汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子位置變化對(duì)轉(zhuǎn)子中心位置的影響

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子位置變化對(duì)轉(zhuǎn)子中心位置的影響

0瓦瓦溫超標(biāo)事件在600mw國(guó)內(nèi)收割機(jī)的正常運(yùn)行中，為了降低調(diào)節(jié)閥的開(kāi)口損失，提高機(jī)組的運(yùn)營(yíng)效率，通常采用序列閥控制法。國(guó)內(nèi)很多同類型機(jī)組在閥門(mén)切換、閥門(mén)開(kāi)度調(diào)整過(guò)程中多次出現(xiàn)軸承溫度高、振動(dòng)超標(biāo)等異常情況,尤以高中壓轉(zhuǎn)子(調(diào)節(jié)級(jí))處最為嚴(yán)重[1~3]。有的機(jī)組瓦溫高達(dá)100℃以上,出現(xiàn)燒瓦事故,嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。目前,國(guó)內(nèi)電廠大多通過(guò)改變閥門(mén)開(kāi)啟順序,改善600MW級(jí)機(jī)組在進(jìn)行進(jìn)汽切換時(shí)出現(xiàn)的瓦溫、瓦振、軸振等超標(biāo)的狀況[4~7]。JW公司4號(hào)機(jī)組2013年大修投入運(yùn)行后,2號(hào)軸承出現(xiàn)金屬溫度高現(xiàn)象,最高溫度達(dá)106℃,影響機(jī)組的安全運(yùn)行。本文對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了分析,考慮到即刻停機(jī)檢修成本太高,提出了2號(hào)瓦瓦溫的動(dòng)態(tài)調(diào)整方法,作為停機(jī)檢修前2號(hào)瓦瓦溫超標(biāo)的臨時(shí)解決方案。目前,2號(hào)瓦瓦溫已控制在94.3℃以下。1機(jī)組控制回路JW公司4號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為某汽輪機(jī)公司引進(jìn)美國(guó)西屋公司技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的N600-24.2/566/566超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)采用單閥/順序閥控制,機(jī)組啟動(dòng)采用單閥控制,正常運(yùn)行時(shí)采用順序閥控制。機(jī)組高壓進(jìn)汽部分有兩個(gè)主汽門(mén),4個(gè)調(diào)節(jié)汽門(mén),閥門(mén)布置如圖1所示。該機(jī)組的順序閥設(shè)計(jì)閥序?yàn)镚V1+GV2→GV3→GV4,即順序閥控制時(shí),高調(diào)閥GV1,GV2同時(shí)開(kāi)啟至全開(kāi),然后GV3隨負(fù)荷增大逐步開(kāi)啟。2軸瓦溫隨負(fù)荷變化的規(guī)律2號(hào)軸承采用的是穩(wěn)定性較好的可傾瓦軸承。4號(hào)機(jī)組于2013年9月~11月進(jìn)行了大修,2號(hào)瓦瓦溫在大修后逐漸爬升,接近報(bào)警值(107℃),威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。2013年12月29日,2號(hào)瓦瓦溫、2號(hào)瓦軸振以及調(diào)門(mén)開(kāi)度隨負(fù)荷變化情況如表1所示。從表1可以看到:(1)2號(hào)瓦瓦溫與負(fù)荷(閥門(mén)開(kāi)度)有關(guān),且左下側(cè)瓦瓦溫和右下側(cè)瓦瓦溫隨負(fù)荷變化此消彼長(zhǎng)。在405MW負(fù)荷以下,2號(hào)瓦左下側(cè)瓦瓦溫開(kāi)始隨負(fù)荷增加而升高;在405MW負(fù)荷左右時(shí),2號(hào)瓦左下側(cè)瓦瓦溫達(dá)到最高值105.5℃;在405MW負(fù)荷以上時(shí),左下側(cè)瓦瓦溫則隨負(fù)荷的增加而降低;額定600MW負(fù)荷時(shí),左下側(cè)瓦瓦溫降低到了90℃;負(fù)荷低于500MW時(shí),右下側(cè)瓦瓦溫比較穩(wěn)定;負(fù)荷高于500MW時(shí),右下側(cè)瓦瓦溫隨負(fù)荷增加而升高;額定600MW負(fù)荷時(shí),右下側(cè)瓦瓦溫達(dá)到95.2℃。(2)2號(hào)瓦軸振最大102.5μm(報(bào)警值125μm);X方向軸振在高負(fù)荷情況下隨負(fù)荷增加而降低,Y方向軸振則與之相反。