一种阻尼装置在降低主蒸汽管道振动的有效应用

一种阻尼装置在降低主蒸汽管道振动的有效应用

陈,鹏

大唐贵州发耳发电有限公司 贵州省六盘水市水城县发耳镇发耳电厂553017

［摘  要］管道振动对管道附件相关设备以及管道焊缝有较大的安全影响，尤其汽轮机主蒸汽管道运行中热膨胀位移量大，对相连的疏水管道焊缝受力增加尤为突出，长期振动会导致焊缝出现疲劳而导致断裂，出现不安全事件发生，通过加装新型三维粘滞阻尼器解决主蒸汽管道振动问题。

The pipe vibration has a great influence on the safety of the pipe accessories and the pipe welds, especially on the large thermal expansion displacement of the main steam pipe of the steam turbine during operation, especially on the stress increase of the welding seam of the connected drain pipe, long-term vibration will lead to fatigue and fracture of welding seam, which will lead to unsafe events. The vibration of main steam pipeline can be solved by adding a new type of three-dimensional viscous damper.

［关键词］管道、振动、三维粘滞阻尼器

1、概述

火力发电汽轮发电机组发电负荷调节主要依靠进入汽轮机喷嘴组设定参数范围的蒸汽量大小进行做功实现，运行中主要借助汽轮机高压调节汽门（简称GV）开度进行控制蒸汽流量大小。GV运行控制方式设计上有顺序阀、单阀方式运行两种，其中单阀控制方式存在节流损失大，所以为达到汽轮机运行最大经济性，GV运行控制方式主要采用顺序阀控制，一般经过调节汽门运行优化试验选取最佳的GV控制顺序。1号机组汽轮机顺序阀控制GV参与调节顺序：1、4-3-2，如下图所示：

1号机组汽轮机在运行期间主蒸汽管道出现振动，就地对振动情况跟踪发现第三个调节汽阀GV3开度低于15%以下，管道振动值最大峰值达55.80mm/s，同时现场对汽轮机不同负荷工况管道振动数据进行收集测量：在顺序阀模式下保持GV1、GV4两个调节汽阀运行时振动最大在34.32mm/s，振动值稍有下降；退出顺序阀控制模式切换为单阀控制模式时管道振动值最大峰值达9.59mm/s，振动幅值明显下降。由于汽轮机无法长期单阀模式运行，且现场进行顺序阀优化试验均未彻底消除，所以在现有顺序阀运行模式下主蒸汽管道振动值远大于《DLT 292-2011 火力发电厂汽水管道振动控制导则》对管道振动控制值的技术要求。现场对主蒸汽系统管道支吊架进行系统全面检查，并按设计要求对弹簧吊架受力情况进行调整均未取得明显成效。

主蒸汽管道长期大幅振动不仅对主蒸汽管道受力产生影响，尤其对主蒸汽管道相连小口径疏水管道焊缝等部位应力增加所产生的风险更大，长期振动会出现焊缝失效导致疏水管道断裂的不安全事件发生，对机组的安全运行有较大影响。为及时消除汽轮机主蒸汽管道振动带来的安全隐患，对照主蒸汽管道振动情况进行分析认为主蒸汽管道受内部汽流在调节汽门运行调节动作方式和开度变化引起汽流速度和压力变化，从而造成管道内介质发生不稳定流动产生激振力使管连产生振动。由于主蒸汽管道系统设计时主要选取弹簧支吊架为主，存在阻尼小特点，当激振力的频率与管道系统的固有频率接近时，由于共振效应导致主蒸汽管道的振动位移将达到最大值。

2、治理方法

由于现场振动区域主蒸汽管道主要布置在汽机房6.9米层，现场管道布置密集、空间狭小，且管道上方承重梁设计时无考虑多余预埋件，依靠常规的夹式管座，其吊杆固定在承重梁上用膨胀螺栓受力无法达到固定管道振动的目的。

