汽轮机单顺阀控制方式的优化

汽轮机单顺阀控制方式的优化

0调整运行方式在实践中，主要目标是在四个这方面选择最佳排列组合作为“顺序阀运行”的确定运行方法，并调整不同高压调门之间的重叠度。“单阀运行”和“序列阀运行”的稳定过渡，以满足运行要求（提高机组的低负荷负荷和降低煤耗）。此外，在这种运行模式下，为了不增加调节底板的负荷，避免“振动”，我们必须满足四个试验序列之间的对应关系。1高压调门阀序的重新设计宁电4台机组在试运结束后的一年时间内,机组始终处于单阀运行状态。其顺序阀原设计:高压调节阀共4个,开启顺序为:3、4号先同时开启,然后是1号,最后是2号阀开启。在进行切换时,出现了1、2号瓦温上升及轴振增大等问题,影响了机组的运行经济性。针对上述问题,结合3号机组大修,对汽机高压调门顺序阀进行了优化、改进及试验工作,主要工作如下:(1)进行了原设计顺阀方式下静态仿真试验,从中找出影响顺序阀投运的原因:高压调门在40%～100%范围内的开启速度较快,容易造成高压调门摆动;3、4号高压调门先开方式对机组轴系的1、2号轴瓦易形成向右的推力(面对机头),影响轴瓦进油特性,从而使机组顺序阀运行时的轴瓦温度快速升高。(2)通过研究发现,高压调门开启型线的尾段开启特性曲线设计较陡,在切换时易造成抗燃油压快速降低以及存在高压调门开启不够平滑的缺陷。所以,重新设计的主要内容包括:在第一及第二个高压调门开启至60%时作为第三个高压调门的开启点;在第三个高压调门开启至60%时作为第四个高压调门的开启。60%开度约对应单个阀门94%流量处,此时的阀门的压力损失已很小,通过平缓高调门尾段特性曲线并提前后序调门的开启,提高机组运行平滑的同时又适当平缓了冲击。(3)结合转子受力状况分析,将高压调门阀序更改为1、4号-2号-3号方式,将机组运行中的转子保持向左的推力(面对机头),有利于轴瓦油膜的形成及降低瓦温,并再次进行试验。(4)机组在430MW负荷工况运行时,分别关闭1、2、3、4号高压调门,观察机组状况,确定了1、4号-2号-3号方式为相对最好方式。在600MW工况试验时的1号轴瓦最高温度为81℃,其它轴瓦温度及振动变化不明显。(5)完成了单阀及顺序阀在50%～100%负荷段期间的高压缸效率对比试验。具体到实际操作上我们做了如下改进:1.1提高开口流量特性首先根据转子受力分析,将原顺序阀3、4号-1号-2号方式改进为新方式1、4号-2号-3号。单阀函数改进内容见表1:1.2开闭系统特性曲线开启段通过研究配汽机构改进前的单阀特性,为了避免在单阀-顺序阀切换期间出现阀门大幅摆动现象,将单阀的阀门开启特性进行修正。从原单阀曲线看出,在阀门从40%到100%行程的开启区间,特性曲线开启状态较陡,基本呈现垂直、迅速的开启状态。该状态容易造成的结果是:机组负荷参数不易控制;以及在开启过程中油动机油缸所需抗燃油量迅速增加而造成抗燃油压剧烈波动,不利于安全稳定运行。因此,在改进曲线时,主要是将40%～100%范围内的开启曲线适当放缓,改进后的试验曲线效果见图1。1.3局部设计机组原顺序阀特性设计的第一个开启点均设置有6%的跳跃点(西屋原设计约有11%的跳跃,但在国内考虑到甩负荷带旁路运行等高参数情况下为了保持稳定而将其降低到6%),而我们在特性曲线修改过程中进一步将第一个开启点设置为2%的跳跃点(见图2),这种设计既使阀门开启状态稳定、减少汽压波动,又避免了阀门开启瞬间对轴系所产生的剧烈扰动。1.4不同高压调门时的瓦温分析对机组进行分别关闭各高压调门试验,检测机组对不同关闭方式的适应状况。从所得数据可以看出,主要考核了高压调门关闭对1号轴瓦及2号轴瓦温度、振动的影响。关闭1号高压调门时的瓦温状况最高温度87.8℃;关闭2号高压调门时的瓦温状况最高温度86.6℃;关闭3号高压调门时的瓦温状况最高温度83℃;关闭4号高压调门时的瓦温状况最高温度77℃。通过比较验证认为,关闭3、4号高压调门时的瓦温状况较好,而且这两种方式的振动状况均变化不大。另外通过轴瓦受力分析认为,为保证机组轴系保持稳定状态,在选择关闭4号高压调门时,蒸汽将产生一个向上的不稳定力,在高负荷区间相对容易造成轴系失稳。而选择关闭3号高压调门时所产生的是一个向下的压力,在机组处于500MW以上的负荷阶段时,有利于机组轴系保持稳定,因此选择1、4号-2号-3号方式有利于机组在不同负荷工况的稳定运行,为选择1、4号-2号-3号阀序方式提供了可靠的试验数据支持。