探析汽輪機本體常見故障及處理對策

余弦斐

（貴州黔桂發(fā)電有限責任公司 貴州盤縣 553531）

探析汽輪機本體常見故障及處理對策

余弦斐

（貴州黔桂發(fā)電有限責任公司 貴州盤縣 553531）

火力發(fā)電廠汽輪機運維管理至關重要，汽輪機本體作為故障高發(fā)部位，要加強故障診斷與處理，以提升機組運行質量。本文介紹了汽輪機工作原理與結構，以轉子不平衡為例探討了汽輪機本體常見故障及處理對策，希望能為汽輪機故障檢修排除提供參考。

汽輪機；本體；故障；診斷；對策

汽輪機作為火力發(fā)電廠運行中不必可少的大型設備，其工作運轉質量、效率直接關系到電廠正常生產與運行，關系到設備運行人員的安全，關系到企業(yè)生產效益，做好火電廠汽輪機的管理與檢修至關重要。日常運行生產中汽輪機本體較常發(fā)生各類故障，針對各類故障的表現、性質應職稱外語用針對性處理對策予以解決，是確保火力發(fā)電廠汽輪機設備順利運行的關鍵。

1 汽輪機工作原理與結構

1.1 工作原理

汽輪機本身是一種基于蒸汽動力做功的旋轉式熱力原動機，具有高效率、大功率、損耗低、運行安全等諸多優(yōu)勢，運行中振動小、噪音小，調速方便，且機體本身結構簡單運行維護難度小，因此備受火力發(fā)電廠青睞。

汽輪機通過轉化蒸汽熱能獲得機械能，汽輪機運行中，蒸汽通過環(huán)形噴嘴、動葉等配置實現能量轉化，從而完成做功活動，目前較常使用的汽輪機主要以沖動式、反動式為主。沖動式汽輪機運行中蒸汽在噴嘴中膨脹后壓力、速度發(fā)生變化完成動能轉化，其中高速汽流經過動葉片時方向改變實現旋轉做功。反動式汽輪機通過葉輪前后壓力差在轉子上產生軸向推力，配合轉子前部的平衡活塞、聯絡管等實現轉子軸向推力平衡。

1.2 結構

汽輪機主要結構以汽輪機本體、調節(jié)保安裝置、輔助設備三部分為主（見圖1）。汽輪機本體主要由靜體（即固定部分，汽缸、噴嘴、隔板、汽封等）、轉子（轉動部分如軸、葉輪、葉片等）、軸承（支承部分）構成。以關鍵部位轉子為例，其是汽輪機本體所有可轉動部件的組合體，以主軸、葉輪、葉片等部件為主，轉子在汽輪機運行過程中受到高溫高壓蒸汽作用，高速狀態(tài)下受離心力、振動等狀態(tài)影響，較容易出現故障（如圖2）。

2 汽輪機本體常見故障及處理對策

2.1 汽輪機本體故障診斷

汽輪機本體的故障診斷要按照診斷對象、信息采集、分析處理、故障診斷、治理解決這一順序進行，掌握汽輪機運行狀態(tài)、故障表現，確定設備可靠性，明確整體或者局部異常，對故障原因、性質等進行識別，從而為進行具體解決提供支持。汽輪機本體目前常見故障主要以振動、動靜摩擦、轉子裂紋、軸承潤滑渦動與振動為主，其中轉子不平衡、轉子不對中、動靜摩擦、轉子裂紋、亞異步振動等常見故障發(fā)生率高達95％以上，對這些故障進行準確的鑒別、診斷是做好故障處理的關鍵。

目前常用故障診斷方法以狀態(tài)模型辨識法、統計診斷法、模糊診斷法、灰色模型關聯分析法、人工神經網絡診斷法、分形幾何診斷法等為主，不同診斷方法效果、優(yōu)勢各自不一。

圖1 汽輪機結構圖

圖2 汽輪機轉子結構圖

2.2 轉子不平衡故障診斷與處理

汽輪機轉子振動有相應標準，主要以軸承振動位移峰峰值為評定標準，轉子振動烈度計算公式表述如下：

式中：ω1、ω2、ωn等代表非簡諧振動的各個角頻率，v1、v2、vn代表相應角頻率下的振動速度值，A1、A2、An代表相應角頻率下的振動位移峰值。利用這個公式可計算出汽輪機轉子軸振動的位移峰峰值，考慮到汽輪機機組轉子的振動測量以軸承座入手，振動要通過油膜傳到軸承座，對振動峰值的測定必然會受到油膜剛度、軸承剛度的影響，因此直接測量的轉軸的振動值能夠更加反應振動實質，要根據汽輪機組實際情況酌情選擇合適測量方式以判斷故障性質。

