CN110284930A - 一种西门子9f燃机联合循环机组恒排汽缸温度离合器啮合控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种西门子9F燃机联合循环机组恒排汽缸温度离合器啮合控制方法，包括步骤：1)机组发电机与汽轮机之间采用SSS离合器啮合；2)设机组润滑油温度为T，T对应的绝对真空度为P1，环境大气压为P0，SSS离合器与汽轮机轴啮合之前，汽轮机的相对真空度设置值为P2；3)由以上两式计算得到汽轮机的相对真空度设置值P2，将汽轮机的相对真空度设置到P2。本发明的有益效果是：本发明的运行方法简单易行，无需对轴瓦本体或系统做出改动。不需对燃气轮机机组做设备改造，无需额外投入费用，操作简单，只需在机组启动期间适当破坏真空，增加安装于凝汽器内的#8轴承膨胀量，即可有效降低机组启动期间振动，从而保证机组的安全性和稳定性。

Description

一种西门子9F燃机联合循环机组恒排汽缸温度离合器啮合控 制方法

技术领域

本发明涉及啮合控制方法，更具体地说，它涉及一种西门子9F燃机联合循环机组恒排汽缸温度离合器啮合控制方法。

背景技术

燃气-蒸汽联合循环(CCPP)机组因具有高效、环保、灵活的优点而备受青睐。国内CCPP机组大多被定位为调峰机组，启停频繁。西门子为目前燃气轮机主要供应商之一，其9F级燃气-蒸汽联合循环机组分别由F型燃气轮机、HE型三压再热双缸汽轮机、发电机、余热锅炉等组成，其中燃气轮机、发电机、蒸汽轮机同轴布置。

西门子9F燃气联合循环机组轴系为单轴布置，由燃气轮机、发电机、汽轮机高压转子、汽轮机中低压转子组成，全长约52米，燃气轮机和发电机采用刚性连接，发电机和高压转子采用自同步型SSS离合器连接，如图2所示。机组整个轴系共有8个支撑轴承，1～4号轴承为椭圆瓦轴承，5号和6号轴承为可倾瓦轴承，7号轴承为径向推力联合轴承，8号轴承为椭圆瓦轴承。其各自安装位置为：#1轴承位于燃气轮机排气侧，#2轴承位于燃气轮机进气侧，#3轴承位于发电机靠燃气轮机侧，#2轴承与#3轴承之间有一中间轴；#4轴承位于发电机靠汽轮机侧；#5轴承位于#4轴承与SSS离合器之间；#6轴承位于高压缸排汽侧，#7轴承位于高压缸进汽侧，#8轴承位于中低压合缸排汽侧，安装位置位于排汽缸内。径向联合推力轴承设置在压气机轴承和汽轮机高、低压缸之间，转子的死点在推力轴承处。

西门子9F燃气机组中低压缸采用了合缸轴向排汽结构，将凝汽器和中低压缸布置在同一平面内，汽轮机排汽以轴向流动方式进入凝汽器。8号轴承位于排汽缸内，通过三根支撑杆与缸体相连。因结构设计、安装、运行工况等原因导致8号轴承支撑刚度较低，容易引起轴瓦不稳定振动。机组发电机与汽轮机之间采用SSS离合器啮合，该型号机组在启动冲转特别是离合器啮合过程中，普遍存在机组振动偏大问题，严重影响机组安全稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种西门子9F燃机联合循环机组恒排汽缸温度离合器啮合控制方法。

西门子9F燃机联合循环机组恒排汽缸温度离合器啮合控制方法，包括如下步骤：

S1，机组发电机与汽轮机之间采用SSS离合器啮合；

S2，设机组润滑油温度为T，T对应的绝对真空度为P1，环境大气压为P0，SSS离合器与汽轮机轴啮合之前，汽轮机的相对真空度设置值为P2，则：

ln(P1)＝9.3876-3826.36/(T-45.47)

P2＝P1-P0

S3，由以上两式计算得到汽轮机的相对真空度设置值P2，将汽轮机的相对真空度设置到P2。

作为优选:步骤S3之后有步骤S4：

S4.1，采用连通管网法原理测量轴承之间相对标高的变化；

S4.2，测试系统由成对的传感器探头、杯子、浮子和流体，以及连通总管和分支管组成；每个轴承上布置一个杯子、，杯子、用磁钢固定在相邻轴承座上，感受轴承座在垂直方向的位置变化；沿机组轴向布置一根连通总管，每个轴承测点与总管之间用分管与三通相连；

