抽汽調節閥汽流激振原因分析及對策

　　高溫高壓汽輪發(fā)電機組，由于一抽抽汽疏水管大量積水，當一抽調節閥開(kāi)度為33%時(shí)，一抽抽汽壓力到達42.5MPa投入管網(wǎng)，蒸汽與一抽管道積水冷熱交換，一抽管道部分積水蒸發(fā)急劇膨脹，快速形成冷熱交換蒸汽汽流漩渦，一抽管道逆止門(mén)來(lái)回波動(dòng)，閥蝶受蒸汽汽流渦動(dòng)產(chǎn)生劇烈激振，一抽調節閥閥桿連接的2個(gè)關(guān)節軸承拉長(cháng)損壞。

　　高溫高壓汽輪發(fā)電機組，由于一抽抽汽疏水管大量積水，當一抽調節閥開(kāi)度為33%時(shí)，一抽抽汽壓力到達42.5MPa投入管網(wǎng)，蒸汽與一抽管道積水冷熱交換，一抽管道部分積水蒸發(fā)急劇膨脹，快速形成冷熱交換蒸汽汽流漩渦，一抽管道逆止門(mén)來(lái)回波動(dòng)，閥蝶受蒸汽汽流渦動(dòng)產(chǎn)生劇烈激振，一抽調節閥閥桿連接的2個(gè)關(guān)節軸承拉長(cháng)損壞。增加一個(gè)一抽疏水口管道，一抽抽汽投入后沒(méi)有出現一抽調閥劇烈波動(dòng)，但是一抽調閥閥座垂直振動(dòng)烈度數值嚴重超標。通過(guò)頻譜分析得出：一抽調節閥閥座垂直測點(diǎn)振動(dòng)烈度主要有73Hz頻率分量，當一抽閥蝶關(guān)小時(shí)，一抽閥蝶受到蒸汽汽流渦動(dòng)沖擊，蒸汽對閥蝶產(chǎn)生強烈汽流激振。針對以上情況，對大流量一抽調節閥座結構形式進(jìn)行比較分析探討，最后采用一抽鐘罩閥結構形式，一抽調節閥汽流激振問(wèn)題得到了圓滿(mǎn)解決。

1、投一抽抽汽時(shí)發(fā)生汽流劇烈波動(dòng)

　　雙抽冷凝高溫高壓汽輪發(fā)電機組，額定轉速3000r/min，額定功率500O0kW，進(jìn)汽壓力10.02MPa，進(jìn)汽溫度530°C。當功率為35000kw時(shí)，二抽抽汽已投入，抽汽量為115t/h左右。投一抽抽汽方式：抽汽速關(guān)閥開(kāi)度50%，抽汽隔離閥開(kāi)度為100%，待一抽抽汽壓力為管網(wǎng)壓力相等或略高管網(wǎng)壓力，一抽抽汽投入管網(wǎng)時(shí)，抽汽速關(guān)閥逐步開(kāi)大，同時(shí)調整汽輪機主調門(mén)，調整一抽抽汽調節閥，保持一抽抽汽管網(wǎng)壓力穩定、抽汽量平穩調節�？傊�，投一抽抽汽要求壓力流量平穩過(guò)渡，逐步微量穩定調節。而實(shí)際情況是：當一抽抽汽調節閥關(guān)小至33%左右時(shí)，一抽抽汽壓力已經(jīng)達管網(wǎng)壓力4.25MPa左右，抽汽管道逆止門(mén)來(lái)回波動(dòng)，同時(shí)抽汽量也在O-8t/h范圍內波動(dòng)，一抽閥蝶與閥座蒸汽通流口形成汽流渦動(dòng)，一抽抽汽口汽流劇烈波動(dòng)，引起汽流強烈激振，蒸汽汽流振動(dòng)頻率相當高，導致了右側一抽抽汽調節閥彈簧座螺桿上面擰緊的雙螺母從長(cháng)螺桿上迅速向上旋出，連續二次把右側一抽調節閥彈簧座螺桿上面的雙螺母在幾秒鐘內旋轉向上退出，螺母退出的位移大約60mm。為了防止一抽抽汽調節閥的彈簧座螺母振松向上旋轉問(wèn)題，要求用戶(hù)立即停機，一抽調節閥汽流劇烈振動(dòng)持續2min左右，一抽抽汽退出汽輪機立即停機。此時(shí)調節閥殼垂直瞬間振動(dòng)烈度數值一時(shí)無(wú)法測到，可以肯定一抽調節閥蝶閥座發(fā)生了劇烈汽流激振，振動(dòng)烈度數值非常大，據查在此以前功率3500kw左右，二抽抽汽投入后，當一抽抽汽投入時(shí)，也發(fā)生了一抽抽汽調節閥閥座彈簧壓緊螺桿仁的雙螺母振松瞬時(shí)旋轉退出現象。在汽輪發(fā)電機組運行中，把螺桿上的螺栓擰緊2次。抽汽調節閥閥桿上連接的萬(wàn)向關(guān)節軸承己經(jīng)超過(guò)承受拉力極限，關(guān)節軸承拉長(cháng)2mm左右變成橢圓形(見(jiàn)圖1)。為此對一抽抽汽調節閥汽流激振現象進(jìn)行深入分析，其判斷蒸汽汽流對一抽抽汽調節閥閥蝶沖擊力的大小(見(jiàn)圖2)。

