論發(fā)電廠汽輪機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,也直接影響我國經(jīng)濟的發(fā)展，是關系到民生的重要社會單位。因此，汽輪機正常工作的意義也是不言而喻的，但在實際生產(chǎn)中汽輪機由于其結(jié)構(gòu)非常復雜，內(nèi)部有著相當多的零部件組成，汽輪機在電廠中作業(yè)大都處于高壓力、高溫等相當極端環(huán)境且長時間的工作，在這種環(huán)境下汽輪機極易出現(xiàn)故障，影響了火電廠的正常工作，因此做好汽輪機的預防、檢修及保養(yǎng)對于火電廠是否能夠正常運行起決定性作用。

1 火力發(fā)電廠汽輪機的概念

1.1 汽輪機工作原理

汽輪機作為火電廠中常見的電力生產(chǎn)設備，它的主要原理是將鍋爐生產(chǎn)的蒸汽能轉(zhuǎn)換成機械能，它之所以被廣泛應用，就是因其具有使用時間長、轉(zhuǎn)換率高、功率大等優(yōu)點，汽輪機在工作長態(tài)時，主要的運動過程是不斷的進行排汽與抽汽，使蒸汽中的熱能不斷的轉(zhuǎn)換成機械能，產(chǎn)生的機械能再經(jīng)過設備轉(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 汽輪機的分類

單級汽輪機。是結(jié)構(gòu)最簡單的一個極汽輪機，它只有一排噴嘴和一排列動葉片；復速級汽輪機。是由單級汽輪機轉(zhuǎn)變而來，但性質(zhì)仍是單級汽輪機，它的結(jié)構(gòu)特點是具有兩排以上的列動葉片，習慣稱做速度級汽輪機[2]；多級汽輪機。隨著時代的進步，單級汽輪機或復速級汽輪機已不能滿足生產(chǎn)需求，這就促使人們研究更加高效的汽輪機。經(jīng)過科學家的不斷探索多級汽輪機應運而生，它能夠更加有效得利用進氣量和蒸汽的理想焓量，能夠利用蒸汽焓量每一級，具有單機內(nèi)效率高、功率大的特點。

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

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

1.3 汽輪機的組成結(jié)構(gòu)

汽輪機包括轉(zhuǎn)動部分（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、機座、滑銷系統(tǒng)以及有關緊固零件等。

2 火力發(fā)電廠汽輪機的常見故障

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

汽輪機的超速。汽輪機是在高速轉(zhuǎn)動的環(huán)境下運行的機械設備，機械設備的原動件就是汽輪機，因此汽輪機要在很大的外力矩下工作，同時汽輪機在運行時，它的調(diào)節(jié)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)紊亂，則會不正常的增大汽輪機的轉(zhuǎn)動速度，會導致非常嚴重的后果，這將使機械承受前所未有的使用壓力。會使得軸承破損、轉(zhuǎn)子斷裂、葉片脫落，更嚴重的還會使整個機組的損壞，造成重大的安全事故[4]。

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

汽輪機真空系統(tǒng)的問題。汽輪機有一個真空系統(tǒng)，此系統(tǒng)在運行中經(jīng)常出現(xiàn)的故障是：低真空運行、冷卻管泄露，一旦發(fā)生這些故障，就會發(fā)生機組的非正常停止，甚至導致機組運行經(jīng)濟性的降低。

3 火力發(fā)電廠汽輪機的檢修方法

3.1 汽輪機易發(fā)故障機理的分析

要保證汽輪機的安全運行，就要掌握汽輪機可能出現(xiàn)的故障機理。因此，分析研究汽輪機的故障機理，是提高汽輪機故障診斷領域中的一個基礎的研究工作。目前，主要從汽輪機故障發(fā)生的規(guī)律和發(fā)生前的征兆等方面來進行的研究。

對汽輪機的故障分析的方法較多，其中利用頻譜分析是設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功率隨振動頻率的分布情況，這從物理意義分析比較清楚。幅值譜表示對應于各頻率的諧波振動分量所具有的振幅，這在應用時顯得比較直觀，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，就是將設備可能構(gòu)成信號的各種頻率成分都分解開來，以便于振源的識別。進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，對頻譜構(gòu)成的了解可按不同層次進行：第一，首先要從高、中、低頻段進行分析，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，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、還是波動或無固定趨勢。還應確定哪些譜峰是同步變化的、哪些譜峰沒有發(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)子同一部分各測點振動之間、或相近部位各測點的振動之間振動譜上的相互聯(lián)系，各種變化的快慢等，這樣就可以掌握對汽輪機故障的診斷。

3.2 對汽輪機缸體裂紋補焊技術

從一定程度上來說，裂紋的挖除是整個補焊工作當中最為重要的一個環(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，那么在焊接的過程中由于受到各種影響，裂紋可能會繼續(xù)擴展，最終導致補焊工作完成之后補焊的位置再次出現(xiàn)開裂，因此在坡口制備之前應該向運用表面探傷檢測確保裂紋挖除干凈。在坡口制備的過程中應該堅持減少焊接應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)部應該無明顯的棱角，坡度應該大于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。

一般來說會選擇直流逆變焊機，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℃的高溫下烘焙兩個小時，在烘焙完成之后焊接時要將焊條放入手保溫筒當中以便于隨時取用。

