一、引言

　　我廠汽輪機(jī)是由是哈爾濱汽輪機(jī)廠自主開(kāi)發(fā)的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽、直接空冷凝汽式660MW汽輪機(jī)組，采用積木式的設(shè)計(jì)，保留了濕冷機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)如反動(dòng)式葉片、整鍛轉(zhuǎn)子、多層汽缸、數(shù)字電液調(diào)節(jié)等。其結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)濟(jì)性好，適合中國(guó)國(guó)情，具有很高的運(yùn)行效率和安全可靠性。

二、單閥/順序閥(SIN/SEQ)

　　單閥/順序閥切換的目的是為了提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和快速性，實(shí)質(zhì)是通過(guò)噴嘴的節(jié)流配汽(單閥控制)和噴嘴配汽(順序閥控制)的無(wú)擾切換，解決變負(fù)荷過(guò)程中均勻加熱與部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性的矛盾。單閥方式下，蒸汽通過(guò)高壓調(diào)節(jié)閥和噴嘴室，在360°全周進(jìn)入調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉，調(diào)節(jié)級(jí)葉片加熱均勻，有效地改善了調(diào)節(jié)級(jí)葉片的應(yīng)力分配，使機(jī)組可以較快改變負(fù)荷;但由于所有調(diào)節(jié)閥均部分開(kāi)啟，節(jié)流損失較大。順序閥方式則是讓調(diào)節(jié)閥按照預(yù)先設(shè)定的次序逐個(gè)開(kāi)啟和關(guān)閉，在一個(gè)調(diào)節(jié)閥完全開(kāi)啟之前，另外的調(diào)節(jié)閥保持關(guān)閉狀態(tài)，蒸汽以部分進(jìn)汽的形式通過(guò)調(diào)節(jié)閥和噴嘴室，節(jié)流損失大大減小，機(jī)組運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性得以明顯改善，但同時(shí)對(duì)葉片存在產(chǎn)生沖擊，容易形成部分應(yīng)力區(qū)，機(jī)組負(fù)荷改變速度受到限制。因此，冷態(tài)啟動(dòng)或低參數(shù)下變負(fù)荷運(yùn)行期間，采用單閥方式能夠加快機(jī)組的熱膨脹，減小熱應(yīng)力，延長(zhǎng)機(jī)組壽命;額定參數(shù)下變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性是電廠運(yùn)行水平的考核目標(biāo)，采用順序閥方式能有效地減小節(jié)流損失，提高汽機(jī)熱效率。

　　對(duì)于定壓運(yùn)行帶基本負(fù)荷的工況，調(diào)節(jié)閥接近全開(kāi)狀態(tài)，這時(shí)節(jié)流調(diào)節(jié)和噴嘴調(diào)節(jié)的差別很小，單閥/順序閥切換的意義不大。對(duì)于滑壓運(yùn)行調(diào)峰的變負(fù)荷工況，部分負(fù)荷對(duì)應(yīng)于部分壓力，調(diào)節(jié)閥也近似于全開(kāi)狀態(tài)，這時(shí)閥門(mén)切換的意義也不大。對(duì)于定壓運(yùn)行變負(fù)荷工況，在變負(fù)荷過(guò)程中希望用節(jié)流調(diào)節(jié)改善均熱過(guò)程，而當(dāng)均熱完成后，又希望用噴嘴調(diào)節(jié)來(lái)改善機(jī)組效率，因此這種工況下要求運(yùn)行方式采用單閥/順序閥切換來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種調(diào)節(jié)方式的無(wú)擾切換。以求得最好的運(yùn)行工況。

　　我廠#1、#2機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行方式一直采用全周進(jìn)汽的單閥運(yùn)行方式，這樣轉(zhuǎn)子和定子的溫差較小，在變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)溫差影響較小，有利于機(jī)組初期的磨合。由于單閥運(yùn)行，4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥(GV)都參與開(kāi)度調(diào)節(jié)，且一般高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度不大(20%-50%)，蒸汽通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)時(shí)有較大的節(jié)流損失，而機(jī)組運(yùn)行要求盡量減少調(diào)節(jié)閥門(mén)的節(jié)流損失，提高汽輪機(jī)的效率，提高經(jīng)濟(jì)性。而且閥門(mén)的節(jié)流損失在閥門(mén)接近全關(guān)或接近最大流量時(shí)達(dá)到最小。采用順序閥門(mén)控制方式下，一般只有一個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行開(kāi)度調(diào)節(jié)，其余的閥門(mén)保持全開(kāi)或全關(guān)，這樣減少了節(jié)流損失，提高機(jī)組熱效率。

