张卓霖

摘 要：本次研究首先介绍了汽轮机组气流震荡的機理特征和一般解决措施，然后针对某电厂的300MW汽轮机组在调试期间出现的气流震荡问题的原因进行了深层分析，原因分析显示，导致汽轮机出现气流震荡问题的原因，主要包括了气封腔内压力周相变化引起的激振力和转子转矩不平衡引起的激振力，并针对问题原因，提出了相应的处理措施，希望通过本次研究对同行有所助益。

关键词：300MW汽轮机 气流激振问题 应对措施

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）12-0-01

在火力发电厂运行过程中，随着机组参数的不断提升，汽轮机组出现气流激振的概率也呈现上升趋势。该种问题的出现会给整个电厂的安全运行带来严重影响，因此，加大对大型汽轮机主汽流激振问题产生的原因分析，并采取针对性措施将其解决，就显得十分重要了。本文主要结合实际案例分析了某电厂300MW汽轮机组在调试运行期间发生气流激振的现象，然后分析了该种问题产生的原因，制定了相应的应变措施，现将具体研究内容介绍如下：

一、汽轮机主汽流激振产生的特征

当汽轮机组发生气流激振后，由于属于自激振动，解决这些问题，是不能采用平衡方法将其消除。一般情况下，汽轮机汽流机转换容易发生在高压和中压转子上，并且发生一次之后，会循环往复的再次出现。此外，导致汽轮机机组出现气流激振的主要频率相对较低，而产生各种故障有时还会与汽轮机组近期调门的开启顺序和开密度存在一定联系。

二、机组运行现状

某电厂的两台300MW的亚临界机组，为东方汽轮机生产的优化机型，型号为CAK300/271-16.67/0.4/538/538（合缸），其中一号机组在正式投入使用，第一次启动后，当负荷升高到209MW时，2号轴承X向轴震动幅度不断提升，振动幅度达到了报警值。高压缸胀差2.3mm，低压缸胀差4.9mm，热膨胀左右两侧分别为24.8mm和23.9mm。当负荷升高到240MW后，2号轴承x向轴振动超标，造成了两次跳机现象。结合DCS数据采集结果，2号轴承x向轴振动频率在27Hz，从震动出现阶段性变化到保护性动作，中间间隔时间10秒。此后，在第二次启动带负荷运行过程中，又重复出现了上述故障。

三、汽轮机主汽流激振原因分析

通过多次机组启动带负荷运行出现的振动现象分析，当机组负荷升高到总负荷的70%左右后，振动过大的现象就会出现，具有发生的突发性，而最大振动现象主要发生在汽轮机的高中压转子上，由此可以看出，汽轮机处发生震动和负荷的提升有着直接联系，振动频率约为27赫兹，具有明显的自激振动特点。结合该型机组在投入运行过程中存在的振动问题和最近几年大型机组振动处理经验，初步判断为振动现象是由气流振动引起。而气流激振往往发生在大中型的汽轮机高压或中压转子上，使得转子突然发生震动，且往往出现在机组并网投入使用负荷逐渐增大过程中。当机组负荷不断增大后，突发性振动通常有一个限定负荷，超过此负荷之后，立即会出现气流激振，而当负荷降低到某一数值时，机组振动现象消失，恢复到正常。通过对本次汽轮机组运行情况进行综合分析，通过对本次汽轮机组运行情况进行综合分析，汽轮机主汽流激振原因主要包含以下几个方面：

1.叶顶间隙激振力

汽轮机组在安装或调试运行过程中，气缸跑偏会造成转子相对于气缸是发生相对位移，使得叶顶间隙发生改变。叶顶间隙小的一侧，在气流作用下，横向力变大，叶顶间隙大的一侧由于气流作用力较小，使得横向力相对较小，造成气流作用于转子中心上的力不平衡，促使转子发生自激振动。经过大量实验研究表明，叶顶间隙激振力很容易发生在参数较高的汽轮机高中压转子上。

2.汽封气流激振力

汽轮机组在设计过程中，由于设计方案存在问题，或者在运行过程中参数调整不合理，使得汽轮机组内部产生了轴系动态偏心，造成轴封和隔板汽封腔室内蒸汽周向分布不均匀，从而在转子上产生了来自于不同方向不平衡的力矩作用，从而使得转子发生了自激振动。

3.转子上静态蒸汽作用力

在汽轮机组运行过程中，内部高压缸进气方式是非对称性的，由于来自各个方面的力不平衡，使得转子受高压蒸气作用也存在不平衡，一方面造成高压转子轴颈在轴承上的荷载出现不平衡变化，另一方面会造成高压转子的径向上位置发生偏移，而汽轮机流通部分的间隙出现变化，最终导致传子上台轴承的受力特性发生变化，传子运行失去稳定，导致汽轮机组气流激振产生。