查阅汽轮机主蒸汽管道设计时主要选用弹簧支吊架，其中传统液压阻尼器主要在单一方向发挥减振作用，由于现场主蒸汽管道三维方向均有振动，选用传统液压阻尼器需要三套阻尼器配合安装方可起到更好的阻尼作用。由于现场管道布置空间有限，安装多套阻尼器施工条件受到较大的限制，考虑主蒸汽管道在机组运行期间热膨胀情况，经过综合分析对比，决定选取一种三维粘滞阻尼器控制主蒸汽管道振动。

    三维粘滞阻尼器分成柱塞、外壳与阻尼液三部分。阻尼液很粘稠，可缓慢流动，和柱塞、外壳紧密接触，没有间隙。当柱塞端与振动部件、外壳与静止部件连接时，振动使柱塞剪切和挤压阻尼液，产生阻尼力，阻尼力大致与振动速度成正比。由于柱塞、阻尼液、外壳间没有间隙，所以只要柱塞有振动，阻尼液就会毫无延迟地产生阻尼力。对冲击性荷载产生的阻尼力很大，可有效防止冲击响应位移过大，而对热膨胀等缓慢运动则不起限制作用。另外，通过有意识的增加管道系统阻尼，可以让管道的运行振动更小，同时大幅降低管道的疲劳应力。在空间三维方向，标准型号的管道阻尼器的柱塞与外壳之间一般留有30mm、50mm或70mm的间隙，两者之间充满阻尼液，所以三维都有阻尼作用，可以很好满足主蒸汽管道运行期间三维方向控制振动的要求。

  粘滞阻尼器结构原理图                           粘滞阻尼器外形图 

为获得最大的阻尼荷载，三维粘滞阻尼器安装选在振动幅值最大的区域。查看振动区域主蒸汽管道设计时安装两套弹簧支吊架，其设计选用参数为下表：

为满足主蒸汽管道运行中膨胀量以及载荷要求，单独订制符合技术参数的三维粘滞阻尼器是选型的主要参考依据，同时现场测量主蒸汽管道上方钢梁布置位置空间数据尺寸，其附件按照空间尺寸大小进行配置。按照钢结构安装要求现场焊接阻尼器支撑钢梁，确保各支撑钢梁焊接部位的受力强度。

  粘滞阻尼器设计安装示意图

粘滞阻尼器设计安装示意图

3、结束语

通过对汽轮机主蒸汽管道安装三维粘滞阻尼器，汽轮机运行后对各运行工况进行测量主蒸汽管道振动值：水平方向最大峰值6.4mm/s、垂直方向最大峰值7.6mm/s、轴向最大峰值4.1mm/s，达到DL/T292-2011《电厂汽水管道振动控制导则》规定小于12.4mm/s优秀值要求,彻底解决汽轮机主蒸汽管道振动大问题。消除主蒸汽管道振动大安全隐患，为机组长期安全可靠运行奠定基础。

近年来，新能源发电越来越多并入电网，风力发电和光伏发电出力的不确定性使得电网低谷负荷时，火电逐渐承担起电网峰谷调峰的角色。火力发电汽轮机每天至少均有三个时段参与负荷升降调节且要求高，因此汽轮机调节汽门在此期间开度变化频率高、幅度大，主蒸汽管道蒸汽极易产生紊流旋涡，造成管道固定有频率发生变化而出现不同程度的振动现象。选用三维粘滞阻尼器可以能够起到较好的阻尼效果，尤其对空间狭小的场所是一种很好的减振产品，同时现场其他汽水系统管道振动治理也值得借鉴选择。

参考文献：

〔1〕张超;刘立成;李建玲.发电厂汽水管道支吊架设计手册.上海：中西书局，2011.05.01.

〔2〕330MW机组主蒸汽管道振动分析与治理[J].潘军光,刘宾,马志强.理化检验-物理分册.2011.第004期