火電廠汽輪機(jī)運(yùn)行存在的問(wèn)題及處理措施探討

石磊

陜西德源府谷能源有限公司，中國(guó)·陜西 榆林 719407

1 引言

汽輪機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式蒸汽動(dòng)力裝置，在現(xiàn)代火力發(fā)電廠中發(fā)揮著重要作用。

汽輪機(jī)的工作原理是：高溫高壓蒸汽穿過(guò)固定噴嘴成為加速的氣流后噴射到葉片上，使裝有葉片排的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)外做功。汽輪機(jī)由兩大部分構(gòu)成，分別是靜止部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分。靜止部分包括汽缸、靜葉柵、軸承、汽封及進(jìn)汽部分；轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括聯(lián)軸器、動(dòng)葉片、主軸等[1]。汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，運(yùn)行環(huán)境也相對(duì)復(fù)雜，因此在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)各種問(wèn)題。下面對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行中的問(wèn)題及處理措施做具體分析。

2 汽輪機(jī)運(yùn)行存在的問(wèn)題及處理措施

2.1 汽輪機(jī)異常振動(dòng)

2.1.1 故障原因

汽輪機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，其的振動(dòng)頻率、振動(dòng)幅度等也會(huì)相應(yīng)改變。導(dǎo)致汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)故障的原因較多，如轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。轉(zhuǎn)子上的裝配部件在設(shè)計(jì)與加工上存在問(wèn)題，質(zhì)量不過(guò)關(guān)，內(nèi)孔與轉(zhuǎn)子中心不同心，最終引起汽輪機(jī)的異常振動(dòng)。轉(zhuǎn)子上的葉片段落，或葉片在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)后出現(xiàn)嚴(yán)重的不對(duì)稱(chēng)磨損，也是導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)的重要原因[2]。轉(zhuǎn)子鍛件加工工藝不良，在加工過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)大的殘余變形，引起轉(zhuǎn)子永久性撓曲，并引起整個(gè)汽輪機(jī)的異常振動(dòng)。調(diào)查研究可知，轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是引起汽輪機(jī)異常振動(dòng)的主因，大部分振動(dòng)異常故障都是由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起。因轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而出現(xiàn)的振動(dòng)異常故障由以下特點(diǎn)：振幅與不平衡質(zhì)量成正比，振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻率相同，振幅及相位始終保持常數(shù)。轉(zhuǎn)子彎曲也是引起汽輪機(jī)異常振動(dòng)的一個(gè)重要原因。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽輪機(jī)中的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生永久性彎曲時(shí)，汽輪機(jī)的振動(dòng)幅度、振動(dòng)頻率等會(huì)出現(xiàn)異常，且振動(dòng)幅度在通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)有明顯的增大。汽輪機(jī)在啟動(dòng)、關(guān)閉過(guò)程中，若出現(xiàn)冷卻不均勻或加熱不均勻問(wèn)題，就會(huì)引起彈性彎曲問(wèn)題，進(jìn)而引發(fā)汽輪機(jī)異常振動(dòng)。中心不正也會(huì)引起汽輪機(jī)異常振動(dòng)。中心不正的表現(xiàn)有：轉(zhuǎn)子軸線中心不在一條直線上。轉(zhuǎn)子軸線中心之所以不在一條直線上，原因可能是在安裝時(shí)沒(méi)有做好找中心的工作，也可能是蒸汽管道熱膨脹補(bǔ)償不足、汽缸熱膨脹受阻等。由中心不正引起的異常振動(dòng)故障有如下特點(diǎn)：振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同，振動(dòng)波形呈正弦波，機(jī)組異常振動(dòng)與機(jī)組工況之間沒(méi)有明顯關(guān)系。汽流激振也是引起汽輪機(jī)振動(dòng)頻率、振動(dòng)幅度等參數(shù)變化的重要原因。汽流激振有以下特征：汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)會(huì)對(duì)振動(dòng)頻率及振動(dòng)幅度產(chǎn)生較大影響；汽流激振現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大值的低頻分量[3]。

2.1.2 處理措施

對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)異常故障，要根據(jù)具體的故障原因采用針對(duì)性解決方法，以確保故障能得到盡快消除。具體如下：

因轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的異常振動(dòng)問(wèn)題，由于出現(xiàn)的頻率較高，且有明顯的特征，所以檢修人員需根據(jù)特征對(duì)故障原因做出判斷，對(duì)故障點(diǎn)加以確定，然后通過(guò)更換轉(zhuǎn)子等措施盡快消除故障。對(duì)于因轉(zhuǎn)子受熱不均勻等引起的振動(dòng)故障，工作人員需重啟或關(guān)閉汽輪機(jī)，或者是將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)低，延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間，使轉(zhuǎn)子溫度均勻，熱彎曲現(xiàn)象消除，最終達(dá)到消除異常振動(dòng)故障的目的。因中心不正引起的異常振動(dòng)問(wèn)題，工作人員可根據(jù)故障表現(xiàn)（如振動(dòng)波形、振動(dòng)頻率、機(jī)組工況有無(wú)變化）等首先確定故障原因與故障位置，然后對(duì)轉(zhuǎn)子軸線進(jìn)行調(diào)整，對(duì)汽缸熱膨脹補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行調(diào)整等，通過(guò)解決各項(xiàng)不足來(lái)消除機(jī)組故障，恢復(fù)機(jī)組正常運(yùn)行。對(duì)于汽流激振問(wèn)題，工作人員在平時(shí)要加強(qiáng)觀測(cè)，注意收集機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)，繪制成觀測(cè)曲線，借助曲線更好地掌握機(jī)組振動(dòng)情況與運(yùn)行狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上有目的地改變汽輪機(jī)不同負(fù)荷時(shí)的高壓調(diào)速汽門(mén)的重疊特性，消除汽流激振。

2.2 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件脫落

2.2.1 故障原因

汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)部件脫落故障。導(dǎo)致該故障發(fā)生的原因有：

振動(dòng)特性不合格，有關(guān)部件材質(zhì)不過(guò)關(guān)或者是設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致在使用過(guò)程中出現(xiàn)脫落問(wèn)題；部件加工工藝不過(guò)關(guān)，加工質(zhì)量不合格，也會(huì)影響后期的使用，導(dǎo)致脫落故障發(fā)生概率變大；動(dòng)靜間隙不合理，間隙過(guò)小，轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重的碰撞摩擦現(xiàn)象，引起過(guò)大振動(dòng)，最終造成部件脫落；隔板安裝不合規(guī)范，給后期的使用埋下了隱患；汽輪機(jī)在搬運(yùn)或起吊過(guò)程中，因不規(guī)范的操作導(dǎo)致葉片受損，增大了部件異常脫落的可能性；中心孔堵頭，平衡塊安裝質(zhì)量不過(guò)關(guān)，引起部件異常脫落[4]。

2.2.2 故障處理措施

在處理轉(zhuǎn)子部件脫落故障時(shí)，要根據(jù)具體的故障原因采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理，以確保設(shè)備故障能盡快且徹底消除。具體如下：

對(duì)材料質(zhì)量不過(guò)關(guān)或設(shè)計(jì)不過(guò)關(guān)、工藝不良等原因出現(xiàn)的轉(zhuǎn)子部件脫落故障，要及時(shí)更換葉片，更換葉片時(shí)對(duì)新葉片的質(zhì)量做詳細(xì)檢查，防止后續(xù)再發(fā)生此類(lèi)故障。對(duì)蒸汽品質(zhì)不良引起轉(zhuǎn)子部件脫落的故障，及時(shí)更換損壞葉片并對(duì)其他部位進(jìn)行檢查，葉片更換結(jié)束后進(jìn)行調(diào)試，確保汽輪機(jī)恢復(fù)正常。針對(duì)因動(dòng)靜間隙不符合標(biāo)準(zhǔn)而引起的轉(zhuǎn)子部件脫落問(wèn)題，要及時(shí)更換損壞葉片，并按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)動(dòng)靜間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，使汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙符合標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)因平衡塊安裝質(zhì)量不過(guò)關(guān)而引起的轉(zhuǎn)子部件脫落問(wèn)題，更換損壞葉片同時(shí)對(duì)產(chǎn)生松動(dòng)的平衡塊進(jìn)行緊固，使故障徹底消除。對(duì)因中心孔堵頭安裝質(zhì)量不良引起的轉(zhuǎn)子部件脫落問(wèn)題，更換損壞葉片同時(shí)對(duì)中心孔堵頭重新做安裝處理，使設(shè)備故障徹底消除[5]。

2.3 軸瓦溫度過(guò)高

2.3.1 故障原因

火電廠汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)軸瓦溫度過(guò)高的問(wèn)題。根據(jù)相關(guān)研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，汽輪機(jī)軸瓦溫度過(guò)高問(wèn)題多與以下原因有關(guān)：汽輪機(jī)測(cè)溫?zé)崤汲霈F(xiàn)問(wèn)題。潤(rùn)滑油損耗過(guò)多，油量減小導(dǎo)致摩擦嚴(yán)重，最終引起軸瓦溫度升高。汽輪機(jī)所用潤(rùn)滑油性能質(zhì)量存在問(wèn)題，無(wú)法發(fā)揮出應(yīng)有的作用。汽輪機(jī)軸承間隙不合理，間隙過(guò)小或軸承損壞，進(jìn)而引起軸瓦溫度過(guò)高問(wèn)題。汽輪機(jī)軸向推力增大或止推軸承組裝不合理，組裝質(zhì)量不過(guò)關(guān)，引起軸承的異常摩擦，最終導(dǎo)致汽輪機(jī)軸瓦溫度異常升高。汽輪機(jī)供油溫度不合理，供油溫度過(guò)高[6]。

