論發(fā)電廠汽輪機(jī)常見故障分析與排除

新疆維吾爾自治區(qū)石河子市天瑞能源有限公司 李 林

火力發(fā)電作為當(dāng)今主要發(fā)電模式之一，它的生產(chǎn)安全高效直接影響人民生活的方方面面,也直接影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是關(guān)系到民生的重要社會(huì)單位。因此，汽輪機(jī)正常工作的意義也是不言而喻的，但在實(shí)際生產(chǎn)中汽輪機(jī)由于其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，內(nèi)部有著相當(dāng)多的零部件組成，汽輪機(jī)在電廠中作業(yè)大都處于高壓力、高溫等相當(dāng)極端環(huán)境且長(zhǎng)時(shí)間的工作，在這種環(huán)境下汽輪機(jī)極易出現(xiàn)故障，影響了火電廠的正常工作，因此做好汽輪機(jī)的預(yù)防、檢修及保養(yǎng)對(duì)于火電廠是否能夠正常運(yùn)行起決定性作用。

1 火力發(fā)電廠汽輪機(jī)的概念

1.1 汽輪機(jī)工作原理

汽輪機(jī)作為火電廠中常見的電力生產(chǎn)設(shè)備，它的主要原理是將鍋爐生產(chǎn)的蒸汽能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，它之所以被廣泛應(yīng)用，就是因其具有使用時(shí)間長(zhǎng)、轉(zhuǎn)換率高、功率大等優(yōu)點(diǎn)，汽輪機(jī)在工作長(zhǎng)態(tài)時(shí)，主要的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是不斷的進(jìn)行排汽與抽汽，使蒸汽中的熱能不斷的轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生的機(jī)械能再經(jīng)過(guò)設(shè)備轉(zhuǎn)換成電力輸送到各地，滿足人們生產(chǎn)生活的用電需求[1]。

1.2 汽輪機(jī)的分類

單級(jí)汽輪機(jī)。是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一個(gè)極汽輪機(jī)，它只有一排噴嘴和一排列動(dòng)葉片；復(fù)速級(jí)汽輪機(jī)。是由單級(jí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)變而來(lái)，但性質(zhì)仍是單級(jí)汽輪機(jī)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有兩排以上的列動(dòng)葉片，習(xí)慣稱做速度級(jí)汽輪機(jī)[2]；多級(jí)汽輪機(jī)。隨著時(shí)代的進(jìn)步，單級(jí)汽輪機(jī)或復(fù)速級(jí)汽輪機(jī)已不能滿足生產(chǎn)需求，這就促使人們研究更加高效的汽輪機(jī)。經(jīng)過(guò)科學(xué)家的不斷探索多級(jí)汽輪機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，它能夠更加有效得利用進(jìn)氣量和蒸汽的理想焓量，能夠利用蒸汽焓量每一級(jí)，具有單機(jī)內(nèi)效率高、功率大的特點(diǎn)。

按蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)流動(dòng)方向分類：軸流式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)內(nèi)部蒸汽與軸轉(zhuǎn)方向平行流動(dòng)；輻流式汽輪機(jī)。指蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)流動(dòng)的方向與汽輪機(jī)軸相垂直的汽輪機(jī)；周流式汽輪機(jī)。蒸汽在汽輪機(jī)中既不是沿軸線方向流動(dòng)、也不是沿輻向流動(dòng)，而是沿圓周方向。

按汽缸的數(shù)目分類：?jiǎn)巍㈦p缸汽輪機(jī)。單缸汽輪機(jī)就是只有一個(gè)氣缸工作的汽輪機(jī)。雙缸汽輪機(jī)有高低兩個(gè)汽缸，蒸汽先進(jìn)入高壓剛再進(jìn)入低壓缸，二者之間用連軸器連接[3]；多缸汽輪機(jī)。隨著生產(chǎn)要求的提高，一個(gè)氣缸或兩個(gè)汽缸的汽輪機(jī)已不能滿足生產(chǎn)需求，因此研究出更加效率的三缸和多缸汽輪機(jī)，把汽輪機(jī)內(nèi)部分成高中低等多個(gè)層級(jí)，利用蒸汽不同等級(jí)能量差異進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

1.3 汽輪機(jī)的組成結(jié)構(gòu)

汽輪機(jī)包括轉(zhuǎn)動(dòng)部分（葉柵、葉輪、轉(zhuǎn)子、主軸和聯(lián)軸器及緊固件等旋轉(zhuǎn)部件）以及固定部分，包括氣缸、蒸汽室、噴嘴室、隔板、隔板套、汽封、軸承、軸承座、機(jī)座、滑銷系統(tǒng)以及有關(guān)緊固零件等。

