(大连泰山热电有限公司，辽宁 大连 116000)

1 低压缸切除进汽运行的风险介绍

1.1 小容积流量工况运行对机组运行安全性的影响

动叶根部开始出现脱流及其后容积流量更小的工况称为小容积流量工况。

一般而言，随着低压缸末两级叶片容积流量减小，首先会在动叶根部出口位置产生沿圆周方向的涡流，动叶根部流线出现向上倾斜，出现脱流现象；继续减小容积流量，动叶根部出口位置的涡流区域与脱流高度增加；进一步减小容积流量，则不但涡流区域与脱流高度更大，而且会在喷嘴和动叶间隙出现涡流，这一涡流以接近叶顶圆周速度沿圆周方向运动；当相对容积流量减小至4%左右时，动叶后涡流区域几乎充满整个动叶流道，动叶内流线呈对角线，动叶、静叶间间隙涡流扩大至大部分流道。

1.2 低压缸末两级叶片鼓风工况运行安全性分析

汽轮机级的容积流量大幅减小时，动叶进口相对速度减小，甚至为负值，需要消耗机械功加速动叶流道内的汽流，将汽流“压出”动叶流道。汽轮机某级不对外做功，需要消耗机械功的运行工况称为鼓风工况。叶片在鼓风工况下运行时，动叶起鼓风作用，有时动叶后的局部静压还会大于动叶前静压。随着容积流量的减小，由于低压缸末级通流面积大，最先达到鼓风状态，容积流量进一步减小，鼓风状态逐级向前推进。汽轮机叶片在鼓风工况下运行时消耗的机械工转变为热能，会加热转子和叶片。小容积流量工况时，蒸汽流量过小不足以带走汽轮机鼓风热量，就会引起低压缸过热，排汽缸变形等危及汽轮机安全的问题出现。

1.3 低压缸末两级叶片颤振工况运行安全性分析

受低压缸末两级叶片叶形弯扭，叶片长度大、叶顶薄、抗振性能弱等特点影响，叶片在小容积流量工况下运行时容易出现大负冲角运行，导致叶片颤振，甚至叶片损害断裂，严重威胁机组安全运行。

根据相关低压缸末级叶片动应力试验结果，在相对容积流量减小的过程中，当相对容积流量达到一定值时，叶片振动应力开始迅速增加，之后达到最大值，进一步减小容积流量，振动应力逐渐减小，振动应力与相对容积流量呈非单调变化关系。基于常规理论分析，在制造厂规定的低压缸最小冷却蒸汽流量与低压缸零蒸汽流量之间存在着风险点，因此要求中低压缸导汽管蝶阀在低压缸最小冷却蒸汽流量之下应迅速关闭，避免在危险区停留。

1.4 末级叶片水蚀风险

在机组运行过程中，汽轮机末级动叶片工作在含有水滴的湿蒸汽中。工作条件相当苛刻，在离心力、蒸汽作用力、激振力及湿蒸汽所携带水滴冲刷的共同作用下，极易遭到水蚀，水蚀问题的存在不仅降低了汽轮机的热效率，而且极易在水蚀区域造成应力集中萌生裂纹，如不及时加以防护，叶片水蚀损伤扩展可能会导致叶片的断裂失效，造成机组设备损坏的严重事故。在供热机组中，由于低压缸进汽量的降低，水蚀现象加剧，因此制造厂规定的低压缸最低进汽流量是有一定依据的，这类问题在供热机组中特别是中低压缸导汽管蝶阀开度较小时表现更为严重。

在低压缸切缸以后，虽然进汽流量较少，但小容积流量工况时，蒸汽流量过小不足以带走汽轮机鼓风热量，就会引起低压缸过热，为防止低压缸过热，排汽室温度升高，低压缸喷水一直投入运行，形成的雾化水滴出现回流，回流夹带的水滴对末级动叶片出汽边形成水蚀，末级叶片承受最大的应力，水蚀发生后容易引起应力集中，从而导致叶片损坏的事故。

2 泰山135 MW机组振动实例分析

综上所述，低压缸切缸运行时可能存在叶片鼓风、颤振、水蚀加剧等问题。

如表1、表2所示，机组切缸运行方式，凝汽器真空高，低缸胀差大于5.0 mm，4X振动升高超过报警值。负荷240 t/h以下，旁路大开，低压缸胀差大于5.0 mm，3X、4X振动开始升高。

表1 振动异常升高时机组参数

表2 振动异常升高时机组参数

2.1 原因分析

2.1.1 主蒸汽流量及旁路对机组振动的影响

当低负荷时主蒸汽流量低于240 t/h，低旁开度较大或全开，中压缸进汽量较小，中压缸末几级叶片鼓风摩擦，产生热量使中压缸排汽温度升高，即进入低压缸的冷却蒸汽温度升高，对低压转子冷却效果变差，引起低压缸胀差增大，导致3X、4X大轴振动开始升高。

2.1.2 凝汽器真空及轴封供汽压力对机组振动的影响

机组切缸运行，真空越高低压缸鼓风越少，低压缸喷水量越小，不易发生叶片水蚀，利于末级叶片安全。实际运行过程中，由于切缸后排汽量减少，凝汽器真空升高，对轴封供汽压力要求提高，当轴封压力不能满足要求或者轴封供汽调节阀波动造成供汽压力波动情况下，会有空气从轴端漏入，前面阐述小容积流量工况下，会在喷嘴和动叶间隙出现涡流，因此，空气进入末级叶片蒸汽产生的涡流区域，容易引起低压缸末级鼓风摩擦生热，导致末级排汽温度升高，转子与端部汽封碰磨引起振动增大。

真空较低，对轴封供汽压力要求较低，空气漏入量减少，鼓风较少，低压缸末级排汽温度降低，使低压缸胀差降低。

2.2 控制措施

机组切缸运行方式下，当机组主蒸汽流量低于240 t/h并且低旁开启时，应满足中压缸最小进汽量的要求，防止中压缸排汽受阻，重点监视中压缸排汽温度及低压缸胀差变化，发现持续上升应做如下调整。

1)限制高、低压旁路开度或提高主蒸汽流量以增加中压缸进汽量，减少中压缸鼓风影响，控制中压缸排汽温度不能超过250 ℃。

2)降低主、再热蒸汽温度至515 ℃，低压缸胀差应不超过5.0 mm，否则，应降低主、再热蒸汽温度至500 ℃运行。

3)开启真空破坏门降低真空至-93～-95 kPa，控制减温水投入量保证低压缸排汽温度与低压缸中部汽温温差在2～5 ℃。注意不能采用降低轴封供汽压力方法降低胀差，低压轴封处大量空气漏入，对转子端部及汽封齿产生冷却、急剧收缩，反而引起转子与端部汽封碰磨振动增加。

4)检查轴封压力保持稳定、轴封供汽温度宜按规定范围的下限保持。高压轴封2号汽室压力保持在0.002～0.009 MPa。