以轉子常見故障轉子不平衡為例進行分析，不平衡故障的出現主要是由于轉子部件缺損或者轉子質量偏心導致，質量偏心是由于制造失誤、裝配誤差、材質不均勻等因素導致，被稱為初始不平衡，部件缺損則是運行過程中轉子磨損、破壞、零部件脫落等原因導致，被稱之為新的轉子不平衡。不平衡故障主要特征為振動時域波形為正弦波，頻譜圖中諧波能量集中于基頻，當Ω＜ωn時振幅隨著Ω的增大而增大，Ω＞ωn時振幅逐漸趨于較小的穩(wěn)定值，Ω越接近于ωn時越容易發(fā)生共振，振幅達到最大峰值。

轉子振動的強烈程度對工作轉速變化較為敏感，質量偏心會導致矢量域始終穩(wěn)定在某一個允許的范圍內。轉子不平衡故障的診斷可采用局部均值分解法或者經驗模態(tài)分解法等，以結果為診斷依據判斷不平衡的發(fā)生原因，比如轉子旋轉幾何體行裝不對稱或者重心不再旋轉軸線上，轉子內部或外部加工不當導致質量分布不均，轉軸上零件配合面粗糙或者配合過松，軸上轉動部件有配合間隙，材料有氣孔、變形、磨損、厚度不均、焊接不當等缺陷，轉子加工與裝配有誤差，或者動平衡方法不對等，以上這些都可能造成轉子不平衡，要結合診斷數據進行排除，并最終確定故障性質與根源解決問題。

2.3 故障實例處理對策

某火力發(fā)電廠汽輪機工作轉速3000r/min，額定電流1375a，頻率50Hz，汽輪機為單缸、沖動、雙抽、凝汽式汽輪機，轉子與發(fā)電機轉子分別用兩道軸承支撐，剛性聯軸器鏈接。該汽輪機使用一段后2#、3#軸瓦振動超標，且不斷惡化，推力瓦溫度明顯增高，嚴重威脅機組安全運行，通過采取降負荷運行有所改善。

通過仔細監(jiān)測振動情況對機組升速過程進行測試，以波德圖觀察轉速與轉動之間的關系，轉子存在的原始一階不平衡量較小，隨后進行并網帶負荷運行，隨著負荷的增大振動最高達到97μm，且工頻震動增加，3#、4#在這一過程中也有上升趨勢，穩(wěn)定負荷運行中振動在93～97μm之間變化。最大符合條件下，對汽輪機的振動數據進行采集并觀察對照，結果發(fā)現2#軸瓦垂直方向振動較大，3#軸瓦水平方向振動較大，判斷機組振動為一倍頻振動加少量二倍頻振動，分析其故障原因可能為轉子彎曲（或暫時彎曲）、轉子初始不平衡、部件脫落等。對汽輪機轉子進行快速停機減負荷實驗以確定是否存在熱變形，結果發(fā)現振動無突變，排除轉子熱彎曲可能，同時2#、3#振動仍然超標，故障可定性為轉子質量不平衡問題。在確定問題之后，在不拆汽輪機外缸的情況下可應用計算軟件獲得轉子靠近3#瓦側配重數據，通過多次數據計算檢驗獲得最佳配重，處理完畢后還要按照檢修前的測點位置應用相同傳感器、儀表儀器等進行振動二次測量，根據測量結果表現確定問題是否解決，并在初期運行時做振動監(jiān)測，以確保汽輪機完全恢復良好運行狀態(tài)，故障徹底解決。

3 結束語

綜上所述，火力發(fā)電廠汽輪機運行直接關系到安全生產與經濟效益目標的實現，汽輪機本體作為故障頻發(fā)的重點部位，要做好故障診斷、檢修與排除，提升設備運維質量、減少故障損失，確保火力發(fā)電廠汽輪機組的正常運行。

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TM621

A

1004-7344（2016）02-0226-02

2015-12-28

余弦斐（1982-），男，漢族，四川樂山人，助理工程師，大專，主要從事工作和研究方向是火電發(fā)電廠汽機檢修方面。