600MW超臨界汽輪機延長混合閥運行時間對機組振動的影響

黃小軍，杜祥國

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600MW超臨界汽輪機延長混合閥運行時間對機組振動的影響

黃小軍，杜祥國

（湖南華電長沙發電有限公司，湖南省 長沙市 410203）

某電廠600MW超臨界汽輪機2號、3號、4號、5號、6號軸承振動偏大。為解決該問題，在機組運行中，通過對汽輪機帶初負荷延長混合閥運行時間來改變汽輪機的進汽方式，使汽輪機充分膨脹，從而改善汽輪機高壓缸脹差絕對值，同時也改變了軸承負載，達到降低軸承振動的目的，確保汽輪機振動達到最優狀態。

汽輪機混合閥；膨脹；高壓缸；脹差；振動

0 引言

汽輪機振動的大小，是評價汽輪機組運行可靠性的重要指標。對于高速轉動的汽輪機而言，微小的振動是不可避免的，只要振動幅度不超過規定的標準，屬于正常振動。而當振動超過規定限值時，則會危害整個汽輪機組的運行，嚴重時可能直接導致停機事故，甚至造成整個汽輪機組的報廢[1-2]。因此，消除異常振動是確保安全生產的重要環節。然而，一些火電廠出現過因軸瓦載荷偏低，汽輪機膨脹不充分導致汽輪機振動過大的現象，這時通過充分膨脹來降低軸承振動顯得尤為必要。本文結合600MW超臨界機組并網負荷達到300MW以上，由混合閥切至順序閥時出現軸承振動偏大現象所采取的處理措施來進行相關試驗分析。

1 設備簡介

某電廠600MW汽輪機是東方汽輪機有限公司引進技術生產的超臨界、一次中間再熱、沖動式、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機，汽輪機型號為N600-24.2/566/566，額定出力為600MW。機組采用復合變壓運行方式，汽輪機具有八段非調整回熱抽汽，汽輪機的額定轉速為3000 r/min。主蒸汽經汽輪機主汽閥后進入到4個高壓調節閥，經過導管進入汽輪機噴嘴膨脹做功。再熱蒸汽經汽輪機中壓聯合汽閥分為2路導管(4根管)進入汽輪機噴嘴膨脹做功。中壓缸作功后的蒸汽，經1根異徑連通管分別進入2個低壓缸，作功后的乏汽排入雙背壓凝汽器。機組默認啟動方式為中壓缸啟動。該600MW超臨界汽輪機1號、2號支持軸承采用6瓦塊可傾式軸承，可傾弧形瓦塊帶有支持點支撐，在油膜壓力的作用下，每個瓦塊在支持點上可以單獨自動地調整位置，以適應轉速、軸承負荷和油溫的變化。3號、4號、5號、6號支持軸承均采用橢圓形軸承，采用單側進油，上瓦開槽式結構[3]。

主蒸汽通過汽輪機兩側的高壓主汽閥－調節閥組件進入汽輪機，其配汽方式分為2種：全周進汽(混合閥調節)和部分進汽(順序閥調節)。所謂混合閥，即蒸汽通過所有調節閥和噴嘴室，在全周進入調節級葉片，所有調節閥同時開啟或關閉，調門以節流調節的方式控制汽輪機的轉速或負荷。順序閥則是所有調節閥按照一定次序逐個開啟或關閉，在1個或2個調節閥完全開啟之前，另外的調節閥保持關閉狀態(調門間有一定的重疊度)，蒸汽以部分進汽的方式通過調節閥和噴嘴室。機組冷態啟動或低參數下變負荷運行期間，采用混合閥方式運行能夠加快機組熱膨脹，減小熱應力，縮短機組啟動時間，延長機組壽命；額定參數下變負荷運行時，機組的熱經濟性是電廠運行水平的考核目標，采用順序閥方式能有效地減小節流損失，提高汽輪機熱效率[4-5]。

2 存在的問題

汽輪機冷態啟動通過高壓缸倒暖、閥殼預暖等措施使汽輪機沖轉初期高壓缸調節級內壁溫度達到150℃、高壓調閥外壁達到180℃，中壓缸第一級內壁溫度在送軸封后溫度可以上升到60~80℃左右。沖轉參數控制如下：主汽壓力為4.5~5.0MPa、主汽溫度為400℃、再熱汽壓為 0.6MPa、再熱汽溫為380℃、真空為-92kPa左右。執行規程規定升速至1500r/min，中速暖機 4h后高壓缸調節級內壁溫度可以達到規程規定 320℃，而中壓缸第一級內壁溫度最高只能達到300℃，汽缸絕對膨脹能達到10mm左右。中速暖機結束升速至3000r/min并網帶負荷，負荷升至330MW左右從混合閥切至順序閥運行。2號汽輪機某次啟動并網后，負荷330MW時，由混合閥切至順序閥，發現2號、3號、4號、5號、6號瓦振動有不穩定現象，其中2號軸承向振動最高達101.9mm，具體數據見表1(數據來源為現場TSI測量通道數據)，嚴重影響了機組的安全運行。

