汽轮机高调门配汽对瓦温影响分析与优化

李江洪 刘文斌

摘 要：茂名臻能热电有限公司#7汽轮机高压调门顺序阀方式下瓦温偏高问题，由于高压调门配汽集中在高压缸进汽左侧，造成调节级切向力不均匀，导致集中到大轴上的总切向力偏大，通过分析、运行时调门特性优化，得出了高压调门配汽的最佳组合，对机组安全经济运行有较好的指导意义。

关键词：汽轮机；高压调门；配汽；瓦温

一、引言：

茂名臻能热电有限公司#7汽轮机组采用东方汽轮机有限公司600MW超临界抽凝式汽轮机。原厂配汽方式为日立型复合配汽，在高负荷区间效率较高。机组参与电网深度调峰，工况在50%-80%负荷区间运行，因此我厂于2016年对高压调门活动方式进行优化，增加顺序阀方式，机组低负荷状态经济性好转，鉴于顺序阀方式初期工作模式不良，造成高中高压缸轴振大、瓦温高，需要进行改造前阀门顺序开启试验，验证机组部分进汽产生的水平和垂直方向汽流力对轴承振动和瓦温的影响，选取在满足轴承振动和瓦温的情况下的全新配汽规律。

二、优化原因

我厂#7汽轮机负荷调整方式为定滑定方式，30%-90%负荷滑压运行，高压调门结构为对角对称方式（图二），四组调门分别对应喷嘴数为58（#1）、34（#2）、34（#3）、58（#4），顺序阀原工作方式为#1→#4→#3，保留一定重叠度。通过长期运行分析，机组300MW时，各调门开度均值分别为#1（43%）、#2（42%）、#3（0%）、#4（9%）；机组600MW时，各调门开度均值分别为#1（95%）、#2（85%）、#3（0%）、#4（20%）。在300MW-600MW区间，高压进汽主要由#1、#2调门完成，接近满负荷时，#4号调门微开，机组进汽集中在左侧，右侧#3、#4调门大部分负荷处于关闭状态无通流，这种非对角进汽导致调节级配汽不平衡，从而产生了配汽剩余汽流力，从DCS长期运行观察得出，随着加负荷主汽压力增加，这种不平衡力愈加显著，作用于大轴，将直接对汽轮机大轴各轴承产生不同程度的附加荷载，对邻近调节级的轴承振动产生很大影响。

配汽剩余气流的产生如左图一所示，假设调节级某点的局部切向汽流力为F，则力F等效到同断面大轴上是一个与F大小、方向相同的等效力F1和一个等效扭矩M1，F”是调节级所有切向应力的总矢量和，其沿x轴及y轴的分解力为Fx”和Fy”， Fx”和Fy”能够对大轴偏心和轴承负载产生直接影响。当机组启停机或者低负荷单阀运行时，虽然在各喷嘴处经历了较大的节流损失，但形成喷嘴全周进汽后，调节级各点切向应力基本可以相互抵消，合力F”几乎可以忽略，所以单阀运行时，可以忽略切向应力造成的影响。当顺阀运行时，局部进汽的喷嘴在进汽部位产生的切向汽流力比没进汽部位大得多，造成总切向应力在某种情况变得很大，这对高中压缸轴承载荷产生很大压力，如我厂之前一直采用的左半侧调门进汽，造成相当一段时间内的瓦温偏高，如果合理的采用喷嘴对角对称进汽，就可以较大程度减少切向力的影响。

我厂#7机组高压缸#1、2轴承采用六瓦块可倾式轴承，每个瓦块在支持点上可以单独自动的调整位置，在喷嘴部分进汽时，#1、#2轴承支撑中心的变化，必然会引起可倾瓦轴承间隙以及轴承油楔的润滑油通流量，造成轴瓦温度上升也是一个很重要的原因。

三、解决方案

我厂于2018年4月18日进行#7机组顺阀工况下高压调门配汽优化实验，基于顺阀工况下原高压调门工作状态，左右不对称进汽引起的剩余汽流力产生汽流激振的主因，以调门对称配汽为目标，进行了一系列实验，主要操作为在任意三阀全开、另一阀全关时，逐渐关小一个全开的阀门，试图找出TSI中各轴承振动及瓦温以及机组经济性最优工况，最终调整方案为工作方式为#1→#2→#3，保留一定重叠度。通过长期运行分析，机组300MW时，各调门开度均值分别为#1（47%）、#2（10%）、#3（0%）、#4（47%）；机组600MW时，各调门开度均值分别为#1（85%）、#2（13%）、#3（0%）、#4（85%）。

这种高压调门配汽方式在低负荷时，由对角的#1、#4高压调门进行均等配汽，#4阀微开。#3阀处于全关状态，由于#1、#4阀喷嘴数量多，阀位开度大，#3阀微开且喷嘴数量小，造成的大轴附加荷载小，此时大轴大致能够实现自平衡；

当机组逐渐升压加负荷至满负荷时，主要还是由#1、#4调门开度增大来实现，由于喷嘴数量多，可调节性能强，可保证机组在满负荷状态下依然保持对角进汽，#3阀微开的状态，大轴的汽流激振附加荷载依然能控制在较小范围内。通过长期的运行监视，对改造前后大轴#1、#2、#3点振动瓦温进行数据分析，依然能够证实优化效果

四、结论：

1.机组正常加负荷至300MW后，可在功率模式下切换至顺阀控制，此种喷嘴部分进汽模式的固有缺陷就是使得调节级的动叶切向应力分布不均，造成严重的受力向局部方向倾斜，对高中压缸轴振及瓦温造成了严重的安全隐患。

2.原顺阀进汽方式使得气流集中在#1、#2调门喷嘴处，造成前三级轴承瓦温过高，以及高压缸胀差偏大，并且隨着负荷增加，调节级后压力增加，温度也上升较大幅度，焓降降低，动叶受力不均传递到大轴造成瓦温上升越明显。

3.改变高压调门进汽为对角对称方式后，汽轮机前三级瓦温均出现明显下降，喷嘴局部对称进汽，也最大化削减切向不平衡力造成的瓦温过高的影响。

参考文献：

[1]张学延，王延博，张卫军。超临界压力汽轮机蒸汽激振问题分析及对策[J].黑龙江电力，2003，25（5）：355-358。

[2]朱予东，秦占峰，史新刚，等.600MW汽轮机组顺序阀运行方式研究[J].汽轮机技术，2008，50（2）：139-142。