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摘要：大容量的超临界、超超临界机组汽流激振问题时有发生。对汽流激振机理分析，通过通流间隙调整、阀序优化、轴承稳定性调整以及设备缺陷处理等方式可以有效的降低机组汽流激振现象。
关键词：超临界、汽流激振、治理
随着我国电力的发展，大容量的超临界、超超临界火电机组已经成了电力行业的骨干，因此对大容量机组的安全可靠性要求更高。汽流激振问题在国内外各容量的机组上都曾产生，其是机组轴系受汽流力的作用而产生的一种自激振动现象。研究表明：汽流激振在大容量机组上出现较多，且主要在高负荷阶段。汽流激振与负荷相关，当机组接近某一负荷值时，引起剧烈的低频振动。
笔者就某600MW超临界机组为例，分析机组汽流激振现象机理并通过通流间隙调整、阀序优化、轴承稳定性调整等措施解决机组汽流激振问题。
1、汽轮机汽流激振机理与预防
汽轮发电机组汽流激振问题是机组轴系受汽流力的作用而产生的一种自激振动现象。汽流激振是由于旋转设备转动部件与静止部件之间流体的作用，使转子受到一个稳定的切向作用力，当转子受到的切向力超过转子轴承系统所提供的阻尼时，很容易诱发自激振动[1]。汽流激振的激振力主要来源于三方面：1.调节级进汽的静态蒸汽力；2.密封流体力；3.动叶顶部蒸汽产生的叶顶间隙激振力[2]。
（1）调节级静态蒸汽力。大型汽轮发电机组基于经济性的考虑，在大部分负荷段一般采用喷嘴调节的运行方式[3]。该方式下，调节阀依次开启，调节级圆周方向进汽不均，在非对称进汽时，蒸汽对调节级动叶会产生一个不对称的切向和轴向汽流力。不平衡的力矩使得转子发生平动或翻转，降低轴系的稳定性从而诱发振动。
（2）密封流体力。为了防止动静碰磨，汽封是降低汽轮机内高低压级间蒸汽泄漏量的重要部件。汽轮机转子涡动中心与静子中心在安装、运行中不可避免的存在一定偏心。偏心导致蒸汽在轴封、隔板汽封体内周向压力分布不均，蒸汽在轴向与周向两个方向上流动，这部分流动的蒸汽产生对转子作用的径向合力。该合力导致转子运动稳定性下降。这部分的力与汽封的结构、间隙、蒸汽流量有关。
（3）叶顶间隙激振力。由于转子在旋转过程中的偏心，动叶叶顶间隙沿周向分布不均，从而导致蒸汽流量不均。因此作用在叶轮圆周切向力不同，产生一个径向的切向力（合力）。当系统的阻尼消耗的能量比该合力做功小时，振动容易被激发。这种叶顶间隙激振力大小正比于叶轮的级功率，反比于动叶的高度与平均节径，因此较易发生在大容量汽轮机的高压转子上。
2、汽轮机汽流激振现象治理
某汽轮机是东方汽轮机有限公司制造的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，机组型号：N600-24.2/566/566。汽轮机自投产以来，汽流激振问题突出：CV4高调阀开度超过48%时，高调阀区域出现“啸叫”，#1瓦轴振开始明显升高（最高达到102℃），CV3后导汽管道振动幅度较大。考虑轴振、瓦温超标及高调阀处异响等因素，调整了阀序后且CV4限高位（即开度不超过34%）才抑制了汽流激振现象。虽然汽流激振有一定的抑制，但这一定程度上给机组的经济性和安全性带来影响。结合以上机理分析，在机组检修中主要采取以下治理方式：
2.1 高中压缸通流间隙调整
解体汽轮机发现高中压缸的过桥汽封、叶顶汽封、隔板汽封以及轴封汽封都存在不同程度的磨损，甚至存在整圈汽封齿断裂的情况。为了尽可能的减小密封流体力、叶顶间隙激振力。严格按照设计要求恢复各位置的汽封间隙，并将磨损严重的汽封更换为汽密封性能更好的汽封，尤其是过桥汽封位置。汽封间隙尽量取值下限。低压缸由于支撑轴承是椭圆轴承，对应的水平左、右汽封间隙不一致，需要严格按照设计要求恢复。
2.2 汽轮机高压调节汽门优化
对高调阀阀序优化，避免转子在非对称蒸汽力作用下在转子上产生的不平衡力矩，发生明显的径向偏移。汽轮机高调阀阀序优化项目，主要包括：配汽曲线优化试验、控制逻辑修改实施以及滑压运行曲线优化试验。通过对汽轮机配汽曲线优化和滑压运行优化试验项目进行统筹协调，提出综合执行方案：将调整前的复合调节方式CV1 →（CV3 + CV2）→ CV4（CV4限高在34%）调整为顺序阀调节方式（CV2 + CV3）→ CV1 → CV4，达到机组经济性和稳定性的最优化。
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图1 机组高调阀布置方式
2.3 导汽管阻尼器增加
考虑到CV3后导汽管道运行中振动幅度较大。由于引起导汽管道振动的干扰力大致分为两种：转子不平衡产生的干扰力、管道汽流引起的音频振动干扰力。主蒸汽管道为了降低刚性，设计的较长，自振频率较低。第一种干扰力频率较高，很难引起共振。因此主要是第二种干扰力作用，解决该管道振动最有效的解决办法就是增加管道阻尼器，提高管道的自振频率[3]。基于该考虑，检修中对CV3后的导汽管调整限位支架、更换两个阻尼器（安装于13米平台）的来降低管道的振动，尽可能的吸收管道振动。
2.4 轴承稳定性提高
为了提高轴承稳定性，适当增大阻尼力，当阻尼力大于汽流力与油膜力的合力时，可以防止高压转子发生自激振动。主要采取以下措施：a、#1、#2轴承顶隙按照标准下限调整，运行中适当降低油温，增加润滑油黏度，提高轴承的阻尼力；b、调整#1轴承下半3块瓦块位置，将底部的1个瓦块标高降低，使两侧的2块瓦块由受力很小的状态变为斜支撑受力状态，提高轴承稳定性并有效降低轴承金属温度。
2.5 CV4高压调节门阀座修理
通过对机组调速汽门检查，发现CV4高压调节汽门阀座与阀壳配合松动，阀座发生了位移，阀座可以轻松取出，不能与阀壳良好配合。这严重影响阀门的密封性，并且会造成阀门汽流紊乱、引起松动的阀座与管道的激振等。检修中对阀座重新补焊加工，阀壳重新钻孔，重新恢复阀座的过盈配合与定位，使得阀芯阀座良好配合，密封严密。
基于以上处理后，机组启动后恢复正常，汽流激振消失，轴承温度与管道振动也得到明显改善。
3、总结
大容量汽轮机组发生汽流激振时，可能的原因是综合性的，需要从阀门阀序控制、设备缺陷、轴承稳定性、汽封结构与间隙调整方面出发，综合提出优化方案。以上的治理方案供汽流激振治理提供参考。
参考文献：
[1]谌莉.1000MW超超临界汽轮机汽流激振特性研究与应用[D].武汉：武汉大学.2017.
[2]邓敏强.超（超）临界机组汽流激振及轴系稳定性研究[D].南京：东南大学.2018.
[3]中国动力工程学会.火力发电设备技术手册第二卷[M].北京：机械工业出版社.2004.