圖1 抽汽調閥連接關(guān)節軸承

圖2 一抽調閥開(kāi)度33%時(shí)調閥大幅度上下擺動(dòng)

2 、抽調節閥閥桿關(guān)節軸承損壞原因分析

　　為了找到投一抽抽汽調閥開(kāi)度為33%時(shí)，一抽抽汽調節閥閥座彈簧壓緊螺桿上的雙螺母振松瞬時(shí)旋轉退出原因，查閱了一抽調閥閥蝶開(kāi)度記錄曲線(xiàn)，一抽調閥閥桿行程(油動(dòng)機)上下來(lái)回劇烈波動(dòng)，復算一抽閥桿頂部連接的萬(wàn)向關(guān)節軸承受拉力極限數值，只有一抽調閥口蒸汽汽流渦動(dòng)劇烈沖擊閥蝶上下來(lái)回劇烈波動(dòng)時(shí)，一抽調節閥閥桿上下高頻劇烈抖動(dòng)，才能使閥桿連接的2個(gè)關(guān)節軸承瞬間拉長(cháng)2mm左右。有一個(gè)現象引起現場(chǎng)有關(guān)人員的關(guān)注，一抽調閥閥桿劇烈抖動(dòng)，2個(gè)關(guān)節軸承拉長(cháng)損壞時(shí)，發(fā)現一抽管道上的一抽速關(guān)閥閥桿大量漏汽并冒大量蒸汽，一抽管道逆止門(mén)來(lái)回波動(dòng)，此時(shí)為什么會(huì )出現一抽速關(guān)閥閥桿大量漏汽?仔細檢查一抽抽汽管道最底部疏水口，發(fā)現設計制作只有Φ32m外徑管道疏水口，打開(kāi)一抽管線(xiàn)疏水閥門(mén)，發(fā)現一抽蒸汽管道內有大量積水。初步判斷：投一抽抽汽時(shí)汽輪機一抽抽汽口蒸汽進(jìn)入一抽管道內，蒸汽與一抽管道積水冷熱交換，一抽管道部分積水蒸發(fā)急劇膨脹，快速形成冷熱交換蒸汽汽流漩渦，一抽管道形成水沖擊同時(shí)有抖動(dòng)現象，一抽閥座與閥蝶流道口產(chǎn)生劇烈汽流渦動(dòng)，閥蝶與閥桿上下激烈沖擊波動(dòng)，一抽管道逆止門(mén)來(lái)回波動(dòng)，最終導致一抽調節閥閥桿上連接的2個(gè)關(guān)節軸承拉長(cháng)損壞(見(jiàn)圖1)。說(shuō)明：由于沒(méi)有安裝殼體振動(dòng)速度傳感器，此時(shí)沒(méi)法測量一抽調節閥閥座上汽流激振頻率。為了解決以上問(wèn)題，在一抽管道最低部位增加一個(gè)法蘭Φ56mm疏水管道口。重新啟動(dòng)汽輪發(fā)電機組前，確認一抽管道內沒(méi)有積水存在時(shí)才能投一抽抽汽。當一抽抽汽調節閥開(kāi)度為33%左右時(shí)，一抽抽汽壓力為4.2MPa，調節閥閥座上彈簧連接M24螺母沒(méi)有向上旋轉松脫，關(guān)節軸承也沒(méi)有出現拉長(cháng)損壞現象，但是一抽調節汽閥閥座垂直振動(dòng)烈度數值嚴重超標。為此對一抽二抽調節閥閥座殼體垂直方向進(jìn)行振動(dòng)烈度頻譜測試分析。

