探析汽轮机本体常见故障及处理对策

余弦斐

（贵州黔桂发电有限责任公司 贵州盘县 553531）

探析汽轮机本体常见故障及处理对策

余弦斐

（贵州黔桂发电有限责任公司 贵州盘县 553531）

火力发电厂汽轮机运维管理至关重要，汽轮机本体作为故障高发部位，要加强故障诊断与处理，以提升机组运行质量。本文介绍了汽轮机工作原理与结构，以转子不平衡为例探讨了汽轮机本体常见故障及处理对策，希望能为汽轮机故障检修排除提供参考。

汽轮机；本体；故障；诊断；对策

汽轮机作为火力发电厂运行中不必可少的大型设备，其工作运转质量、效率直接关系到电厂正常生产与运行，关系到设备运行人员的安全，关系到企业生产效益，做好火电厂汽轮机的管理与检修至关重要。日常运行生产中汽轮机本体较常发生各类故障，针对各类故障的表现、性质应职称外语用针对性处理对策予以解决，是确保火力发电厂汽轮机设备顺利运行的关键。

1 汽轮机工作原理与结构

1.1 工作原理

汽轮机本身是一种基于蒸汽动力做功的旋转式热力原动机，具有高效率、大功率、损耗低、运行安全等诸多优势，运行中振动小、噪音小，调速方便，且机体本身结构简单运行维护难度小，因此备受火力发电厂青睐。

汽轮机通过转化蒸汽热能获得机械能，汽轮机运行中，蒸汽通过环形喷嘴、动叶等配置实现能量转化，从而完成做功活动，目前较常使用的汽轮机主要以冲动式、反动式为主。冲动式汽轮机运行中蒸汽在喷嘴中膨胀后压力、速度发生变化完成动能转化，其中高速汽流经过动叶片时方向改变实现旋转做功。反动式汽轮机通过叶轮前后压力差在转子上产生轴向推力，配合转子前部的平衡活塞、联络管等实现转子轴向推力平衡。

1.2 结构

汽轮机主要结构以汽轮机本体、调节保安装置、辅助设备三部分为主（见图1）。汽轮机本体主要由静体（即固定部分，汽缸、喷嘴、隔板、汽封等）、转子（转动部分如轴、叶轮、叶片等）、轴承（支承部分）构成。以关键部位转子为例，其是汽轮机本体所有可转动部件的组合体，以主轴、叶轮、叶片等部件为主，转子在汽轮机运行过程中受到高温高压蒸汽作用，高速状态下受离心力、振动等状态影响，较容易出现故障（如图2）。

2 汽轮机本体常见故障及处理对策

2.1 汽轮机本体故障诊断

汽轮机本体的故障诊断要按照诊断对象、信息采集、分析处理、故障诊断、治理解决这一顺序进行，掌握汽轮机运行状态、故障表现，确定设备可靠性，明确整体或者局部异常，对故障原因、性质等进行识别，从而为进行具体解决提供支持。汽轮机本体目前常见故障主要以振动、动静摩擦、转子裂纹、轴承润滑涡动与振动为主，其中转子不平衡、转子不对中、动静摩擦、转子裂纹、亚异步振动等常见故障发生率高达95％以上，对这些故障进行准确的鉴别、诊断是做好故障处理的关键。

目前常用故障诊断方法以状态模型辨识法、统计诊断法、模糊诊断法、灰色模型关联分析法、人工神经网络诊断法、分形几何诊断法等为主，不同诊断方法效果、优势各自不一。

图1 汽轮机结构图

图2 汽轮机转子结构图

2.2 转子不平衡故障诊断与处理

汽轮机转子振动有相应标准，主要以轴承振动位移峰峰值为评定标准，转子振动烈度计算公式表述如下：

式中：ω1、ω2、ωn等代表非简谐振动的各个角频率，v1、v2、vn代表相应角频率下的振动速度值，A1、A2、An代表相应角频率下的振动位移峰值。利用这个公式可计算出汽轮机转子轴振动的位移峰峰值，考虑到汽轮机机组转子的振动测量以轴承座入手，振动要通过油膜传到轴承座，对振动峰值的测定必然会受到油膜刚度、轴承刚度的影响，因此直接测量的转轴的振动值能够更加反应振动实质，要根据汽轮机组实际情况酌情选择合适测量方式以判断故障性质。

