余弦斐

（貴州黔桂發(fā)電有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553531）

探析汽輪機(jī)本體常見故障及處理對策

余弦斐

（貴州黔桂發(fā)電有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553531）

火力發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)維管理至關(guān)重要，汽輪機(jī)本體作為故障高發(fā)部位，要加強(qiáng)故障診斷與處理，以提升機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量。本文介紹了汽輪機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)，以轉(zhuǎn)子不平衡為例探討了汽輪機(jī)本體常見故障及處理對策，希望能為汽輪機(jī)故障檢修排除提供參考。

汽輪機(jī)；本體；故障；診斷；對策

汽輪機(jī)作為火力發(fā)電廠運(yùn)行中不必可少的大型設(shè)備，其工作運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量、效率直接關(guān)系到電廠正常生產(chǎn)與運(yùn)行，關(guān)系到設(shè)備運(yùn)行人員的安全，關(guān)系到企業(yè)生產(chǎn)效益，做好火電廠汽輪機(jī)的管理與檢修至關(guān)重要。日常運(yùn)行生產(chǎn)中汽輪機(jī)本體較常發(fā)生各類故障，針對各類故障的表現(xiàn)、性質(zhì)應(yīng)職稱外語用針對性處理對策予以解決，是確?；鹆Πl(fā)電廠汽輪機(jī)設(shè)備順利運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 汽輪機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)

1.1 工作原理

汽輪機(jī)本身是一種基于蒸汽動力做功的旋轉(zhuǎn)式熱力原動機(jī)，具有高效率、大功率、損耗低、運(yùn)行安全等諸多優(yōu)勢，運(yùn)行中振動小、噪音小，調(diào)速方便，且機(jī)體本身結(jié)構(gòu)簡單運(yùn)行維護(hù)難度小，因此備受火力發(fā)電廠青睞。

汽輪機(jī)通過轉(zhuǎn)化蒸汽熱能獲得機(jī)械能，汽輪機(jī)運(yùn)行中，蒸汽通過環(huán)形噴嘴、動葉等配置實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，從而完成做功活動，目前較常使用的汽輪機(jī)主要以沖動式、反動式為主。沖動式汽輪機(jī)運(yùn)行中蒸汽在噴嘴中膨脹后壓力、速度發(fā)生變化完成動能轉(zhuǎn)化，其中高速汽流經(jīng)過動葉片時方向改變實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)做功。反動式汽輪機(jī)通過葉輪前后壓力差在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生軸向推力，配合轉(zhuǎn)子前部的平衡活塞、聯(lián)絡(luò)管等實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸向推力平衡。

1.2 結(jié)構(gòu)

汽輪機(jī)主要結(jié)構(gòu)以汽輪機(jī)本體、調(diào)節(jié)保安裝置、輔助設(shè)備三部分為主（見圖1）。汽輪機(jī)本體主要由靜體（即固定部分，汽缸、噴嘴、隔板、汽封等）、轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動部分如軸、葉輪、葉片等）、軸承（支承部分）構(gòu)成。以關(guān)鍵部位轉(zhuǎn)子為例，其是汽輪機(jī)本體所有可轉(zhuǎn)動部件的組合體，以主軸、葉輪、葉片等部件為主，轉(zhuǎn)子在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中受到高溫高壓蒸汽作用，高速狀態(tài)下受離心力、振動等狀態(tài)影響，較容易出現(xiàn)故障（如圖2）。

2 汽輪機(jī)本體常見故障及處理對策

2.1 汽輪機(jī)本體故障診斷

汽輪機(jī)本體的故障診斷要按照診斷對象、信息采集、分析處理、故障診斷、治理解決這一順序進(jìn)行，掌握汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障表現(xiàn)，確定設(shè)備可靠性，明確整體或者局部異常，對故障原因、性質(zhì)等進(jìn)行識別，從而為進(jìn)行具體解決提供支持。汽輪機(jī)本體目前常見故障主要以振動、動靜摩擦、轉(zhuǎn)子裂紋、軸承潤滑渦動與振動為主，其中轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子不對中、動靜摩擦、轉(zhuǎn)子裂紋、亞異步振動等常見故障發(fā)生率高達(dá)95％以上，對這些故障進(jìn)行準(zhǔn)確的鑒別、診斷是做好故障處理的關(guān)鍵。

目前常用故障診斷方法以狀態(tài)模型辨識法、統(tǒng)計診斷法、模糊診斷法、灰色模型關(guān)聯(lián)分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法、分形幾何診斷法等為主，不同診斷方法效果、優(yōu)勢各自不一。

圖1 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖2 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

2.2 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷與處理

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，主要以軸承振動位移峰峰值為評定標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)子振動烈度計算公式表述如下：

式中：ω1、ω2、ωn等代表非簡諧振動的各個角頻率，v1、v2、vn代表相應(yīng)角頻率下的振動速度值，A1、A2、An代表相應(yīng)角頻率下的振動位移峰值。利用這個公式可計算出汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸振動的位移峰峰值，考慮到汽輪機(jī)機(jī)組轉(zhuǎn)子的振動測量以軸承座入手，振動要通過油膜傳到軸承座，對振動峰值的測定必然會受到油膜剛度、軸承剛度的影響，因此直接測量的轉(zhuǎn)軸的振動值能夠更加反應(yīng)振動實(shí)質(zhì)，要根據(jù)汽輪機(jī)組實(shí)際情況酌情選擇合適測量方式以判斷故障性質(zhì)。