2 火力發(fā)電廠汽輪機(jī)的常見故障

汽輪機(jī)不正常的振動(dòng)。是汽輪機(jī)出現(xiàn)故障中比較常見的一種故障，而發(fā)生這種不正常振動(dòng)的主要原因有：一是組裝機(jī)器、檢修設(shè)備技術(shù)出現(xiàn)差錯(cuò)，轉(zhuǎn)子中心或動(dòng)靜設(shè)備之間的縫隙沒(méi)有調(diào)整好而引發(fā)的振動(dòng)；二是汽水的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，導(dǎo)致汽輪機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子、葉片結(jié)垢，動(dòng)靜的平衡被破壞；三是汽輪機(jī)的零部件發(fā)生破損，例如斷葉片、動(dòng)靜摩擦等；四是設(shè)備使用過(guò)程中沒(méi)能很好的控制，例如軸封氣壓、氣溫控制不當(dāng)?shù)取?/p>

汽輪機(jī)的超速。汽輪機(jī)是在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)境下運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備，機(jī)械設(shè)備的原動(dòng)件就是汽輪機(jī)，因此汽輪機(jī)要在很大的外力矩下工作，同時(shí)汽輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)，它的調(diào)節(jié)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)紊亂，則會(huì)不正常的增大汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果，這將使機(jī)械承受前所未有的使用壓力。會(huì)使得軸承破損、轉(zhuǎn)子斷裂、葉片脫落，更嚴(yán)重的還會(huì)使整個(gè)機(jī)組的損壞，造成重大的安全事故[4]。

汽輪機(jī)油的超標(biāo)。汽輪機(jī)的油使用在汽輪機(jī)動(dòng)靜部分的，它主要起到潤(rùn)滑和支撐的作用，若是潤(rùn)滑油浮化油模就不能形成。若是油顆粒度超標(biāo)，油中雜質(zhì)就會(huì)堵住頂軸油系統(tǒng)，從而導(dǎo)致動(dòng)靜部件的嚴(yán)重受損。

汽輪機(jī)真空系統(tǒng)的問(wèn)題。汽輪機(jī)有一個(gè)真空系統(tǒng)，此系統(tǒng)在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的故障是：低真空運(yùn)行、冷卻管泄露，一旦發(fā)生這些故障，就會(huì)發(fā)生機(jī)組的非正常停止，甚至導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的降低。

3 火力發(fā)電廠汽輪機(jī)的檢修方法

3.1 汽輪機(jī)易發(fā)故障機(jī)理的分析

要保證汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，就要掌握汽輪機(jī)可能出現(xiàn)的故障機(jī)理。因此，分析研究汽輪機(jī)的故障機(jī)理，是提高汽輪機(jī)故障診斷領(lǐng)域中的一個(gè)基礎(chǔ)的研究工作。目前，主要從汽輪機(jī)故障發(fā)生的規(guī)律和發(fā)生前的征兆等方面來(lái)進(jìn)行的研究。

對(duì)汽輪機(jī)的故障分析的方法較多，其中利用頻譜分析是設(shè)備故障診斷中最常使用的方法。研究噪聲的頻譜是為了深入了解噪聲源的特性，幫助尋找主要的噪聲污染源，為噪聲控制提供依據(jù)。常用的頻譜是功率譜和幅值譜分析。功率譜分析是表示振動(dòng)功率隨振動(dòng)頻率的分布情況，這從物理意義分析比較清楚。幅值譜表示對(duì)應(yīng)于各頻率的諧波振動(dòng)分量所具有的振幅，這在應(yīng)用時(shí)顯得比較直觀，其中幅值譜上的譜線高度就是該頻率分量的振幅大小。

利用頻譜分析的目的，就是將設(shè)備可能構(gòu)成信號(hào)的各種頻率成分都分解開來(lái)，以便于振源的識(shí)別。進(jìn)行頻譜分析首先要了解頻譜的構(gòu)成依據(jù)故障推理方式的不同，對(duì)頻譜構(gòu)成的了解可按不同層次進(jìn)行：第一，首先要從高、中、低頻段進(jìn)行分析，初步了解主故障發(fā)生的部位[5]；第二，還要從工頻、超諧波、次諧波進(jìn)行分析，這樣就可以用以確定轉(zhuǎn)子發(fā)生故障的范圍。

