１００ＭＷ非標機組調速汽門提升力不夠和振動原因分析

摘要:本文根據大慶宏偉熱電廠100MW雙抽汽機組高壓調速汽門在試運期間發生振動以及提升力不夠而造成機組甩負荷停機等情況進行了原因分析和探討,從而強調制造單位在生產非標機組時更應嚴格進行設計計算,并通過反復試驗,為顧客提供優質合格的產品,保證機組試運工期和減少重大經濟損失。

關鍵詞:非標機組;調速汽門;提升力;振動

1前言

大慶宏偉熱電廠二期工程安裝的非標準型100MW雙抽汽汽輪機為哈爾濱汽輪機有限責任公司制造生產。該機組在高壓缸上裝設了4只調速汽門,調速汽門通過油缸由14MPa的EH油系統控制行程。控制系統采用數字式電液調節(DEH)系統,為連續伺服式執行機構。

本機組在試運期間在帶到30MW負荷,主汽門前蒸汽壓力6MPa時,再輸入開啟信號,調速汽門行程不再增大(調門開不動),當主汽壓力降至3 MPa時,調速汽門突然全開,負荷瞬間飄升至60MW,造成機組甩負荷打閘停機。

機組在空負荷和低負荷運行時,調速汽門還出現了強烈喘振現象,致使1#調門閥套振動脫落,造成1#調門卡澀。

針對調速汽門提升力不夠和低負荷喘振現象,我們會同制造單位等有關專業人員進行了認真分析、研究,找出了一些解決方案,但解決的還不是很理想,喘振現象還沒有完全解決。由于工期緊,保供熱,沒有進行進一步的改造,有待于在以后大修期間對振動問題進行進一步的改造處理。

2調速汽門的結構特點

2.1 本機組調速汽門門座與高壓缸為整體鑄造結構,進汽方式為外腔進汽,帶予啟閥的立式提升結構。閥套利用兩只Φ16 mm的特制螺釘鑲嵌在門座壓蓋上,在閥套兩側開了兩個Φ8mm的孔與予啟閥內腔相通。予啟閥行程7mm,主閥行程77mm。

2.2 油缸為提拉缸,內徑為Φ83mm,油缸上裝有伺服執行機構,可將調速汽門按照DEH控制系統的要求控制在任一所需的位置來調節進汽參數。

3提升力不夠原因分析

3.1提升力不夠時的運行狀態:

當機組運行到帶30MW負荷,進汽壓力6MPa,油缸活塞行程18mm時,繼續加負荷,油缸行程不再增大,也就是說負荷加不上去了,而主汽壓力滑降至3 MPa時,調速汽門又突然全開,負荷迅速飄升至60MW。將進汽壓力重新升至6MPa,又重復出現上速現象。

3.2從調速汽門結構特點分析

本機組調速汽門設計規格較大,因其既要滿足374t/h的純凝工況,又要滿足最大進汽800t/h的抽汽工況。所以調門開度必須滿足大進汽量的要求。

問題發生后,針對調門結構特點,我們組織有關專業人員進行了認真分析,哈汽廠意見:調速汽門提升力不夠是由于調門側壁所開的兩個Φ8mm的孔進汽壓力作用于閥瓣上而使閥頭提不起來。我方意見:大閥提不起來是在予啟閥全開,大閥有一段行程之后產生的,此時主閥已經進汽,兩個Φ8mm的孔進汽作用力對主閥的提升力影響很小,不是影響提升力不夠的主要原因。

3.3 從提升力分析

3.3.1油缸提升力:(8.3/2)2×3.14×140=7571KG

3.3.2兩個Φ8mm的孔進汽在予啟閥碟內擴容后對閥碟的作用力:予啟閥碟腔室直徑Φ110mm,予啟閥閥口直徑Φ38mm,予啟閥行程7 mm,主汽壓力6 MPa。兩個Φ8mm孔的通流 S1=0.42×3.14×2=1.01cm2, 予啟閥的通流S2=3.8×3.14×0.7=8.35cm2,予啟閥碟腔室蒸汽垂直作用面積S3=5.52×3.14-1.952×3.14=83cm2

則主汽在予啟閥碟腔室內擴容壓力:P=1.01/8.35×6=0.726 MPa

兩個Φ8mm的孔進汽對主閥作用力P'=83×7.26=603KG

3.3.3 提升力比較:通過以上分析計算看出,兩個Φ8mm的孔進汽對主閥作用力還不到油缸提升力的十分之一,況且正常設計油缸提升力應有富裕量,所以我們認為兩個Φ8mm的孔進汽不是造成油缸提升力不夠的主要原因。

