汽轮机汽封力对转子-轴承系统稳定性影响分析

吴立明

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

0 引言

随着300 MW、600 MW、1 000 MW等级的大型高参数汽轮发电机组的大量投运，多台机组出现了由于汽封设计或安装不当引起的汽流激振问题，造成机组在带大负荷运行时，蒸汽参数较高的高压或高中压转子出现振动大跳机，无法满负荷运行，给用户造成重大损失。文中仅以某电厂发生汽封流体激振失稳的机组为例，对机组轴系稳定性进行计算分析，结合汽流激振的失稳机理，提出振动控制方法，并在实际机组运行中进行验证。

图1 机组高中压通流图

1 汽封动力特性系数计算

以某电厂汽轮发电机组为例，主要对机组高中压的端汽封、高压排汽平衡环、高压进汽平衡环、中压进汽平衡环以及高中压的叶顶汽封和隔板汽封进行分析，图1是机组高中压通流图。根据相应位置的汽封压力、温度、流速及汽封和转子几何尺寸等相关参数，对汽封蒸汽力进行等效刚度、阻尼系数计算，得到各汽封位置的刚度与阻尼系数见文献［1］。

2 机组稳定性计算

机组良好的轴系设计是大型汽轮机避免发生汽流激振的根本保证。国内目前主要是使用对数哀减率作为轴系稳定性判据：对数哀减率越大，系统稳定性越好。理论上对数衰减率δ＞0时，系统稳定；δ<0时，系统不稳定；δ=0时，系统处于临界状态。但实际设计当中稳定性要有足够裕量，尽管目前对于阻尼对数衰减率尚无标准，但参考国外有关大公司的设计经验，考虑汽流激振影响后，应保证工作转速下高压转子的阻尼对数衰减率＞0.15［2］。

3 对数衰减率计算

将转子-轴承系统进行分段建模，模型模化简图见图2。共109个节点，高中压及低压转子各由2个轴承支撑，将高中压各位置处的汽封刚度与阻尼系数数值带入模型当中，使用Riccati传递矩阵法进行模态及对数衰减率计算，得到未考虑与考虑汽封流体力的对数衰减率结果。如图3、图4所示。

图3 无汽封流体力影响的对数衰减率与转速的关系

图4 存在汽封流体力影响下对数衰减率与转速的关系

从图3、图4对比图可以发现，考虑汽封影响后，高中压的一个方向一阶模态对数衰减率明显减小，与许用值比较接近，稳定性变差，稳定裕度较低，易发生汽流激振失稳。

4 机组汽流激振失稳的诊断及处理

某机组试运行时出现过一次汽流激振失稳现象。机组在高负荷时#1、#2瓦x、y方向的振动频谱如图5所示，可以发现频谱中存在很明显的半频振动，这是转子发生自激振动的典型现象。揭缸检查后发现机组通流间隙与设计值出现很大偏差，易于发生汽流激振。在更换上对轴系稳定性影响较大位置的汽封为防汽流激振汽封时，并调整通流间隙到设计值后，机组振动消除。

图5 机组振动频谱图

5 结语

经计算分析，得到结论如下：

1）考虑汽封力作用时，转子的稳定性会发生较大变化，由于分析只考虑高中压缸的汽封流体力对转子稳定性影响，所以对低压转子稳定性影响较小;

2）结合分析结果，给出了实际发生汽流激振机组的处理解决方案。

［1］ 吴立明，初世明.受迷宫汽封汽流力影响的汽轮机转子动特性系数研究［J］.汽轮机技术，2014

［2］ 闻邦椿，顾家柳，夏松波，等.高等转子动力学［M］.北京：机械工业出版社，2000.

［3］ 张学延，王延博，张卫军.大型汽轮机汽流激振问题的分析和处理［J］.热力发电，2004（2）：47－55，77.

［4］ 童小忠，应光耀.半山1号燃气机组油膜涡动和油膜振荡分析及处理［J］.汽轮机技术，2006，48（1）：63-66.

［5］ 寇胜利.汽轮发电机组的振动及现场平衡［M］.北京：中国电力出版社，2007.