S4.3，杯子包括成对杯子A和杯子B；当杯子A相对杯子B有垂直方向的高度变化时，由于两个杯子中的流体通过连通管相连，液面会重新平衡，这时传感器探头与浮子之间的距离亦发生变化，两传感器探头输出差值直接反映了两轴承相对标高值的变化；

S4.4，结果为正时，表示杯子A的变化高于杯子B的变化；为负时，表示杯子A的变化低于杯子B；

S4.5，在汽轮机冲转前监测#8轴承与其他轴承之间的标高差异，通过调整真空的方式使得其与其他轴承标高保持一致；当#8轴承标高低于其他轴承时，通过继续破坏真空的方式加以调整；当#8轴承标高高于其他轴承时，通过提高真空的方式加以调整相应调节汽轮机的相对真空度；直到杯子A的高度与杯子B的高度持平。

本发明的有益效果是：通过改变机组启动期间真空度，改变其载荷改善其运行条件；本发明的运行方法简单易行，无需对轴瓦本体或系统做出改动。不需对燃气轮机机组做设备改造，无需额外投入费用，操作简单，只需在机组启动期间适当破坏真空，增加安装于凝汽器内的#8轴承膨胀量，即可有效降低机组启动期间振动，从而保证机组的安全性和稳定性。

附图说明

图1是燃气-蒸汽联合循环机组热力流程图；

图2是西门子9F燃气机组轴系图；

图3是轴系标高测量分析仪；

图4是轴系标高测点及系统示意图；

附图标记说明：传感器探头1、前置器2、浮子3、杯子4、流体5、连通器6。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

本发明通过分析西门子9F级燃机联合循环机组启动过程，查明汽轮机与SSS离合器啮合过程普遍存在机组振动偏大的的根本原因，提出一种恒排汽缸温度离合器啮合控制方法，解决该振动问题。

如前所述，机组发电机与汽轮机之间采用SSS离合器啮合。SSS离合器(Synchro-Self-Shifting)是一种完全依靠自身机构自动完成齿轮的啮合或脱离的机械装置。当输入设备主动齿和输出设备从动齿转速相同时SSS离合器自动轴向移位并啮合，将动力输入设备和输出设备连接起来，当输入设备转速低于输出设备转速时，SSS离合器自动分离，动力输入设备和输出设备分开。西门子9F级机组的SSS离合器用来连接发电机转子和高压透平转子，可按电厂运行要求实现燃气轮机转子和汽轮机转子的啮合和脱开，增加了运行灵活性。虽然SSS离合器具备诸多优点，但在实际应用过程中却容易发生故障。SSS离合器两侧轴承负荷对标高非常敏感，安装及运行等因素引起轴承标高变化时会显著影响到其稳定性。随着轴系的增长和刚度的变化，SSS离合器在啮合或脱扣过程中会对轴系产生一定的扰动，离合器两侧轴承负载会瞬间发生变化，引起轴系失稳，振动突然增大，这种现象也成为几乎所有西门子9F级燃机的一个通病。

1.原因分析：

西门子9F级燃机联合循环机组采用的启动方式为：燃气轮机和汽轮机相对独立运行，燃机先启动带负荷，带动余热锅炉逐步升温升压，参数合格后汽轮机启动冲转，待汽轮机升速到额定转速，SSS离合器啮合，汽轮机开始带负荷，机组进入联合循环运行模式。

如图2所示，#1～#8轴承在正常运行过程中，其运行环境温度有所不同，轴承及相应部件的膨胀量也有所区别：#1、#2、#5、#6、#7轴承运行温度由润滑油温决定，其运行温度一般为45～50℃；#3、#4轴承因安装于发电机内，受到润滑油温和发电机氢气温度双重影响，发电机氢气温度一般为45～48℃，与润滑油温基本一致。因此#1～#7轴承正常运行过程中，其膨胀量基本保持一致。而#8轴承安装于排汽缸内，其运行温度由凝汽器排汽温度决定。当机组真空度高时，机组在设计背压4.9kPa下运行，其对应排汽温度为32.5℃；当机组真空度差时，机组在高背压11.8kPa下运行，其对应的排汽温度为49℃。因此，不同机组真空度决定了#8轴承工作温度不同。

