探讨切除低压缸运行风险分析及应对策略

魏志新　梁宏印　孟江华

摘要：该文对切除低压缸运行风险分析及应对策略进行了探讨，首先提出了切除低压缸运行的风险，然后提出了应对策略：第一，对末级叶片的动应力进行风险控制;第二，对叶片鼓风中存在的超温风险采取的控制措施;第三，对叶片水蚀风险采取的有效控制措施;第四，做好叶片的颤震和动静碰磨的预防措施。从而为火电厂今后实施切除低压缸运行提供有力的参考。

关键词：低压缸  火电厂  切除  叶片

中图分类号：TM62文献标识码：A        文章編号：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

Discuss the Operation Risk Analysis and Countermeasures of Removing the Low Pressure Cylinder

WEI Zhixin  LIANGHongyin  MENG Jianghua

（Inner Mongolia JingnengKangbashi Thermal Power Co.， Ltd.，Ordos，Inner Mongolia Autonomous Region，017010 China）

Abstract：This article discusses the operation risk analysis and countermeasures of the removal of the low pressure cylinder. First， the risk of removal of the low pressure cylinder operation is proposed， and then the countermeasures are proposed： first， risk control of the dynamic stress of the final blade; second，Take control measures against the risk of over-temperature in the blade blast; third， take effective control measures against the risk of blade water erosion; fourth， take preventive measures for blade chattering and dynamic and static friction， so as to provide thermal power plants In the future， the implementation of cutting off the operation of the low pressure cylinder provides a strong reference.

Key Words： Low pressure cylinder; Thermal power plant; Resection; Blade

对火电厂来说，要积极地挖掘机组的深负荷潜力，通过各种措施不断地增强机组的灵活性，从而有效地解决在供暖期中出现的热点矛盾。

1 切除低压缸运行的风险

低压缸地在切除的过程中遇到的风险主要表现在以下四个方面：第一个方面为叶片颤震;第二个方面为动静碰磨;第三个方面为叶片鼓风发热;第四个方面为叶片水蚀。

1.1在叶片颤震的风险

叶片颤震指的是在气流激振力的主要作用下，通过气固耦合作用形成的自激振动。这种情况下形成的振动的震感很剧烈，振幅要大大地超出叶片的常规振动幅度。如果叶片长期处在颤震状态中，使得叶片出现疲劳断裂的现象，在这个状态下出现的疲劳断裂和正常情况下相比提前了很多，使得汽轮机在正常运行中增加了很高的风险。叶片颤振常常出现在小容积流量的情况下，汽轮机在切除低压缸的状态下缸末级叶片的震动在易颤振区域中极易出现脱落的情况，再加上低压缸进气量非常小，常常会出现流场不稳定的情况，很容易使得气流激振力出现波动，加剧了叶片的颤振情况[1-2]。

1.2动静碰磨的风险

汽轮机在切缸的状态下的运行中，它的末级叶片和内缸的温度会出现非常明显的变化，使得温度的分布开始呈现出不均匀的状态，使得叶顶间隙出现了一些改变，导致出现了动静碰磨的风险。

1.3叶片鼓风发热的风险

在切除低压缸状态下进行的运行中，低压缸的末级、次末级和次次末级的叶片都处在与运动方向角度大于90°的负功状态中，鼓风出现了非常严重的发热状态，叶片局部温度极易超出许用温度。若出现叶片温度过高后，叶片在正常工作状态才会容易出现断裂的现象。若叶片共振区能够接近工作的转速，则会出现共振风险。除此之外，如果排气的温度超过了排气装置设置的温度，或者是超过了凝汽器的许用值，会造成比较大的破坏性。

1.4出现叶片水蚀的风险

低压缸在排气容积的流量比较小的时候，很容易在排气区形成回流。在切除低压缸运行状态下，需要利用喷水来抑制住汽轮机的排气温度，在这个条件下，会使得喷水被回流卷吸，喷水产生的水珠会通过回流夹带后击打在末级叶片的出汽边上，长期下来会形成比较严重的水蚀。这个区域的离心应力水平相对比较高，叶片出现水蚀后裂纹出现快速的扩展，随着运行的时间的流逝会降低叶片的安全性，增加安全风险。当水蚀达到某个程度后会使叶片出现断裂，从而引发事故，给汽轮机的正常运行带来很大的安全风险。

