汽轮机高导管低频振动治理方法技术研究及应用

1、    汽轮机高导管低频振动治理方法技术研究及应用    摘要：5号汽轮机高导管在顺序阀运行模式下存在不同程度的振动超标现象，对管系及机组安全运行造成了较大的隐患。为满足安全生产要求，通过加装粘滞性阻尼器的方法对5号汽轮机高导管道振动超标问题进行了治理，有效解决了管道振动超标问题，确保了5号机组顺序阀能够可靠投运，管系及机组能够安全、稳定、经济运行。关键词：高导管;顺序阀;振动超标;安全隐患;粘滞性阻尼器引言宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司5、6号机组为600mw直接空冷燃煤发电机组，汽轮机型号为nzk600-16.7/538/538，由东方汽轮机厂生产

2、，为亚临界、中间再热、单轴、两缸两排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。汽轮机1、2、3、4号高导管尺寸规格为400*55mm ，管道材质为12cr1movg，其中，1、3号高导管接至汽轮机喷嘴上半，2、4号高导管接至汽轮机喷嘴下半。机组顺序阀运行模式下高压调节阀的开启顺序为1/3-4-2。5号汽轮机1、2、3、4号高导管在顺序阀运行模式下存在不同程度的振动超标现象（最大振动值为35.45mm/s，火力发电厂汽水管道振动控制导则（dl/t 292-2011）允许最大值为20.2mm/s），管系的长期振动将会造成管道材料的疲劳损伤、支吊架的损坏、焊缝开裂等，对管系及机组安全运行造成了较大的隐患，影响了5号

3、机组顺序阀的正常投运，不利于机组经济运行。为满足安全生产要求，需要对5号汽轮机高导管的振动超标问题进行检查、处理，以消除管道振动问题，确保5号机组在顺序阀运行方式下能够可靠投运，管系及机组能够安全、稳定、经济运行。1管道振动超标原因及控制原理1.1  常见管道振动原因电站管道振动问题是一个非常复杂的问题，涉及多方面因素。引起振动的力称之为激振力，根据激振力的来源，可以将管道振动归纳为机械振动、流体振动、阀门自激振动、地震等几种类型，其中以流体不稳定流动引起的振动最为常见，引起流体不稳定流动的原因有水锤、两相流、涡流等。在不稳定流动产生的激振力的作用下，当管道存在以下问题时容易引发强烈

4、振动：（1）管道原设计没有水平方向上约束装置，管系刚度低，在流体的激振力作用下引起管道振动。（2）管内介质经过弯头、阀门等原件时作用在管壁上的激振力呈周期性脉动状态，从而引发管道振动。（3）管道内部流体流动速度的大小及改变、管道内流体的脉动压力，与管道自有频率产生共振。1.2  管道振动控制原理电站管道的设计除了要满足强度条件以外，还应该满足一定的刚度条件。管系的固有频率与系统的刚度有关，刚度越大，固有频率越高。首先勘测管道振动频率和振幅，分析管系的固有频率，通过提高管道系统的刚度避开激振频率。影响管系刚度的主要因素有管道走向、管径、壁厚和管道支撑状况。减少弯头的个数、增大管径和壁厚

5、、增设支架都能使管系的刚度增大。在大多数情况下，管径、壁厚不容易改变，主要调整管道走向和管道支撑，而这两者中更常用、更经济性的是通过增减支架来调整管系的固有频率。通过振动治理使管系低阶固有频率提高，避开激振力频率中的低频成分，从而降低管道振动。2 振动治理方案本次振动治理的汽轮机高导管固有频率相对较低，是较容易发生振动的管道。因此，此类管道的设计除了要满足强度条件以外，还应该满足一定的刚度条件。本次振动治理的基本思路如下：在保证管系应力合格的前提下，通过增加减振限位装置等措施，增加管系的刚度和固有频率，避开对低阶激振力的响应，以减小管道的振动。鉴于此，通过认真分析、多次论证，最终确定通过对振动

6、管道加装粘滞性阻尼器及双向限位装置以消除管道振动问题。针对上述4条高导管的特性及振动情况，本方案总计增设减振装置12组，其中双向限位支架8组，分别为1-1、1-3、2-1、2-3、3-1、3-3、4-1、4-3 xz双向限位支架;粘滞性阻尼器4组，分别为1-2、2-2、3-2、4-2，具体安装部位如图1所示：该方案通过对每根管道加装粘滞性阻尼器，可有效吸收管道在多个方向上振动的能量，同时每根管道再辅助两组xz双向限位支架，从而达到减小管道振动的目的。3 管道应力计算3.1  管道应力计算概述管道静力计算的任务是确定在外载（温度、自重等）作用下，管道的变形、应力分布及支撑结构的约束反力

7、等，并以此为基础确定管系的薄弱环节或关键部位，计算评估管系的使用安全性。采用caesarii软件对管道进行应力校核计算，该软件符合asme b31.1等相关规范和标准的要求，在电厂管道静力计算中得到了广泛应用。为了便于分析和计算，根据力学中力的独立性原理，将管道应力分为两种，分别为由管道内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和（称为一次应力）以及由热胀、冷缩和其它位移受约束而产生的热胀应力范围（称为二次应力）。3.2  管道应力计算结果5号汽轮机高导管采用caesarii2011软件进行应力计算，计算模型如图2所示，振动治理后管道的最大一次应力、最大二次应力如表1所示。振动治理后，

8、管道最大一次应力、最大二次应力分别为38.79%、21.75%，最大应力点位置分别为s1、s2。结论 振动治理后管道应力合格4 应用效果在振动治理前、治理后，5号机组以顺序阀方式运行时用测量仪器（rion 3-axis vibration meter vm-54）对高导管振动进行了检测，每种工况均选取了4处测点，分别为测点1-2、测点2-2、测点4-2、测点3-2。振动治理前、后振动测量结果见图3、4、5。机组负荷350mw时，振动治理前、后高导管振动速度最大值分别为32.18mm/s（不合格）、14.49mm/s（合格），振动治理后较治理前最大振动速度降低了54.97%;机组负荷480mw时

9、，振动治理前、后高导管振动速度最大值分别为35.45mm/s（不合格）、13.69mm/s（合格），振动治理后较治理前振动速度最大值降低了61.38%;振动治理前，考虑到机组运行安全性，未以顺序阀方式在更高负荷下运行及检测，振动治理后，机组以顺序阀方式运行且负荷达到580mw时高导管振动速度最大值為14.41mm（合格）。对比振动治理前、后测量数据，结果表明，在振动治理前机组负荷为480mw时，导汽管振动最大速度为35.45mm/s，超过了火力发电厂汽水管道振动控制导则dl/t 292-2011规定的20.2 mm/s的要求;振动治理后，导汽管振动速度最大值为14.49mm/s，振动速度大幅降低，满足dl/t 292-2011合格的要求，本次振动治理达到了预期目标。0 结论上述治理方案实施后，5号汽轮机1、2、3、4号高导管在顺序阀运行方式下最大振动值由35.45 mm/s降低为14.49mm/s，振动治理后振动速度最大值降低了59.13%，满足火力发电厂汽水管道振动控制导则（dl/t 292-2011）中规定的管道稳态振动最大允许速度值不大于20.2mm/s的要求，管道振动问题得