600MW亚临界汽轮机顺序阀切换解决方案研究与应用

国家能源聊城发电有限公司 刘景文 贾彦伏 孟庆军 杨 进 付 晋

造成无法顺利进行顺序阀切换的直接表象原因，一是个别轴承在切换过程中及过程后存在振动异常增大的缺陷，二是个别轴承轴瓦温度存在不可控制的升高缺陷，这两个方面有一个方面不能达标均会造成顺序阀切换失败。

我公司#1机组于2019年底进行汽轮机通流改造，前期调研中我们发现，国内19台同类型A157上汽引进西屋技术生产的汽轮机，在通流改造后，均存在顺序阀无法顺利投运的问题，作为节能重大技改项目，通流改造对降低煤耗意义重大，而一旦通流改造后无法顺利切换顺序阀，将使得通流改造的节能效果大幅缩水。我公司经过多措并举，在机组开机后一个月内顺利实现了顺序阀的切换，且切换后的振动情况良好，本文全面分析了我公司#1机组顺序阀切换成功的原因，同时指出了改造过程中需要特别注意的技术点。

1 机组存在的问题分析及解决方案

1.1 改造前机组存在的问题分析

我公司#1机组于2019年底进行汽轮机通流改造，前期调研中我们发现，国内19台同类型A157上汽引进西屋技术生产的汽轮机，在通流改造后均存在顺序阀无法顺利投运的问题[1]。作为节能重大技改项目，通流改造对降低煤耗意义重大，而一旦通流改造后无法顺利切换顺序阀，将使得通流改造的节能效果大幅缩水[2]。因此，在前期调研中我们对顺序阀切换进行了着重关注。

我公司#1汽轮机为四缸四排汽结构，与同等功率上汽其他机型比较，该汽轮机高中压分缸，高中压两根转子且两根转子重量偏轻，在顺序阀切换的过程中很容易受到部分进汽带来的气流扰动，从而造成转子旋转中心线的略微偏移，这就打破了原有的轴系平衡，为轴瓦振动增大与轴承温度升高提供了可能。

图1为我公司#1汽轮机原有#2、3轴承的样式，从图中可以看到，箭头所指的钢带是为了不揭缸翻瓦而设计的，其形状决定了其刚度不足，明细1所指示的上瓦盖在紧固螺栓封闭轴承时，由于圆圈中夹角的存在，很容易造成对钢带的过度挤压，从而造成钢带变形甚至影响上部轴瓦的位置进而为轴承振动提供条件。

图1 #1汽轮机原有#2、3轴承样式

1.2 解决方案

1）轴瓦型式改变。从图中我们可以看到，新轴承相比于旧轴承的改变主要在钢带与上下瓦壳两个方面。

从图2以及新轴承图3可以看出，钢带通过增加厚度，与轴承壳体采用凹凸槽止口配合的方式从而实现了刚度的大幅增加。另一方面，下瓦壳体做了一个结构的改变，这种改变带来的好处是上瓦盖在封闭轴承时不会对钢带产生挤压力，从而保证了轴承间隙0.66+0.05mm，轴承轴振也更容易被合适的轴承顶隙所限制，为基础振动的减小提供了条件。

图2 旧轴承钢带结构

图3 新轴承结构形式以及积木图

图4 全新设计的浮动喷嘴结构图

新汽轮机部套采用了浮动喷嘴的技术，全新设计的浮动喷嘴是基于西屋喷嘴配汽结构的一种优化发展。高压内缸与喷嘴室采用浮动定位设计，喷嘴室采用压块水平支撑于内缸上，采用计算验证的间隙值（0.56±0.05），其膨胀间隙确保喷嘴在内缸中允许一定程度的自由移动。内缸与喷嘴室的轴向定位键确保喷嘴与内缸的轴向相对位置。

简单的说，当在机组冷态、启动、变负荷、停机过程中，喷嘴与内缸的相对位置都会根据实际的运行方式发生变化，因为不同的阀序温差而让其自由膨胀，从而不会受到内缸限制。此设计允许一定的高压内缸与喷嘴室因温度不同或温差过大而导致的部件之间的胀差的存在。喷嘴组采用了X22CRMOV12-1+QT1材料，此材料明显高于内缸的材料G17CrMoV5-10等级，且具有不同的热胀系数。

此设计有效保证了高压缸动静间隙在变负荷情况相对稳定，通流效率也得到保证。最大程度优化通流效率的同时降低不必要的运行风险。相比较于喷嘴直接通过止口安装到内缸上的设计型式，此种设计型式允许喷嘴组根据自身的温度升降情况进行自我膨胀，从而更容易贴合转子的温升情况。由于对转子的温升情况贴合度较好，也就可以保证其与转子之间的动静间隙随动性较好，避免了振动的发生。

图5 全新设计的浮动喷嘴现场实物图

轴瓦钨金由巴氏合金改为tegoste 钨金进行了重新浇筑，报警温度由之前的90℃提升到115℃，为切换顺序阀后可能造成的轴承下瓦左右受力不均匀从而造成一侧温度偏高问题提供了保障。

三叉式的动叶设计满足了当前阀序（对角进汽）引起的双冲运行模式，是调节级叶片进行的优化设计，增加了调节级叶片的刚度，避免气流激振（图6）。

图6 三叉式的动叶设计示意图

2 实际运行效果验证

多措并举，在#1机组开机后一个月内顺利实现了顺序阀的切换，且切换后的振动情况良好，瓦温除#1轴承略高超过90℃外，其余轴承瓦温均不超过80℃。图7是切换后的轴承振动情况。

图7 切换后的轴承振动情况

据了解，国内同类型A157机型通流改造后均存在顺序阀无法顺利切换的问题，我公司#1机组也开创了同类型机组开机及顺序阀切换一次成功的国内先河。在国内同类型机组上，使用效果良好，具有一定的可推广性。