定量分析軸瓦溫度,需采用Reynolds方程進(jìn)行軸承油膜分析:式中:R為軸頸半徑;h為油膜厚度;ξ為角度;p為油膜壓力;η為潤(rùn)滑油粘度;z為軸瓦的軸向坐標(biāo);t為時(shí)間。上述方程中參數(shù)含義詳見(jiàn)文獻(xiàn)。由于方程中的油膜厚度、油膜壓力、潤(rùn)滑油粘度等參數(shù)難以通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)測(cè)得,且求解過(guò)程復(fù)雜,難以直接用于現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的分析與解決。現(xiàn)從GV閥門(mén)不同開(kāi)度下高中壓轉(zhuǎn)子受力分析出發(fā),定性分析2號(hào)瓦瓦溫與機(jī)組負(fù)荷(對(duì)應(yīng)閥門(mén)開(kāi)度)的關(guān)系。蒸汽在汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)流動(dòng)時(shí),對(duì)動(dòng)葉產(chǎn)生沿輪周方向的切向汽流力作用。噴嘴配汽方式下,高中壓轉(zhuǎn)子受到的切向汽流力與閥門(mén)開(kāi)度、閥順有關(guān)。調(diào)節(jié)級(jí)部分進(jìn)汽時(shí),沒(méi)有流過(guò)蒸汽的噴嘴組不產(chǎn)生汽流力。若進(jìn)汽是對(duì)角的,汽流力能夠自平衡,僅產(chǎn)生一個(gè)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的力矩;若進(jìn)汽是非對(duì)角的,則不能夠自平衡,還會(huì)產(chǎn)生不平衡汽流力,在機(jī)組的各軸承處產(chǎn)生附加載荷,影響轉(zhuǎn)子中心位置。假設(shè)汽流均勻,每組噴嘴對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的汽流力可等效為一個(gè)沿噴嘴弧段的切向力。不同進(jìn)汽方式下,機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子所受的汽流力及等效作用力如圖2所示。兩種不同進(jìn)汽方式對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子中心在軸承中的位置不同,示意圖見(jiàn)圖3(圖2圖3旋轉(zhuǎn)方向均從汽機(jī)側(cè)向發(fā)電機(jī)側(cè)方向看)。進(jìn)汽非對(duì)角產(chǎn)生的不平衡汽流力影響轉(zhuǎn)子中心位置,是引起2號(hào)瓦瓦溫變化的主要原因。GV3,GV4關(guān)閉;GV1,GV2開(kāi)度相同時(shí),高中壓轉(zhuǎn)子在自身重力和不平衡汽流力的共同作用下,中心向軸承中心左側(cè)偏移,此時(shí),2號(hào)瓦左下側(cè)瓦是軸承的主要承力瓦。GV1,GV2開(kāi)度增加時(shí),左下瓦承受的載荷也因不平衡汽流力的增大而增加,轉(zhuǎn)子與軸瓦之間的間隙變小,進(jìn)油油楔面積也隨之減小,軸承供油量減少引起軸瓦瓦溫升高。GV1,GV2全開(kāi)時(shí),左下瓦的承載達(dá)到最大,瓦溫也達(dá)到最高值。此后,GV3開(kāi)度隨負(fù)荷的升高而增大,GV3進(jìn)汽對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)指向右下方的汽流力,與GV1,GV2產(chǎn)生的氣流合力之間的夾角大于90°,使轉(zhuǎn)子受到的總的橫向附加汽流力減小,轉(zhuǎn)子中心逐漸向右下方浮動(dòng),左下瓦負(fù)載減小,供油量增加,左下瓦瓦溫也隨之下降;轉(zhuǎn)子中心向右側(cè)移動(dòng),右下側(cè)軸瓦負(fù)載增加,瓦溫相應(yīng)升高。即左下側(cè)瓦瓦溫和右下側(cè)瓦瓦溫隨負(fù)荷變化此消彼長(zhǎng)。綜上可知,機(jī)組負(fù)荷變化時(shí),閥門(mén)開(kāi)度相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整,蒸汽產(chǎn)生的不平衡汽流力引起轉(zhuǎn)子中心位置變化,改變軸瓦負(fù)載和軸承供油量變化,最終導(dǎo)致2號(hào)瓦瓦溫變化。軸振主要受油膜剛度、軸瓦間隙的影響,因2號(hào)瓦軸振不是影響機(jī)組安全運(yùn)行的主要因素,在此不展開(kāi)討論。3閥門(mén)開(kāi)度調(diào)整試驗(yàn)從上節(jié)2號(hào)瓦瓦溫高原因分析可知,不平衡汽流力影響轉(zhuǎn)子中心位置是引起瓦溫變化的主要原因。