汽輪機動靜摩擦故障分析及解決措施

劉鐘燕 孫樹華

【摘 ?要】本文分析了汽輪機動靜摩擦產生的原因和危害，并提出了解決措施和建議。

【關鍵詞】汽輪機;動靜摩擦;故障

一 引言

汽輪發電機組運行時會出現轉動部件和靜止部件碰摩。而動靜碰摩會在機組起動和正常運行時引起振動的突然增大。同時碰撞摩擦對自身會造成非常嚴重的危害，嚴重時會引起軸系破壞。因此，對汽輪機動靜摩擦故障原因及解決措施進行分析和研究，有助于避免事故的發生，確保汽輪機正常穩定的運行。

二 汽輪機動靜摩擦引起的危害

高速運轉的汽輪機組如果轉動部分和靜止部分之間產生了摩擦，就會引起熱膨脹、熱變形，進而導致動靜摩擦加重，形成惡性循環，對機組造成嚴重的損壞。其危害主要表現以下幾個方面：

1 葉片斷裂

葉片斷裂分兩種，一種為直接沖擊折斷，比較少見。另外一種經常發生，表現為動靜摩擦導致磨損削弱了強度，或鉚釘頭摩擦損壞，引起圍帶飛脫，破壞了原有振動頻率，在運轉中因共振現象而脫落。

2 葉輪損壞

如果汽輪機轉動部分和靜止部分摩擦嚴重會直接導致葉輪強度的減弱，嚴重的動靜摩擦產生的金屬局部過熱會引起金相組織變化，在材料內部產生內應力，內應力積聚會使金屬由內而外出現裂紋，裂紋的出現使得金屬強度減弱，進而會引起葉輪損壞。

3 隔板變形破裂

汽輪機動靜摩擦會在局部引起過熱，引起附近金屬熱應力發生內變，容易產生裂紋，且裂紋在隔板上呈現輻射狀。動靜摩擦嚴重時會引起隔板嚴重的變形。

4 汽封損壞

汽輪機組動靜摩擦通常會引起汽封片損壞，因現代汽輪機動靜間隙做得都比較小，如果汽輪機裝配不佳或動靜間隙調整不當，汽封齒產生動靜碰磨的可能性就大大增加，嚴重時會導致汽封松動。動靜摩擦產生的熱量，還會使汽封套膨脹，汽封套的膨脹再引起汽輪機組動靜摩擦加劇，惡性循環，加劇汽輪機汽封以及相近轉子的損壞。

三 汽輪機動靜摩擦的原因分析

汽輪機動靜摩擦產生的原因有很多方面，在機組運行過程中要具體情況具體分析，準確判斷產生摩擦的原因，以便采取正確的方法和措施，將事故的嚴重程度控制最低。

1 轉動和靜止部分間隙在安裝和檢修時誤差沒有達到標準要求。在安裝汽輪機組的施工過程中，特別是大修后的機組，多會做汽封間隙的調整，以達到減少級間漏氣，降低汽耗量，提高汽輪機效率的目的，但是這個調整過程中，未能充分考慮冷態和熱態金屬的膨脹變形情況，往往汽封間隙調整過小，啟機熱態沖轉后機組振動比較大，只能讓機組充分碰磨，但這樣汽封的磨損就會加大。因此，調整合適的動靜間隙是減少汽輪機動靜磨損的必要條件，不能過于注重減少級間漏氣而忽略汽輪機的設備安全。

2 動靜部件加熱或冷卻膨脹不均勻。我們知道汽輪機中轉子比汽缸受熱快，這樣加熱或冷卻時容易產生軸向脹差，脹差大到一定程度容易引起軸向間隙減小，進而產生軸向動靜摩擦。

合理控制軸向脹差就可以一定程度避免動靜摩擦。轉子加熱或冷卻的快慢決定了脹差的大小，所以啟停機時控制好蒸汽量和溫度變化是關鍵;此外，上下汽缸散熱和管道布置都將造成上下汽缸間的溫差，使間隙發生變化，從而產生摩擦;另外汽輪機啟動過程中，軸封加熱不當、機組倒暖不當，都會產生上下汽缸溫差，進而帶來摩擦。

3 汽輪機局部機械變形引起動靜摩擦。汽輪機通流部分，如葉輪、隔板、隔板套等，由于設計強度不足、運行工況異常或檢修不當時，將增加金屬內部應力，引起機械變形，造成嚴重的動靜摩擦事故;另外，汽輪機運行過程中發生的滑銷系統卡澀或汽缸疏水不暢產生機械變形，也會產生轉子和汽缸間隙減小而導致動靜摩擦。