2 切除低压缸运行的应对策略

2.1对末级叶片的动应力进行风险控制

汽轮机低压缸在切除后，低压末级的叶片在动应力方面会出现明显的超标风险，这个是非常关键的环节。在同等高度的叶片或者是同一个叶片，各个电厂在运行参数方面具有一定程度的差异性，叶片的动应力在大小方面和分布区域方面也出现很大的不同。因此，为了有效地防止叶片动应力面对较高的超标风险，末级片必须要完成动应力测试，同时会有比较完整的容积流量和动应力曲线叶片。如果没有进行动应力测试的末级叶片，必须要对其结构进行优化，在优化的过程中增加阻尼结构是关键部分。当首台机组结束动应力测试后，能够明确容积流量和动应力曲线，才能在切除低压缸的机组中进行运营。与此同时，要根据次末级叶片的结构特点和有限元强度、振动安全性的评估结果来判断叶片是否能够符合当前的运行状态，如果发现具有安全风险的叶片，必须要对其进行结构优化，通过增加阻尼结构后才能够应用到切除低压缸的机组中。针对叶片在低压缸的切除后会在长期的低负荷工况下进行运行工作，该单位会对汽轮机叶片的振动桩体和振动情况进行在线监测，并对叶片振动过程中出现的数据进行收集、整理、储存和分析，通过长期的检测从而对叶片的振动状态进行评估，避免出现叶片出现颤震的情况后造成叶片疲劳出现裂纹的风险。为了能够在供暖期中对叶片的振动趋势进行长期的、实时的监控，该单位为末级叶片安装了叶片振动的在线检测系统，能够有效地控制末级叶片出现的动应力风险。通过一个长时间段的试运行发现，末级叶片在振动幅值方面一直保持在振动许用的范围内，同时振动的幅值没有出现明显的变化，从而实现了长期有效的监控叶片振动趋势，为机组的安全正常运行带来了良好的保障[3-4]。

2.2对叶片鼓风中存在的超温风险采取的控制措施

当机组的叶片在低负荷下运转的过程中，鼓风后常常会出现温度升高的情况。为了有效地防止低压末2级叶片出现超温的情况，该单位采取了以下控制措施：第一，要对末2级叶片的强度和振动的温度进行上限设置，在末级和次末级叶片上设置温度测试点，可以根据实际测量的温度按照不同的使用标准做出相应的喷水降温保护;第二，当叶片正常运行时，根据叶片动应力的危险流量区域范围将低压冷却蒸汽引入叶片运行范围中，使得冷却气源能够得到引出，通过减温减压的系统后进入低压缸进行冷却;第三，实施喷水减温系统，并利用电动阀门来调控水的容量，避免喷水出现过量的情况，在喷头方面要采用不锈钢雾化喷头，不断地优化喷水的角度，从而减少减温水回流的情况，减少和避免出现叶片水蚀的状况。通过上述的措施，能够有效地遏制了由于鼓风温度引发的各种风险，提升了机组的运营状况[5-6]。

2.3对叶片水蚀风险采取的有效控制措施

机组在切除低压缸后会在一个长期中呈现出低负荷运行的状态，那么鼓风引起的涡流导致叶片的水蚀情况加重，所以，该单位利用超声速火焰喷涂设备对叶片的汽边进行喷涂，使得叶片能够形成较高硬度的涂层。这个涂层一方面能够耐磨和耐腐蚀，一方面能够帮助设备减缓叶片水蚀的问题。通过调查研究后发现，几乎所有的叶片防水蚀措施都能对叶片的强度造成不同程度的影响，超声速火焰喷涂技术也不例外。这种喷涂技术在实施的过程中可能会产生高溫的作用，从而使得叶片出现变形，同时喷涂的防水蚀效果与叶片的氧化物含量等因素有直接的关系。即便如此，在切除低压缸后在供暖期间对这个机组进行开缸检查，通过检查的数据发现低压末2级喷涂涂层的措施能够大幅度减少叶片的水蚀情况，为叶片的安全运行提供了有力的保障[7]。

