對汽輪機汽流激振狀況的分析及預(yù)防措施

時間：2019-07-01作者：河北國源電氣股份有限公司瀏覽：119

　　摘要: 本文對汽輪機產(chǎn)生汽流激振的機理及特征加以分析,并從軸承強度、葉**間隙、汽封激振等方面對高參數(shù)汽輪機汽流激振的預(yù)防及消除措施進行了說明。
　　關(guān)鍵詞: 汽輪機; 汽流激振; 葉**間隙; 汽封激振
　　中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A文章編號：
　　進年來，伴隨時代的發(fā)展，人類的科學技術(shù)也一直在飛速的提升, 自從發(fā)明了電后，電力開始逐漸在我們的生活中產(chǎn)生**的重要性。大容量火電機組已經(jīng)成了電力行業(yè)的主力軍。大容量汽輪發(fā)電機軸系變長, 支持軸瓦數(shù)量增多, 機組的蒸汽參數(shù)不斷提高, 產(chǎn)生的汽流激振力也隨之增大。汽流激振問題也必將會越來越嚴重影響汽輪發(fā)電機組的安全運行。因此, 加強大型機組的汽輪機汽流激振的研究也顯得非常重要。根據(jù)汽流激振機理和國外大容量機組的運行經(jīng)驗, 已確認汽流振動故障較*發(fā)生在高參數(shù)、大容量汽輪機的高壓( 或高中壓) 轉(zhuǎn)子上。由于蒸汽激振力近似地正比于機組的出力, 因此, 由汽流振動引起的不穩(wěn)定振動就成為限制大容量機組出力的主要因素; 尤其隨著**臨界機組的投運, 汽流激振引起的低頻振動會較加**, 所以加強對高參數(shù)、大容量機組汽流激振的研究很有必要。
　　1汽流激振的機理
　　所謂汽流激振就是蒸汽作用在高中壓轉(zhuǎn)子上的切向力對動靜間隙、汽封結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)子與汽缸對中的靈敏度提高, 增大了作用在轉(zhuǎn)子上的激振力, 降低了汽輪機軸系的穩(wěn)定性, 使高中壓轉(zhuǎn)子失穩(wěn)而產(chǎn)生很大的低頻振動。作用在汽輪機轉(zhuǎn)子上的蒸汽激振力可分為靜態(tài)力和動態(tài)力兩類。這兩類力都可以引起汽流激振。
　　1.1葉**間隙激振力
　　由于機組安裝、運行中汽缸跑偏等原因造成轉(zhuǎn)子相對于汽缸發(fā)生了偏移, 使得葉**間隙沿圓周方向發(fā)生變化。由于葉**間隙沿圓周方向存在不同, 蒸汽在不同間隙位置處的泄漏量不均勻, 進而使得作用在葉片沿圓周方向的切向力不等, 這樣就產(chǎn)生了一個作用在葉輪中心的橫向力, 也稱之為間隙激振力。該橫向力趨向于使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生自激振動。在一個振動周期內(nèi), 當系統(tǒng)阻尼消耗的能量小于該橫向力所做的功, 轉(zhuǎn)子便會產(chǎn)生自激振動。
　　當轉(zhuǎn)子中心偏移汽缸中心不大時, 葉**間隙激振力近似與轉(zhuǎn)子偏移量、功率成正比, 而與葉片高度和線速度成反比, 若激振力用相對值s 表示,則有
　　s= f
　　式中s ------- 葉**間隙激振力
　　-------轉(zhuǎn)子中心偏移汽缸中心的位移量
　　-------轉(zhuǎn)子輸出功率
　　-------- 葉片平均線速度
　　--------葉片高度
　　由上式可知, 汽流激振*發(fā)生在大功率、葉片較小的高壓轉(zhuǎn)子上, 加之高壓轉(zhuǎn)子質(zhì)量較小, 在不大的激振力作用下, 會引起較顯著的窩動。
　　1.2汽封汽流激振力
　　為減小各處動靜配合間隙處的漏氣, 保證汽輪機安全、高效的運行, 設(shè)置了各類汽封。所以當運行參數(shù)控制不當, 造成轉(zhuǎn)子的動態(tài)偏心時, 會引起軸封和隔板汽封腔室中沿圓周方向蒸汽壓力分布的不均勻, 這樣就會產(chǎn)生一垂直于轉(zhuǎn)子偏移方向的合力, 使轉(zhuǎn)子運動趨于不穩(wěn)定。由于軸向壓差造成了高溫高壓蒸汽在汽封中的流動, 因此蒸汽在汽封中的流動主要是軸向流動, 但由于蒸汽具有一定的粘性, 加之轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn), 又帶動汽封中的蒸汽周向流動, 因此該流體力包括蒸汽在汽封內(nèi)軸向流動和周向流動產(chǎn)生的兩部分汽流力。
　　1.3 作用在轉(zhuǎn)子上的不對稱的靜態(tài)蒸汽力
　　對于噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機, 調(diào)節(jié)級進汽的不對稱性導(dǎo)致的作用在轉(zhuǎn)子上的作用力不對稱, 在某種工況下, 可能會上抬轉(zhuǎn)子。這樣將影響軸頸在軸承中的位置,改變軸承的動力特性而造成轉(zhuǎn)子運行失穩(wěn)。
　　只有在上述3種力垂直于轉(zhuǎn)子偏心的切向力之和大于轉(zhuǎn)子軸承的油膜阻尼力的時候, 這種振動才會被激發(fā)起來。