3、抽汽調節閥殼體垂直振動(dòng)烈度頻譜分析

　　汽輪發(fā)電機組正常運行后，汽輪機二抽投入，一抽也投入運行后，對一抽二抽汽調節閥進(jìn)行了振動(dòng)烈度測試，測得一抽2個(gè)抽汽調節閥閥殼垂直振動(dòng)烈度數值分別為左側22.5mm/s，右側25.8mm/s。二抽抽汽節調閥殼垂直方向分別為左8.1mm/s，右7.8mm/s(軸承座殼體振動(dòng)烈度標準是≤7.1mm/s)。

　　抽汽調節閥殼體垂直振動(dòng)烈度數據表(見(jiàn)表1)。

表1 抽汽調節閥殼體垂直振動(dòng)烈度數據

　　抽調節閥殼體垂直振動(dòng)烈度數值嚴重超過(guò)設計標準要求，汽輪發(fā)電機組長(cháng)期運行，對一抽調節閥結構損壞是有直接影響的。從一抽抽汽閥座殼體垂直方向振動(dòng)頻譜來(lái)看：是73Hz頻率為主頻振動(dòng)烈度峰值分別為15mm/s(左側)和17mm/s(右側)，附近存在較大寬頻蒸汽汽流振動(dòng)噪聲分量，是蒸汽汽流對閥蝶流道口沖擊產(chǎn)生較大汽流激振。蒸汽汽流對閥蝶有橫向沖擊，同時(shí)汽流對閥蝶上下垂直方向也有直接沖擊。一抽閥蝶周?chē)鷥炔坑锌涨�，閥碟周?chē)�蒸汽汽流�?huì )流入空腔內對閥碟造成渦旋汽流沖擊。蒸汽流入空腔還伴有汽流渦動(dòng)現象。為此對一抽抽調節閥汽流激振進(jìn)行分析探討。

4 、抽調節閥汽流激振分析探討

　　抽閥座液氮冷凍套裝在汽輪機本體上，一抽閥蝶開(kāi)度大小改變了一抽蒸汽壓力，當然與汽輪機主汽門(mén)調節閥蒸汽進(jìn)汽流量、一抽蒸汽壓力、一抽抽汽量有關(guān)，一抽調節閥開(kāi)度隨功率流量曲線(xiàn)網(wǎng)圖坐標位置工況點(diǎn)變化而改變。汽輪機設計最大一抽額定抽汽量為100t/h，最大二抽抽汽量為200t/h，一抽閥座直徑Φ250mm。一抽調節閥開(kāi)度為100%時(shí)，蒸汽汽流激振力對一抽調節閥閥座影響相對小一些，一抽調節閥座殼體垂直振動(dòng)烈度為11mm/s。當一抽調節閥開(kāi)度為33%時(shí)，一抽蒸汽壓力為4.25MPa，一抽調節閥閥座殼體振動(dòng)烈度為25.8mm/s。閥蝶開(kāi)度減小，一抽蒸汽壓力上升蒸汽汽流劇烈激振，振動(dòng)烈度數值明顯加大。蒸汽汽流沖擊在Φ250mm閥蝶面上，在通流喉部形成汽流漩渦產(chǎn)生劇烈汽流激振，進(jìn)一步研究閥蝶結構可以推斷一抽閥蝶關(guān)小到33%左右時(shí)，一抽閥座殼體振動(dòng)烈度與調節閥結構閥蝶受力面積、調節閥開(kāi)度、蒸汽流量、壓力、流速有關(guān)。當一抽調節閥開(kāi)度減小，蒸汽流速增加，一抽閥蝶內形成高速流場(chǎng)流動(dòng)，汽流在閥蝶端部出現分離，有部分非對稱(chēng)蒸汽流連續不斷沖擊閥蝶內部腔室。蒸汽汽流發(fā)生碰撞引發(fā)了汽流對閥蝶的橫向、垂直強烈振動(dòng)，閥蝶內腔存在多個(gè)汽流漩渦形成汽流對撞，造成汽流壓力的波動(dòng)對閥蝶引發(fā)汽流激振。同時(shí)汽流渦動(dòng)對閥蝶形成轉動(dòng)，閥桿轉動(dòng)摩擦說(shuō)明了閥桿與閥蝶出現了相對低速旋轉。要想改變閥蝶汽流激振數值大小，使閥蝶受蒸汽汽流激振數值減小，最有效的辦法是改變閥蝶閥座結構，為此對一抽調節汽閥結構進(jìn)行分析和探討。

