分析汽輪機(jī)常見的故障及檢修方法

宋存元　鄧興成　張生旺

摘 要：由于汽輪機(jī)本身結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，這就使平時(shí)的使用、保養(yǎng)和維修存在著一定的困難。因此汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性備受人們的關(guān)注。汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了汽輪機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，如果在啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)期間出現(xiàn)故障，維修的時(shí)間一般較短，不及時(shí)的維修或在有限的時(shí)間內(nèi)未完成維修，都會(huì)直接的影響汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)效率和使用壽命。

關(guān)鍵詞：振動(dòng) 汽缸 轉(zhuǎn)子

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）005-041-02

隨著汽輪機(jī)的使用范圍越來越廣，相關(guān)人士對(duì)汽輪機(jī)的關(guān)注也越來越多。由于汽輪機(jī)本身結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，這就使平時(shí)的使用、保養(yǎng)和維修存在著一定的困難。因此汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性備受人們的關(guān)注。汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了汽輪機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，如果在啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)期間出現(xiàn)故障，維修的時(shí)間一般較短，不及時(shí)的維修或在有限的時(shí)間內(nèi)未完成維修，都會(huì)直接的影響汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)效率和使用壽命。本為將針對(duì)這一現(xiàn)狀，對(duì)汽輪機(jī)常見的故障類型進(jìn)行探討，并分析研究汽輪機(jī)具體的故障診斷和維修方法，進(jìn)一步的研究汽輪機(jī)中氣缸、隔板套、噴咀、隔板、轉(zhuǎn)子等主要部件的診斷檢修技術(shù)。

1 汽輪機(jī)常見故障類型

一般的，在汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中，出現(xiàn)的大部分故障都會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的振動(dòng)異常。通過對(duì)機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象的觀察，對(duì)汽輪機(jī)故障類型總結(jié)如下：

（1）機(jī)組普通強(qiáng)迫振動(dòng)的四個(gè)表現(xiàn)特征：1）汽輪機(jī)的質(zhì)量為達(dá)到平衡，故障的特征變現(xiàn)為振動(dòng)的平衡。2）汽輪機(jī)剛度下降，故障特征表現(xiàn)為結(jié)合面差別震動(dòng)大，發(fā)生部位一般為落地軸承。3）共振現(xiàn)象，故障特征表現(xiàn)在：汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速將要達(dá)到1600r/min時(shí)，會(huì)出現(xiàn)軸承座的振動(dòng)加速上升的現(xiàn)象。4）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子不中對(duì)，故障特征表現(xiàn)為晃度較大。

（2）機(jī)組非正常的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)。與普通的強(qiáng)迫振動(dòng)相比較，非正常強(qiáng)迫振動(dòng)的相位和振動(dòng)幅度都很不穩(wěn)定，故障特征包括：1）汽缸的膨脹不暢。故障的特征體現(xiàn)為，定速后軸承座的振動(dòng)卻逐步的增大。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)和汽缸漲差以及汽缸蓋的膨脹緊密相關(guān)。2）聯(lián)軸器的螺栓松動(dòng)。這一問題的故障特征變現(xiàn)：汽輪機(jī)的晃動(dòng)、振動(dòng)和承載負(fù)荷有關(guān)。3）裂紋轉(zhuǎn)子出現(xiàn)失衡現(xiàn)象，導(dǎo)致裂紋轉(zhuǎn)子本身的晃度和振幅經(jīng)常性的增大。4）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子受熱彎曲，造成這一現(xiàn)象的主要原因是轉(zhuǎn)子的溫度和振動(dòng)為滿足轉(zhuǎn)子的正常要求。5）在勵(lì)磁電流和振動(dòng)的共同作用下，發(fā)電機(jī)的熱彎曲。6）汽輪機(jī)中心孔進(jìn)油。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度加大溫度上升后，振動(dòng)的頻率也隨之增大，使進(jìn)油量越來越多。7）軸承和主軸之間的動(dòng)靜摩擦。在對(duì)其檢修后會(huì)出現(xiàn)發(fā)散性的振動(dòng)波動(dòng)，但這種振動(dòng)與汽輪機(jī)承載的負(fù)荷沒有關(guān)系。

（3）汽輪機(jī)的自激振動(dòng)。自激振動(dòng)是汽輪機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中自身引起的振動(dòng)。故障特征有兩方面的表現(xiàn)：1）汽輪機(jī)在高負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)下，高壓轉(zhuǎn)子的氣流受到激振。2）由于汽缸漲差的不正常和汽缸蓋的膨脹使油膜產(chǎn)生震蕩。

