南云庭1，尹雷2，王北琼3
1中国电力工程有限公司，北京100048，2中国电力工程有限公司，北京100048，3中国电力工程有限公司，北京100048
摘要：本文对北重首台350MW超临界汽轮机冷态、温态、热态启动过程暖缸过程、切缸过程、轴瓦升速带负荷温升特性以及机组振动特性进行数据处理、分析，得出了机组最佳切缸控制参数。结果表明，机组轴系平衡状态良好，各轴瓦承载能力满足机组设计要求。
关键词： 超临界；中压缸启动；切缸控制；振动特性；
1前言
北重首台350MW超临界汽轮机是在引进ALSTOM公司330MW亚临界凝汽式汽轮机基础上结合目前国内对超临界汽轮机的要求设计开发的机型。汽轮机为一次中间再热、单轴、双缸双排汽抽汽凝汽式汽轮机。整机共设有25级，其中高压为1+7级、中压为7级、低压为2×5，高中压缸采用合缸形式，相比于330MW亚临界机组分缸形式，高中压合缸热耗要优与分缸，同时合缸机型结构设计紧凑，转子重量增加，更有利于机组运转的稳定[1]。对于新建机组，机组的启动、运行一般都是根据厂家提供的启动曲线来进行机组的冲转、并网、升负荷。在实际机组启动操作过程中，按照厂家给定的曲线来操作，机组的运转参数并不能达到很好的协调，尤其冷态启动过程中，机组的一些关键参数有可能超出正常范围内。因此通过机组不同状态启动过程参数的研究分析，掌握机组在升速、切缸、带负荷过程中机组的振动特性对于机组的安全稳定运行具有非常重要的意义。
2 中压缸启动特性分析
2.1 中压缸启动方式介绍
本文中机组启动方式采用中压缸启动，冷态启动时，在汽轮机挂闸后，开启再热主汽门、高压主汽门，开启高排逆止门旁通阀将再热蒸汽引入高压缸内对高压缸进行预暖。然后中压调节汽门控制汽轮机转速，并升速至990rpm进行中速暖机。DEH中通过检测高压缸下半法兰1/2处温度是否达到190℃来判断汽轮机是否可以从中速暖机转速继续升速。当高压外缸下半法兰1/2壁厚处金属温度达到190℃，高压缸预暖结束。中压调节汽门继续控制汽轮机转速升速至3000rpm，同时当转速高于1050rpm时，高压主汽门、高排逆止门旁通阀门关闭，高压缸排汽通风阀打开。机组带一定负荷时，高压缸切缸，高排通风阀关闭，高压旁路逐渐退出，高压调节汽门与中压调节汽门一起控制汽轮机并维持负荷。
2.2 中压缸启动过程机组暖机特性
对于中压缸启动机组，为了减小机组冷态启动过程中温差而产生的热应力，冲转前应对高压缸、主蒸汽管道和阀壳进行预暖。在挂闸前开启高压缸倒暖阀，将再热蒸汽引入高压缸内，汽缸温度变化趋势可以看出高压缸下半法兰1/2处温度随着冷再压力的升高而升高，冷再压力升高有助于提高高压缸倒暖效果。冷再压力降低，高压缸下半法兰1/2处温度上升趋势变缓慢。这主要是由于冷再压力的增加，增加了进入高压缸内暖缸蒸汽流量，增加了蒸汽与汽缸之间的热传递。根据机组冷态启动过程中高压缸暖机曲线，再热蒸汽参数为0.8MPa，360℃。机组在1000rpm进行中速暖机过程中，高压外缸下半法兰1/2处温度从101℃升高至175℃，时间将近12个小时。这说明机组高压缸倒暖效果并不理想。同时由于超临界直流炉特点，在机组启动过程中，由于主、再热管道中蒸汽流量比较小，中速暖机时间过长将使得锅炉主、再热蒸汽温度升高过高，超出了冷态启动主蒸汽380℃，再热蒸汽360℃范围。因此不利于减小机组启动过程中温差过大而使得转子热应力过大。
2.3 中压缸带初始负荷的切缸控制及旁路切换
中压缸带最小负荷后，当通过高压旁路的蒸汽流量大于高压缸最小蒸汽冷却流量时，开始高压缸切换，高压旁路压力调节阀门逐渐关小，高压缸调节阀门逐渐开启，高压缸开始带负荷。当高压旁路全部退出时，高压缸切换完毕。