為驗(yàn)證上述分析正確與否,進(jìn)行機(jī)組穩(wěn)定負(fù)荷情況下的閥門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)試驗(yàn)。從表1可知,機(jī)組負(fù)荷在400MW左右時(shí),2號(hào)瓦溫度最高。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),將機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在400MW,保持GV4全程保持關(guān)閉,GV1,GV2開(kāi)度自動(dòng),其他運(yùn)行參數(shù)基本保持不變。將GV3采用手動(dòng)控制的方式使開(kāi)度從5%逐步調(diào)整至25%。試驗(yàn)過(guò)程中,GV3開(kāi)度增加時(shí),GV1,GV2開(kāi)度相應(yīng)減小。左下側(cè)瓦瓦溫降低,右下側(cè)瓦瓦溫升高,如表2所示。試驗(yàn)結(jié)果與上節(jié)力學(xué)分析結(jié)果一致。閥門(mén)開(kāi)度調(diào)整過(guò)程影響汽流力大小和方向,GV3開(kāi)度增加產(chǎn)生的汽流力導(dǎo)致左下瓦負(fù)載減小、右下瓦負(fù)載增大。GV1,GV2開(kāi)度減小也會(huì)引起左下瓦負(fù)載減小,進(jìn)而引起左下瓦瓦溫降低、右下瓦瓦溫升高。上述閥門(mén)開(kāi)度調(diào)整試驗(yàn)驗(yàn)證了2號(hào)瓦瓦溫高原因分析的正確性。對(duì)于該廠4號(hào)機(jī)組而言,負(fù)荷低于500MW時(shí),2號(hào)瓦左下側(cè)瓦瓦溫偏高,是威脅機(jī)組安全運(yùn)行的主要因素,因此,左下側(cè)瓦溫是調(diào)整和控制的重點(diǎn)。通過(guò)以上瓦溫高原因分析和閥門(mén)開(kāi)度調(diào)整試驗(yàn)可知,通過(guò)調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度改變轉(zhuǎn)子中心位置,實(shí)現(xiàn)對(duì)軸瓦瓦溫的動(dòng)態(tài)調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)處理時(shí),采用基于三閥控制的單閥調(diào)節(jié)方式對(duì)瓦溫進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,作為停機(jī)檢修前瓦溫超標(biāo)的臨時(shí)解決方案。詳細(xì)處理過(guò)程如下:首先將負(fù)荷降低至340MW左右,機(jī)組由順序閥調(diào)節(jié)切換為單閥調(diào)節(jié);退出熱工設(shè)定的閥門(mén)開(kāi)度隨負(fù)荷變化指令,GV1,GV2,GV3投自動(dòng),GV4投手動(dòng);隨后的升負(fù)荷過(guò)程中,逐漸減小GV4開(kāi)度直至全關(guān),GV1,GV2,GV3開(kāi)度保持一致;蒸汽額定參數(shù)狀態(tài)下,GV1,GV2,GV3開(kāi)度達(dá)到100%時(shí),機(jī)組的負(fù)荷為590MW;為使機(jī)組能帶到更高負(fù)荷,將主蒸汽和再熱蒸汽壓力偏置0.3MPa,機(jī)組順利帶滿額定負(fù)荷600MW。機(jī)組負(fù)荷上升過(guò)程中,2號(hào)瓦瓦溫、閥門(mén)開(kāi)度、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力等參數(shù)的變化部分特征數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。采用只開(kāi)三閥的單閥調(diào)節(jié)過(guò)程中,左下側(cè)瓦瓦溫隨著負(fù)荷增加有降低的趨勢(shì),右下瓦瓦溫則隨負(fù)荷增加先升高后降低;左下側(cè)瓦瓦溫全負(fù)荷最高點(diǎn)在400MW負(fù)荷左右也只有90.4℃,相比機(jī)組正常閥序控制下的最高溫度105.5℃調(diào)整前低了15.1℃,降幅明顯,且右下側(cè)瓦瓦溫最高也只有94.3℃。機(jī)組瓦溫回落到基本正常水平,與瓦溫高報(bào)警值107℃相比安全裕度大大地增加了,機(jī)組運(yùn)行的安全與可靠性也得到了有效保障。4閥門(mén)開(kāi)度調(diào)整試驗(yàn)從高中壓轉(zhuǎn)子受力出發(fā),定性分析了閥門(mén)開(kāi)度變化對(duì)某600MW機(jī)組轉(zhuǎn)子中心位置的影響,指出轉(zhuǎn)子中心位置變化導(dǎo)致軸瓦負(fù)載增