1.5高压波动及振特性选择了1、4号-2号-3号顺序阀阀序后,完成单顺阀切换试验。从所得数据可以看出,在阀门切换全部用时240秒的过程中,负荷波动最大值为16MW,1、2号轴瓦振动及瓦温变化稳定。切换为顺序阀后,随即进行了升负荷试验,满负荷工况下的1号轴瓦温度最大为81.8℃,运行状况稳定,没有出现高压调门大幅波动及瓦温、振动大幅增加的情况。这个试验更加验证了上述所作的理论分析是可靠、翔实的。2两种阀序运行的效率曲线比较顺序阀与单阀方式的高压缸效率经济性比较分析:在经过上述高压调门的特性优化后,为了试验高压调门特性改进前后所获得的经济性收益,分别进行了高压调门的单阀及顺序阀负荷试验。顺序阀与单阀方式的高压缸效率曲线比较参见图3。从数据看出,当机组在550MW以上负荷运行时,两种阀序运行的高压缸效率相差0.6%左右,影响机组发电煤耗0.64g/kWh。而在500MW以下负荷运行时,高压缸效率最大相差为(430MW):4.8%,减少机组发电煤耗3.72g/kWh。根据试验记录,在450MW工况下,顺序阀时的调节级后压力为:10.31MPa,单阀时的调节级后压力为:9.73MPa,两者相差0.58MPa,说明高压调门采用顺序阀方式可以使高压缸进汽流量减少了6.25%,提高了机组运行效率。采用顺序阀方式的节能效果主要体现在机组滑压运行区,尤其是低负荷区域,经济效益极为明显。3轴向推力的作用(1)机组配汽机构的阀门布置如图4所示。在转子顺时针旋转时主蒸汽对转子的作用力也是顺时针方向,可以将其合力分解成垂直与水平分力。(2)从图4中可以看出,在2、3号或1、4号阀门同时开启时,其水平及垂直分力是可以相互抵消的,也就是说该种配汽方式是比较稳定的。缺点是转子每旋转一周所承受的蒸汽交变应力的次数是原设计3、4号阀同时开启的两倍。(3)下面就2、3号或1、4号阀门同时开启方式分别进行分析。2、3号阀门同时开启方式:在2、3号阀门同时开启后,开启4号阀门将对转子产生向下及向右的推力,从而加大2号轴承的负载,使2号瓦温升高;而由于高压进汽端靠近2号轴承,轴向推力的作用对1号轴承也产生负载增加的状况,温度影响也要增加,也要影响1、2号轴承振动的状况(目前定洲1、2号机采取该种方式)。同样情况,在开启1号阀门时将对转子产生向上的推力及向左的推力,从而减小2号轴承的负载,使转子的不稳定性增加而影响2号轴承振动;轴向推力的作用也要减小1号轴承的负载。这种方式将对1、2号轴承振动产生影响。1、4号阀门同时开启方式:在1、4号阀门同时开启后,开启3号阀门将对转子产生向上及向右的推力,从而减小2号轴承的负载,使2号瓦温降低,但轴向推力的作用加大了1号轴承的负载,1号瓦温度会有所增加。同样情况,在开启2号阀门时将对转子产生向下及向左的推力,从而增加2号轴承的负载,将增加2号轴承的温度,轴向推力的作用将减小1号轴承的负载,对1号轴承振动有所影响。(4)不同配汽方式的选择。根据上述转子受力分析可以看出,不同的进汽方式将对转子轴承温度及振动产生不同的影响,在进行进汽方式选择时可以根据不同机组的情况,针对1、2号瓦不同的瓦温及振动情况而采取相适应的方式,在顺序阀切换时将汽流激振对设备的影响降低到最小程度。在这里着重推荐1、4-2-3方式,该方式在2号阀门开启时对1、2号轴承的影响最小,这种方式的运行效果在聊城电厂已经得到了比较好的验证。综上所述,建议采用1号4号-2号-3号顺序阀方式投入方式。另外,为减小2号阀开启时对转子的扰动力,建议将2号阀的开启位置在DEH系统中设定在300～350MW的位置。由于经过了2号阀开启位置的重新设定,所以3号阀原设计的阀位(上汽厂提供的阀位开启曲线)设定点将要进行调整,调整的原则是将额定主汽参数下的480MW位置点(即滑压运行的起始点)的3号阀开启10%～15%,从而保证阀门重叠度在2%～5%左右,平稳切换负荷。在此运行方式下,当1号4号全开时叶片所受的冲击应力最大,然而从电厂滑压运行来考量:由于此时压力较低,叶片虽受离心力,弯应力同时作用,但实际离心力维持不变。多联体形式的叶片有足够的强度。4高压缸单阀-顺序阀切换运行稳定本文主要分析了汽轮机在顺序阀时转子,轴系等的受力情况,通过改进阀门流量特性和改变顺阀开启顺序来达到避免转子不平衡性及受力不均的影响,提高运行经济性。众所周知,汽机投运顺序阀时势必会带来不平衡力,如何能够最大限度减少其不良影响,将其带来的各种冲击控制在允许的范围内,这就是我们要做的工作。按照西屋机组原设计是不建议采用对角进汽方式的,这会对叶片带来二