2 對(duì)汽輪機(jī)組運(yùn)行中常見的異常振動(dòng)的排除

（1）汽流激振。汽流激振有兩方面的表現(xiàn)特征：1）較大量值低頻分量的出現(xiàn)。2）運(yùn)行參數(shù)明顯的影響著振動(dòng)的增大。例如負(fù)荷的增大明顯的呈突發(fā)性，造成這種現(xiàn)象的重要原因是，不均勻的氣流來流沖擊著葉片，使汽輪機(jī)發(fā)生汽流激振。特別是對(duì)于大型的汽輪機(jī)組來說，由于其末級(jí)較長(zhǎng)，很可能會(huì)造成膨脹末端產(chǎn)生流道的紊亂，這一問題的存在也是汽輪機(jī)組出現(xiàn)汽流激振的重要原因。針對(duì)這種特別情況，要有與之相對(duì)應(yīng)的措施，可以在汽輪機(jī)不同負(fù)荷作用時(shí)對(duì)高壓調(diào)速汽門進(jìn)行重調(diào)，達(dá)到消除汽流激振的目的?？偨Y(jié)來說就是先對(duì)汽流激振的特征和工作狀態(tài)進(jìn)行確定，然后巧妙的躲開汽流激振產(chǎn)生的負(fù)荷范圍或降低汽輪負(fù)荷的變化率等方式來避免汽流激振。

（2）轉(zhuǎn)子變形是機(jī)組發(fā)生異常振動(dòng)的重要原因之一。轉(zhuǎn)子熱變形的表現(xiàn)特征，導(dǎo)致一倍頻振幅的增加，這是由轉(zhuǎn)子的溫度和蒸汽參數(shù)決定的。這種現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在機(jī)組帶負(fù)荷冷態(tài)啟動(dòng)定速后，在這個(gè)過程中，轉(zhuǎn)子的溫度在不斷的上升，材質(zhì)的內(nèi)應(yīng)力大量的釋放并隨著溫度的不斷上升導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的熱變形，從而使一倍頻增大，同時(shí)會(huì)伴隨設(shè)備的相位變化，轉(zhuǎn)子的彎曲變形是機(jī)組異常振動(dòng)的重要原因之一。對(duì)轉(zhuǎn)子熱變形故障的處理就是及時(shí)的檢查和替換轉(zhuǎn)子，避免振動(dòng)力的產(chǎn)生，從而使機(jī)組的異常振動(dòng)發(fā)生的頻率降低。

（3）汽輪機(jī)的摩擦振動(dòng)。經(jīng)過對(duì)摩擦振動(dòng)的現(xiàn)狀分析可知，轉(zhuǎn)子熱彎曲和變形使新的不平衡力產(chǎn)生，工頻仍然作為振動(dòng)信號(hào)的主頻，會(huì)受到非線性因數(shù)和沖擊力對(duì)其的影響，造成少量分頻、高頻分量、倍頻的出現(xiàn)，波形存在“削頂”的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。同時(shí)在發(fā)生摩擦?xí)r，由于產(chǎn)生振動(dòng)的相位和幅值會(huì)有一定的波動(dòng)，且波動(dòng)的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)摩擦進(jìn)一步嚴(yán)重時(shí)，振動(dòng)的相位和幅值停止波動(dòng)，振幅不斷加劇增大。其次，一旦振動(dòng)的降速超過了臨界值，會(huì)比正常的升速大。機(jī)組運(yùn)行停止后，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，對(duì)大軸的晃度進(jìn)行測(cè)量，會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)量數(shù)值明顯的增大。

3 汽輪機(jī)異常轉(zhuǎn)動(dòng)和異因的產(chǎn)生

（1）振動(dòng)異常。當(dāng)汽輪機(jī)組的振動(dòng)異常并可以清楚的聽到設(shè)備的摩擦聲時(shí)，應(yīng)強(qiáng)行破壞真空，及時(shí)停止機(jī)組的運(yùn)行。當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，機(jī)組產(chǎn)生可疑聲音并伴隨著不太強(qiáng)烈的振動(dòng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)的減輕機(jī)組負(fù)荷，直到振動(dòng)停止。同時(shí)要檢查故障并分析振動(dòng)產(chǎn)生的原因。對(duì)可能造成故障產(chǎn)生的原因總結(jié)如下：潤(rùn)滑油壓的降低；軸承進(jìn)口的油溫偏低或者偏高；汽輪機(jī)汽缸受冷空氣汽流影響發(fā)生單方面的膨脹；軸承出口油溫偏高；主蒸汽機(jī)氣溫過高；主蒸汽的溫度降到了溫蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的程度；