2.3.2 處理措施

對(duì)汽輪機(jī)軸瓦溫度過(guò)高問(wèn)題，可采取以下措施加以防治：當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)軸瓦溫度過(guò)高問(wèn)題后，及時(shí)檢查各熱偶，對(duì)不正?；虿环弦蟮臒崤紖?shù)進(jìn)行調(diào)整校正，從而消除汽輪機(jī)故障。問(wèn)題出現(xiàn)后，安排人員對(duì)冷卻水的流量及壓力進(jìn)行檢查如果發(fā)現(xiàn)冷卻水流量過(guò)小或壓力過(guò)低，應(yīng)及時(shí)調(diào)整，若情況特殊，還可使用備用油冷器促進(jìn)汽輪機(jī)軸瓦溫度降低。汽輪機(jī)的儲(chǔ)油箱進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查泵的工作情況及油位如果油位異常低，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)足，如果經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)油系統(tǒng)閥門(mén)開(kāi)度不合理或系統(tǒng)存在漏油問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)一步查明原因并做針對(duì)性處理，要盡快讓故障消除。發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)軸瓦溫度異常后，對(duì)軸承做詳細(xì)檢查，查看軸承是否磨損嚴(yán)重，如果發(fā)現(xiàn)軸承存在問(wèn)題就應(yīng)及時(shí)修理或更換。對(duì)汽輪機(jī)的工作狀況做整體的檢查分析，尤其是重點(diǎn)檢查止推軸承，根據(jù)檢查結(jié)果消除軸承磨損、軸承間隙過(guò)小等問(wèn)題，使汽輪機(jī)盡快恢復(fù)正常。安排人員認(rèn)真檢查軸封漏氣情況，如果發(fā)現(xiàn)軸封不嚴(yán)，漏氣量較大，就應(yīng)及時(shí)更換氣封，以使軸瓦溫度盡快恢復(fù)正常。

2.4 汽輪機(jī)軸位移增加

2.4.1 故障原因

研究可知，汽輪機(jī)軸位移增加問(wèn)題多與以下原因有關(guān)：汽輪機(jī)運(yùn)行年限過(guò)長(zhǎng)，性能已大大下降，且汽輪機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，最終導(dǎo)致汽輪機(jī)出現(xiàn)軸位移增加。汽輪機(jī)排氣壓力不合理，排氣壓力長(zhǎng)期處于較高狀態(tài)。汽輪機(jī)的蒸汽壓力與蒸汽溫度不夠穩(wěn)定，波動(dòng)較大，在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中蒸汽壓力與溫度突然降低或流量突然增加，進(jìn)而引起軸位移增加。汽輪機(jī)的負(fù)荷增加過(guò)快，葉片流道內(nèi)蒸汽加速度、軸向分速度瞬時(shí)增大，軸向力增加。汽輪機(jī)的聯(lián)軸器內(nèi)外齒間結(jié)垢嚴(yán)重，引起聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)異常。汽輪機(jī)聯(lián)軸器中間套筒竄量太小，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)轉(zhuǎn)子的軸向力傳給另一個(gè)轉(zhuǎn)子，進(jìn)而引起軸位移加大。汽輪機(jī)的軸位移探頭零位未得到科學(xué)的調(diào)整或探頭本身存在性能問(wèn)題，在后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中引起汽輪機(jī)軸位移增加。

2.4.2 解決措施

對(duì)汽輪機(jī)軸位移增加問(wèn)題，采用以下措施進(jìn)行防范與處理：當(dāng)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)軸位移增加后，先將機(jī)組負(fù)荷降低，讓機(jī)組負(fù)荷處于正常范圍。安排人員對(duì)蒸汽參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如果蒸汽參數(shù)過(guò)高，將其調(diào)整到正常值。對(duì)汽輪機(jī)的加負(fù)荷速度進(jìn)行控制，防止加負(fù)荷速度過(guò)高。檢查汽輪機(jī)推力盤(pán)如果發(fā)現(xiàn)推力盤(pán)受損，及時(shí)更換，并進(jìn)一步查找軸承座變形原因，根據(jù)具體原因采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理。對(duì)汽輪機(jī)的各密封間隙進(jìn)行檢查并調(diào)整，使各密封間隙正常，汽輪機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)密封不會(huì)出現(xiàn)摩擦問(wèn)題。