为了使高压缸排汽逆止门在汽缸切换过程中顺利打开，再热汽压力保持在0.5Mpa左右。同时为了不使发电机逆功率保护动作，在高压缸切换过程中，要求负荷不能够低于逆功率保护动作值，因此在高压缸切换过程中，要求将发电机负荷设定值调高。
3 机组轴瓦特性分析
本文中汽轮机组润滑油为46号透平油不同于常规32号汽轮机透平油，由于相同油温情况下46号油的粘度较32号透平油粘度增大，同时汽轮机#1、#2轴瓦首次采用沃克沙可倾瓦，因此机组升速、带负荷过程中轴瓦温度的变化间接的反应了轴承润滑是否良好，同时机组升速、带负荷过程中，轴瓦温度的变化也反应了润滑油膜，轴瓦承载力，汽轮机轴承、油膜以及轴瓦之间热量传递变化特性。根据润滑油供油温度为40℃条件下，机组升速过程以及机组带负荷过程中汽轮机各轴瓦金属温度变化趋势，采用42号润滑油以及沃克沙设计的轴瓦在机组空负荷、带负荷试运过程中，轴瓦金属温度在允许范围内，可以满足汽轮机组长期运行要求。
4 机组振动特性分析
超临界汽轮机组长期在高参数、高负荷等复杂条件下运行，如何提高机组可靠性对于机组长期运行具有非常重要的意义，而机组的可靠性很大程度上决定于机组的振动状态，机组强烈的振动表征了机组内存在各种缺陷，尤其对于新建安装机组冷态、稳态、热态启动升速过程中振动特性对于机组是否能够安全稳定运行具有非常重要的意义。为确保机组安全运行，升速过程要求转子不能在临界转速区域停留过长时间，因此在临界转速区域要求汽轮机转子快速通过，尽量缩短汽轮发电机转子在临界转速区域的停留时间，从而削弱转子共振对机组带来的影响。临界转速的大小与转子的材料、几何形状、尺寸、结构形式、支承情况、工作环境等诸多因素有关[4]。因此临界转速计算常抓住主要影响因素，通过建立简化的计算模型而求得。因此实际汽轮发电机转子轴系的临界转速与计算值可能有较大的偏差。因此通过汽轮机不同状态升速过程中，汽轮发电机转子各轴承振动随转速变化曲线可以确定出汽轮发电机转子轴系的真实的临界转速区域，在数字电液控制系统中设定正确的临界转速区域对于削弱汽轮机升速过程中转子在临界转速区共振所产生的影响非常重要。
通过图机组冷态、温态、热态以及极热态启动过程中，各轴瓦轴承振动随转速变化可以得到汽轮机发电机转子轴系的真实临界转速。
通过冷态、温态、热态启动过程中汽轮发电机转子各轴承振动与转速变化及分析可以看出，汽轮发电机各转子平衡状态良好，各转子对轮连接较好。带负荷过程中各瓦轴承振动值保持在较低水平，除了6X方向振动值维持在70μm~80μm区间内，其余各瓦轴承振动值均在55μm以下，机组振动特性良好。
5 结论
通过对北重首台350MW超临界汽轮机组采用中压缸启动过程进行分析得出：（1）在冷态启动过程中暖缸时间过长增加了机组冷态启动燃料消耗，不利于减小转子冷态启动热应力。（2）机组切缸控制过程中，再热器压力降低有利于减小高压缸排汽温度的降低，高压缸切缸最佳负荷为2MW~3MW，切缸过程中再热器最佳参数控制在0.45Mpa，汽缸切换最佳时间控制在4min内。（3）机组#1、#2瓦采用沃克沙可倾瓦以及采用46号透平油是可行的，机组升速以及带负荷过程中，各轴瓦金属温度均在正常范围内，轴瓦温升符合设计要求，随着负荷的增加，各轴瓦承载力均有所增加，机组轴系稳定。（4）机组轴系在升速、空负荷、带负荷过程中表现出良好平衡特性，临界转速区各瓦轴承振动通频幅值较小。
参考文献：
[1] 北京北重汽轮电机有限责任公司，超临界350MW汽轮机[R]，2009.11.
[2] 闻邦椿，顾家柳，夏松波，王正.高等转子动力学[M].北京,机械工业出版社, 2000.
[3] 寇胜利.汽轮发电机组的振动及现场平横[M],北京,中国电力出版社, 2007.