汽轮机配汽设计的优化分析

汽轮机配汽设计的优化分析
发表时间：2019-10-28T15:49:56.883Z 来源：《电力设备》2019年第12期作者：陈亮
[导读] 摘要：汽轮机的配汽方式影响着整个机组的稳定性、可控性和经济性。

(国家电投集团山西铝业有限公司山西省原平市 034100)
摘要：汽轮机的配汽方式影响着整个机组的稳定性、可控性和经济性。

本文主要针对汽轮机配汽的问题进行阐述，通过多种方法提出解决方案，为后续研究起到借鉴作用。

关键词：汽轮机；配汽方式；优化分析
一般而言，大型的汽轮机包含三种蒸汽分配方式，节流、喷嘴以及混合三种配汽方式。

节流配汽也叫单阀配汽，简而言之即汽轮机的所有调节阀都是通过相同的开口来调节蒸汽的流量。

喷嘴配汽也叫顺序阀配汽，顾名思义即汽轮机中的调节阀按照安装的先后顺序来对蒸汽的流量进行调节。

混合配齐则是两种方式的组合，负荷较低的过程中各个汽轮机的调节阀按照节流配器的方式，同时对蒸汽流量进行控制。

当负载上升到一定的控制点时，其中某些控制阀关闭，再随着负载的逐渐增加，关闭的控制阀再次打开来调节蒸汽流量。

一、配汽方式对汽轮机的影响
1.1不平衡汽流力
当蒸汽通过调节控制阀门时，调节阀的机翼产生汽流力。

汽轮机中调节级主要分为几个喷嘴组。

当调蒸汽均匀进入时，处于对角两个位置的喷嘴组将会产生相反方向的汽流力。

如果两个喷嘴组具有相同的面积，则调节级的汽流力不仅可以用来驱动转子之间的扭，将会产生轴向汽流力和经过转轴中心的力，汽流力将直接切向二者之间的整个圆周中，实现完全自平衡。

如果出现在调节级的部分进汽时，不通过蒸汽的喷嘴组则不会产生相应的汽流力。

如果进汽的方向不是对角时，汽轮机无法实现自平衡，从而出现调节级蒸汽分布不够平衡的情况，进而产生增加轴承负荷的汽流力。

1.2大容量高参数机组之间的不平衡汽流力
通过对以上情况的研究可知，主蒸汽压力的调整会直接影响调节级蒸汽分配不平衡而产生的汽流力大小。

如果主蒸汽压力不断增加，调节剂蒸汽分配将会出现不平衡的情况，导致汽流力不断增大。

若单元机组的容量不断增加，该单元机组的参数也将不断接近超临界，主蒸汽的压力也不断攀升。

通过对调节级的可变工作情况进行计算，可以得出在全部负荷变化的情况中，额定主蒸汽参数下，调节级产生的不平衡汽流力对不同轴承在水平和垂直方向产生的附加负荷。

在汽轮机负荷变化的过程中，调节级蒸汽分配不平衡所产生的汽流力最高接近150KN。

而密封间隙内部，存在转子之间径向不平衡和压力径向分布不均匀的情况。

导致汽流激振的主要原因是汽缸中又不对称的位置和轴承不稳定。

调节级蒸汽分配不平衡将会产生汽流力，从而进一步导致转子的抬升和轴心的偏离，在一定程度上降低轴承整体的稳定。

二、汽轮机配汽设计的优化
2.1顺序阀投运试验
想要实现顺序阀成功投运，需要保证汽轮机轴承的振动与温度等参数在限定范围内。

随着主蒸汽参数不断提升，轴系便会逐渐变得轻盈，不断显现对汽轮机转子的影响。

如果汽轮机的调节阀之间存在开度的差异，在内部负荷不断变化的情况下，调节剂的蒸汽流动情况也将随之改变，尤其引起高压转子的受力变化，从而进一步影响汽轮机振动、金属温度以及轴向位移，严重时会影响整个汽轮机的顺利运行。

