超临界汽轮机组蒸汽激振的分析

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1、超临界汽轮机组蒸汽激振的分析摘要：蒸汽激振是关系汽轮发电机组经济性、安全性的重大问题。机组容量不断增大、蒸汽参数不断提高使蒸汽激振问题成为目前大机组，尤其是超临界机组，设计、运行、检修中必须考虑的重要问题之一。本文分析了蒸汽激振的原理、特征以及蒸汽激振对汽轮机组的危害，给出了当前常用的汽流激振治理方法。关键词：蒸汽激振，超临界，激振力，汽轮机。Abstract：Thesteam-inducedself-excitedvibrationisaprimaryproblemforturbo-generators.Ithasbe

2、comeoneofthemostimportantissuesfortheultra-supercriticalsteamturbineandmustbetakenintoaccount.Thispaperanalyzestheprinciplesandfeaturesexcitingsteamandsteamturbinevibrationoftheharm,giventhecurrentcommonlyusedtreatmentmethodforsteamflowexcitation.Keywords:steamex

3、citation,supercritical,excitingforce,turbine.一、前言采用超临界压力甚至超超临界压力是提高汽轮机热效率的重要途径之一。一般而言，超临界机组的热效率比亚临界机组的高2％-3％左右，而超超临界机组的热效率比常规超临界机组的高4％左右。随着我国电力工业的结构调整，研制、生产和发展超临界压力机组是火力发电节约能源、改善环保、提高发电效率、降低发电成本的必然趋势。但汽轮机蒸汽参数的提高，会导致高压缸进汽密度增大、流速提高，蒸汽作用在转子上的切向力对动静间隙、密封结构及转子与汽缸对中度的灵

4、敏度提高，增大了作用在转子上的激振力，这使超临界汽轮机发生蒸汽激振的可能性远大于亚临界汽轮机。蒸汽激振属于自激振动，是由汽轮机内部蒸汽激振力激励引起的振动。蒸汽激振会使轴系稳定性降低，严重时会诱发转子失稳，产生很大的低频振动，蒸汽激振成为影响超临界汽轮机可靠性的重要因素和面临的主要问题之一[1]。因此，研究蒸汽激振及其防治措施对于提高超临界汽轮机的可靠性有着十分重要的意义。二、汽轮机蒸汽激振的机理与特征1、定义自激振动是指振动自身所激励的振动，其与转子质量不平衡等无直接关系，而是由于机械振动内部的力激发起来的。维持自激振

5、动的能量来源于系统本身运动中获取的能量。系统一旦失稳，振幅将随时间迅速发散（线性系统）或呈极限环轨迹（非线性系统）。在汽轮机的蒸汽间隙（包括径向和轴向）中存在许多汽流扰动的振源。其中因在安装、检修时通流间隙出现偏差、运行时转子移位、或是由于转子弯曲、汽缸膨胀跑偏和汽流作用产生的转子轴向推力，均可能导致转子与静子的径向和轴向间隙发生变化，而出现偏差，这种偏差会产生一个作用于转子上，并促使其涡动的切向力，即蒸汽激振力。2、蒸汽激振机理2.1、叶顶间隙激振力汽轮机的蒸汽间隙（转子和静子之间的径向动静间隙，亦称径向间隙），一般应

6、均匀无偏差，由于转子弯曲，汽缸膨胀变形跑偏时，或者汽流作用产生的转子切向推力，转子动叶顶部和隔板汽封的间隙沿周向不均匀（图1），进而造成动叶顶部周向间隙的漏汽量不等，同时引起通过动叶片的蒸汽流量、速度和蒸汽推力沿圆周不等。简单地说，对应于小间隙处产生大推力（），大间隙处产生小推力()。其结果产生一个垂直于转子中心与汽缸中心的连线的横向合力()，此力将促使叶轮中心Oˊ绕汽缸中心（隔板中心）旋转，诱发转子涡动。该力的大小与这一级的功率成正比，与叶片的高度成反比。在一个振动周期内，当系统阻尼消耗的能量损失小于横向力所做的功，这

7、种涡动就会被激发产生自激振动。图1动叶因偏心激振力2.2、汽封激振力汽轮机为了提高蒸汽做功效率，在叶顶、隔板与轴端都设置有汽封，分别称作叶顶汽封、隔板汽封、轴封，这三种汽封产生三种激振力。这些激振力对机组转子的动特性有不良的影响，是大型透平机组发生失稳的一个重要原因，而评价转子系统稳定性的主要参数之一，便是动特性系数。由于迷宫密封的存在，必然引起汽流激振，恰当确定各密封有关参数，可使激振力最小，系统最稳定。因而迷宫密封各参数对转子动特征影响的研究具有重要意义。一般认为，汽封流体激振力是由于转子在密封腔中偏置时，密封周向存

8、在不均匀压力分布所引起的。由于密封腔中的气流有旋转，使周向压力分布的变化与转子和密封腔之间的间隙变化不完全对应，最高压力点滞后密封腔最小间隙一定角度。这样，流体作用在转子上的力可分解成一个与偏置方向相垂直的切向力，该切向力将激励转子产生涡动。当激励力达到或超过一定值时，就会使转子产生强烈的振动。目前知道的会造成迷宫密