汽輪機高調門配汽對瓦溫影響分析與優化

李江洪 劉文斌

摘 要：茂名臻能熱電有限公司#7汽輪機高壓調門順序閥方式下瓦溫偏高問題，由于高壓調門配汽集中在高壓缸進汽左側，造成調節級切向力不均勻，導致集中到大軸上的總切向力偏大，通過分析、運行時調門特性優化，得出了高壓調門配汽的最佳組合，對機組安全經濟運行有較好的指導意義。

關鍵詞：汽輪機；高壓調門；配汽；瓦溫

一、引言：

茂名臻能熱電有限公司#7汽輪機組采用東方汽輪機有限公司600MW超臨界抽凝式汽輪機。原廠配汽方式為日立型復合配汽，在高負荷區間效率較高。機組參與電網深度調峰，工況在50%-80%負荷區間運行，因此我廠于2016年對高壓調門活動方式進行優化，增加順序閥方式，機組低負荷狀態經濟性好轉，鑒于順序閥方式初期工作模式不良，造成高中高壓缸軸振大、瓦溫高，需要進行改造前閥門順序開啟試驗，驗證機組部分進汽產生的水平和垂直方向汽流力對軸承振動和瓦溫的影響，選取在滿足軸承振動和瓦溫的情況下的全新配汽規律。

二、優化原因

我廠#7汽輪機負荷調整方式為定滑定方式，30%-90%負荷滑壓運行，高壓調門結構為對角對稱方式（圖二），四組調門分別對應噴嘴數為58（#1）、34（#2）、34（#3）、58（#4），順序閥原工作方式為#1→#4→#3，保留一定重疊度。通過長期運行分析，機組300MW時，各調門開度均值分別為#1（43%）、#2（42%）、#3（0%）、#4（9%）；機組600MW時，各調門開度均值分別為#1（95%）、#2（85%）、#3（0%）、#4（20%）。在300MW-600MW區間，高壓進汽主要由#1、#2調門完成，接近滿負荷時，#4號調門微開，機組進汽集中在左側，右側#3、#4調門大部分負荷處于關閉狀態無通流，這種非對角進汽導致調節級配汽不平衡，從而產生了配汽剩余汽流力，從DCS長期運行觀察得出，隨著加負荷主汽壓力增加，這種不平衡力愈加顯著，作用于大軸，將直接對汽輪機大軸各軸承產生不同程度的附加荷載，對鄰近調節級的軸承振動產生很大影響。

配汽剩余氣流的產生如左圖一所示，假設調節級某點的局部切向汽流力為F，則力F等效到同斷面大軸上是一個與F大小、方向相同的等效力F1和一個等效扭矩M1，F”是調節級所有切向應力的總矢量和，其沿x軸及y軸的分解力為Fx”和Fy”， Fx”和Fy”能夠對大軸偏心和軸承負載產生直接影響。當機組啟停機或者低負荷單閥運行時，雖然在各噴嘴處經歷了較大的節流損失，但形成噴嘴全周進汽后，調節級各點切向應力基本可以相互抵消，合力F”幾乎可以忽略，所以單閥運行時，可以忽略切向應力造成的影響。當順閥運行時，局部進汽的噴嘴在進汽部位產生的切向汽流力比沒進汽部位大得多，造成總切向應力在某種情況變得很大，這對高中壓缸軸承載荷產生很大壓力，如我廠之前一直采用的左半側調門進汽，造成相當一段時間內的瓦溫偏高，如果合理的采用噴嘴對角對稱進汽，就可以較大程度減少切向力的影響。

我廠#7機組高壓缸#1、2軸承采用六瓦塊可傾式軸承，每個瓦塊在支持點上可以單獨自動的調整位置，在噴嘴部分進汽時，#1、#2軸承支撐中心的變化，必然會引起可傾瓦軸承間隙以及軸承油楔的潤滑油通流量，造成軸瓦溫度上升也是一個很重要的原因。

三、解決方案

我廠于2018年4月18日進行#7機組順閥工況下高壓調門配汽優化實驗，基于順閥工況下原高壓調門工作狀態，左右不對稱進汽引起的剩余汽流力產生汽流激振的主因，以調門對稱配汽為目標，進行了一系列實驗，主要操作為在任意三閥全開、另一閥全關時，逐漸關小一個全開的閥門，試圖找出TSI中各軸承振動及瓦溫以及機組經濟性最優工況，最終調整方案為工作方式為#1→#2→#3，保留一定重疊度。通過長期運行分析，機組300MW時，各調門開度均值分別為#1（47%）、#2（10%）、#3（0%）、#4（47%）；機組600MW時，各調門開度均值分別為#1（85%）、#2（13%）、#3（0%）、#4（85%）。

這種高壓調門配汽方式在低負荷時，由對角的#1、#4高壓調門進行均等配汽，#4閥微開。#3閥處于全關狀態，由于#1、#4閥噴嘴數量多，閥位開度大，#3閥微開且噴嘴數量小，造成的大軸附加荷載小，此時大軸大致能夠實現自平衡；

當機組逐漸升壓加負荷至滿負荷時，主要還是由#1、#4調門開度增大來實現，由于噴嘴數量多，可調節性能強，可保證機組在滿負荷狀態下依然保持對角進汽，#3閥微開的狀態，大軸的汽流激振附加荷載依然能控制在較小范圍內。通過長期的運行監視，對改造前后大軸#1、#2、#3點振動瓦溫進行數據分析，依然能夠證實優化效果

四、結論：

1.機組正常加負荷至300MW后，可在功率模式下切換至順閥控制，此種噴嘴部分進汽模式的固有缺陷就是使得調節級的動葉切向應力分布不均，造成嚴重的受力向局部方向傾斜，對高中壓缸軸振及瓦溫造成了嚴重的安全隱患。

2.原順閥進汽方式使得氣流集中在#1、#2調門噴嘴處，造成前三級軸承瓦溫過高，以及高壓缸脹差偏大，并且隨著負荷增加，調節級后壓力增加，溫度也上升較大幅度，焓降降低，動葉受力不均傳遞到大軸造成瓦溫上升越明顯。

3.改變高壓調門進汽為對角對稱方式后，汽輪機前三級瓦溫均出現明顯下降，噴嘴局部對稱進汽，也最大化削減切向不平衡力造成的瓦溫過高的影響。

參考文獻：

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