　　抽調節汽閥受到汽流激振主要原因是：一抽閥蝶開(kāi)度33%左右時(shí)，汽流流道口變小受蒸汽汽流渦動(dòng)而產(chǎn)生強烈汽流激振。要改變一抽調節閥閥蝶小開(kāi)度時(shí)一抽調節閥蝶受到汽流渦動(dòng)產(chǎn)生汽流激振問(wèn)題，需要改進(jìn)一抽閥蝶閥座結構，改進(jìn)閥蝶結構使蒸汽汽流沖擊面積大為減少，同時(shí)增加蒸汽汽流分流導向等措施，從根本上解決一抽抽汽閥蝶汽流激振問(wèn)題，保證汽輪機投入一抽后汽輪發(fā)電機組能正常運行。

5 、抽調節閥閥蝶閥座結構改進(jìn)

　　原抽調節閥閥蝶直徑Φ250mm，一抽蒸汽汽流渦動(dòng)向上方向直接作用Φ250mm直徑整個(gè)面積�？紤]一抽調節閥屬蒸汽大流量特點(diǎn)，參考有關(guān)一抽調節閥結構，對一抽調節閥閥蝶閥座結構進(jìn)行設計改進(jìn)，一抽調節閥改為鐘罩閥結構(見(jiàn)圖3)。

圖3 抽汽調節閥(鐘罩閥)結構

　　改進(jìn)后的一抽調節閥(鐘罩閥)結構特點(diǎn)：鐘罩閥的閥蝶類(lèi)似一個(gè)鐘罩，閥座結構增加蒸汽導流錐，閥座上用3根筋板支撐上部的導流錐，以減少蒸汽汽流渦動(dòng)沖擊力，閥蝶從上朝下罩在閥座上，閥蝶下端與閥座上端部形成漸縮形線(xiàn)和閥座通道固定噴管喉部口位置，閥罩(閥蝶)上下運動(dòng)改變蒸汽通流口徑大小，實(shí)現一抽抽汽壓力流量有效調節，有效控制一抽壓力流量參數變化。采用鐘罩閥結構，閥罩(閥蝶)罩在閥座上，蒸汽汽流渦動(dòng)作用在閥罩(閥蝶)面積大大減少，只有閥座外圓一圈的閥罩有效面積，因此從設計理念上大大減少了作用在閥蝶汽流渦動(dòng)面積。鐘罩閥內閥座其中一根筋板正對準進(jìn)汽口，起到蒸汽汽流分流穩流作用。采用新的一抽鐘罩閥結構，二抽投入-抽調節閥開(kāi)度為33%左右時(shí)，一抽調節閥閥座殼體垂直振動(dòng)烈度數值大大減少，滿(mǎn)足汽輪發(fā)電機組運行要求，經(jīng)過(guò)汽輪發(fā)電機組長(cháng)期運行后證明：改進(jìn)后的一抽抽汽調節鐘罩閥結構合理、安全，調節平穩可靠。在改進(jìn)一抽調節閥結構過(guò)程中，得到用戶(hù)的理解和大力幫助，最終一抽調節閥汽流激振問(wèn)題實(shí)現了圓滿(mǎn)解決。為解決類(lèi)似一抽抽汽調閥汽流激振問(wèn)題為有關(guān)人員提供參考。

6、結束語(yǔ)

　　雙抽汽輪發(fā)電機機組，一抽管道內存在大量積水，進(jìn)入管道蒸汽與積水冷熱交換汽流急劇膨脹形成汽流漩渦，一抽抽汽調節閥汽流劇烈激振，造成一抽調節閥閥桿關(guān)節軸承拉長(cháng)損壞。一抽閥蝶受力面積太大，蒸汽汽流導向流速不穩，一抽調節閥開(kāi)度為33%左右時(shí)，一抽抽汽調閥閥座振動(dòng)烈度數值嚴重超標，通過(guò)對大流量一抽結構分析比較研究，最終采用了新的一抽抽汽鐘罩閥結構，大大減少一抽閥罩(閥蝶)受力面積，蒸汽汽流導向結構合理，使得一抽抽汽調節閥閥座垂直振動(dòng)烈度數值大為減少，達到小于7.1mm/s設計技術(shù)要求，保證一抽抽汽調節閥平穩調節、汽輪發(fā)電機組長(cháng)期正常、可靠、安全運行。