超超临界1000MW汽轮机汽流激振及对策

摘要：邹县发电厂设备四期工程1000MW超超临界汽轮发电机组是引进日立技术制造的，无论就其功率（单轴）还是轴系长度而言，均为目前世界一流。由于其轴系（总长54.2米，其中汽轮机四个转子总长37.9米）长出以往机组很多，且蒸汽参数又为超超临界（25.0MPa/600℃/600℃），所以汽流导致轴系失稳激振的趋势不可轻视，从理论中找出对策，以使引进工作万无一失。

关键词：1000MW超超临界汽轮机；轴系；稳定；激振；对策

 

随着机组单机容量的增大，蒸汽参数的提高，轴系转子和轴承数目也增多，因此在机组设计阶段不仅对轴系要进行常规的横向振动特性和扭转振动特性分析，从轴承对转子系统动特性的影响来考虑轴系稳定性，使转子和轴承达到最优设计，而且对“汽流激振”也要进行分析研究，并在考虑汽流力的前提下，进行轴系稳定性计算，保证最佳的汽封结构设计和优良的轴系稳定性。

自1965年以来，人们从理论、实验和实际运行机组所发生的汽流激振中，对高参数大容量汽轮机高压转子产生汽流激振的机理作了深入的研究，形成一套理论分析和计算公式。八十年代起，各制造厂引进并掌握了亚临界300MW、600MW机组的制造技术，对其轴系、轴承设计进行消化吸收工作。九十年代，东汽厂在与日立公司技术交流与合作、引进日立公司以超临界600MW为母型机设计的亚临界600MW机组技术的同时，与清华大学热能工程系合作研究出用振荡流体力学方法计算汽封激振的动特性的计算程序，用以确定分析整个轴系稳定性所需的刚度系数和阻尼系数。

在1995年东方汽轮机厂应用所编制的计算程序中，对东方300MW机组汽封的汽流力特性作了计算分析，研究了机组负荷、轴封段倾斜度、轴封平均径向间隙、轴封齿高等对轴封间隙激振的影响，并应用轴系稳定性分析程序对其稳定性作了分析，初步评价了汽流激振对轴系稳定性的影响。

在汽轮机中有三种不平衡蒸汽力可能引起转子产生自激振动，影响机组轴系的稳定性。第一种是由于转子偏心，使叶片顶部间隙沿周向不等，进而产生一个激振力，此即Alford力，称为叶顶间隙激振力；第二种是由于在汽轮机中有轴端汽封，围带汽封及隔板汽封，这些汽封会对转子的动特性产生影响；第三种是由于调节级喷嘴进汽的不对称性，即部分进汽会改变轴承的负荷，使其重新分配进而改变轴承的动特性。第三种引起的不稳定振动机理比较浅显，改进的措施也比较简便，只需调整阀门开启顺序即可。

这是由于转轴偏离其中心，使得叶片顶部间隙沿周向变化，使蒸汽泄漏量不均匀，从而导致作用在叶片上的汽流力不均匀，进而产生一垂直于叶轮中心位移的横向力。此力会诱发转子产生涡动，如果阻尼所消耗的能量小于汽流力所做的功，则振幅将增加。

对于叶片围带汽封，叶顶间隙汽流力Q=Q_S+Q_D

Q_S ——来自间隙泄漏损失部分，  Q_S＝T_Sβ_S/(Ds Hs)

        其中：T_S―――该级叶轮的扭矩；

              Ds―――该级叶片节圆直径；

              Hs―――该级叶片高度；

             β_S ―――间隙激振因子。

Q_D  ——来自圆周压力分布的不均匀性，  Q_D＝πR b ΔP_b K_D/(4C)

        其中：C―――径向间隙；

              R―――汽封半径；

              b―――围带宽度；

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