当#8轴承与其他轴承运行温度偏差较大时，因为轴系金属部件膨胀量的不同，造成#8轴承标高与其他轴承不一致(偏低)。位于汽轮机转子中间位置的#7轴承标高不变，另一端的#6轴承由于杠杆效应会有所抬升，进而导致#5轴承与#6轴承的同心度欠佳。当轴承标高发生改变时,相邻的两个轴承所受到的作用效果是相反的；某轴承的标高变化时,对自身及通过联轴器连接的相邻轴承的影响最大,并且影响效果大小相近方向相反。

在汽轮机轴与SSS啮合瞬间，同心度欠佳的问题会对机组造成冲击，这个冲击会造成#5轴承标高有所上升、#6轴承标高有所下降。#6轴承标高的下降会进一步使得#8轴承标高上升、负载减小，导致#8轴承振动上升。冲击带来的这一系列问题会导致机组轴系振动瞬间上升，影响机组安全稳定甚至导致机组跳机。

2.技术方案

本发明采用的技术方案是：本发明针对#8轴瓦振动大的原因分析，创造性的提出一种恒排汽缸温度离合器拟合控制方法，消除机组启动期间汽轮机与SSS离合器啮合过程轴系振动偏大问题。如前所述，西门子9F级燃机联合循环机组采用燃气轮机与汽轮机分别启动的方法。当汽轮机在冲转升转速期间，机组#1～#7轴承工作温度为50℃左右，#8轴承工作温度由凝汽器排汽温度决定，而凝汽器排汽温度由机组的真空度决定。因此，只要控制凝汽器排汽温度与机组润滑油温度一致，即可让#8轴承工作温度与其他轴承一致，轴承金属部件的膨胀量也保持一致、轴承标高一致，从而最大程度减小SSS离合器与汽轮机轴啮合过程对机组的冲击，减小甚至消除啮合过程对机组振动的影响。假设机组润滑油温度为50℃，而排汽温度为50℃时对应的机组绝对真空为12.35kPa。当大气压为标准大气压101.325kPa时，折算成机组的相对真空度为-88.975kPa。因此，在汽轮机升转速过程，可以采取适当破坏真空的方法(比如开启凝汽器某疏水管道排空阀)，将机组真空度适当降低至-89kPa左右。待SSS离合器与汽轮机轴完成啮合，即可恢复机组真空进入正常带负荷过程。

西门子9F燃机联合循环机组恒排汽缸温度离合器啮合控制方法，包括如下步骤：

S1，机组发电机与汽轮机之间采用SSS离合器啮合；

S2，设机组润滑油温度为T，T对应的绝对真空度为P1，环境大气压为P0，SSS离合器与汽轮机轴啮合之前，汽轮机的相对真空度设置值为P2，则：

ln(P1)＝9.3876-3826.36/(T-45.47)

P2＝P1-P0

S3，由以上两式计算得到汽轮机的相对真空度设置值P2，将汽轮机的相对真空度设置到P2。

S4.1，采用连通管网法原理测量轴承之间相对标高的变化；

S4.2，测试系统由成对的传感器探头1、杯子4、浮子3和流体5，以及连通总管和分支管组成；每个轴承上布置一个杯子4、，杯子4、用磁钢固定在相邻轴承座上，感受轴承座在垂直方向的位置变化；沿机组轴向布置一根连通总管，每个轴承测点与总管之间用分管与三通相连；

S4.3，杯子4包括成对杯子A和杯子B；当杯子A相对杯子B有垂直方向的高度变化时，由于两个杯子中的流体通过连通管相连，液面会重新平衡，这时传感器探头1与浮子3之间的距离亦发生变化，两传感器探头1输出差值直接反映了两轴承相对标高值的变化；

S4.4，结果为正时，表示杯子A的变化高于杯子B的变化；为负时，表示杯子A的变化低于杯子B；

S4.5，在汽轮机冲转前监测#8轴承与其他轴承之间的标高差异，通过调整真空的方式使得其与其他轴承标高保持一致；当#8轴承标高低于其他轴承时，通过继续破坏真空的方式加以调整；当#8轴承标高高于其他轴承时，通过提高真空的方式加以调整相应调节汽轮机的相对真空度；直到杯子A的高度与杯子B的高度持平。

为方便起见，给出常用饱和温度下对应饱和温度值，可以通过查表得出：

表1不同饱和温度对应饱和压力

饱和温度，℃	45	46	47	47	48	49	50	51	52
										绝对压力，kPa	9.6	10.1	10.6	10.6	11.2	11.8	12.4	13.0	13.6
饱和温度，℃	53	54	55	55	56	57	58	59	60
										绝对压力，kPa	14.3	15.0	15.8	15.8	16.5	17.3	18.2	19.0	19.9

