汽輪機故障分析

摘 要: 振動是汽輪機組常見的主要故障之一，也是難題之一，嚴重時會導致重大事故。隨著大型機組對汽輪機效率要求的不斷提高，汽輪機動靜間隙變小，軸封、油擋、隔板汽封等發生動靜摩擦的越來越多，機組發生碰磨時，振動會出現明顯變化，是其故障的反映，再加上油溫、油質、振動波、機組工況、機組啟停對振動的影響，使振動的研究和分析成為電力行業機組安全穩定運行關鍵。

關鍵詞: 汽輪機 振動 特點 原因

一、汽輪機本體結構

汽輪機的本體結構一般可分為靜止部分和轉動部分。靜止部分包括汽缸、進汽部分、噴嘴、隔板、汽封、滑銷系統、加熱系統和軸承等部件。轉動部分包括主軸、葉輪、葉片和聯軸器等。

為了滿足機組快速啟動的需要，高壓缸設有汽缸夾層加熱系統，高、中壓缸設有法蘭加熱系統。

高、中、低壓轉子均采用整段結構，三根轉子之間均采用剛性聯軸器，高、中壓轉子采用兩轉子三支承結構，2號軸承采用雙推力支承聯合軸承。本機共有五個軸承，均為帶球面軸瓦套的橢圓軸承。為了在機組啟停時減小盤車力矩，且避免磨損軸承，配有高壓頂軸裝置，并配有轉速為4.05r/min的低速自動盤車裝置。

二、振動特點

某汽輪機型號為C50-8.83/0.981，發電機型號為QF-60-2，1，2號軸承支承汽輪機轉子，1號軸承為座落前箱內的落地軸承，2號軸承座落在排汽缸上，3，4號軸承支承發電機轉子，均為落地軸承。汽輪機和發電機轉子以剛性聯軸器連接。

(一)配重前啟動

第一次啟動升速至過臨界轉速的過程中，2號軸承最大振動為39.1祄，其它軸承振動均小于30祄，說明汽輪機轉子和發電機轉子的平衡狀態良好。

空載3000r/min下，除了2號軸承垂直振動39祄外，其它軸承振動均在30祄以下。帶負荷到48mW，2號軸承振動從60祄很快升至84.5祄，被迫打閘停機。降速過臨界轉速2號軸承垂直振動達125祄。盤車時，大軸撓度比開機增大40祄。從3000r/min→帶負荷→停機過程的軸承垂直振動趨勢圖可知，振動增大的部位主要是2號軸承，發電機的2個軸承振動基本不變，因而可以判定故障存在于汽輪機側。

根據以往經驗，一般存在轉子熱變形的機組，只要把空載3000r/min時的下軸承基頻振動降低到20祄以下，帶負荷后的振動就能維持在50祄以內的合格范圍。所以停機后在汽輪機末級葉輪進行配重，以降低2號軸承的垂直振動。

(二)配重后啟動

機組配置后再次啟動，在空載3000r/min下，2號軸承的垂直振動為15祄，其它均小于15祄。帶負荷20mW時振動基本不變，負荷增到30mW，2號軸承振動增大至40祄，穩定一段時間后，振動稍有降低。接著開始升負荷至35mW，振動升至46.8祄。立刻減負荷至30mW，振動突升至54.1祄，又升負荷至37mW，振動繼續升高。隨即減負荷，當振動升到91.7祄時，打閘停機。降速過臨界轉速2號軸承垂直振動達8祄。盤車時大軸撓度比開機增大100祄。

(三)第三次啟動

前兩次啟動過程中，后汽封溫度達300℃，而該汽封設計汽源為除氧器汽平衡供汽，溫度在150℃左右，顯然后汽封溫度偏高;另外，前兩次啟動過程中，本體疏水沒有打開。

為了排除這兩個因素的影響，又開一次機。在這一次啟動過程中，本體疏水全部打開，后汽封溫度控制在160℃以下。這次從啟動升速過程到20mW負荷，2號軸承振動與上一次差別不大。負荷到24mW，2號軸承振動開始快速突升到90.7祄，被迫打閘停機。

(四)次啟動過程的振動特點

1.振動主要是基頻成分，其它分量很少，因此屬于不平衡激起的強迫振動。

2.振動隨時間和啟停機的次數增多而顯著增大，振動突增負荷點一次比一次小，說明振動故障逐次惡化。

3.當振動突增后，即使減負荷到0，振動亦不會降低而是繼續增加。停機過程中過臨界轉速的振動值比開機過程大。

4.2號軸承振動一旦開始爬升很快發散至報警值，并且沒有盡頭，在這種振動狀態下機組是無法運行的。

三、振動原因分析

該機組振動的基本特點是，隨著時間增加，不穩定強迫振動增加。

(一)造成這種振動的故障缺陷可能

1.汽缸膨脹受阻，使軸承支承剛度降低。

2.轉子熱彎曲。

通過檢查沒有發現絕對膨脹、脹差在啟動過程中出現異常，軸承座與臺板接觸面也沒有出現間隙，膨脹也沒有卡澀跡象，所以可以排除第一項缺陷，因而轉子熱彎曲成為主要懷疑對象。

(二)造成轉子熱彎曲的原因

1.轉軸內應力過大。

2.轉軸材質不均。

3.轉軸套裝部件失去緊力。

4.高溫轉子與冷水、冷汽接觸。

5.動靜摩擦。

6.轉子中心孔進油。

根據振動的變化特點，可以排除第1—3個原因，因為這3個原因引起的振動均變化緩慢，而該機的振動會出現突變，且隨啟停次數的增加，一次比一次嚴重。

因試運過程中未發現汽缸和本體疏水情況出現異常，可以排除第4個原因。

因摩擦振動的相位變化較大，而該機振動的相位變化較小(20°左右)，所以可以排除第5個原因。只有第6個原因不能排除，有必要對轉子中心孔進行檢查。

四、轉子中心孔進油引起振動的機理

在汽輪機轉子中心孔內存油而未充滿時，在高速旋轉的離心力作用下，油被甩到孔壁上形成油膜。由于轉子存在一定的撓度，致使中心孔的幾何中心和轉子的旋轉中心不重合，因而孔壁上的油膜厚度不同，當轉子溫度升高時，油與孔壁間產生熱交換，油吸熱而氣化。由于不同厚度的油膜與孔壁間的熱交換的程度不同，使轉子徑向產生溫差，引起轉子熱彎曲。熱彎曲不但隨著機組有功負荷的增大而加大，而且在暖機和升速過程中也能明顯反映出來。暖機時間較長會引起過大振動，甚至使機組不能升速到滿轉。并且，開停機次數愈多，被吸進轉子中心孔的油愈多，振動現象愈明顯。根據經驗，轉子中心孔進油達0.15kg，就會使機組振動發生明顯的變化。

參考文獻:

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