lái)源為現(xiàn)場(chǎng)TSI測(cè)量通道數(shù)據(jù))，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。

從表1可以看出，不同負(fù)荷情況下，汽輪機(jī)汽缸膨脹值最大只有24mm，而以往能達(dá)26mm，膨脹不充分。高壓缸脹差絕對(duì)值偏高，最小值仍有6.25mm。1號(hào)、2號(hào)瓦溫不穩(wěn)定，最高為94.48℃；2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)瓦軸承振動(dòng)偏高且大幅度波動(dòng)，其中2號(hào)瓦Y向軸承振動(dòng)高于72um，最高101.9um。

3原因分析

能引起汽輪機(jī)振動(dòng)的原因很多：1）靠背輪安裝不正，靠背輪中心沒有找準(zhǔn)確，因而運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，且此振動(dòng)隨負(fù)荷的增加而增加；2）間隙振蕩，當(dāng)轉(zhuǎn)子因某種原因與汽缸不同心時(shí)，可能產(chǎn)生間隙振蕩，也稱為汽隙振蕩；3）汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)，暖機(jī)時(shí)間不夠，切閥過(guò)早，初參數(shù)和真空過(guò)高，使沖轉(zhuǎn)的蒸汽流量減少，從而使暖機(jī)不充分。升速或加負(fù)荷太快，引起汽缸受熱膨脹不均勻，或者滑銷系統(tǒng)有卡澀，使汽缸不能自由膨脹。二者均會(huì)使汽缸對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)生相對(duì)歪斜，機(jī)組產(chǎn)生不正常的位移，造成振動(dòng)；4）機(jī)組在進(jìn)汽溫度超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范的條件下運(yùn)行，將使其脹差和汽缸變形增加，如高壓軸封向上抬起等造成機(jī)組中心移動(dòng)超過(guò)允許限度，引起振動(dòng)；5）機(jī)組在運(yùn)行中若真空下降，將使排汽溫度升高、后軸承上抬，因而破壞機(jī)組的中心，引起振動(dòng)。

由表1可以看出，2號(hào)汽輪機(jī)啟動(dòng)并網(wǎng)后切閥，高壓缸脹差絕對(duì)值偏高，汽輪機(jī)汽缸膨脹偏小，瓦溫偏高，軸振偏大。切閥后隨著時(shí)間的變化，不同負(fù)荷情況下，高壓缸脹差絕對(duì)值雖呈下降趨勢(shì)，但最小值仍有6.25mm；汽輪機(jī)汽缸膨脹從17.15mm緩慢增長(zhǎng)到24.01mm，汽缸膨脹偏??；1號(hào)、2號(hào)瓦溫不穩(wěn)定，最高94.48℃；2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)瓦軸承振動(dòng)偏高且大幅度波動(dòng)，以2號(hào)軸承振動(dòng)波動(dòng)最大，X

向軸承振動(dòng)在50.91~75.27um之間浮動(dòng)，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，而Y

向軸承振動(dòng)高于72um，最高101.94um。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)，暖機(jī)時(shí)間不夠，切至順序閥過(guò)早，使受汽流干擾影響較大，從而使汽缸未充分膨脹，軸瓦載荷不均勻，影響了軸承振動(dòng)。加之，混合閥與順序閥進(jìn)汽方式不同，通過(guò)混合閥全周進(jìn)汽能使軸瓦載荷均勻，汽缸充分膨脹，脹差絕對(duì)值下降，汽缸膨脹值升高，改變軸承負(fù)載，從而降低軸承振動(dòng)。

因此，可以認(rèn)為通過(guò)切回混合閥，利用混合閥長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行來(lái)降低軸振。同時(shí)，根據(jù)高壓缸脹差絕對(duì)值與汽缸膨脹是否趨于平穩(wěn)來(lái)確定混合閥具體運(yùn)行的時(shí)間。

4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證4.1試驗(yàn)參數(shù)

由于機(jī)組在啟動(dòng)并網(wǎng)后切閥，汽輪機(jī)未完全膨脹，軸承振動(dòng)偏大，高壓缸脹差絕對(duì)值偏高，汽缸膨脹偏小，瓦溫偏高，因此仍將此4個(gè)參數(shù)作為關(guān)鍵參數(shù)來(lái)加以監(jiān)控。觀察發(fā)現(xiàn)，從順序閥切回混合閥，長(zhǎng)時(shí)間混合閥運(yùn)行后，高壓缸脹差絕對(duì)值逐漸降低，呈下降趨勢(shì)，汽缸膨脹值逐漸上漲，上漲速度有所增快，軸振也隨之降低。當(dāng)混合閥運(yùn)行10h后，高壓缸脹差絕對(duì)值由6.25mm降至5.07mm，汽缸膨脹值由24.01mm升至24.31mm。2號(hào)瓦Y

向軸承振動(dòng)最大值由101.9um降至75.77um，波動(dòng)幅度變小，有所改善，但仍不穩(wěn)定。因此，將繼續(xù)延長(zhǎng)混合閥運(yùn)行時(shí)間，并跟蹤記錄運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)15h、20h后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)情況，見表2。