在分析幅值譜的變化時(shí)，可以觀察譜峰的變化狀況，要確定它們是單調(diào)增大、單調(diào)減少、還是波動(dòng)或無(wú)固定趨勢(shì)。還應(yīng)確定哪些譜峰是同步變化的、哪些譜峰沒(méi)有發(fā)生變化、是否有新的頻率成分出現(xiàn)、是否有新的頻率成分出現(xiàn)，以及轉(zhuǎn)子同一部分各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)之間、或相近部位各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)之間振動(dòng)譜上的相互聯(lián)系，各種變化的快慢等，這樣就可以掌握對(duì)汽輪機(jī)故障的診斷。

3.2 對(duì)汽輪機(jī)缸體裂紋補(bǔ)焊技術(shù)

從一定程度上來(lái)說(shuō)，裂紋的挖除是整個(gè)補(bǔ)焊工作當(dāng)中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)中如果出現(xiàn)裂紋挖除不干凈的情況，那么在焊接的過(guò)程中由于受到各種影響，裂紋可能會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展，最終導(dǎo)致補(bǔ)焊工作完成之后補(bǔ)焊的位置再次出現(xiàn)開裂，因此在坡口制備之前應(yīng)該向運(yùn)用表面探傷檢測(cè)確保裂紋挖除干凈。在坡口制備的過(guò)程中應(yīng)該堅(jiān)持減少焊接應(yīng)力以及填充金屬量少的原則，在坡口的選擇方面優(yōu)先選擇U 型或者是方圓形，內(nèi)部應(yīng)該無(wú)明顯的棱角，坡度應(yīng)該大于10°，還要將坡口表面的各種雜質(zhì)清理干凈，一直到金屬光澤出現(xiàn)為止。

一般來(lái)說(shuō)會(huì)選擇直流逆變焊機(jī)，而焊接材料選擇ECrNiF-3焊絲或者INCONEL182焊條，焊條在投入使用之前要先在250℃的高溫下烘焙兩個(gè)小時(shí)，在烘焙完成之后焊接時(shí)要將焊條放入手保溫筒當(dāng)中以便于隨時(shí)取用。

為了能夠有效地減緩焊接之后的冷卻速度，要將工件放置于火焰上方1cm 之上進(jìn)行均勻加熱，而加熱的溫度要控制在80℃到100℃之間，而預(yù)熱控制范圍的標(biāo)準(zhǔn)是不小于坡口兩側(cè)30cm，要運(yùn)用紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)溫度[6]。

根據(jù)《汽輪機(jī)鑄鋼件補(bǔ)焊技術(shù)導(dǎo)則》的相關(guān)要求，可以采取熱補(bǔ)焊、異質(zhì)冷補(bǔ)焊以及熱補(bǔ)焊這三種方式。首先可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)這三種方式的可行性進(jìn)行探究。可以針對(duì)實(shí)際具體情況對(duì)這三個(gè)方法的可行性加以研究。

首先對(duì)熱補(bǔ)焊的方法加以研究，在焊接工作進(jìn)行以前通常要先進(jìn)行加熱處理，在焊接工作進(jìn)行以后要進(jìn)行熱處理，預(yù)熱溫度通常在250～300℃。但是因?yàn)闅飧椎膬?nèi)部容積非常大而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以整個(gè)工件中最薄的部分也可以超過(guò)110mm，在現(xiàn)場(chǎng)就很難可以達(dá)到這種要求，而且如果使用局部熱處理的方式很容易就會(huì)導(dǎo)致氣缸的溫度局部發(fā)生變化，熱處理的效果得不到保障，嚴(yán)重影響到結(jié)合面的密封性。

其次就是同質(zhì)冷補(bǔ)焊這種方法主要是以石墨型藥皮作為鑄鐵焊條，但是這種方法很容易受到焊接條件以及焊接位置的影響而出現(xiàn)不能自由收縮的情況，所以人們經(jīng)常會(huì)在焊接區(qū)域發(fā)現(xiàn)白口組織，這一方法對(duì)焊前預(yù)熱、焊后緩冷以及焊件溫度都有一定的梯度要求，同樣也不適用。

最后就是異質(zhì)冷補(bǔ)焊技術(shù)，它的焊縫是奧氏體組織，它在焊接的熱循環(huán)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)相變。這種方法從理論層面上來(lái)說(shuō)對(duì)預(yù)熱以及焊后熱處理沒(méi)有要求。采用這種方式能夠更好地簡(jiǎn)化工藝，使得工件的變形應(yīng)力能夠大大降低，最終符合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。由此可見，在綜合比對(duì)之后，應(yīng)該采用異質(zhì)冷補(bǔ)焊對(duì)高中壓缸體裂紋挖除后進(jìn)行補(bǔ)焊的技術(shù)。