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 之上進行均勻加熱，而加熱的溫度要控制在80℃到100℃之間，而預熱控制范圍的標準是不小于坡口兩側(cè)30cm，要運用紅外測溫儀實時地監(jiān)測溫度[6]。

根據(jù)《汽輪機鑄鋼件補焊技術導則》的相關要求，可以采取熱補焊、異質(zhì)冷補焊以及熱補焊這三種方式。首先可以根據(jù)實際情況對這三種方式的可行性進行探究?？梢葬槍嶋H具體情況對這三個方法的可行性加以研究。

首先對熱補焊的方法加以研究，在焊接工作進行以前通常要先進行加熱處理，在焊接工作進行以后要進行熱處理，預熱溫度通常在250～300℃。但是因為氣缸的內(nèi)部容積非常大而且結(jié)構(gòu)復雜，所以整個工件中最薄的部分也可以超過110mm，在現(xiàn)場就很難可以達到這種要求，而且如果使用局部熱處理的方式很容易就會導致氣缸的溫度局部發(fā)生變化，熱處理的效果得不到保障，嚴重影響到結(jié)合面的密封性。

其次就是同質(zhì)冷補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)常會在焊接區(qū)域發(fā)現(xiàn)白口組織，這一方法對焊前預熱、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)冷補焊技術，它的焊縫是奧氏體組織，它在焊接的熱循環(huán)過程中不會出現(xiàn)相變。這種方法從理論層面上來說對預熱以及焊后熱處理沒有要求。采用這種方式能夠更好地簡化工藝，使得工件的變形應力能夠大大降低，最終符合現(xiàn)場的實際情況。由此可見，在綜合比對之后，應該采用異質(zhì)冷補焊對高中壓缸體裂紋挖除后進行補焊的技術。

3.3 對汽輪機超速的預防方法

首先，要嚴格的按要求對調(diào)速系統(tǒng)中的高中壓主氣門、調(diào)門嚴密性做調(diào)整與測試；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)的正常運行，必須按標準對保安系統(tǒng)、電超速、機械超速分別進行嚴格的試驗，若汽輪機在運行中出現(xiàn)超速問題，保安系統(tǒng)要果斷做出打閘停止機械運行。

3.4 對汽輪機油的調(diào)整方法

認真的監(jiān)測對汽輪機油化試驗及管理，要嚴格檢查油質(zhì)乳化及顆粒度超標的問題，并按標準進行過濾及油系統(tǒng)的檢查。操作員要嚴格的調(diào)整控制軸封汽系統(tǒng)和小機密封水系統(tǒng)，防止汽水進入油中破壞油質(zhì)。合理的對抽油煙系統(tǒng)做出調(diào)試，在不給汽輪機帶來太大壓力的情況下，確保油煙及時抽走，以免空氣中的雜質(zhì)污染了汽輪機的油的品質(zhì)。

3.5 對汽輪機的真空系統(tǒng)的檢修方法

機組在對凝汽器鋼管全面檢修時，要對鋼管結(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，要及時投入凝結(jié)水噴水系統(tǒng)，若情況嚴重時，還可以損壞真空系統(tǒng)停止運行，注意要是通循環(huán)水時，凝氣器排氣溫度必須是在50℃以下方能通循環(huán)水。要定期進行真空系統(tǒng)的調(diào)試，對不合格的機組進行系統(tǒng)排查，注意要在停機后再排查罐水檢查。在最佳的真空情況下，要嚴格的對循泵運行方式啟停進行調(diào)節(jié)，保證膠球清洗裝置能正常的投運。

3.6 主汽閥門的運行方式的優(yōu)化

采取各種措施來保證調(diào)門可靠運行，措施有：調(diào)節(jié)門閥座，進行相應的改造，改變相應的配合方式，避免由于松脫發(fā)生危險；定期對主汽門、調(diào)門活動進行試驗，減少閥門卡頓，減少液壓部套的侵蝕；對運行參數(shù)進行嚴格的監(jiān)視及調(diào)整。制定整套調(diào)門解決方案，增加順序閥運行的可靠性，提高汽輪機運行的經(jīng)濟性。

3.7 控制凝結(jié)器

凝結(jié)器與汽輪機的運行時限密切相關。調(diào)節(jié)凝結(jié)器使其在真空狀態(tài)下達到最佳，會提高

汽輪機運行的工作效率，有助于汽輪機動能的大幅度提升，減少汽輪機運行的熱損耗，延長汽輪機的使用壽命。相關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，檢測射水泵是否正常運行。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，冷卻時間也足夠長，有效提升汽輪機運行中凝結(jié)器的工作效率。

綜上，火力發(fā)電廠能否安全、有效的運行關系到千家萬戶的正常生活，更關系到我國的經(jīng)濟發(fā)展，而汽輪機在火力發(fā)電中扮演著重要角色，它的正常、高效的運行，在火電廠生產(chǎn)中起決定性作用，因而作為管理、維修汽輪機的工程師的技術水平，直接影響火電廠的正常運行和效益，不斷的加強管理，增強維修、保養(yǎng)汽輪機技術水平，是我們?nèi)粘９ぷ髦幸獣r刻思考的問題。