600MW亞臨界汽輪機順序閥切換解決方案研究與應用

國家能源聊城發電有限公司 劉景文 賈彥伏 孟慶軍 楊 進 付 晉

造成無法順利進行順序閥切換的直接表象原因，一是個別軸承在切換過程中及過程后存在振動異常增大的缺陷，二是個別軸承軸瓦溫度存在不可控制的升高缺陷，這兩個方面有一個方面不能達標均會造成順序閥切換失敗。

我公司#1機組于2019年底進行汽輪機通流改造，前期調研中我們發現，國內19臺同類型A157上汽引進西屋技術生產的汽輪機，在通流改造后，均存在順序閥無法順利投運的問題，作為節能重大技改項目，通流改造對降低煤耗意義重大，而一旦通流改造后無法順利切換順序閥，將使得通流改造的節能效果大幅縮水。我公司經過多措并舉，在機組開機后一個月內順利實現了順序閥的切換，且切換后的振動情況良好，本文全面分析了我公司#1機組順序閥切換成功的原因，同時指出了改造過程中需要特別注意的技術點。

1 機組存在的問題分析及解決方案

1.1 改造前機組存在的問題分析

我公司#1機組于2019年底進行汽輪機通流改造，前期調研中我們發現，國內19臺同類型A157上汽引進西屋技術生產的汽輪機，在通流改造后均存在順序閥無法順利投運的問題[1]。作為節能重大技改項目，通流改造對降低煤耗意義重大，而一旦通流改造后無法順利切換順序閥，將使得通流改造的節能效果大幅縮水[2]。因此，在前期調研中我們對順序閥切換進行了著重關注。

我公司#1汽輪機為四缸四排汽結構，與同等功率上汽其他機型比較，該汽輪機高中壓分缸，高中壓兩根轉子且兩根轉子重量偏輕，在順序閥切換的過程中很容易受到部分進汽帶來的氣流擾動，從而造成轉子旋轉中心線的略微偏移，這就打破了原有的軸系平衡，為軸瓦振動增大與軸承溫度升高提供了可能。

圖1為我公司#1汽輪機原有#2、3軸承的樣式，從圖中可以看到，箭頭所指的鋼帶是為了不揭缸翻瓦而設計的，其形狀決定了其剛度不足，明細1所指示的上瓦蓋在緊固螺栓封閉軸承時，由于圓圈中夾角的存在，很容易造成對鋼帶的過度擠壓，從而造成鋼帶變形甚至影響上部軸瓦的位置進而為軸承振動提供條件。

圖1 #1汽輪機原有#2、3軸承樣式

1.2 解決方案

1）軸瓦型式改變。從圖中我們可以看到，新軸承相比于舊軸承的改變主要在鋼帶與上下瓦殼兩個方面。

從圖2以及新軸承圖3可以看出，鋼帶通過增加厚度，與軸承殼體采用凹凸槽止口配合的方式從而實現了剛度的大幅增加。另一方面，下瓦殼體做了一個結構的改變，這種改變帶來的好處是上瓦蓋在封閉軸承時不會對鋼帶產生擠壓力，從而保證了軸承間隙0.66+0.05mm，軸承軸振也更容易被合適的軸承頂隙所限制，為基礎振動的減小提供了條件。

圖2 舊軸承鋼帶結構

圖3 新軸承結構形式以及積木圖

圖4 全新設計的浮動噴嘴結構圖

新汽輪機部套采用了浮動噴嘴的技術，全新設計的浮動噴嘴是基于西屋噴嘴配汽結構的一種優化發展。高壓內缸與噴嘴室采用浮動定位設計，噴嘴室采用壓塊水平支撐于內缸上，采用計算驗證的間隙值（0.56±0.05），其膨脹間隙確保噴嘴在內缸中允許一定程度的自由移動。內缸與噴嘴室的軸向定位鍵確保噴嘴與內缸的軸向相對位置。

簡單的說，當在機組冷態、啟動、變負荷、停機過程中，噴嘴與內缸的相對位置都會根據實際的運行方式發生變化，因為不同的閥序溫差而讓其自由膨脹，從而不會受到內缸限制。此設計允許一定的高壓內缸與噴嘴室因溫度不同或溫差過大而導致的部件之間的脹差的存在。噴嘴組采用了X22CRMOV12-1+QT1材料，此材料明顯高于內缸的材料G17CrMoV5-10等級，且具有不同的熱脹系數。

此設計有效保證了高壓缸動靜間隙在變負荷情況相對穩定，通流效率也得到保證。最大程度優化通流效率的同時降低不必要的運行風險。相比較于噴嘴直接通過止口安裝到內缸上的設計型式，此種設計型式允許噴嘴組根據自身的溫度升降情況進行自我膨脹，從而更容易貼合轉子的溫升情況。由于對轉子的溫升情況貼合度較好，也就可以保證其與轉子之間的動靜間隙隨動性較好，避免了振動的發生。

圖5 全新設計的浮動噴嘴現場實物圖

軸瓦鎢金由巴氏合金改為tegoste 鎢金進行了重新澆筑，報警溫度由之前的90℃提升到115℃，為切換順序閥后可能造成的軸承下瓦左右受力不均勻從而造成一側溫度偏高問題提供了保障。

三叉式的動葉設計滿足了當前閥序（對角進汽）引起的雙沖運行模式，是調節級葉片進行的優化設計，增加了調節級葉片的剛度，避免氣流激振（圖6）。

圖6 三叉式的動葉設計示意圖

2 實際運行效果驗證

多措并舉，在#1機組開機后一個月內順利實現了順序閥的切換，且切換后的振動情況良好，瓦溫除#1軸承略高超過90℃外，其余軸承瓦溫均不超過80℃。圖7是切換后的軸承振動情況。

圖7 切換后的軸承振動情況

據了解，國內同類型A157機型通流改造后均存在順序閥無法順利切換的問題，我公司#1機組也開創了同類型機組開機及順序閥切換一次成功的國內先河。在國內同類型機組上，使用效果良好，具有一定的可推廣性。