3.4 從是否卡澀分析

首先在調速汽門檢修研磨時,已對閥桿、閥套的光潔度和間隙等進行了嚴格檢查,均符合要求。而且從調門動作現象看,反復兩次降參數后調門都能全開,說明調門不是卡澀。將調門解體檢查后也確認了閥桿和閥套等確實沒有拉毛和卡澀現象。

4 Φ8mm平衡孔的封堵及效果

出現了意見分歧后,哈汽廠堅持封堵兩個Φ8mm的平衡孔來解決提升力不夠的問題,我們以書面報告的形式再請求業主和廠家慎重考慮,最后業主還是聽取了廠家的意見,決定對兩個Φ8mm的平衡孔進行攻絲封堵。

封堵后機組進行了重新啟動,當負荷帶到45MW,主汽壓力7MPa時,再加負荷時調門開度又出現了不再增大現象,而當主汽壓力滑降至3.5MPa時,調門又迅速全開,負荷瞬間飄升至90 MW,造成機組甩負荷打閘停機。

5 油缸提升力不夠

通過封堵Φ8mm的平衡孔并沒有解決調門提升力不夠的問題。兩次調門開不動停機都是在高壓區6-7MPa時發生的,而滑降至3-4MPa又自動打開,由此說明調速汽門油缸可能是設計小了。最后決定將原Φ83mm的油缸更換成Φ100mm的油缸。使提升力增大到52×3.14×140=10990KG 。更換油缸后,機組重新啟動后順利地帶到了100 MW額定負荷,說明調速汽門開不動是由于油缸提升力不夠造成的。

6 調速汽門振動原因分析

6.1 喘振現象

將調速汽門閥套上的兩個Φ8mm平衡孔封堵之后再次啟機時發現,機組沖轉和低負荷運行時,4只調門均產生不同程度的抖動和劇烈喘振現象。當機組帶到大負荷和投抽汽狀態下,震動明顯減小。

6.2 原因分析

由于調門進汽為外腔室進汽,蒸汽作用力主要作用于閥頭和閥套側壁,現將閥套上的進汽平衡孔堵死了,使閥套及閥瓣內外腔室產生較大的壓差,內外腔得不到平衡,在蒸汽擾動力的作用下引起振動。另外,調門在低負荷區域節流也是造成震動的又一個重要因素。從本機組調門行程特點來看,既使是抽汽全投入的情況下調門的開度還沒有達到全行程的一半。幾種工況下調門的行程如下:

機組定速3000r/min調門行程:14mm

機組帶到30MW負荷調門行程:18mm

機組帶到100MW負荷調門行程:22mm

機組投抽汽100MW負荷調門行程:32mm

由此看來,機組定速3000r/min時,調門才剛剛開啟14mm,減去予啟閥的行程7mm,大閥只開啟7mm。由于大閥度很小,調門處于高度節流狀態,高壓汽流在節流區域產生強烈擾動,引起調門振動。

綜上所述,機組滿負荷運行時,調門的開度還達不到設計行程的一半,說明此調門的設計與機組進汽參數的要求不是很匹配,有待于進一步改進。

7. 意見和建議

7.1 通過以上粗淺的分析和實踐,已經證明了調速汽門提升力不夠,主要是因為油缸設計小了造成的。所以建議制造單位還應進行嚴格的設計計算,在閥套上恢復適當的平衡孔,減小調速汽門的振動。

7.2 在有條件時,應更改閥口,縮小閥瓣直徑,增大調門行程,使行程與進汽相匹配,縮小節流工況,從而減小調門振動。

7.3 最后建議汽輪機制造單位尤其在生產非標機組時更應該進行嚴格的設計計算,反復試驗論證,為顧客提供優質合格的產品。

8 結束語

大慶宏偉3# 100MW 雙抽機組雖然通過96小時試運行移交生產了,調速汽門振動還沒有完全解決,也就是說工程并沒有劃上圓滿的句號。雖然責任是由制造廠造成的,我們作為工程建設者也感到很遺憾。我們應在今后的機組安裝中更加精益求精,不放過任何缺陷和隱患,為顧客移交我們的達標機組。

參考文獻

[1]哈爾濱汽輪機廠《調節保安系統說明書》. 2001年

[2]周禮泉 . 大功率汽輪機檢修 . 中國電力出版社 2001

作者簡介:孫宇飛1975.11.23 工程師1993-1997黑龍江大學學習本科,1997年加入黑龍江省火電三公司,從事汽輪機安裝和檢修工作,從事過10臺以上大型火電機組的安裝和調試工作,多于汽輪機安裝和檢修有豐富的經驗。