從表1可以看出，不同負荷情況下，汽輪機汽缸膨脹值最大只有24mm，而以往能達26mm，膨脹不充分。高壓缸脹差絕對值偏高，最小值仍有6.25mm。1號、2號瓦溫不穩定，最高為 94.48℃；2號、3號、4號、5號、6號瓦軸承振動偏高且大幅度波動，其中2號瓦向軸承振動高于72mm，最高101.9mm。

表1 2號機組高壓缸脹差絕對值、汽輪機汽缸膨脹、各瓦溫度、各瓦振參數情況

3 原因分析

能引起汽輪機振動的原因很多：1）靠背輪安裝不正，靠背輪中心沒有找準確，因而運行時產生振動，且此振動隨負荷的增加而增加；2）間隙振蕩，當轉子因某種原因與汽缸不同心時，可能產生間隙振蕩，也稱為汽隙振蕩；3）汽輪機啟動時，暖機時間不夠，切閥過早，初參數和真空過高，使沖轉的蒸汽流量減少，從而使暖機不充 分[6]。升速或加負荷太快，引起汽缸受熱膨脹不均勻，或者滑銷系統有卡澀，使汽缸不能自由膨脹。二者均會使汽缸對轉子發生相對歪斜，機組產生不正常的位移，造成振動；4）機組在進汽溫度超過設計規范的條件下運行，將使其脹差和汽缸變形增加，如高壓軸封向上抬起等[7]造成機組中心移動超過允許限度，引起振動；5）機組在運行中若真空下降，將使排汽溫度升高、后軸承上抬，因而破壞機組的中心，引起振動[8]。

由表1可以看出，2號汽輪機啟動并網后切閥，高壓缸脹差絕對值偏高，汽輪機汽缸膨脹偏小，瓦溫偏高，軸振偏大。切閥后隨著時間的變化，不同負荷情況下，高壓缸脹差絕對值雖呈下降趨勢，但最小值仍有6.25mm；汽輪機汽缸膨脹從17.15mm緩慢增長到24.01mm，汽缸膨脹偏小；1號、2號瓦溫不穩定，最高94.48℃；2號、3號、4號、5號、6號瓦軸承振動偏高且大幅度波動，以2號軸承振動波動最大，向軸承振動在50.91~75.27mm之間浮動，出現不穩定現象，而向軸承振動高于72mm，最高101.94mm。

經過數據分析，認為汽輪機啟動時，暖機時間不夠，切至順序閥過早，使受汽流干擾影響較大，從而使汽缸未充分膨脹，軸瓦載荷不均勻，影響了軸承振動。加之，混合閥與順序閥進汽方式不同，通過混合閥全周進汽能使軸瓦載荷均勻，汽缸充分膨脹，脹差絕對值下降，汽缸膨脹值升高，改變軸承負載，從而降低軸承振動[9-11]。

因此，可以認為通過切回混合閥，利用混合閥長時間運行來降低軸振。同時，根據高壓缸脹差絕對值與汽缸膨脹是否趨于平穩來確定混合閥具體運行的時間[12]。

4 實驗驗證

4.1 試驗參數

由于機組在啟動并網后切閥，汽輪機未完全膨脹，軸承振動偏大，高壓缸脹差絕對值偏高，汽缸膨脹偏小，瓦溫偏高，因此仍將此4個參數作為關鍵參數來加以監控。

觀察發現，從順序閥切回混合閥，長時間混合閥運行后，高壓缸脹差絕對值逐漸降低，呈下降趨勢，汽缸膨脹值逐漸上漲，上漲速度有所增快，軸振也隨之降低。當混合閥運行10h后，高壓缸脹差絕對值由6.25mm降至5.07mm，汽缸膨脹值由24.01mm升至24.31mm。2號瓦向軸承振動最大值由101.9mm降至75.77mm，波動幅度變小，有所改善，但仍不穩定。因此，將繼續延長混合閥運行時間，并跟蹤記錄運行時長15h、20h后實驗數據情況，見表2。

表2 2號機組混合閥運行10、15、20 h后，高壓缸脹差絕對值、汽輪機汽缸膨脹、2瓦Y向振動參數情況

可以看出，增加混合閥運行時間確實使得振動降低，但由于軸振、高壓缸脹差絕對值等相關參數仍不穩定，混合閥需繼續運行。

4.2 第1次試驗

當混合閥運行24h后，高壓缸脹差絕對值趨。于穩定，相關參數變化詳見表3。

由此看出，高壓缸脹差絕對值與汽輪機汽缸膨脹值平穩時，混合閥剛好運行了24h。這時，各瓦振動趨于穩定。其中，之前波動幅度最大的2號瓦振動明顯下降，趨于平穩，其他軸振則小于65mm。由于從順序閥切回混合閥改變了進汽方式，混合閥全周進汽使得汽輪機汽缸均勻膨脹，高壓缸脹差絕對值從6.25mm下降至3.77mm，汽輪機汽缸膨脹值升為26.06mm，縮短了汽輪機充分膨脹時間，改變了各軸承負載，使軸承負載均勻。在3號調閥開度較小的低負荷工況下，各瓦溫度略有升高，但都在正常范圍。

