汽輪機調節閥小開度振動研究

崔增娥， 葉東平

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

近年來隨著電網的需求，大多數機組都需要調峰，這些機組的啟停以及小負荷工況下運行的頻率增多。汽輪機的啟停和負荷變化是通過調節閥開度的變化，進而改變進入汽輪機的蒸汽流量或蒸汽參數來實現的。閥門振動現象在很多電廠發生，個別還造成了一定事故。我公司60 MW、100 MW、200 MW機組調節閥閥門在小開度時都不同程度出現了振動，需要在設計上加以改進。

同樣，世界各大公司都先后遇到過小負荷閥門振動情況，采取過各種措施改進。前蘇聯在這方面也出過許多問題，其300 MW、600 MW機組在最初的臺份中都出現了小負荷閥門振動，研究部門做過大量實驗來改進。

1 問題分析

1.1 振動現象

通過對不同電廠閥門振動現象的歸納，主要有以下幾種情況：1）不同等級機組閥門振動一般發生在調節閥預啟閥全開、大閥剛開幾個毫米，這時候機組負荷較小，調閥開度很小；2）隨著機組負荷的增加，閥門開度逐漸加大，閥門振動逐漸減輕，當閥門開度達到25%～30%以上時閥門振動完全消失；3）該振動現象比較劇烈，現場能看到閥門附件的抖動，并能傳遞到前箱引起前軸承的振動，有的甚至將閥桿振斷。

1.2 振動原因

通過一系列的問題反饋，認為全卸載型革-Ⅰ型閥門型線所成型的調節閥，在小開度（相對開度在10%以下）時，由于流場不穩定，壓差過大，汽流速度過快（達到超音速，處于臨界狀態），容易產生汽流激振，并對閥門產生一個擾動力，此時閥門如果控制力不夠大、自持能力較弱、向下的受力壓不住該擾動力的話，就容易和高速汽流產生共振，造成閥碟上下振動，一般情況下該振動會隨著相對開度的增大、汽流流速的降低而逐漸減緩并直至消失。這一規律在隨后的大慶宏偉熱電廠的閥門現場實驗得以驗證。

2 解決辦法

2.1 解決問題的關鍵

1）建立數學模型，確定計算方法；2）根據閥門結構，分析和確定閥碟附加受力面積；3）采用迭代計算，確定閥碟受力腔室的壓力和附加受力大小；4）通過計算附加受力，確定閥碟套筒側面打孔的大小和數量；5）計算配汽時閥碟的蒸汽力、機械力，再計算閥碟附加受力，就可以確定油動機大小容量。

2.2 解決問題的方法

消除閥門縱向振動的研究工作主要從兩方面進行：用向下的汽動作用力作用到閥碟——閥桿上，用向上的機械作用力作用到閥門——油動機系統上。通過下面3方面來進行：1）在閥碟上打孔后，使得新蒸汽經過打的孔流入預啟閥的上部腔室，因流量比僅靠通過閥碟與閥碟套筒的間隙通過的流量大，在有壓差的情況下，閥蝶的壓力不能完全卸載，會產生一個向下的氣動力阻止了擾動力，使得閥碟不再擾動。2）向下的阻力增加了，為了確保閥門在汽輪機啟動時能夠被提起，需要重新核算油動機提升力，保證其有足夠的儲備系數即保證其有足夠的容量，必要時選用更大的油動機。3）正反兩個方向的力均增加，可以牢牢地把持住閥碟，起到阻尼作用，阻止了擾動力，使得閥碟不再擾動。

3 典型問題及處理辦法

針對閥門在小流量時振動的問題，已經在多家電廠對不同的閥門做過處理。

1）江西分宜發電廠的100 MW機組，在運行過程中，當發額定功率的時候是1#、2#、3#閥門全開，4#閥門相對開度在10%左右，此時調節閥產生了振動，致使調節閥上的兩個導向耳朵斷裂，機組不能正常工作。只能更換部件。之后，查閱經典文件所述并進行調節閥提升力計算分析后，在調節閥碟套筒上部位于預啟閥上方，打了2個φ6 mm的通孔，以增加向下的力，壓住閥碟不發生向上浮動，經過這樣處理，使機組得以安全運行，之后再沒產生閥門振動。

2）應用戶要求，馬頭電廠200 MW汽輪機對調節閥進行了改造。后來機組投運，在三閥點時發出額定功率后，再開啟第4閥升負荷時，又產生了在閥門小流量下汽流不穩定、第4閥閥碟振動的情況，最后經過認真計算閥門提升力并進行分析后，在第3、4閥碟的套筒上，按照上面所述的位置和辦法各打了2個φ8 mm的通孔，使得閥碟振動問題得到解決。

3）大慶宏偉熱電廠100 MW機組是高溫高壓雙抽熱電聯產機組，最大進汽量達800 t/h，進汽量特大，調節閥直徑達190 mm。在設計初期由于經驗不足，為了避免閥門振動，預先在閥碟的套筒上開了兩個φ8 mm孔，可是隨后由于提升力過大不得不將此孔封堵，在運行時不可避免地出現了閥門振動現象，后通過改變運行方式勉強避開了閥門振動區。要根本消除振動只能再開孔、增大油動機提升力。

4 結語

在后來的設計中，除了采用打孔工藝外，還采用了將閥碟設計成部分卸載的形式，來加大閥碟的向下的蒸汽力，這一設計在后來的部分機組上有所采用。

通過上述一系列問題的解決，終于摸索和找到了一種能夠對汽輪機大口徑調節閥在小開度時的振動問題的解決方法。通過在多臺機組上實施改進后，已經取得了良好的效果。