以转子常见故障转子不平衡为例进行分析，不平衡故障的出现主要是由于转子部件缺损或者转子质量偏心导致，质量偏心是由于制造失误、装配误差、材质不均匀等因素导致，被称为初始不平衡，部件缺损则是运行过程中转子磨损、破坏、零部件脱落等原因导致，被称之为新的转子不平衡。不平衡故障主要特征为振动时域波形为正弦波，频谱图中谐波能量集中于基频，当Ω＜ωn时振幅随着Ω的增大而增大，Ω＞ωn时振幅逐渐趋于较小的稳定值，Ω越接近于ωn时越容易发生共振，振幅达到最大峰值。

转子振动的强烈程度对工作转速变化较为敏感，质量偏心会导致矢量域始终稳定在某一个允许的范围内。转子不平衡故障的诊断可采用局部均值分解法或者经验模态分解法等，以结果为诊断依据判断不平衡的发生原因，比如转子旋转几何体行装不对称或者重心不再旋转轴线上，转子内部或外部加工不当导致质量分布不均，转轴上零件配合面粗糙或者配合过松，轴上转动部件有配合间隙，材料有气孔、变形、磨损、厚度不均、焊接不当等缺陷，转子加工与装配有误差，或者动平衡方法不对等，以上这些都可能造成转子不平衡，要结合诊断数据进行排除，并最终确定故障性质与根源解决问题。

2.3 故障实例处理对策

某火力发电厂汽轮机工作转速3000r/min，额定电流1375a，频率50Hz，汽轮机为单缸、冲动、双抽、凝汽式汽轮机，转子与发电机转子分别用两道轴承支撑，刚性联轴器链接。该汽轮机使用一段后2#、3#轴瓦振动超标，且不断恶化，推力瓦温度明显增高，严重威胁机组安全运行，通过采取降负荷运行有所改善。

通过仔细监测振动情况对机组升速过程进行测试，以波德图观察转速与转动之间的关系，转子存在的原始一阶不平衡量较小，随后进行并网带负荷运行，随着负荷的增大振动最高达到97μm，且工频震动增加，3#、4#在这一过程中也有上升趋势，稳定负荷运行中振动在93～97μm之间变化。最大符合条件下，对汽轮机的振动数据进行采集并观察对照，结果发现2#轴瓦垂直方向振动较大，3#轴瓦水平方向振动较大，判断机组振动为一倍频振动加少量二倍频振动，分析其故障原因可能为转子弯曲（或暂时弯曲）、转子初始不平衡、部件脱落等。对汽轮机转子进行快速停机减负荷实验以确定是否存在热变形，结果发现振动无突变，排除转子热弯曲可能，同时2#、3#振动仍然超标，故障可定性为转子质量不平衡问题。在确定问题之后，在不拆汽轮机外缸的情况下可应用计算软件获得转子靠近3#瓦侧配重数据，通过多次数据计算检验获得最佳配重，处理完毕后还要按照检修前的测点位置应用相同传感器、仪表仪器等进行振动二次测量，根据测量结果表现确定问题是否解决，并在初期运行时做振动监测，以确保汽轮机完全恢复良好运行状态，故障彻底解决。

3 结束语

综上所述，火力发电厂汽轮机运行直接关系到安全生产与经济效益目标的实现，汽轮机本体作为故障频发的重点部位，要做好故障诊断、检修与排除，提升设备运维质量、减少故障损失，确保火力发电厂汽轮机组的正常运行。

[1]郑 海.汽轮机本体常见故障及处理[J].科技视界，2015（17）：235.

[2]刘刚.150MW汽轮机组EH抗燃油系统常见故障原因分析及对策[J].科技致富向导，2012（35）：245.

[3]林顺平.关于汽轮机的常见故障及对策思考[J].企业技术开发：下旬刊，2015（4）：94.

[4]朱伟峰.汽轮机发电系统运行维护故障诊断措施探析[J].华东科技：学术版，2013（6）：268.

[5]谢正军.电厂汽轮机轴承的典型故障分析及解决对策[J].科技风，2014（15）：36.

TM621

A

1004-7344（2016）02-0226-02

2015-12-28

余弦斐（1982-），男，汉族，四川乐山人，助理工程师，大专，主要从事工作和研究方向是火电发电厂汽机检修方面。