　　哈汽大部分現(xiàn)役機(jī)組其順序閥設(shè)計(jì)次序基本全部為：GV1/GV2→GV3→GV4;關(guān)閉順序閥的次序：GV4→GV3→GV1/GV2。汽機(jī)控制汽門(mén)示意圖如下：

三、出現(xiàn)的問(wèn)題及分析

　　我廠1號(hào)機(jī)組單順閥切換過(guò)程中，從DCS監(jiān)控畫(huà)面取得的機(jī)組轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、1瓦x向、y向振動(dòng)數(shù)值曲線分析，單閥切至順閥運(yùn)行后，1瓦軸振明顯增大，增大幅度達(dá)40～50μm，同時(shí)伴隨著1、2瓦回油溫度上升約5～10度之間。比對(duì)分析，造成這些問(wèn)題的原因以及國(guó)內(nèi)其它機(jī)組普遍出現(xiàn)的問(wèn)題有以下三點(diǎn)，并有針對(duì)性的理論結(jié)合試驗(yàn)提出解決方案。

　　1、采用順閥運(yùn)行噴嘴配汽時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)分為若干個(gè)噴嘴組，它們處于非對(duì)稱性的部分進(jìn)汽狀態(tài)。汽流力合力不能相互完全抵消，及蒸汽除了在轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪上產(chǎn)生力矩而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)外，還有一個(gè)通過(guò)轉(zhuǎn)子中心的合力，進(jìn)汽的不平衡造成壓力徑向分布不均和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩徑向不平衡，軸承的穩(wěn)定性降低及轉(zhuǎn)子在汽缸中的位置不對(duì)中，因此，存在配汽剩余汽流力，這是產(chǎn)生汽流激振的根本原因。根據(jù)上述對(duì)力的分析，轉(zhuǎn)子將受到不同方向的蒸汽激振和切向分力的影響，引起軸承受力變化，使軸系中各軸承載荷及轉(zhuǎn)子撓度發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)將使轉(zhuǎn)子軸系產(chǎn)生不穩(wěn)定運(yùn)行，使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)引起較大的振動(dòng)，調(diào)門(mén)的動(dòng)作又會(huì)使調(diào)節(jié)級(jí)的配汽剩余汽流力發(fā)生變化，往往會(huì)因軸系、通流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及配汽特性調(diào)整不良等原因，使運(yùn)行存在如軸瓦溫度高、軸振不穩(wěn)定、低頻渦動(dòng)、汽流激振動(dòng)等一系列問(wèn)題，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行也證實(shí)了這一系列問(wèn)題的存在。

　　對(duì)此，消除配汽剩余汽流力便是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。從理論上分析力的矢量和以及對(duì)國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組的調(diào)查，我們提出解決方案：更改順序閥開(kāi)啟順序，將原GV1/GV2→GV3→GV4變?yōu)镚V1/GV3→GV2→GV4。

　　2、汽輪機(jī)在順閥運(yùn)行時(shí)，先后開(kāi)啟的高壓調(diào)門(mén)之間存在明顯的重疊度，重疊度最小時(shí)為零，此時(shí)它的調(diào)節(jié)級(jí)效率最高，但流量特性最差，會(huì)引起機(jī)組在某些負(fù)荷不穩(wěn)定。重疊度最大的曲線流量特性的線性度最好，但調(diào)節(jié)級(jí)效率最低。在順序閥開(kāi)啟時(shí)，可能會(huì)存在某段流量范圍內(nèi)流量指令與實(shí)際蒸汽流量不成線性，這時(shí)需要開(kāi)啟下一個(gè)調(diào)門(mén)來(lái)修正，這就是閥門(mén)重疊度的設(shè)置。如下圖所示：

　　實(shí)線所示為無(wú)重合度的情況，這不負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求(調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性線要求兩端速度變動(dòng)率大，中間平滑過(guò)渡)，虛線所示為合理重合度的情況。

