汽轮机汽流激振终审稿)

汽轮机汽流激振

文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

第十六节气流激振

据国外资料报导在300MW和500MW 机组上曾发生过几起汽流激振的例子。为了能较快地对这一种振动做出确切的诊断并制定有效的消振对策，下面将分别讨论汽流激振机理、特征和消振对策。

2.16.1 汽流激振机理

这种振动是近十几年内在大容量高压汽轮机上发现的新问题，国处除对其振动机理进行过理论探讨外，一些国家，例如西德和美国，还建立了模拟置进行有关参数的测试，从其试验研究结果看，引起汽流激振的机理主要是由于密封间隙内压力径向分布不均和转子转矩径向不平衡，下面具体讨论这两种激振力引起振动的机理。

首先将轴封简化如图所示的两个齿，分别表示密封蒸汽入口和出口，轴封腔室内的压力在温度一定时，正比于腔室内的流量，假定转子在静止位置时前后齿的径向间相等，蒸汽流入量等于流出量，腔室内无环流。若出口间隙小于入口间隙，如图，当转子发生径向位移时（这是所有自激振动的首要前提），出口齿通流面积的相对变化比入口齿通流面积相对变化林大，如果转子径向位移使该方向轴封间隙增大，则出口齿面积与入口齿面积这比也静止时的增大了，蒸汽流出量大于流入量，轴封腔室内压力降低；反之，则会增高。由于转子的惯性作用，轴子位移和压力变化不是同步的，即转子向上位移到最高位置时，上部间隙为最小，但此时腔室内压力不是最高的；当转子从上部回到静止位置附近时，上部腔室内压力才是最高的。这样转子上下注会形成一个压差，促使转子从静止位置继续向下运动，而使转子不能在位置上停留。在转子继续向下运动的过程中，这种惯性滞后作用使下部腔室内压力又开始增加，这种汽体压将促使转子产生位移，形成涡动，由于涡动是汽流引起的，故称它为汽流激振。

当轴封间隙如图所示，情况则正好相反，轴封腔室内的压变化引起的力又阻碍转子移动，使转子趋于稳定。

上述分析的腔室内压差变化引起转子涡动力的分解，如图所示。当

δm1>δm2时，腔压差作用在转子上使转子发生位移的力，该力与转子弹性恢复力之间夹角为Φ，Φ一般为0-90o。此位移力可分解为一个与转子弹性恢复力方向相同的力；另一个与阻尼力相反的力，起负阻尼作用，当此力大于系统阻力时，转子便会产生自激振动。

当δm1＜δm2时，腔室内压差作用在转子上的位移力正好与上述相反，如图所示，此力也可分解为两个力，一个与转子不平衡离心力方向相同；另一个与系统阻尼力方向相同，由此增加系统的稳定性。

上述分析的轴封是两个齿，实际轴封是多个齿，而且是连续的，即前一个齿的出口，即为下一个齿的入口，而且静止部分也有齿，但是拿其中一们单元来说，仍符合上述假定。而且轴封虽是由连续齿构成的，但将其调整成喇叭形，即高压端间隙大于低压端时，就符合了每个齿出口间隙小于入口间隙的假定。

由模拟装置实测证明，由于轴封腔室内径向压差引起原转子涡动力比直观想像要大得多。

由于机组安装、运行中汽缸跑偏、转子径向位移等原因，转子相对于汽缸将发生偏移，造成蒸汽在转子上做的功径向分布不平衡，引起转子涡动。

转矩不平衡引起转子涡动力的分解所示。径向间隙小的一侧因损失较小，蒸汽做功大于间隙大的一侧，由此使转子形成的转矩不平衡，此不平衡转矩可分解为一个作用在圆周上引起转了旋转的转矩和一个作用在转子中心上的不平衡力，此力与转子转向相同，并与阻尼相反，起负阻尼作用，当此力大于系统阻尼力时，转子便会产生自激振动。

当转子中心偏移汽缸中心不大时，汽隙激振力近似与转子偏移量、功率成正比，而与叶片高度和线速度成反比，若此激振力以相对值s表示，则

s=f△P/ul

式中 s—汽隙激振系数

△ —转子中心偏移汽缸中心的位移量；

P――转子输出功率；

u—叶片平均线速度；

l――动叶高度。

由上式可见，汽流激振容易发生在大功率、叶片较小的高压转子上，加之高压转子质量较小，在不大的激振力作用下，会引起较显着的涡动。

2.16.2 汽流激振特征

（1）振动频率低于转子工作频率

从国外现场实测结果来看，振动频率如表2－1指出的那样，与转子一阶临界转速相对应。国内报导过的50MW和200MW机组上发生的低频振动，开始怀疑是汽流激振，但其振动频率为0.5（转子工作频率），与汽流激振频率不符。

（2）振动有良好的再现性

由汽流激振机理可知，其激振力不论是由轴封腔室内压差引起的，还是由转矩径向不平衡引起的，其引起转子涡动的力都与蒸汽流量直接有关，即与机组有功负荷有关，因此一旦在某一负荷下发生汽流激振，必然人会随蒸汽流量的增大而加剧；相反，在小于某一流量下会消失，在以后某次升负荷和减负荷过程中将会有着良好的再现性。

（3）只能在大容量汽轮机高压转子上发生

从振动机理来说，有一定量的激振力才能形成涡动。由摸拟实验和国外机组运行经验证明，从量值来说，这种不稳定力在较大容量汽轮机高压转子上才能形成。

国内在国产200MW机组的3、4瓦上发生的低频振动，曾有人怀疑是汽流激振，但这两个轴瓦是汽轮机中、低压转子的轴瓦，从汽流激振能量来说，引起汽流激振的可能性不大。

汽流激振诊断难点主要是要与轴瓦自激振动、分谐波共振相区分，这三种振动特征主要差别见表2－5。目前由于这种振动在国内还未发生过，因此其特征和诊断经验尚待在实践中积累、总结和提炼。

2.16.3 消振对策

由汽流激振机理可知，消除这种振动的对策不外乎从减少激振力和增加系统阻尼两个方面入手，就现阶段来说，增加系统阻尼还只能从支承系统增加，具体对策如下：

1）调整汽缸和转子中心，避免运行中转子和汽缸中心发生明显偏移。

2）增大转子与隔板之间的轴向间隙。由计算和实验得到随着喷嘴、静叶与动叶之间的轴向间隙的增大，可以显着地减少汽流涡动的激振力，但由此会明显降低汽轮机的内效率。

3）改变调速汽门开启程序，以此避免转子在单侧蒸汽力作用下发生明显的径向偏移和在转子上产生不平衡力矩。

4）增加轴瓦阻尼，例如减少轴瓦间隙、增加轴瓦长度，采用黏度较大的润滑油等。

5）采用稳定性较好的轴瓦，增设挤压油膜阻尼器等。

6）提高车子临界转速。