可以看出，增加混合閥運(yùn)行時(shí)間確實(shí)使得振動(dòng)降低，但由于軸振、高壓缸脹差絕對(duì)值等相關(guān)參數(shù)仍不穩(wěn)定，混合閥需繼續(xù)運(yùn)行。

4.2第1次試驗(yàn)

當(dāng)混合閥運(yùn)行24h后，高壓缸脹差絕對(duì)值趨。于穩(wěn)定，相關(guān)參數(shù)變化詳見表3。由此看出，高壓缸脹差絕對(duì)值與汽輪機(jī)汽缸膨脹值平穩(wěn)時(shí)，混合閥剛好運(yùn)行了24h。這時(shí)，各瓦振動(dòng)趨于穩(wěn)定。其中，之前波動(dòng)幅度最大的2號(hào)瓦振動(dòng)明顯下降，趨于平穩(wěn)，其他軸振則小于65um。由于從順序閥切回混合閥改變了進(jìn)汽方式，混合閥全周進(jìn)汽使得汽輪機(jī)汽缸均勻膨脹，高壓缸脹差絕對(duì)值從6.25mm下降至3.77mm，汽輪機(jī)汽缸膨脹值升為26.06mm，縮短了汽輪機(jī)充分膨脹時(shí)間，改變了各軸承負(fù)載，使軸承負(fù)載均勻。在3號(hào)調(diào)閥開度較小的低負(fù)荷工況下，各瓦溫度略有升高，但都在正常范圍。在汽輪機(jī)充分膨脹后進(jìn)行切閥操作，從混合閥切至順序閥，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。為便于觀察比較，繪制整個(gè)過(guò)程汽輪機(jī)汽缸膨脹與2瓦Y

向振動(dòng)折線圖，如圖1、圖2所示。由圖1、圖2可以看出，混合閥運(yùn)行24h后切至順序閥，各參數(shù)維持穩(wěn)定，可以正常運(yùn)行順序閥，由此可知汽輪機(jī)延長(zhǎng)混合閥運(yùn)行時(shí)間對(duì)改善機(jī)組振動(dòng)情況有利。4.3第2次實(shí)驗(yàn)

根據(jù)以上分析，決定優(yōu)化切閥時(shí)間，并制定相關(guān)措施。機(jī)組啟機(jī)過(guò)程中保證汽輪機(jī)膨脹在均勻范圍內(nèi)，缸溫溫升3℃/min，內(nèi)外壁溫差小于50℃；降低沖轉(zhuǎn)參數(shù)：主汽壓力3.5~4.0MPa、主汽溫度380~400℃、再熱汽壓0.4~0.45MPa、再熱汽溫360~380℃、真空88kPa；并網(wǎng)后嚴(yán)格控制升負(fù)荷速率按曲線進(jìn)行，2.5%~9%時(shí)升速率5%/min，9%~50%時(shí)升速率0.5%/min，50%~100%時(shí)升速率1%/min，加負(fù)荷均勻；機(jī)組并網(wǎng)后混合閥運(yùn)行24h，汽輪機(jī)充分膨脹，再切至順序閥運(yùn)行。機(jī)組再次冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，按照優(yōu)化方案實(shí)施，有利于2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)瓦振動(dòng)，運(yùn)行參數(shù)見表5。

觀察汽輪機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間(24h)混合閥運(yùn)行后，高壓缸脹差絕對(duì)值與汽輪機(jī)汽缸膨脹穩(wěn)定，汽輪機(jī)充分膨脹，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)軸承振動(dòng)下降。由于各軸承負(fù)載均勻，使各軸承金屬溫度較修正前有所升高，但仍在正常范圍內(nèi)。在汽輪機(jī)充分膨脹后切至順序閥，振動(dòng)等相關(guān)參數(shù)均正常，詳見表6。現(xiàn)結(jié)合表6中汽輪機(jī)汽缸膨脹與2瓦Y

向振動(dòng)這2個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)值，制成圖3所示的折線圖。

由圖3可知：混合閥運(yùn)行24h后切至順序閥，汽輪機(jī)汽缸膨脹維持在26mm以上，高壓缸脹差絕對(duì)值、軸承振動(dòng)、瓦蓋振動(dòng)這些參數(shù)均趨于穩(wěn)定，可以繼續(xù)正常運(yùn)行順序閥。5結(jié)論通過(guò)600MW汽輪機(jī)試驗(yàn)的結(jié)果表明，在不同配汽方式下，對(duì)軸承振動(dòng)及瓦塊金屬溫度的影響呈現(xiàn)不同特征。通過(guò)混合閥改變進(jìn)汽方式，使汽輪機(jī)全周進(jìn)汽，汽輪機(jī)汽缸均勻膨脹；當(dāng)汽輪機(jī)汽缸膨脹充分后，再切至順序閥運(yùn)行，能夠有效控制汽輪機(jī)振動(dòng)在優(yōu)良