以轉(zhuǎn)子常見故障轉(zhuǎn)子不平衡為例進(jìn)行分析，不平衡故障的出現(xiàn)主要是由于轉(zhuǎn)子部件缺損或者轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心導(dǎo)致，質(zhì)量偏心是由于制造失誤、裝配誤差、材質(zhì)不均勻等因素導(dǎo)致，被稱為初始不平衡，部件缺損則是運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子磨損、破壞、零部件脫落等原因?qū)е拢环Q之為新的轉(zhuǎn)子不平衡。不平衡故障主要特征為振動時域波形為正弦波，頻譜圖中諧波能量集中于基頻，當(dāng)Ω＜ωn時振幅隨著Ω的增大而增大，Ω＞ωn時振幅逐漸趨于較小的穩(wěn)定值，Ω越接近于ωn時越容易發(fā)生共振，振幅達(dá)到最大峰值。

轉(zhuǎn)子振動的強(qiáng)烈程度對工作轉(zhuǎn)速變化較為敏感，質(zhì)量偏心會導(dǎo)致矢量域始終穩(wěn)定在某一個允許的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)子不平衡故障的診斷可采用局部均值分解法或者經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法等，以結(jié)果為診斷依據(jù)判斷不平衡的發(fā)生原因，比如轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)幾何體行裝不對稱或者重心不再旋轉(zhuǎn)軸線上，轉(zhuǎn)子內(nèi)部或外部加工不當(dāng)導(dǎo)致質(zhì)量分布不均，轉(zhuǎn)軸上零件配合面粗糙或者配合過松，軸上轉(zhuǎn)動部件有配合間隙，材料有氣孔、變形、磨損、厚度不均、焊接不當(dāng)?shù)热毕?，轉(zhuǎn)子加工與裝配有誤差，或者動平衡方法不對等，以上這些都可能造成轉(zhuǎn)子不平衡，要結(jié)合診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行排除，并最終確定故障性質(zhì)與根源解決問題。

2.3 故障實(shí)例處理對策

某火力發(fā)電廠汽輪機(jī)工作轉(zhuǎn)速3000r/min，額定電流1375a，頻率50Hz，汽輪機(jī)為單缸、沖動、雙抽、凝汽式汽輪機(jī)，轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子分別用兩道軸承支撐，剛性聯(lián)軸器鏈接。該汽輪機(jī)使用一段后2#、3#軸瓦振動超標(biāo)，且不斷惡化，推力瓦溫度明顯增高，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行，通過采取降負(fù)荷運(yùn)行有所改善。

通過仔細(xì)監(jiān)測振動情況對機(jī)組升速過程進(jìn)行測試，以波德圖觀察轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動之間的關(guān)系，轉(zhuǎn)子存在的原始一階不平衡量較小，隨后進(jìn)行并網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行，隨著負(fù)荷的增大振動最高達(dá)到97μm，且工頻震動增加，3#、4#在這一過程中也有上升趨勢，穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行中振動在93～97μm之間變化。最大符合條件下，對汽輪機(jī)的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并觀察對照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2#軸瓦垂直方向振動較大，3#軸瓦水平方向振動較大，判斷機(jī)組振動為一倍頻振動加少量二倍頻振動，分析其故障原因可能為轉(zhuǎn)子彎曲（或暫時彎曲）、轉(zhuǎn)子初始不平衡、部件脫落等。對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行快速停機(jī)減負(fù)荷實(shí)驗(yàn)以確定是否存在熱變形，結(jié)果發(fā)現(xiàn)振動無突變，排除轉(zhuǎn)子熱彎曲可能，同時2#、3#振動仍然超標(biāo)，故障可定性為轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡問題。在確定問題之后，在不拆汽輪機(jī)外缸的情況下可應(yīng)用計算軟件獲得轉(zhuǎn)子靠近3#瓦側(cè)配重數(shù)據(jù)，通過多次數(shù)據(jù)計算檢驗(yàn)獲得最佳配重，處理完畢后還要按照檢修前的測點(diǎn)位置應(yīng)用相同傳感器、儀表儀器等進(jìn)行振動二次測量，根據(jù)測量結(jié)果表現(xiàn)確定問題是否解決，并在初期運(yùn)行時做振動監(jiān)測，以確保汽輪機(jī)完全恢復(fù)良好運(yùn)行狀態(tài)，故障徹底解決。

3 結(jié)束語

綜上所述，火力發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行直接關(guān)系到安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，汽輪機(jī)本體作為故障頻發(fā)的重點(diǎn)部位，要做好故障診斷、檢修與排除，提升設(shè)備運(yùn)維質(zhì)量、減少故障損失，確保火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組的正常運(yùn)行。

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TM621

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1004-7344（2016）02-0226-02

2015-12-28

余弦斐（1982-），男，漢族，四川樂山人，助理工程師，大專，主要從事工作和研究方向是火電發(fā)電廠汽機(jī)檢修方面。