汽輪機摩擦啟動方案研究

郭德軍

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150090）

0 引言

汽輪機通流部分的損失包括兩大部分：級內損失和級外損失。減少汽封的漏汽損失是提高通流部分效率的主要措施。汽輪機為防止漏汽、降低熱耗，主要通過葉頂圍帶汽封、軸封等實現高溫高壓氣體的密封；隨著機組參數不斷提高，通過汽封間隙損失的蒸汽質量流量增多，而且造成級間主流道氣流擾動，影響機組效率。為使機組啟動后徑向通流能保證均勻且較小狀態，進而保證機組的熱耗達到設計要求，哈汽公司對汽輪機的汽封設計及安裝工藝進行了優化，開發了用于小間隙啟動的汽封，同時為了安全可靠地完成應用小間隙汽封的汽輪機組的啟動，形成了摩擦啟動方案。

1 小間隙汽封的開發

1）采用試驗方法，從使用實際習慣、原材料成本控制、汽封片硬度控制方面考慮，進行多種材料的汽封片試驗，確定了合適的汽封材料。

2）用專用材料加工的汽封片，通過合理的工藝處理后，可以用于“小間隙啟動汽輪機”，該汽封片可以與轉子軸、葉頂圍帶進行直接接觸摩擦，不會對轉子軸、圍帶造成損傷。

3）小間隙啟動應用哈汽專利汽封齒材料，經多次試驗驗證，采用此材料與轉子/葉片摩擦不會對轉子、葉片產生任何損傷。并且以實際運行轉子中心位置偏置為依據，安裝時對汽封采取預偏置，使轉子在實際運行中與汽封同心，保證各處間隙均勻。

4）這種設計方式可以保證汽封間隙最小（0.3 mm），漏氣損失最小，在保證機組安全穩定運行的同時能夠有效降低汽輪機熱耗，提高機組效率。

2 摩擦啟動控制方案

采用小間隙汽封優化后的機組在啟動過程中可能會在個別位置產生輕微碰磨，為保證機組啟動的安全性，對機組首次啟動方案也進行了優化設計，形成了摩擦啟動方案。

2.1 具體工藝要求邊界條件

1）在升速過程中任何一個軸振的X、Y兩個方向的振動值同時達到0.12 mm時停止升速（不含臨界區，不含閥門切換），并保持當前轉速。

2）當超過0.12 mm的X、Y兩個方向的振動值都穩定并降至0.08 mm時再繼續升速。

3）當任何一個軸振的X、Y振動值同時達到0.175 mm時機組停機。停機后進行盤車，待大軸彎曲小于0.05 mm（不含原始誤差）后，機組才允許再次啟動。

4）此方案僅在機組首次啟動，機組大修或者機組通流改造后時應用，并在以后的正常啟動中取消該功能。

2.2 DEH中新增的邏輯及畫面

為實現上述功能，DEH控制邏輯和運行操作畫面都要進行相應的修改并增加新的邏輯程序：1）運行畫面中增加“振動報警并轉速保持”的相關狀態信息以引起運行操作人員注意。2）運行畫面中增加“摩擦啟動”功能的投切按鈕。3）邏輯中增加振動檢測判斷邏輯，300 MW機組和600 MW機組的軸承數量不一樣，要根據實際機組的軸振動的數量加以考慮。邏輯中確保轉速在臨界區和閥門進汽切換過程中此功能屏蔽，并且機組在并網帶負荷后，不適用此功能。機組停機或者跳機后此功能要復位。

2.3 啟動過程中的操作指導

1）機組首次啟動過程中，若發生“振動報警并轉速保持”后，機組保持在當前的轉速，這時候Target（目標值），Setpoint（設定值）都是機組的實際轉速，并且HOLD（保持）狀態，機組進入摩擦狀態。當“振動報警并轉速保持”消失后，運行人員可以根據經驗，繼續輸入目標值Target進行升速。當“振動報警并轉速保持”沒有消失時，根據現場實際需求，運行人員也可以繼續輸入目標值Target進行升速。也就是說邏輯中只是實現一個邏輯保持斷點，并不是一直都強制保持且無法改變。這樣運行人員就可以根據需要結合實際工況決定是否繼續升速。但是在升速過程中任何一個軸振的X、Y兩個方向的振動值同時達到0.12 mm時停止升速，當振動值同時達到0.175 mm時機組停機是強制的。

2）摩擦啟動功能投切條件。摩擦啟動投入條件：外部環境為新機組首次啟動，機組大修后首次啟動，機組通流改造后首次啟動。內部要求：機組已掛閘；機組未并網。

摩擦啟動切除條件：外部環境為機組首次啟動后人為切除。內部要求為機組振動值穩定并降至0.08 mm，機組跳機或者停機。

3 結語

汽輪機的熱耗性能考核是非常重要的，小間隙汽封對改善機組的熱耗，提高機組的效率有非常大的作用。對采用小間隙汽封的機組，在啟動過程中尤其要注意機組的安全性，通過制定詳細的摩擦啟動方案，可有效規避機組啟動時的風險，同時達到小間隙汽封的最大可利用率，經過國內國外幾個電廠的實際應用，證明小間隙汽封是有效的，摩擦啟動方案是可靠的。

［1］ 哈爾濱汽輪機廠有限責任公司．600 MW機組啟動運行說明書［Z］．2015．

［2］ 哈爾濱汽輪機廠有限責任公司．300 MW機組啟動運行說明書［Z］．2015．

［3］ 魏鐵臣.汽輪機組汽封間隙的測量與調整方法改進［J］.華電技術，2009，31（2）：45-47

［4］ 電力行業熱工自動化標準化技術委員會.DL T656-2006火力發電廠汽輪機控制系統驗收測試規程［S］．北京：中國電力出版社，2007.