汽輪機(jī)通流部分的動(dòng)靜摩擦

閆青，羅霄 ，徐朝林，李東

汽輪機(jī)的動(dòng)靜摩擦故障是一類(lèi)常見(jiàn)事故，由于這種事故發(fā)生在汽缸內(nèi)，無(wú)法直接觀察，因此只能根據(jù)事故的原因、現(xiàn)象進(jìn)行判斷。余熱發(fā)電中控操作員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程要求操作，開(kāi)機(jī)時(shí)要充分暖管、暖機(jī)、排盡疏水，按規(guī)定時(shí)間升速；機(jī)組運(yùn)行時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鍋爐的監(jiān)控，保證鍋爐水位為正常值。

1 汽輪機(jī)動(dòng)靜摩擦的現(xiàn)象

（1）機(jī)組的振動(dòng)增大，甚至強(qiáng)烈振動(dòng)。這是最直觀的現(xiàn)象，監(jiān)控機(jī)組振動(dòng)的瓦振會(huì)明顯上升，并出現(xiàn)報(bào)警，尤其是1號(hào)、2號(hào)瓦振。引起機(jī)組振動(dòng)的動(dòng)靜摩擦也是多方面的，它又分軸向摩擦和徑向摩擦兩種。

（2）前后汽封處產(chǎn)生火花。這種火花主要是通流部分的部件損壞或硬質(zhì)雜物進(jìn)入通流部分引起的。

（3）汽缸內(nèi)部有金屬摩擦的聲音。這種聲音是在機(jī)組的周而復(fù)始的轉(zhuǎn)動(dòng)中，到某一固定點(diǎn)處的“嚓嚓”聲。

（4）有大軸撓度指示表計(jì)的機(jī)組，指示值將增大或超限，中控和現(xiàn)場(chǎng)均發(fā)出報(bào)警聲。

（5）若推力軸承損壞，則推力瓦溫度及推力瓦回油溫度均會(huì)升高，軸向位移和脹差的指示值均可能超標(biāo)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

（6）上下汽缸溫差急劇增大，溫差超過(guò)50°C，并將繼續(xù)增大。

2 汽輪機(jī)通流部分動(dòng)靜摩擦產(chǎn)生原因

造成汽輪機(jī)動(dòng)靜摩擦的事故原因是多方面的，因此操作員在運(yùn)行中要根據(jù)具體的現(xiàn)象來(lái)判斷發(fā)生摩擦的原因，以便“對(duì)癥下藥”，采取最好的措施，將事故發(fā)生的可能縮至最小范圍。

（1）動(dòng)靜間隙安裝、檢修調(diào)整不當(dāng)。在汽輪機(jī)的安裝過(guò)程中，沒(méi)有全面考慮各種因素的影響，未能制定出合理的動(dòng)靜間隙，在汽輪機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，汽缸的熱應(yīng)力和熱變形以及各受力部件的機(jī)械變形，必然會(huì)引起動(dòng)靜間隙的變化。因此，需要檢修人員在安裝和檢修過(guò)程中進(jìn)行認(rèn)真檢查和調(diào)整。如果間隙調(diào)整不當(dāng)，就會(huì)引起動(dòng)靜摩擦。

（2）動(dòng)靜部件加熱或冷卻膨脹不均勻。對(duì)汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，相對(duì)于轉(zhuǎn)子，汽缸質(zhì)量比較大，但受熱面比較小，即轉(zhuǎn)子和汽缸的質(zhì)面比相差較大。在啟動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子加熱和膨脹的速度比汽缸快，這樣就會(huì)產(chǎn)生膨脹差值，即脹差，如果脹差超過(guò)軸向的動(dòng)靜間隙，就會(huì)在軸向產(chǎn)生動(dòng)靜摩擦。另外，由于上下汽缸散熱和保溫條件等不同因素，上下汽缸也將產(chǎn)生溫差，汽缸法蘭內(nèi)外受熱條件不同也會(huì)產(chǎn)生溫差，這些溫差會(huì)使汽缸變形，從而改變動(dòng)靜部分的間隙分配。當(dāng)間隙變化值大于動(dòng)靜間隙時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)靜摩擦。此外，如果在運(yùn)行中滑銷(xiāo)系統(tǒng)工作失常或汽缸變形，也會(huì)導(dǎo)致汽缸和轉(zhuǎn)子偏心而造成動(dòng)靜摩擦。

