汽輪機配汽設計的優化

【摘要】汽輪機配汽方式對機組經濟性、安全性有著重大影響，在配汽方式與設計上，必須整合轉子、熱力、氣體動力學等相關知識，對其進行實驗和理論研究。本文結合汽輪機配汽設計原理，對汽輪機配汽設計的優化方式進行了簡單的分析。

【關鍵詞】汽輪；機配；設計；優化

近年來，隨著電網裝機容量、峰谷差拉大，原來只參與負荷汽輪發電的機組也被迫參與到運行調峰中，部分機組在調峰的過程中，負荷下降到50%，或者更低。針對這種情況，很多機組在調峰負荷變化時，都出現了軸振不穩、2號軸承溫度上升、低頻渦動等情形，甚至嚴重影響著機組運行。與此同時，很多運行人員發現減小參數運行、節流調整對控制故障有很好的作用，但是無法應用到噴嘴調整中，其中節流損失相對較大，機組經濟性也會降低。因此，在汽輪機配置與設計中，必須從細節中優化汽輪機配汽設計。

1.配汽方式對機組構成的影響

1.1汽流力不平衡

在調整流動蒸汽時，調節葉片會由此產生流力作用，將汽輪機組分成多個噴嘴組。在調節級變成均勻入汽時，對角噴嘴出現的流力相反；如果噴嘴組空間類似，在汽流力轉子扭矩之外，汽流力且向就會產生200MW高壓缸。對于兩種不同的進汽形式。當汽輪機處于0-210MW負荷變化的過程中，選擇第19個工況對承載荷進行計算，隨后計算出橢圓軸承的動靜特性。具體可以使用兩個程序計算，一個是油膜數據庫，另一個是Lund程序。通過將轉軸汽流力與中心翻轉力用在圓周上，從源頭上確保其平衡安全。

1.2汽流力對動、靜特性的影響

受汽流力不平衡影響，軸承動力也發生了很大的變化。其中，軸承對轉子也有很大的影響，它也是阻力的來源。另外，軸承阻力與剛度對轉子穩定性、臨界轉速也有很大影響。對此，在實際工作中，我們必須深入轉子特性，結合軸承作用進行分析。

1.3大容量高參數汽流力

從配汽不平衡調節級流力狀況來看：主汽壓力的級配調整對不平衡流力有著很大的影響。一旦主汽壓力增加，不平衡調節級汽流力必將增加。在單機容量與機組不斷增加的情況下，機組參數將向超越臨界、超臨界等方向發展，同時主汽壓力增加。此時，如果利用調節級進行變工計算，就能準確的計算出主蒸汽參數不平衡調節級流力。在負荷漸變的過程中，不平衡調節級配汽的汽流力最大考驗達到150KN，也就是200MW的3倍。造成汽流激振的原因是：密封間隙分布不均與轉子徑向不平衡所致。氣缸中的轉子位置與穩定性是產生汽流激振最本質的因素。

2.汽輪機配汽的利弊

從慣用的配汽方式來看，主要有：噴嘴、節流、旁通配汽。

噴嘴配汽是將第一級設置成調節級，然后再將各個調節級分設多個小組，并且每個小組都有各自的汽們進行供汽與調節，結合機組運行與負荷形式，開啟各個閥門順序。它的特點是多個汽們順序開啟，以減小和控制汽們調節的損失，但是調節后的結構依然不變。

節流配汽，是所有進入汽輪機的蒸汽在同一個汽們上調節，這樣就能避免汽們尺寸過大。它沒有調節級、成本低廉、結構簡單，在工況變化時，除了末級，其他級的比焓降變化較小。定壓運行時，溫度變化不大，適應性較好，但是最好只承擔基礎負荷。

旁通配汽，適用于工業、船舶汽輪機，利用內外旁通閥就能改善汽輪機流量，以增加汽輪機抽汽供熱量和功率輸出。另外，設置旁通閥，還有利于工況開啟。

3.汽輪機配汽設計的優化

3.1進汽對稱思想

綜上可知：不對稱的進汽很可能造成不平衡調節級配汽的出現，讓整個機組承擔隱患，甚至影響機組經濟性與安全系數。對此，在優化配汽的過程中，應該盡量使用對稱的配汽形式，減小配汽中的不平衡汽流力。凝聚機組經濟系數、安全特性，使用對角對稱的進汽形式，也是當前噴嘴配汽的最佳方案。

3.2重組閥門

在操作中，汽輪機閥門數量是有限的，重組閥門是對某些機組的特定規則，它為提高運行系數的安全性、經濟性具有很好的作用。

3-1機組噴嘴的配置圖

從3-1的機組配置圖中，我們可以快速看到噴嘴數量，1-4號的噴嘴數量分別為：10、14、9、12只噴嘴。2號與4號的噴嘴組數量與1號與3號的多。為了能讓機組在較大的負荷范圍以對角進汽的方式呈現，除了使用較小的汽流力，還可以讓2號與4號的同步開啟對角；因為2號、4號的噴嘴面積相對較大，這讓負荷較小的它們開度始終不大，效率較小、節流損失相對較大，相對于負荷偏高的地區，一般不需要開啟第三個閥門。因為機組很少運行在負荷較小的地區，故低負荷區的運行矛盾不明顯。如果想改善低負荷區域的運行效率，也可以從1、3號同步對角開啟著手。

對角對稱進汽能很好的降低不平衡配汽構成的汽流力，負荷增大時，考慮到效率，為了控制節流損失，改善機組負荷區域的運行效率，必須保持順序閥的調節級優勢。此時可以使用對角對稱的進汽和順序進汽等配汽方案，也就是先開啟進氣閥，然后在較高負荷的區域進行其他閥門開啟。

從實際反饋的信息來看：不平衡汽配流力方向對整個機組的影響也是不同的。相對于垂直性不平衡汽流力，向下有助于改善軸系穩定系數，它對機組的影響整體較小；水平方向的汽流力，對油楔面積變大的汽流力影響較小。故在較高負荷的順序閥設計中，必須整合汽們調節出現的不平衡汽流方向對整個機組構成的 影響。

3.3高壓軸承載荷

在汽輪機配汽設計中，而定工作之外的軸承能否正常工作，和載荷有著極大的關聯。此時，受機組安裝的影響，讓軸承額定載荷與外載荷偏離，進而對機組工作造成影響。如果為了改善該故障，而大修停機就會帶來很大的經濟損失。

利用改變開啟程度與順序的方式，我們能有效控制不平衡配汽的汽流力方向與大小，讓其成為需要的力度，最后達到調整軸承外載荷的要求。在外載荷較小時，軸承很難承擔阻力影響機組正常運行的激振，增加軸承載荷則能很好的控制故障。改善配汽方式，出現大小適宜、向下的不平衡汽流力，適當添加軸承載荷，就能在不停機的狀態下，滿足軸承載荷調整的要求，并且消除臨時性故障。另外，靈活應用不平衡調節級配汽機理，對故障處理與現場運行也有很好的作用。

4.結語

針對當前汽輪機配汽存在的問題，利用改善汽輪機進汽方向、順序，使用對稱性進汽的形式能有效改善配汽，控制不平衡的汽流力，從而達到提高運行效率和經濟效益的目標。因此，在實際工作中，我們必須優化設計過程與技術，從實踐應用中，改善設計過程，優化汽輪機配汽技術發展。

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