3.轴承标高变化监测

如前所述,燃机联合循环机组轴系标高在运行过程中变化的情况,非常容易造成机组出现振动故障,影响机组的安全与稳定。轴系标高测量分析也是解决机组振动故障的有效辅助手段。

轴系标高测量分析仪，采用连通管网法原理测量轴承之间相对标高的变化，分辨率为5μm，线性范围0～2000μm。测试系统由传感器、杯子、浮子、流体、连通总管和分支管组成。每个轴承上布置一个测试杯，测试杯用磁钢固定在相邻轴承座上，感受轴承座在垂直方向的位置变化。沿机组轴向布置一根连通总管，每个轴承测点与总管之间用分管与三通相连。当杯子A相对杯子B有垂直方向的高度变化时，由于两个杯子中的流体通过连通管相连，液面会重新平衡，这时涡流传感器与浮子之间的距离亦发生变化，两传感器输出差值直接反映了两轴承相对标高值的变化。结果为正时，表示A的变化高于B的变化；为负时，表示A的变化低于B。

采用本发明的离合器啮合控制方法时，可以将标高安装仪安装于#5～#8轴承，在汽轮机冲转前监测#8轴承与其他轴承之间的标高差异，通过调整真空的方式使得其与其他轴承标高保持一致，确保啮合平稳。当#8轴承标高低于其他轴承时，可以通过继续适当破坏真空的方式加以调整；当#8轴承标高高于其他轴承时，可以通过适当提高真空的方式加以调整。

所述的西门子9F燃气轮机组包括燃气轮机、发电机、汽轮机高压缸、汽轮机中低压合缸、汽轮机凝汽器、以及连接在发电机和汽轮机之间的SSS离合器。本发明专利中的燃气轮机组与外界电网并网运行。

当机组启动过程中，机组润滑油温度为50℃，大气压力100kPa。为使得机组轴系同心，确保SSS离合器和汽轮机轴系啮合平稳，应适当破坏机组真空，使得#8轴承工作温度与#1～#7轴承一致。经计算得出50℃排汽温度对应绝对压力为12.4kPa，对应的机组真空P0＝12.4-100＝-87.6kPa。在该真空条件下，待SSS离合器啮合后，恢复机组真空至正常值。

Claims (2)

1.一种西门子9F燃机联合循环机组恒排汽缸温度离合器啮合控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，机组发电机与汽轮机之间采用SSS离合器啮合；

S2，设机组润滑油温度为T，T对应的绝对真空度为P1，环境大气压为P0，SSS离合器与汽轮机轴啮合之前，汽轮机的相对真空度设置值为P2，则：

ln(P1)＝9.3876-3826.36/(T-45.47)

P2＝P1-P0

S3，由以上两式计算得到汽轮机的相对真空度设置值P2，将汽轮机的相对真空度设置到P2。

2.根据权利要求1所述的西门子9F燃机联合循环机组恒排汽缸温度离合器啮合控制方法，其特征在于，步骤S3之后有步骤S4：

S4.1，采用连通管网法原理测量轴承之间相对标高的变化；

S4.2，测试系统由成对的传感器探头(1)、杯子(4)、浮子(3)和流体(5)，以及连通总管和分支管组成；每个轴承上布置一个杯子(4)，杯子(4)用磁钢固定在相邻轴承座上，感受轴承座在垂直方向的位置变化；沿机组轴向布置一根连通总管，每个轴承测点与总管之间用分管与三通相连；

S4.3，杯子(4)包括成对杯子A和杯子B；当杯子A相对杯子B有垂直方向的高度变化时，由于两个杯子中的流体通过连通管相连，液面会重新平衡，这时传感器探头(1)与浮子(3)之间的距离亦发生变化，两传感器探头(1)输出差值直接反映了两轴承相对标高值的变化；

S4.4，结果为正时，表示杯子A的变化高于杯子B的变化；为负时，表示杯子A的变化低于杯子B；

S4.5，在汽轮机冲转前监测#8轴承与其他轴承之间的标高差异，通过调整真空的方式使得其与其他轴承标高保持一致；当#8轴承标高低于其他轴承时，通过继续破坏真空的方式加以调整；当#8轴承标高高于其他轴承时，通过提高真空的方式加以调整相应调节汽轮机的相对真空度；直到杯子A的高度与杯子B的高度持平。