4.转子转子不平衡导致的激振力

在汽轮机组安装调试运行过程中，气缸出现跑偏，转子出现径向位移等现象，就会导致机组出现气流激振。当转子相对于气缸发生了位置偏移之后，会造成蒸汽在转子上的功径向力分布不均匀，转子在运行过程中，很容易导致出现涡动。

四、300MW汽轮机气流激振问题的解决对策

1.增加支撑系统阻尼

首先，在汽轮机组运行过程中，要调整好汽缸和转子的位置，避免转子和汽缸在运行过程中，中心发生位置偏移；其次，逐渐增大转子与隔板之间的轴向间隙。通过调整实验和多年的实践经验，可以得到随着喷嘴、静液和动叶之间的轴向间隙不断增大，可以明显减弱气流涡所产生的激振力，但这种方式会显著降低汽轮机的内在运行效率；再次，对调速汽门的开启程序进行适当调整，这样能够有效避免转子在单侧蒸汽力作用下出现明显的位置偏移，并在转子上产生了不平衡力矩；第四，增加轴瓦阻尼，例如可以通过减少轴瓦间的间隙，增加轴瓦之间的长度，选择使用粘性较大的润滑剂等。同时还可以选择质量和稳定性较好的轴瓦，增加挤压油膜，阻尼器等，这样都能够很好的减少激振力产生；最后，提高转子的临界速度。在汽轮机组实际运行过程中，最有效的解决对策是逐渐改变调门得开启顺序，或者采用顺阀运行方式，其减弱效果是十分明显的。

2.调整润滑油参数

在汽轮机组低负荷运行情况下，将各个阀恢复到四阀同时运行状态，然后逐步提升润滑油压力至0.2MPa，及时查看汽轮机组振动变化情况之后，逐步提高润滑油温度，提升到44℃，进一步升高汽轮机负荷，逐渐降低，润滑油温度下降到37℃，进一步查看振动变化情况。

3.调节阀升降调整和阀序调整

通常情况下，汽轮机组在低负荷运行状态下，不会出现气流激振问题，因此在负荷180MW以下，可以将顺序阀改为为单阀运行模式，然后逐步提高汽轮机组负荷到200MW左右，等到机组振动稳定10分钟后，每升高5MW稳定10分钟，当机组发生气流震荡时，投入功率实施闭环控制，稳定主汽参数和负荷，观察汽轮机组振动变化规律。该项工作在开展之前，汽轮机组已经处于振动不稳定状态，因此在开展每一项操作时，如果汽轮机组振动较大，在此基础上继续上涨20μm，则需要停止试验，关闭开启阀门，如果震动上涨到35μm，则需要停止试验，并降低汽轮机组负荷直到震动停止。在操作过程中，主要包含以下几方面内容：首先，单阀状态调整。人工调整2号阀开度，将剩余的阀投入到自动闭环控制，逐步关小2号阀开度，直到完全关闭，然后逐步开启2号阀法，恢复到原有开启状态，随后逐步增大2号阀的开度。在对2号阀开度进行控制过程中，如果发现振动波动较大，通频震动上涨，则需要停止操作，恢复到原有状态；其次，單阀状态试验。依次试验2号阀、3号阀、4号阀、1号阀的开启程度对机组振动的影响，通过全面实验分析，确定阀门的开启顺序。该项工作完毕之后，将汽轮机的负荷下降到180MW，切换全新的阀门开启顺序，以新的顺序阀曲线逐渐升高负荷，在升高过程中，如果汽轮机组振动相对稳定，逐步升高至额定功率；最后，做好监控和登记工作。在整个试验调整过程中，操作人员，运行人员应该密切监视1x、1y、2x、2y四个测试点的振动值，一旦任意一个振动值超过了120μm，应该停止调整试验。如果实验操作过程中，振动频率不断增大，则需要停止实验操作，同时快速降低机组负荷到稳定状态。在整个实验过程中，相关人员要做好数据记录，各个阀门开张顺序开张程度、汽轮机负荷、进气压力、流量轴承瓦温以及回油温度的登记记录工作。

总之，大容量汽轮机组气流激振问题普遍存在，而导致各种问题出现的原因多种多样十分复杂。在整个机组运行调试期间，就要求技术人员采用对机组扰动最小的高调门运行方式，通过合理调控阀门顺序，开张角度，控制气流的流速，防止气缸加热不均匀，提高润滑油温度等措施，保证机组运行参数的稳定性，避免相关参数出现大幅度变化，而对机组正常运行产生危害。

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