（2）汽輪機(jī)組中凝汽器出現(xiàn)故障導(dǎo)致真空度下降。當(dāng)真空度下降時(shí)，真空表會(huì)有明顯的指示。伴隨著排氣溫度的不斷上升，凝汽器的溫度也隨之上升。在對(duì)這一故障進(jìn)行處理時(shí)，要先對(duì)排氣溫度和排氣壓力進(jìn)行核對(duì)，再對(duì)負(fù)荷進(jìn)行合理的調(diào)整，直至真空度數(shù)恢復(fù)正常。

4 汽輪機(jī)故障檢修方法

引起汽輪機(jī)振動(dòng)的原因有很多，從機(jī)組的整體運(yùn)行狀況來分析，引起震動(dòng)的原因大體相同，即幾乎都是由一個(gè)故障引起的。對(duì)汽輪機(jī)故障的診斷，要從故障的具體表現(xiàn)特征入手。找出故障本身具有的特征，再根據(jù)這些特征表現(xiàn)，分析總結(jié)故障出現(xiàn)的類型。現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)故障診斷方法如下所述：

（1）對(duì)振動(dòng)特征的觀察和具體相關(guān)信息的收集。一般的，振動(dòng)特征分析包含以下內(nèi)容：分析振動(dòng)趨勢(shì)、找出轉(zhuǎn)速和振動(dòng)之間存的聯(lián)系、振動(dòng)頻率分析、振動(dòng)相位和振幅。需要收集的相關(guān)信息包括：汽輪機(jī)的檢修狀況、同行機(jī)組的運(yùn)營(yíng)信息、日常運(yùn)營(yíng)狀況的分析記錄、機(jī)組機(jī)構(gòu)信息等。

（2）對(duì)振動(dòng)特征進(jìn)行觀察和相關(guān)信息收集之后，要對(duì)故障的機(jī)理進(jìn)行認(rèn)真的分析，通過分析研究對(duì)故障的頻譜特征、故障發(fā)生趨勢(shì)特征和其它與其相關(guān)特征進(jìn)行提取，為故障的診斷和維修提供參考依據(jù)。

（3）明確汽輪機(jī)診斷的目的是對(duì)多發(fā)故障的排除，因此，盡量的使診斷方法簡(jiǎn)單高效。

5 對(duì)汽輪機(jī)主要部件的檢修

5.1 檢修汽輪機(jī)汽缸

汽缸是汽輪機(jī)的重要組成部分之一，共分為上下兩個(gè)缸體。氣缸的內(nèi)部構(gòu)件主要有靜葉柵、轉(zhuǎn)子、隔板等。內(nèi)部的真空層可以有效的阻止空氣的進(jìn)入，并以此來提高汽輪機(jī)的可靠性和安全性。對(duì)氣缸的檢修，應(yīng)遵循以下步驟：

（1）拆除儀表。拆除儀表包括兩方面的工作內(nèi)容：拆掉化裝板支架上的所有連接螺絲，但要保證壓條、支架、螺栓不被破壞的情況下，能夠?qū)⑺械幕b板吊去，同時(shí)要有效的保護(hù)化裝班板上的噴漆。除此之外，還要對(duì)化裝板上的裝配序號(hào)進(jìn)行標(biāo)記，所有拆除零件都要定點(diǎn)的擺放，以便更好的裝配。

（2）拆卸汽輪機(jī)的保溫層并不是隨時(shí)都可以進(jìn)行的，需要等到汽缸上缸的溫度降到120℃之后才能夠進(jìn)行，同時(shí)還要小心操作，避免棉紗、木屑等落入保溫層中引起燃燒。

（3）拆除調(diào)速氣門上的所有三腳架螺栓，拿出定位銷，調(diào)走三腳架，之后拆除汽缸前后左右的法蘭螺栓，并要保證操作過程中螺栓不會(huì)出現(xiàn)蠕伸、彎曲、亂扣、毛刺等現(xiàn)象。