通过顺序阀方式的投运实验能够避免出现以上情况，该试验主要包含了以下几个方面：
2.1.1阀门关闭
通过该实验，针对各个情况制定可行的顺序阀顺序。

如果转子出现振动较大的情况，选择上部喷嘴组优先出汽的方式。

在轴承温度较高时，选用下方喷嘴组优先出汽的方法。

如果设备允许，可以优先选择调节级对角喷嘴。

通过这项实验，可以针对不同的情况来寻找合适的顺序。

在阀门顺序确认之后可以进行切换实验，可以直接观察该顺序情况下个主要参数的实际运行情况，将不同负荷情况下的参数都控制在合理范围内。

2.1.2配汽方式的切换
一般而言，配汽方式的切换主要包含了两种，即单阀与顺序阀之间的互相切换，这种试验可以观察不同机组负荷情况下，主蒸汽压力等参数的变化。

如果出现不正常的变动，说明需要再次整理配汽曲线用以反映机组实际的流量特性。

2.1.3负荷变动试验
一般而言，负荷的变动主要观察整理机组的协调能力。

如果汽轮机内部各个机组在同一配汽方式，相异负荷阶段的协调能力相差较远，或者在不同的配汽方式下差别明显，就说明需要重新整理配汽曲线。

2.2流量特性试验
汽轮机流量特性主要是用以描述流量与调节阀开度之间的关系。

流量特性一般需要通过现场测试记录的方式得到。

测试汽轮机的流量特性主要为了更好地整理配汽函数，而不同配汽函数的流量特性在实验过程中基本表现相同，但是数据处理过程略有不同。

2.3整理配汽函数
一般而言，汽轮机的配汽函数曲线主要用以描述调节阀开度及流量二者指令之间的关系。

如果二者之间的表现一致，那么汽轮机将会体现较好的控制性能，否则将会产生严重的后果。

根据汽轮机的流量特性可以将配汽函数整理出来。

2.4 滑压曲线优化
通过上述两种试验可以进一步确保喷嘴控制的安全性，但是想要实现这种方式的经济型，还需要对滑压曲线进行优化。

滑压优化常通过现场实验或者理论推算的方式得出。

理论的推算主要是在确定可行压的范围之后，通过改变主蒸汽的压力来计算变工况，从而获取在不同负载情况下，耗电耗能最低的主蒸汽压力，并将其作为最优蒸汽压力，由此得出汽轮机的滑压曲线。

而现场实验主要通过两种方法，分别是比较法和耗差分析法。

前者主要是指在汽轮机正常运行的参数范围内，选取其中的典型负荷带你，并设置不同的压力来对比调节阀的开度。

后者则是通过机组的耗能的差异程度，将耗能最小的作为节点完成最优的滑压曲线。

2.5混合配汽方式的优化
混合配汽的方式是将节流配汽和喷嘴配汽两种方式结合在一起，兼顾二者之间的经济性，比较实用某些带基本负荷的机组，如果机组需进行调峰运行的过程，就会产生较大的损失。

同时，混合配汽的方式一般只能运行于某个单一的阀点下滑压，目前大部分采用三阀点滑
压的方式，这会在一定程度上影响主蒸汽的压力，从而造成汽轮机机组的调频性能无法良好把控。

想要解决这个问题，需要对当下的混合配汽方式进行有效的改造，添加喷嘴配汽的方式。

在改造汽轮机的配汽方式时，需要进一步审核并计算喷嘴组的强度，用以更好的确定在某些进汽的工作情况下，调节级的安全性。

其次，对汽轮机的控制逻辑进行相应的修改，加以顺序阀配汽的逻辑及不同配汽方式之间的切换逻辑函数，并在这个基础上进行以上3种试验，最终完成汽轮机配汽设计的进一步优化。

总结
本文通过多次分析计算，阐述了配汽方式对汽轮机的影响，并通过顺序阀投运试验、流量特性试验、滑压曲线优化以及混合配汽方式的优化等多种方式，不断提升机组运行的安全性及经济性，以求完善汽轮机配汽设计的优化。

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作者简介：陈亮（1985-07-20），男，汉族，籍贯：山西省大同市，当前职务：班长，当前职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：汽轮机运行。