　　為了使配汽機(jī)構(gòu)特性曲線比較平滑，一般在前閥尚未開(kāi)完，其閥門(mén)壓力重疊度為0.85～0.9時(shí)便提前開(kāi)啟后閥。調(diào)門(mén)重疊度的大小直接影響著配汽機(jī)構(gòu)的靜態(tài)特性。重疊度有兩種：

　　1、行程重疊度

　　2、壓力重疊度

　　一般情況下，當(dāng)汽門(mén)開(kāi)度達(dá)到60%時(shí)，汽門(mén)的通流能力達(dá)到總通流能力的90%以上，在“閥點(diǎn)”附近，先開(kāi)啟的調(diào)節(jié)汽門(mén)不可避免的存在40%左右的空行程，此時(shí)，高壓調(diào)節(jié)閥極可能頻繁出現(xiàn)大幅度晃動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

　　試驗(yàn)處理辦法：順閥運(yùn)行方式下，進(jìn)行負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)，升負(fù)荷、降負(fù)荷兩個(gè)階段，試驗(yàn)是機(jī)組協(xié)調(diào)控制投入，主蒸汽壓力按滑壓曲線確定，按正常變負(fù)荷速度，連續(xù)同向改變負(fù)荷，判斷“閥點(diǎn)”處閥門(mén)的晃動(dòng)情況，如果存在明顯晃動(dòng)，要對(duì)配汽特性曲線進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)修改配汽特性曲線找到機(jī)組運(yùn)行的最佳配汽工況點(diǎn)，從根本上解決改問(wèn)題。

　　2、配汽特性流量曲線改變，理想的配汽特性曲線在不同的配汽方式下表現(xiàn)出來(lái)的各個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)雖然開(kāi)度不同，但通過(guò)的總蒸汽流量是相同的，而在實(shí)際應(yīng)用中，由于種種原因，切換前后總蒸汽流量將產(chǎn)生偏差，這種偏差直接反映到機(jī)組功率與主蒸汽參數(shù)的變化上。下圖是通過(guò)運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組行程、閥后流量實(shí)際測(cè)量值的單閥、順閥的流量特性曲線圖。

　　通過(guò)上圖我們可以看出單、順閥流量特性曲線的差別，以及各個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥的“閥點(diǎn)”在圖中所對(duì)應(yīng)的位置，并據(jù)此，在運(yùn)行當(dāng)中密切觀察“閥點(diǎn)”處調(diào)閥晃動(dòng)和機(jī)組振動(dòng)、瓦溫等情況，對(duì)曲線進(jìn)行修正，以達(dá)到最佳流量曲線。

四、結(jié)論

　　將原順序閥次序：GV1/GV2→GV3→GV4，改變?yōu)椋篏V1/GV3→GV2→GV4，對(duì)稱進(jìn)汽，消除配汽剩余汽流力，避免產(chǎn)生汽流激振，對(duì)機(jī)組滑壓運(yùn)行兩種配汽模式的比較分析。試驗(yàn)設(shè)計(jì)單閥模式運(yùn)行，維持負(fù)荷在額定之50%即300MW左右穩(wěn)定運(yùn)-~5-o.5h以上。全面記錄汽輪機(jī)運(yùn)行各參數(shù)，如主、再熱蒸汽溫度、壓力、軸向位移、高壓缸脹差、汽缸溫度、調(diào)節(jié)級(jí)壓力等，在單閥模式滑參數(shù)將機(jī)組負(fù)荷逐漸升至額定600MW，主蒸汽滑壓范圍11.40MPa～16.59MPa，溫度保持533~C不變。過(guò)程中每50MW停留0.5h，全面記錄運(yùn)行各參數(shù)，期間回?zé)嵯到y(tǒng)全部投入、輔機(jī)系統(tǒng)及附屬設(shè)備、汽機(jī)凝汽器終參數(shù)、軸承潤(rùn)滑狀況等維持不變。在順序閥方式下，按同樣的主蒸汽滑參數(shù)曲線、運(yùn)行方式進(jìn)行比較試驗(yàn)，以得出適應(yīng)該機(jī)組的流量特性曲線，并保證運(yùn)行中不偏離該曲線，達(dá)到安全運(yùn)行的需要。