2.4做好叶片的颤震和动静碰磨的预防措施

2.4.1 要应用理论来指导实践，有效地避开颤震危险的区域

通过对国内和国外的研究理论和研究成果，分析了叶片之间的角度和组成叶片边缘的汽弹对整齐轮机叶片颤震问题产生的影响，并将流固耦合分析法应用到叶片颤震问题中，从而对相关的数值模型进行分析和研究。与此同时，通过对国内外在汽轮机叶片颤震方面的研究理论成果对该单位的颤震溶剂流量区域进行推测，在机组的正常运行中要避开这个区域。然而，这个做法也存在一定的不足：第一，叶片颤震是叶轮旋转机械中一个比较大的难题，它会导致在精确的条件下和特点边界条件下出现很大的不确定性。第二，在考虑不确定性的时候，设置的禁止运行区域比较宽泛，这就明显地影响了汽轮机切除低压缸后在运行过程中的灵活性，给电厂的运行产生了很大的阻碍作用。第三，末级叶片具有很多的形式，比如说自由叶片、拉筋成组叶片以及整圈自锁叶片等，不同的叶片形式出现颤震方面需要不同的条件，并且颤震的程度也有很大的差异性。

2.4.2 要避开颤震的危险区域

传统的测量叶片动应力方面，很多企业会采用无线电遥测技术，这个技术能够利用贴应变片的方式来测量叶片的动应力，并对其进行深入的分析。在缸内的电池会为机组提供电力支持，因此在这个系统工作的时间是有限的，当机组切除低压缸后通过各种运行测试可以得出危险的工况，从而能够在切除低压缸运行过程中有效地避开。然而，这种方法也存在一定的不足，由于应变片的粘贴牢固性不能承受住3000r/min的旋转冲击，在实验的过程中很可能会出现脱落的情况，影响了预期目标的实现。

2.4.3 要对叶片振动的情况进行在线检测

叶片振动的在线检测是由采集端口和监控端口两个部分组成的。如图1所示。采集端是由以下几个部分构成：第一为转速传感器;第二为电涡流传感器;第三为前置采集模块;第四为数据处理系统模块;第五为服务器。其中电涡流传感器和转速传感器通过互相配合后对叶片的振幅、振动的频率和叶顶动静间隙进行有效的检测，温度传感器能够对叶片的金属温度进行辅助测量。监控端主要由以下几个部分构成：第一为振动信号;第二为转速信号;第三为温度信号。这三个部分通过DEH控制系统进行连接，也可以利用网络协议传输到交换机中，然后再连接到电厂中，从而实现实时信息系统，并将数据进行共享。除此之外，还能够将网闸或者是虚拟私人网络设备和电信调制解调器连接到系统提供商，从而进行远程的诊断服务。这个系统不仅仅能够有效地解决叶顶间隙的实时监控问题，还能对叶片的振幅和频率进行实时测量。

3结语

切除低压缸技术具有很大的优势：第一，能够大幅度节省启动的时间;第二，能够提升机组运行的安全性;第三，能够提升机组的经济效益。同时切除低压缸技术也有明显的不足：第一，对操作人员的技术有一定的要求;第二，若出现操作失误或者配合不当的情况下极易造成汽轮机超速，或者是气缸中进入了冷水和冷气，导致大轴弯曲或动静摩擦事故。因此，要针对不同型号的机组制定不同的措施，才能达到彻底治理的目的。

参考文献

[1] 郑晓伟，冯伟忠.大型火电机组热电联供下低压缸运行效率优化研究[J].上海电力大学学报，2020，36（3）：234-239.

[2] 杨阳.切除低压缸运行风险分析及应对策略探索[J].热力透平，2020，49（2）：93-98.

[3] 张俊锋.浅析335MW机组低压缸切缸改造[J].电力安全技术，2021，23（8）：46-48.

[4] 张猛，刘鑫屏.350MW供热机组低压缸切除改造灵活性提升分析[J].华北电力大学学报：自然科学版，2019，46（3）：73-79.

[5] 赵佳诣.汽轮机低压缸进气结构气动性能及流动特性的研究[D].大连：大连海事大学，2020.

[6] 邓博夫.考虑热惯性和价格约束的电热联合系统优化调度研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2021.

[7] 王洪昊.华能东山电厂成本效益分析优化研究[D].兰州：兰州理工大学，2021.

作者简介：魏志新（1989—），男，本科，助理工程师，研究方向为集控运行。