　　2汽流激振的特征
　　汽流激振通常發(fā)生在高參數(shù)機組的高壓轉(zhuǎn)子上,在低參數(shù)機組和高參數(shù)機組中、低仄轉(zhuǎn)子上很少發(fā)生。汽流激振的振動信號有如下特征
　　2.1汽流激振時軸振全頻譜圖是正進動方向,軸心軌跡是圓形或近似圓形
　　2.2自激振動的渦動頻率近似為(為轉(zhuǎn)速), 輕度汽流激振時 (渦動頻率)略小于轉(zhuǎn)速的1／2.嚴重汽流激振時為高中壓轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速。
　　2.3流體激振失穩(wěn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子做自激振動,呈現(xiàn)的模態(tài)與受到外力作用所呈現(xiàn)的一階不平衡振動的模態(tài)一樣。較大振幅通常并不出現(xiàn)在軸承附近的傳感器處。因此要求分析人員必須能估計到在不可觀察位置的轉(zhuǎn)子的振動幅值。為了精確估計振型,可加裝振型測試探頭沿轉(zhuǎn)子軸向布置的附加探頭。
　　通常用軌跡和軌跡基圖來反映流體激振失穩(wěn)。流體激振失穩(wěn)較顯著的特征是大的振幅、圓形或近似圓形的軌跡以及轉(zhuǎn)子的正向進動。從汽流激振出現(xiàn)的過程看,另一個十分重要的特征是振動和機組的負荷有著十分密切的關(guān)系,有一個“門檻”負荷,往往在低負荷時不會出現(xiàn),而是在較高負荷時出現(xiàn),有的出現(xiàn)在接近較高負荷的某一高負荷段
　　3防止汽流激振的措施
　　根據(jù)汽流激振的機理, 結(jié)合軸系穩(wěn)定性理論及現(xiàn)場機組實際的分析和處理經(jīng)驗, 消除和減少大型汽輪機汽流激振故障的主要措施可以從以下3方面著手。
　　3.1減小蒸汽靜態(tài)力
　　蒸汽向上的靜態(tài)力會上抬轉(zhuǎn)子, 在運行中, 我們認真調(diào)節(jié), 通過改變調(diào)節(jié)閥的開啟和關(guān)閉順序, 或改變調(diào)節(jié)閥的開啟重疊度, 盡量避免在一不利的工況點停留, 改變作用在轉(zhuǎn)子上面的載荷角, 采用節(jié)流調(diào)節(jié)全周進汽和變壓運行, 避免部分進汽產(chǎn)生的汽流激振力。
　　3.2減小蒸汽激振力
　　蒸汽的激振力與蒸汽密度和級前后壓差成正比, 這是氣流激振易發(fā)生在大功率高參數(shù)汽輪機上的主要原因所在。而且激振力還與汽封的結(jié)構(gòu)、長度、間隙的大小有關(guān), 隨徑向間隙增大而減小, 隨軸向間隙的增大而增大。我們可采去以下措施: ①使缸體四周與葉輪前部動靜間隙盡量均勻。②增大葉**汽封的徑向間隙, 限制推力軸承間隙以減小密封的軸向間隙。③氣封間隙沿蒸汽流動方向可設(shè)計成喇叭形, 使軸封進氣端間隙縮小, 排氣端間隙增大, 這種形狀產(chǎn)生的氣流力不僅不會產(chǎn)生失衡力, 還有利于增加穩(wěn)定性。④在葉**汽封和端部汽封間隙處安裝止渦裝置和逆轉(zhuǎn)向注入液體, 利用該裝置或流體的反渦旋干擾間隙內(nèi)工作介質(zhì)的周向流動。
　　3.3提高軸承穩(wěn)定性
　　引起軸承失衡的力有汽流力和油膜力, 提高軸承的穩(wěn)定性就是使軸承油膜失穩(wěn)盡可能的減小、即盡可能的增大阻尼力, 為防止汽流激振預(yù)留較大空間。如果滿足: 汽流力+ 油膜力< 阻尼力時, 就可以避免自激振動的發(fā)生。在實際生產(chǎn)中, 我們積極消除軸瓦缺陷, 使其處于良好的工作狀態(tài), 調(diào)整中心, 減少長徑比, 提高轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速, 提高軸承潤滑油溫,采用穩(wěn)定性較好的推力軸承, 這些措施都有利于抑制汽流激振力。
　　4結(jié)語
　　汽流激振問題是大容量、高參數(shù),特別是**臨界汽輪機運行中面臨的一個重要問題。預(yù)防和正確分析、及時解決汽流激振對我國大型機組的安全運行和我國目前發(fā)展**臨界壓力機組具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文就此問題闡述了引發(fā)機組汽流激振的原因，并對如何避免預(yù)防氣流激振進行了分析見解?，F(xiàn)階段, 為了避免發(fā)生汽流激振, 我們在汽輪機設(shè)計階段進行汽流激振影響下的軸系穩(wěn)定性的計算分析, 良好軸系穩(wěn)定性的合理設(shè)計, 以及較好推力軸承的應(yīng)用將是大型汽輪機避免汽流激振故障發(fā)生的基本保證。
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河北國源電氣股份有限公司專注于汽輪機汽缸修復(fù),高壓緊固件,螺栓等

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