汽轮机蒸汽激振培训教材.doc

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1、汽轮机蒸汽激振培训教材随着汽轮机蒸汽参数的提高，高压缸进汽密度大、流速高，增大了作用在高压转子的激振力。这将使得轴系稳定性降低，严重时会诱发高压转子失稳，产生很大的低频振动。由于蒸汽激振力近似地正比于机组的出力，因此，蒸汽激振引起的不稳定振动就成为限制超临界压力机组出力的重要因素。蒸汽激振机理汽轮机蒸汽激振力通常来自三个方面：A、第一是叶顶间隙激振力。当汽轮机叶轮在偏心位置时，由于叶顶间隙沿圆周方向不同，蒸汽在不同间隙位置处的泄露量不均匀，使得作用在各个位置叶轮的圆周切向力不同，就会产生作用于叶轮中心的横向力，称为间隙激振力。该横向力垂直于叶轮中心偏移方向，趋向于使转子产生自激振动。在一个振动

2、周期内，当系统阻尼消耗的能量小于横向力所作的功，这种振动就会被激发起来。叶顶间隙激振力大小与叶轮的级功率成正比，与动叶的平均节径、高度和工作转速成反比。因而，间隙激振容易发生在汽机大功率区段及叶轮直径较小和短叶片的转子上。对于带有围带汽封的动叶，通过围带汽封蒸汽的不均匀流动会形成不对称的压力分布，会产生附加的蒸汽激振力，此时总的蒸汽激振力要大于上述的间隙激振力；特别是对于反动度较小的汽轮机，二者的差异更大。该附加力的大小与围带汽封的径向间隙成反比，与叶轮前后压差、围带宽度、围带半径成正比，而叶轮轴向间隙的减小在一定程度上可降低蒸气激振的影响。所以，适当放大汽封片的径向间隙、缩小叶轮轴向间隙可以

3、减小该流体激振力。B、第二是密封流体力由于转子的动态偏心，引起轴封和隔板汽封腔室中蒸汽压力分布的不均匀，其结果产生一垂直于转子偏移方向的合力。与前者一样，该切向力使转子运动趋于不稳定。C、第三是作用在转子上的静态蒸汽力由于高压缸进汽方式的影响，高压蒸汽产生作用于转子的蒸汽压力，它一方面可影响轴颈在轴承中的位置，改变轴承的动力特性而造成转子运动失稳，另一方面使转子在汽缸中的径向位置发生变化，引起通流部分间隙的变化。在喷 嘴调节汽轮机中该蒸汽力是由于部分进汽引起的，调节级喷嘴进汽的非对称性，引起不对称的蒸汽力作用在转子上，在某个工况其合力可能是一个向上抬起转子的力，从而减少了轴承比压，导致轴瓦稳定

4、性降低，此力的大小和方向与机组运行中各调门的开启顺序，开度和各调门喷嘴数量有关。蒸汽激振的振动特征一般情况下，蒸汽激振出现在机组并网之后、负荷逐渐增加的过程中，其主要特点是振动对负荷很敏感，且一般发生在较高负荷区段。突发性振动通常有一个门槛负荷，超过此负荷，立即激发蒸汽激振，而当负荷 降低至某一数值时，振动即能恢复。蒸汽激振产生的自激振动为转子的正向进动，与轴承油膜涡动不稳定不同，蒸汽激振产生的低频振动的频率与工作转速无关，发生严重蒸汽激振时的振动频率通常与转子第一临界转速所对应的频率相吻合，但在绝大多数情况下振动成分以接近工作转速一半的频率分量为主。此外，由于实际蒸汽力和轴承油膜力的非线性特

5、性，有时该振动也会呈现其它一些谐波频率分量。蒸汽激振对轴系振动稳定性的影响由于超临界压力汽轮机在运行中容易诱发蒸汽激振，所以在其轴系设计中必须对振动稳定性进行评判。对数衰减率是评价轴系振动稳定性的一个重要指标，其定义为轴系受到某种干扰力的作用后振动幅值随时间的变化。若振动幅值随时间延长而增大，则振动是发散的，轴系振动不稳定，若振动幅值随时间延长而减小，则振动是收敛的，轴系振动稳定。传统上人们仅从润滑轴承对转子系统动特性的影响方面来考虑轴系振动的稳定性，而对于超临界压力机组轴系振动稳定性分析计算必须考虑汽流激振力的影响。超临界压力汽轮机蒸汽激振的防范减小超临界压力汽轮机蒸汽激振原则上一般应从加大

6、转子刚度、增大系统阻尼和减小汽流激振力三方面着手。(1)增加转子刚度通常是缩短轴承间距离，提高转子的临界转速。(2)增大阻尼的办法包括：A、采用阻尼和刚度不对称性更好的轴承，如利用可倾瓦轴承；B、改变轴承几何形状，如减小轴承长径比；C、增大轴承预载，如上抬标高，来增大轴承比压；D、改变轴承间隙，如减小轴承顶隙；E、提高润滑油温。(3)减小蒸汽激振力的办法包括：A、适当增大叶顶汽封的径向间隙、减小其轴向间隙；B、调整转子在汽缸中的位置使圆周方向的动静间隙尽量均匀；C、改变汽封结构和汽封布置。在叶顶汽封和端部汽封间隙等处安装止涡装置或逆转向注入流体，利用该装置或流体的反涡旋干扰间隙内工作介质的周向流动，以减小其产生的汽流力；D、改变进汽调门的开启顺序或开启重叠度。机组的运行模式有时对蒸汽激振的发生和振动幅值大小有较大的影响。在运行中应认真观察调门开启或关闭顺序对高压转子突发性低频振动影响，尽量避免在某一不利工况点停留。在运行操作中，应防止高压后汽封大量漏气造成高压后轴承座标高抬高太多引起高中压前轴承失稳。润滑油温对轴系稳定性以及转子动态响应有一定的影响，当汽轮机在高负荷工况下出现汽流激振时，可通过适当调整润滑油温，观察润滑油温与机组振动响应之间的关系，将润滑油温稳定在低频振动幅值较小的参数上，减小低频振动对轴系以及支撑轴瓦的损害。