超超临界汽轮机固粒侵蚀（SPE）和汽流激振问题分析和防范

作者：刘响江
摘要：随着和国内金属材料冶炼技术不竭成长和通流设计技术的完善和化，以燃煤为主的新建火力发电站慢慢向超高参数、年夜容标的目的成长。今朝已成长到超超临界1000MW品级。作为火力发电站主要的要害装备，超超临界汽轮机的开发设计有很多非凡要求，需解决许多技术问题，其中通流部件的防固粒侵蚀SPE（SolidParticleErosion）、避免高压转子汽流激振、汽轮机选材问题、转子冷却结构问题、低压进汽容积流小问题，是关系到超超临界汽轮机组能否平安、稳定、经济运行的要害，本文将重点探讨若何避免通流部件的固粒侵蚀（SPE）和高压转子汽流激振问题。

要害词：超超临界　汽轮机　固粒侵蚀　汽流激振　分析　防范
0、超超临界的界说和超超临界机组的成长概况：

　　超超临界是（上世纪90年月提出）工程产物商性的概念,今朝国内外尚无统一尺度，日本早提出压力24.2MPa，温度593°C，即为超超临界；丹麦认为压力27.5MPa；西门子按采用“600°C材料”来区分；我国电力百科全书认为压力27MPa，但不管何种说法，超超临界的压力、温度都已跨越22.13MPa(374.15°C)的超临界物理概念。今朝我国上海、东方、哈尔滨三年夜动力团体公司，均具有超超临界1000MW品级机组的设计、制造能力。据不完全统计，截止2005年11月，我国正在安装和签定定货合同的超超临界1000MW品级机组已达12台之多。浙江玉环电厂成为我国首座超超临界机组示范电厂。这类机组不单有较高的发电效率，而且有较小的电站投资费用和运行维修费用，在知足社会对电力需求的同时，可到达一次能源的高效哄骗和环保的要求。但作为火力发电站主要的要害装备，超超临界汽轮机的开发设计有很多非凡要求，需解决许多技术问题，其中通流部件的防固粒侵蚀SPE（SolidParticleErosion）和避免高压转子汽流激振问题就是其中要害的两个问题。
1、通流部件的防固粒侵蚀SPE问题：

1.1固粒侵蚀SPE的风险：

　　固体颗粒主要来历于汽锅、主蒸汽管道和再热蒸汽管道中内概况的氧化铁剥离层，剥离层脱落形成的固粒主要对换节级、再热级静动叶发生严重冲蚀，对于超超临界汽轮机组，由于其温度高（600°C以上）固粒生成率高，固体颗粒对通流部件的冲蚀并进而使通流部件损坏条件较充实，经由过程对早期投运的超超临界机组年夜修中通流部件的检查，成效讲明：固体颗粒对通流部件的冲蚀损坏很是严重，损坏部位主要在调理级喷觜出汽边内弧和再热第1级导叶出口背弧，不单严重影响机组平安性，而且会使机组经济性也遭到较年夜影响，据分析调理级的SPE下降机组效率约0.4，再热第1级的SPE下降机组效率约0.3。

1.2通流部件的固粒侵蚀机理

　　经由过程对固体颗粒在通流中三维轨迹的研究发现，通流部件固粒侵蚀与固体粒子的冲击位置，冲击速度及角度等参数有关，侵蚀强度是这些身分综合影响的成效，而且调理级和再热级固粒侵蚀机理是分歧的，从现场检查可见，调理级的固粒侵蚀主要发生在喷嘴出汽边内弧上，这主要是来自进汽管的粒子被汽流加速后以小角度冲击在压力面出汽边上，加上喷嘴的转折角较年夜，出汽边内弧正益处于冲击射线上，因而在该部位发生严重侵蚀是必然的；再热第1级固粒侵蚀主要浮现在导叶出口背弧上，其固粒侵蚀机理是静动叶片间粒子复杂的多重反射冲击现象。来自导叶出口的粒子首先打在动叶进汽边背弧上，粒子在动叶上获得庞大切向速度，并以小角度冲击导叶出口背弧概况，对导叶形成严重的侵蚀。是以在设计中应划分采用响应的防SPE措施。

