随着我国电力工业的发展,超临界、超超临界大容量火电机组已经成了电力行业的主力军,目前在运行的百万机组有97台(截止至2016年年底),正在建设的百万机组有68台,数量上居世界第一。同时,大容量机组超超临界机组在电网中占的比例也在逐年增加,因此,大容量超超临界机组的安全可靠运行是电网安全运行的重要保证。汽流激振问题在国内外不同压力等级的机组上都曾经发生过,其振动现象主要表现为机组在接带高负荷时,汽轮机高压转子和高压调节汽阀突发的低频振动。根据大容量机组的运行经验及对汽流激振机理的分析研究,已经明确机组容量越大、参数越高,汽轮机的高压转子越容易出现汽流激振。国内部分百万超超临界机组已出现汽流激振现象,严重影响着汽轮机的安全运行。从汽流激振产生的机理可知转子的偏心导致周向间隙漏气不均使得小间隙处的汽流产生推力大于大间隙处,在转子周向生成一个垂直于轴心的切向激振力,促使转子做非同步涡动。因叶轮偏心引起的间隙激振力的因素颇多,因而使得理论分析及试验研究都有一定的困难。在目前的研究中,从理论上、实验台、数学描述、数值分析等多方面展开,各有侧重不同。大部分理论研究集中在对Alford力的计算公式中效率系数β的确定及修正,其相关研究主要侧重在试验转子,在工程应用中较为稀少;在实际工程应用研究中,又以定性分析为主,定量分析较少。将理论分析与工程实践相结合的研究,尤其是对近期出现的百万超超临界机组的汽流激振研究尚显不足。针对以上情况,本论文将以某1000MW汽轮机的汽流激振案例为研究对象,展开了以下方面的研究内容:首先,对汽流激振产生的机理进行了分析研究。针对某1000MW汽轮机的汽流激振情况进行运行工况分析,提取机组相关的振动数据,进行振动特性分析,判断振动类型,并对产生汽流激振的各种可能因素进行了分析。其次,将机组因振动跳闸前的工况与VWO设计工况进行了对比分析,将对比工况下由于汽轮机调节方式形成部分进汽而产生的静态蒸汽力及汽轮机涡动时叶轮涡动激振力进行了理论研究及计算分析评估。其计算的结果表明,静态蒸汽力的合力与转子的自重在同一个量级上,静态汽流力对机组振动有较大影响;叶轮涡动激振力的大小约为转子自重的1/4,对激振力的影响次之。再次,通过建立与现场参数相吻合的高压前轴封及调节级叶顶围带全三维模型,并利用现场采集到的机组跳闸前的轴心轨迹图中轴心的位置作为动偏心依据。对由于涡动汽流激振力进行了数值模拟,得到偏心状态下汽流激振力的分布情况以分析评估由于偏心、涡动对这两部分汽膜激振力的影响。其研究结果表明叶顶围带和高压轴端汽封激振力在数值上并不大,但是其汽膜的交叉刚度量级分别达到了 106和107,且直接阻尼较小,交叉阻尼为负值。虽然与轴承油膜的的交叉刚度量级109相比不大,但因其阻尼负值的出现,对系统的稳定性存在不利影响。当系统原有的稳定性裕度不大时,尤其是高负荷区运行时,这部分的汽流激振可能会对机组的稳定性造成影响。最后,根据分析研究分析结果,制定了相应的汽流激振治理方案:(1)减小汽轮机部分进汽度以降低静态汽流力及叶轮涡动激振力。通过运行试验改变阀门开启顺序及开启策略,使汽轮机成功越过原跳机负荷点928MW达到961MW,但是在升负荷的过程中振动有加大的趋势(达到报警值),说明振动情况虽得到改善但依然存在,使机组不能顺利达到额定负荷。同时对961MW工况下数据进行激振力的计算也表明,该工况下静态蒸汽力及叶轮涡动激振力大幅减小,但是由于汽轮机的调节方式导致的进汽不均使得静态蒸汽力无法完全消除(除非采用全周进汽或完全对称进汽,但此又受到机组设计方式及经济性的限制);(2)通过加强轴承的承载、平衡各轴承载荷及调整轴承顶隙以减小偏心等一系列措施对汽流激振力进行了进一步的治理,使机组成功越过额定负荷达到1028MW,并对此工况下的激振力再次进行了计算分析对比以寻找机组激振的规律;(3)在高压通流内部前两级隔板汽封和第一圈高压前汽封更换为防旋汽封,进一步提高转子的稳定性,最终机组成功升负荷1083MW,接近最大铭牌功率,且振动值均在正常范围内。本研究课题是对一个工程实例的完整呈现:从由于振动引发机组跳闸,到对振动特性的分析判断振动类型,到振动原因逐一的分析、对激振力大小的逐一计算及试验方案的确定到相应治理措施的实施,使得该机组的汽流激振力逐步得到改善直至最后的基本消除。该理论研究与工程实践充分对接,取得了较好的成效,同时对机组振动的有效治理也验证了研究结果的准确性。给同类型机组提供了可借鉴的经验,具有工程应用价值。