3.3 對(duì)汽輪機(jī)超速的預(yù)防方法

首先，要嚴(yán)格的按要求對(duì)調(diào)速系統(tǒng)中的高中壓主氣門、調(diào)門嚴(yán)密性做調(diào)整與測(cè)試；其次，要定期調(diào)試抽氣系統(tǒng)逆止門、高排逆上門；最后要確保保安系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)保安系統(tǒng)、電超速、機(jī)械超速分別進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)，若汽輪機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)超速問(wèn)題，保安系統(tǒng)要果斷做出打閘停止機(jī)械運(yùn)行。

3.4 對(duì)汽輪機(jī)油的調(diào)整方法

認(rèn)真的監(jiān)測(cè)對(duì)汽輪機(jī)油化試驗(yàn)及管理，要嚴(yán)格檢查油質(zhì)乳化及顆粒度超標(biāo)的問(wèn)題，并按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行過(guò)濾及油系統(tǒng)的檢查。操作員要嚴(yán)格的調(diào)整控制軸封汽系統(tǒng)和小機(jī)密封水系統(tǒng)，防止汽水進(jìn)入油中破壞油質(zhì)。合理的對(duì)抽油煙系統(tǒng)做出調(diào)試，在不給汽輪機(jī)帶來(lái)太大壓力的情況下，確保油煙及時(shí)抽走，以免空氣中的雜質(zhì)污染了汽輪機(jī)的油的品質(zhì)。

3.5 對(duì)汽輪機(jī)的真空系統(tǒng)的檢修方法

機(jī)組在對(duì)凝汽器鋼管全面檢修時(shí)，要對(duì)鋼管結(jié)垢和焊接縫隙的情況做出全面的檢查，若發(fā)生此情況的事故時(shí)，要及時(shí)投入凝結(jié)水噴水系統(tǒng)，若情況嚴(yán)重時(shí)，還可以損壞真空系統(tǒng)停止運(yùn)行，注意要是通循環(huán)水時(shí)，凝氣器排氣溫度必須是在50℃以下方能通循環(huán)水。要定期進(jìn)行真空系統(tǒng)的調(diào)試，對(duì)不合格的機(jī)組進(jìn)行系統(tǒng)排查，注意要在停機(jī)后再排查罐水檢查。在最佳的真空情況下，要嚴(yán)格的對(duì)循泵運(yùn)行方式啟停進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證膠球清洗裝置能正常的投運(yùn)。

3.6 主汽閥門的運(yùn)行方式的優(yōu)化

采取各種措施來(lái)保證調(diào)門可靠運(yùn)行，措施有：調(diào)節(jié)門閥座，進(jìn)行相應(yīng)的改造，改變相應(yīng)的配合方式，避免由于松脫發(fā)生危險(xiǎn)；定期對(duì)主汽門、調(diào)門活動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)，減少閥門卡頓，減少液壓部套的侵蝕；對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)視及調(diào)整。制定整套調(diào)門解決方案，增加順序閥運(yùn)行的可靠性，提高汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3.7 控制凝結(jié)器

凝結(jié)器與汽輪機(jī)的運(yùn)行時(shí)限密切相關(guān)。調(diào)節(jié)凝結(jié)器使其在真空狀態(tài)下達(dá)到最佳，會(huì)提高

汽輪機(jī)運(yùn)行的工作效率，有助于汽輪機(jī)動(dòng)能的大幅度提升，減少汽輪機(jī)運(yùn)行的熱損耗，延長(zhǎng)汽輪機(jī)的使用壽命。相關(guān)的工作人員一定要做好凝結(jié)器的控制工作，讓其工作狀態(tài)達(dá)到最佳，定期檢查凝結(jié)器的使用情況，參照使用現(xiàn)狀，確保其在真空條件下具有良好的密封性。重視凝結(jié)器管道內(nèi)的水質(zhì)情況，檢測(cè)射水泵是否正常運(yùn)行。最后要盡可能增加凝水器的冷卻面積，保證冷卻面積足夠的大，冷卻時(shí)間也足夠長(zhǎng)，有效提升汽輪機(jī)運(yùn)行中凝結(jié)器的工作效率。

綜上，火力發(fā)電廠能否安全、有效的運(yùn)行關(guān)系到千家萬(wàn)戶的正常生活，更關(guān)系到我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而汽輪機(jī)在火力發(fā)電中扮演著重要角色，它的正常、高效的運(yùn)行，在火電廠生產(chǎn)中起決定性作用，因而作為管理、維修汽輪機(jī)的工程師的技術(shù)水平，直接影響火電廠的正常運(yùn)行和效益，不斷的加強(qiáng)管理，增強(qiáng)維修、保養(yǎng)汽輪機(jī)技術(shù)水平，是我們?nèi)粘９ぷ髦幸獣r(shí)刻思考的問(wèn)題。