（3）受力部件機(jī)械變形超過(guò)允許值。通流部分的受力部件如隔板、葉輪等由于設(shè)計(jì)剛度不足或在異常工況下運(yùn)行，將導(dǎo)致工作應(yīng)力增加，會(huì)使這些部件產(chǎn)生過(guò)大的變形，從而造成嚴(yán)重的動(dòng)靜摩擦事故。

（4）推力軸承、軸瓦或主軸承、軸瓦損壞。由于推力瓦或支撐軸瓦的損壞，轉(zhuǎn)子隨之產(chǎn)生大量的軸向和幅向位移，從而產(chǎn)生動(dòng)靜摩擦，中控操作員可以監(jiān)測(cè)到瓦溫和回油溫度的不正常。

（5）機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng)。引起機(jī)組振動(dòng)的原因很多，機(jī)組的振動(dòng)，會(huì)使轉(zhuǎn)軸也隨之強(qiáng)烈振動(dòng)，軸振動(dòng)的振幅超出幅向動(dòng)靜間隙時(shí)，將產(chǎn)生動(dòng)靜摩擦。

（6）轉(zhuǎn)子套裝部件松動(dòng)有位移。當(dāng)轉(zhuǎn)子套裝部件的松動(dòng)位移超過(guò)規(guī)定的軸向間隙時(shí)，會(huì)造成動(dòng)靜摩擦，而這種摩擦將帶來(lái)沖擊和剛度變化等現(xiàn)象。

（7）通流部分的部件損壞或硬質(zhì)雜物進(jìn)入通流部分。通流部分的部件因受振動(dòng)或其他原因影響發(fā)生變形或損壞、脫落等，一旦遇到轉(zhuǎn)軸上的圍帶、葉片和鉚釘頭之類(lèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件就會(huì)產(chǎn)生摩擦，這種摩擦雖不可能造成轉(zhuǎn)軸的熱變形，但它能使葉片、圍帶等部件受到摩擦力，使轉(zhuǎn)軸受到與旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩，從而引起反向的自激振動(dòng)。

（8）在轉(zhuǎn)子彎曲或汽缸嚴(yán)重變形的情況下強(qiáng)行盤(pán)車(chē)。這種情況主要發(fā)生在汽輪機(jī)停運(yùn)后，此時(shí)聲音也比較大。

（9）汽缸法蘭加熱裝置使用不當(dāng)。合理使用汽缸和法蘭加熱裝置可以減小脹差，避免動(dòng)靜部分摩擦，但如果加熱過(guò)度，會(huì)使法蘭外壁溫度高于內(nèi)壁，使汽缸產(chǎn)生危險(xiǎn)的變形，或左右法蘭加熱不均等，均會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的動(dòng)靜摩擦事故。這在余熱發(fā)電遇到較少，因?yàn)橛酂釞C(jī)組一般是低溫低壓機(jī)組，沒(méi)有加熱裝置，中控操作員在開(kāi)始暖機(jī)時(shí)，把握好進(jìn)汽量、合理加熱汽缸和法蘭即可避免。

（10）停機(jī)后，在汽缸溫度較高時(shí)，由于某種原因使冷水進(jìn)入汽缸，導(dǎo)致高溫狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子下側(cè)接觸到冷水，局部驟然冷卻，出現(xiàn)很大的上下缸溫差而產(chǎn)生熱變形。據(jù)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)轉(zhuǎn)子上下溫差達(dá)到105～200℃時(shí)，會(huì)造成大軸彎曲。轉(zhuǎn)子金屬溫度越高，越容易造成大軸彎曲。另外一個(gè)原因是轉(zhuǎn)子的原材料存在過(guò)大的內(nèi)應(yīng)力，在較高的溫度下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)后，內(nèi)應(yīng)力逐漸得到釋放，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲變形。這種大軸彎曲也是產(chǎn)生摩擦的主要原因。

3 事故處理及防范措施

通過(guò)各種特征，如機(jī)組振動(dòng)增大、汽缸內(nèi)有金屬摩擦聲或汽封處產(chǎn)生火花等，結(jié)合表計(jì)指示值變化判斷確實(shí)發(fā)生這種事故時(shí)，應(yīng)果斷地故障停機(jī)，不要采取降負(fù)荷和降轉(zhuǎn)速的方法繼續(xù)暖機(jī)，以免延誤停機(jī)時(shí)間而擴(kuò)大事故，加劇設(shè)備的損壞。停機(jī)時(shí)要記錄轉(zhuǎn)子的惰走時(shí)間，靜止后要進(jìn)行手動(dòng)盤(pán)車(chē)。如果無(wú)法盤(pán)車(chē)，不要強(qiáng)行盤(pán)，必須全面分析研究，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，必要時(shí)需揭缸檢查。