1.3避免SPE侵蚀的技术措施

　　在高压喷嘴采用渗硼，在中压第1级的静叶片采用涂陶瓷材料的方式避免SPE侵蚀，虽然运行经验讲明这些方式取得较好效果，但仅仅延缓了SFE进程，不能基本解决调理级的SPE问题，是以还需从以下几方面进手：

　　（1）化设计喷嘴型线，改变固粒的冲击角度，使出汽边内弧偏离冲击射线，从原理上年夜限度地削弱调理级的SPE侵蚀。

　　（2）化设计再热第1级静叶，设计合理的消息叶轴向间隙，使动叶反射的固粒不能打在静叶背弧上，完全切断固粒多重反射的途径，从而有用避免SPE侵蚀。

　　（3）对喷嘴、调理级和再热第1级消息叶采用含铌钢材料，该材料的耐冲蚀性能秀，国内外年夜型机组普遍采用，实践讲明具有良的运行绩。

　　（4）在蒸汽管道上安装滤网，避免年夜颗粒固粒进进通流部门。

　　（5）新机组安装及机组年夜修时需对汽锅过热器、再热器及主要管道和主蒸汽管道、再热蒸汽管道进行需要的清洗或吹管以便往除残留杂。
2、转子汽流激振问题：

　　超超临界机组压力为25MPa,温度为600℃以上，由于蒸汽密度年夜，级间压差年夜，蒸汽激振力也年夜，当消息部门不合错误中，汽封间隙周期性变化时，所发生的蒸汽激振力可能会引发转子低频振动。是以在斟酌轴系稳定性时，必需要斟酌蒸汽激振力的影响。

2.1汽流激振发生缘由

　　蒸汽涡动是发生气流激振力的主要缘由，是高负荷运行时高、中压转子系统中一阶振动模式的自激振动。蒸汽涡动的机理相对较复杂，但研究讲明下列情况连系会发生这类涡动：

　　（1）凭据阀门开启顺序，假设调理级喷嘴向转子施加向上的力，转子系统将处于不稳定状态。

　　（2）高、中转子系统的刚性与稳定机组相比相对较低（挠度年夜）；此时经由过程转子消息汽封间的汽流激励轻易引发转子的激振。

　　（3）转子系统抵拒迷宫汽封激振力的阻尼相对较低。

　　（4）由调理级汽流扰动酿成的强制振动。

2.2解决方式

　　从转子振动和稳定性分析可知，要消除汽流激振一般可从增年夜系统阻尼和减小汽流激振力着手，主要措施有：

　　（1）采用有益于轴系稳定性的高压进汽阀门开启顺序，阀开启顺序放置为在任何运行条件下在转子上城市发生适当的向下的力。

　　（2）增年夜高、中转子刚度，提高高、中压转子的临界转速，单跨的刚性临界速度（一阶模式频率）应在2000rpm以上。

　　（3）采用稳定性比力好的轴承增年夜系统阻尼，高中压缸采用可倾瓦轴承，以便给转子系统提供足够的阻尼。

　　（4）合理设计汽封结构，选用合理的汽封间隙，以减小汽流激振力。
3、竣事语：

　　颗粒侵蚀和汽流激振问题的防治息争决，使超超临界汽轮机技术得以加倍快速的成长和运用，但其实不是说在现实运行中以上问题就不会发生了，实践证实以上问题除与设计有关外，还与机组启动方式、启动次数、全周进汽方式运行时间、机组使用时间、调速系统特征等身分有关，是以超超临界汽轮机运行厂家必需对以上问题引发高度重视。

信息来历：全国火电年夜机组（600MW级）竞赛第十届年会论文集