在汽輪機充分膨脹后進行切閥操作，從混合閥切至順序閥，記錄相關數據見表4。

為便于觀察比較，繪制整個過程汽輪機汽缸膨脹與2瓦向振動折線圖，如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可以看出，混合閥運行24h后切至順序閥，各參數維持穩定，可以正常運行順序閥，由此可知汽輪機延長混合閥運行時間對改善機組振動情況有利。

表3 2號機組混合閥運行24 h后，高壓缸脹差絕對值、汽輪機汽缸膨脹、各瓦溫度、各瓦振參數情況

表4 2號機組混合閥運行24 h后切至順序閥高壓缸脹差絕對值、汽輪機汽缸膨脹、各瓦溫度、各瓦振參數情況

圖1 并網后負荷至300MW切至順序閥，汽輪機汽缸膨脹與2瓦Y向振動折線圖

圖2 切回混合閥后汽輪機汽缸膨脹與2瓦Y向振動折線圖

4.3 第2次實驗

根據以上分析，決定優化切閥時間，并制定相關措施。機組啟機過程中保證汽輪機膨脹在均勻范圍內，缸溫溫升3℃/min，內外壁溫差小于50℃；降低沖轉參數：主汽壓力3.5~4.0MPa、主汽溫度380~400℃、再熱汽壓0.4~0.45MPa、再熱汽溫360~380℃、真空-88kPa；并網后嚴格控制升負荷速率按曲線進行，2.5%~9%時升速率5%/ min，9%~50%時升速率0.5%/min，50%~100%時升速率1%/min，加負荷均勻；機組并網后混 合閥運行24h，汽輪機充分膨脹，再切至順序閥運行。

機組再次冷態啟動時進行實驗，按照優化方案實施，有利于2號、3號、4號、5號、6號瓦振動，運行參數見表5。

觀察汽輪機在長時間(24h)混合閥運行后，高壓缸脹差絕對值與汽輪機汽缸膨脹穩定，汽輪機充分膨脹，2號、3號、4號、5號、6號軸承振動下降。由于各軸承負載均勻，使各軸承金屬溫度較修正前有所升高，但仍在正常范圍內。

在汽輪機充分膨脹后切至順序閥，振動等相關參數均正常，詳見表6。現結合表6中汽輪機汽缸膨脹與2瓦向振動這2個至關重要的參數值，制成圖3所示的折線圖。

由圖3可知：混合閥運行24h后切至順序閥，汽輪機汽缸膨脹維持在26mm以上，高壓缸脹差絕對值、軸承振動、瓦蓋振動這些參數均趨于穩定，可以繼續正常運行順序閥[13-15]。

表5 2號機組再次實驗混合閥運行24 h后高壓缸脹差絕對值、汽輪機汽缸膨脹、各瓦溫度、各瓦振參數情況

表6 2號機組再次實驗混合閥24 h運行后切至順序閥相關參數情況

圖3 再次切回混合閥后汽輪機汽缸膨脹與2瓦Y向振動折線圖

5 結論

通過600MW汽輪機試驗的結果表明，在不同配汽方式下，對軸承振動及瓦塊金屬溫度的影響呈現不同特征。通過混合閥改變進汽方式，使汽輪機全周進汽，汽輪機汽缸均勻膨脹；當汽輪機汽缸膨脹充分后，再切至順序閥運行，能夠有效控制汽輪機振動在優良范圍內。鑒于東汽 600MW汽輪機軸承負載偏低，軸承穩定性差的特點，在汽輪機啟動過程中密切觀察汽輪機膨脹、缸溫升高速度在規定范圍內，適當降低初參數和真空，使沖轉的蒸汽流量增加，從而加快暖機，并網后緩慢均勻加負荷，采用延長汽輪機混合閥運行時間來改變汽輪機的進汽方式，使得汽輪機充分膨脹，在改善汽輪機高壓缸脹差的同時也改變了軸承負載，達到了降低軸承振動的目的，有效控制了軸承金屬溫度的上漲，達到最優狀態，保證了機組安全穩定運行。

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Effect of 600MW Supercritical Steam Turbine Prolonging Running Time of Mixing Valve on Unit Vibration

HUANG Xiaojun, DU Xiangguo

(Hunan Huadian Changsha Power Generation Co., Ltd., Changsha 410203, Hunan Province, China)

The bearing vibration of No.2, No.3, No.4, No.5, No.6 of a 600 MW supercritical steam turbine in a power plant is relatively large. In order to solve this problem，the intake mode of the steam turbine was changed by prolonging the operation time of the mixing valve with the initial load to make the steam turbine expand sufficiently, which improved the differential expansion of the high pressure cylinder, and the bearing load was also changed to reduce the bearing vibration, then the steam turbine vibration can reach the optimal state.

steam turbinemixing valve; expansion; the high pressure cylinder; differential expansion; vibration

10.12096/j.2096-4528.pgt.18116

2018-09-05。

黃小軍(1970)，男，高級技師，研究方向為汽輪機運行及維護， txh55687@sina.com；

黃小軍

杜祥國(1989)，男，研究方向為汽輪機運行及維護，ligongdxg@126.com。

(責任編輯 車德競)