為了防止汽輪機(jī)動(dòng)靜摩擦事故，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，主要有以下幾個(gè)方面。

（1）運(yùn)行人員要根據(jù)機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)真分析轉(zhuǎn)子和汽缸的膨脹特點(diǎn)和變化規(guī)律，制定有效的防范措施，并熟練掌握和控制脹差的方法。也就是說(shuō)中控操作員應(yīng)能夠掌握熱態(tài)、冷態(tài)機(jī)組的膨脹情況和時(shí)間，并摸索出相應(yīng)的規(guī)律，及時(shí)調(diào)整機(jī)組的進(jìn)汽量。

（2）認(rèn)真檢查調(diào)整通流部分的間隙，根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況和檢查結(jié)果，分析鑒定動(dòng)靜間隙的合理性，必要時(shí)對(duì)規(guī)定值做適當(dāng)修改，使之適應(yīng)正常的運(yùn)行需要，同時(shí)要求機(jī)組具備調(diào)整脹差的必要設(shè)備手段，如汽封溫度的調(diào)整手段，也可以利用檢修機(jī)會(huì)測(cè)出動(dòng)靜間隙，分析是否合理，再做調(diào)整。

（3）加強(qiáng)啟動(dòng)、停機(jī)和工況變化時(shí)對(duì)脹差的監(jiān)視，注意對(duì)脹差的控制和調(diào)整。尤其是當(dāng)水泥廠有兩條生產(chǎn)線，若一條生產(chǎn)線停止運(yùn)行，進(jìn)汽量、壓力、溫度都發(fā)生變化時(shí)，脹差也會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)監(jiān)測(cè)其變化值是否在正常的范圍內(nèi)。

（4）在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制上下汽缸的溫差和法蘭內(nèi)外壁溫差，不能超限，以防汽缸變形造成動(dòng)靜摩擦。在沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，對(duì)凝汽器冷卻水系統(tǒng)的啟動(dòng)早晚和出口電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)度的大小，以及汽輪機(jī)排氣室噴水裝置的啟停，都應(yīng)考慮到對(duì)上下缸溫差的影響，規(guī)程中也應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定不能超過(guò)50°C，超過(guò)時(shí)，嚴(yán)禁升速過(guò)臨界。

（5）注意監(jiān)視轉(zhuǎn)子的撓曲度。運(yùn)行人員在啟動(dòng)前和啟動(dòng)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視轉(zhuǎn)子的撓度指示，不得超限。

（6）嚴(yán)格控制蒸汽參數(shù)的變化，以防發(fā)生水沖擊損壞推力瓦。主蒸汽溫度的突降是水沖擊的主要特征，水擊事故是一種惡性事故，如處理不及時(shí)，易損壞汽輪機(jī)本體。通常情況下，發(fā)生水擊時(shí)，主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥的閥桿、法蘭、軸封處可能會(huì)冒白汽，主蒸汽溫度會(huì)直線下降，這時(shí)應(yīng)立即拉閘停機(jī)。

（7）加強(qiáng)對(duì)葉片的安全監(jiān)督，防止葉片及其連接件的斷落。

（8）嚴(yán)格控制機(jī)組振動(dòng)，機(jī)組超限的機(jī)組不允許長(zhǎng)期運(yùn)行，要及時(shí)確認(rèn)振動(dòng)的來(lái)源，一旦超過(guò)規(guī)定值，要及時(shí)降負(fù)荷運(yùn)行，直到振動(dòng)恢復(fù)到規(guī)定值內(nèi)；如果在降負(fù)荷的過(guò)程中，振動(dòng)仍有上漲趨勢(shì)，應(yīng)通知現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員解列發(fā)電機(jī)，在解列的過(guò)程中，轉(zhuǎn)速下降，觀察振動(dòng)的消缺情況，如果仍未消缺，應(yīng)立即拉閘。

總之，操作員在運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視所有的參數(shù)，按操作規(guī)程操作。■