（4）在對(duì)導(dǎo)桿進(jìn)行安裝時(shí)，要保證導(dǎo)桿的平滑。為了達(dá)到這一目的，可以在導(dǎo)桿上抹上透平油，之后進(jìn)行對(duì)角的安裝。還要及時(shí)的檢查汽缸的變形狀態(tài)和汽缸的結(jié)合面，對(duì)縱向水平的汽缸水平中分面也要及時(shí)的測(cè)量。第五，檢查各個(gè)重要部件檢修后，組裝汽輪機(jī)的本體部分，檢查操作過程中的各項(xiàng)記錄是否完整，堵住汽缸各個(gè)配合面的空洞，并做記錄，之后貼封條。

5.2 檢修汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子

作為汽輪機(jī)的傳動(dòng)部位，轉(zhuǎn)子在汽輪機(jī)的運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用。其作用原理是通過對(duì)噴咀高溫高壓動(dòng)能的利用，達(dá)到汽輪機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，只有通過回轉(zhuǎn)機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，發(fā)電機(jī)才能高速運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能。對(duì)轉(zhuǎn)子的檢修包括：

（1）對(duì)轉(zhuǎn)子的位置進(jìn)行標(biāo)記，并在軸頸的中部放置水平儀，再對(duì)下軸向的水平度數(shù)認(rèn)真的記錄。比較本次記錄和上次記錄的差距區(qū)別，確保測(cè)量的軸頸揚(yáng)度在規(guī)定的范圍內(nèi)。

（2）靈活運(yùn)用千分表對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行中晃度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量之前要對(duì)千分表的準(zhǔn)確度進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。且測(cè)量前需要先觀察測(cè)量讀數(shù)，然后將測(cè)量后的讀數(shù)與之前記錄的讀數(shù)相比較，觀察兩次讀數(shù)是否一致。一旦兩次讀數(shù)存在著偏差，則需要找出測(cè)量過程中的失誤并要重新測(cè)量。

（3）測(cè)量汽輪機(jī)的動(dòng)靜葉間隙。其測(cè)量的部位是在汽缸結(jié)合面的兩邊，測(cè)量工具是契型塞尺，測(cè)量任務(wù)是對(duì)靜葉出口和動(dòng)葉出口間隙的測(cè)量。測(cè)量之后要注意做詳細(xì)的記錄。

（4）拆除汽輪機(jī)聯(lián)軸器螺栓，將轉(zhuǎn)子吊出。要實(shí)現(xiàn)這一目的，需先拆除聯(lián)軸器的外面的罩殼和緊釘?shù)穆菟ǎ缓蟛鸪畔侣?lián)軸器端的方頭螺栓，并將汽輪機(jī)端和發(fā)電機(jī)端的聯(lián)軸器止口脫開，這一過程中需要注意，不但要控制汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的兩個(gè)止口間的距離，還要檢查聯(lián)軸器的螺栓，防止其出現(xiàn)裂紋。最后一步是對(duì)動(dòng)葉片的清理，對(duì)葉片和葉輪的整修和檢查，以及對(duì)推力盤和軸頸的檢查。

（5）檢修汽輪機(jī)的隔板套、噴咀和隔板。對(duì)于安裝在隔板和蒸汽進(jìn)入汽缸內(nèi)部的入口處的噴咀來說，檢修起來較為麻煩，特別是由于隔板和隔板套在汽缸內(nèi)部的支撐上的安裝，檢修過程如下，先將噴嘴、隔板和導(dǎo)葉環(huán)拆除，其次在進(jìn)行隔板拆除的時(shí)候，先進(jìn)行壓板螺栓的拆除，最后運(yùn)用起吊設(shè)備將個(gè)套板和隔板吊出，在進(jìn)行時(shí)一定要保證起吊操作的平緩安全，拆除導(dǎo)葉環(huán)、壓板和螺絲、吊出導(dǎo)葉環(huán)，再拆除噴嘴后，拆除螺栓，最后完成噴嘴組的吊出。對(duì)汽輪機(jī)隔板靜葉、隔板、隔板套螺絲的檢查。在檢查前要先將隔板清洗干凈拆卸完畢，再利用壓縮空氣吹干表面。清洗工作進(jìn)行時(shí)要注意保護(hù)靜葉片和其他相關(guān)零件免受損害，同時(shí)觀察其便面是否存在裂紋，零件是否松動(dòng)。

6 結(jié)語

本為探討了汽輪機(jī)常見的故障類型，分析研究汽輪機(jī)具體的故障診斷和維修方法，進(jìn)并對(duì)汽輪機(jī)中氣缸、隔板套、噴咀、隔板、轉(zhuǎn)子等主要部件的診斷檢修技術(shù)作了進(jìn)一步的研究。通過先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用，提高了汽輪機(jī)的利用價(jià)值和使用壽命。

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