3 火電廠汽輪機(jī)運(yùn)維建議

①制定運(yùn)維檢修制度，定期進(jìn)行大檢與小檢，通過(guò)檢查及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患并進(jìn)行處理，防止故障影響擴(kuò)大。

②做好基礎(chǔ)的運(yùn)維與保養(yǎng)工作，對(duì)汽輪機(jī)定期清潔，防止灰塵在汽輪機(jī)內(nèi)部累積。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，灰塵會(huì)損壞設(shè)備，當(dāng)汽輪機(jī)內(nèi)部積塵過(guò)多時(shí)，設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)許多運(yùn)行問(wèn)題。因此，在汽輪機(jī)使用期間必須高度重視衛(wèi)生清潔工作，要安排人員及時(shí)清除設(shè)備內(nèi)外積塵，保持設(shè)備清潔。在使用汽輪機(jī)前，工作人員應(yīng)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行檢查并清潔，確保不存在異物堵塞情況。除此之外，在使用過(guò)程中要及時(shí)打掃汽輪機(jī)運(yùn)行環(huán)境，延長(zhǎng)汽輪機(jī)使用年限。

③應(yīng)用現(xiàn)代檢修技術(shù)構(gòu)建更智能的檢修運(yùn)維體系，有效提升汽輪機(jī)運(yùn)維管理水平，提高汽輪機(jī)工作能力。如在當(dāng)前背景下火電廠可應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、傳感器及軟件等構(gòu)建智能化汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)與系統(tǒng)，對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行智能化監(jiān)測(cè)與數(shù)字化控制，做好數(shù)據(jù)采集、傳輸及分析工作，以得到更加可靠的計(jì)量檢定結(jié)果。智能化汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。采用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)，在設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)布設(shè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，使用定位技術(shù)、視頻識(shí)別技術(shù)等，對(duì)汽輪機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行捕捉記錄，將汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與詳細(xì)記錄。在互聯(lián)網(wǎng)背景下，可分階段逐步打造一套覆蓋變電站的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠內(nèi)汽輪機(jī)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)與智能化管理。在網(wǎng)絡(luò)條件滿足后，通過(guò)智能手機(jī)，PAD 等移動(dòng)終端在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、調(diào)控與管理，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一智能化管理。

④打造一支高能力高素質(zhì)的設(shè)備運(yùn)維隊(duì)伍。設(shè)備檢修管理人員的能力素質(zhì)、業(yè)務(wù)水平等是影響設(shè)備檢修保養(yǎng)效率的一個(gè)重要因素。故而當(dāng)前應(yīng)當(dāng)完善設(shè)備檢修保養(yǎng)隊(duì)伍，提高檢修保養(yǎng)隊(duì)伍的工作能力與業(yè)務(wù)水平，為汽輪機(jī)的正常運(yùn)行提供保障?；痣姀S可挑選有資質(zhì)、有能力、有經(jīng)驗(yàn)、有責(zé)任心的專(zhuān)業(yè)人員開(kāi)展汽輪機(jī)檢修運(yùn)維工作，確保汽輪機(jī)能得到專(zhuān)業(yè)、規(guī)范的管理。除此之外，平時(shí)也要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備保養(yǎng)與管理人員的教育培訓(xùn)，通過(guò)定期的教育培訓(xùn)強(qiáng)化工作人員責(zé)任意識(shí)，提高其能力素質(zhì)，為設(shè)備檢修管理工作的開(kāi)展打好基礎(chǔ)。對(duì)于設(shè)備維修管理人員自身來(lái)說(shuō)，要提高對(duì)自身的要求，增強(qiáng)自身責(zé)任意識(shí)及進(jìn)度意識(shí)，在工作中做到積極負(fù)責(zé)，努力進(jìn)取，不故意拖延進(jìn)度，遇到問(wèn)題及時(shí)上報(bào)及解決，為汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，論文分析探討了汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)調(diào)速器不能控制、軸位移增加、異常振動(dòng)、軸瓦溫度過(guò)高這四大故障，探討了故障發(fā)生原因，并論述了具體的處理對(duì)策。在此基礎(chǔ)上，論文還提出了幾項(xiàng)關(guān)于汽輪機(jī)的運(yùn)維建議，包括制定運(yùn)維檢修制度、做好基礎(chǔ)的運(yùn)維與保養(yǎng)工作、構(gòu)建智能化監(jiān)測(cè)運(yùn)維體系、打造高能力高素質(zhì)運(yùn)維隊(duì)伍等。