4 主軸承、軸瓦或推力軸承、軸瓦損壞。

5 機組的強烈振動。汽輪機機組啟動過程中經常發生振動現象，特別是過臨界轉速時，振動會引起轉軸的大幅度振動，振動的振幅超過間隙值，將會有動靜摩擦現象出現。

6 通流部分有硬質物進入或部件損毀。水質不合格容易在轉動部件上堆積成垢，減小通流面積或氧化皮脫落，引起汽流的自激振動。

7 在轉子彎曲的情況下強行盤車，如果強行盤車會造成動靜摩擦，而且噪音也比較大，正確的方法是先悶缸，然后再逐步手動盤車。

8沒有正確使用汽缸倒暖裝置。對于中壓缸啟動機組而言，汽缸倒暖裝置的正確使用可以減少高中壓缸溫差，進而減少動靜部分產生摩擦。

9機組停運后，汽缸溫度較高，如果此時有冷汽冷水進入汽缸，溫度很高的轉子下側突然受到冷卻，局部溫度會驟然下降，汽缸上下缸溫差會變得很大，造成熱變形。

四 防范措施

為了避免汽輪機動靜摩擦事故的發生，建議從以下幾個方面采取對應的技術措施：

1 了解汽輪機組的動靜間隙調整值和膨脹裕量，掌握脹差變化規規律，編制可行的防護措施。熟悉汽機冷態、熱態啟動的膨脹規律，并能及時調整機組的進汽量、溫升率、真空度以及暖缸時間，避免產生動靜摩擦。

2 仔細測量并合理調整汽輪機通流部分的動靜間隙。每次大修揭缸，一定要論證分析汽輪機轉子和靜子間隙調整的必要性和合理性，使之滿足汽機提高效率的需要，同時做好測量并記錄汽輪機動靜間隙值，提供調整間隙后防止動靜摩擦的保障措施。

3 加強脹差的監視，尤其在汽輪機處于啟動、停機和工況變化狀態時，注意調整和控制汽輪機脹差的變化。當機組處于冷態啟動時，由于交變熱應力和對應的脹差變化都較快，應密切監測其變化值，通過控制進汽量、壓力和溫度等參數的變化調整脹差值在正常范圍內。

4 加強葉片監測。對大修機組，測定汽輪機調頻葉片級的切向頻率，對頻率分散率和共振安全進行評價。對于葉片型面高度大于150mm的葉片，裝前均需測頻，裝于同一葉輪的單個葉片頻率分散率應小于規定值，以防止共振的發生。

5 加強對葉片的安全監督，防止葉片及其連接件的斷落。初裝機組或大修后機組，在動靜葉片裝配前或打磨清理后，逐級逐片地用肉眼、放大鏡或著色探傷等方法仔細檢查，特別對調節級、安全倍率小的級、曾發生過缺陷的級，在型線根部斷面過度區、進出汽邊緣、應力集中處、葉片圍帶鉚釘孔、拉金孔、葉片硬化區等薄弱環節要仔細檢查有無裂紋或損傷變形。

6 密切注意過熱器主蒸汽壓力、溫度等參數值的情況，控制在正常范圍內，避免出現水沖擊事件而導致軸瓦損毀。特別是輔機緊急跳閘時導致機組快速減負荷時易引發水沖擊事件。

7 加強振動監測，嚴格控制機組振動，振動參數超限的機組一定要查出原因，消除振動因素，才能啟動運行。機組啟動過程中，過臨界轉速前，檢查振動與歷史振動值有無變化，若發生振動頻譜變化，一定根據汽機檢修異動項目查找原因，及早排除故障;若暫時查找不到原因，除了增加低速暖機時間外，可以升速過臨界轉速一次，如果過臨界轉速時振動超限，應該停機分析并查找原因，禁止解除保護強行升速，否則容易造成大軸永久彎曲。

五 結論與建議

動靜摩擦屬于汽輪機常見故障，為避免由此造成的損失，建議：初裝機組或大修時要經濟型與安全性兼顧，保證合理動靜間隙，不能為了經濟性而犧牲機組的安全性。汽機啟動過程中，控制好脹差、軸向位移、溫升率、真空度等重要參數，以及軸封加熱、暖缸暖閥。振動參數超限的機組一定要消除振動大因素，才能啟動運行。做好日常汽機技術監督工作，特別機組振動的全方位監測。

（作者單位：1.華能日照電廠;2.中國電建集團海外投資有限公司）