分析汽轮机常见的故障及检修方法

宋存元　邓兴成　张生旺

摘 要：由于汽轮机本身结构较复杂，这就使平时的使用、保养和维修存在着一定的困难。因此汽轮机运行的安全性、可靠性和经济性备受人们的关注。汽轮机的结构特点决定了汽轮机的启动时间较长，如果在启动运转期间出现故障，维修的时间一般较短，不及时的维修或在有限的时间内未完成维修，都会直接的影响汽轮机的经济效率和使用寿命。

关键词：振动 汽缸 转子

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-041-02

随着汽轮机的使用范围越来越广，相关人士对汽轮机的关注也越来越多。由于汽轮机本身结构较复杂，这就使平时的使用、保养和维修存在着一定的困难。因此汽轮机运行的安全性、可靠性和经济性备受人们的关注。汽轮机的结构特点决定了汽轮机的启动时间较长，如果在启动运转期间出现故障，维修的时间一般较短，不及时的维修或在有限的时间内未完成维修，都会直接的影响汽轮机的经济效率和使用寿命。本为将针对这一现状，对汽轮机常见的故障类型进行探讨，并分析研究汽轮机具体的故障诊断和维修方法，进一步的研究汽轮机中气缸、隔板套、喷咀、隔板、转子等主要部件的诊断检修技术。

1 汽轮机常见故障类型

一般的，在汽轮机的运行过程中，出现的大部分故障都会导致机组的振动异常。通过对机组振动现象的观察，对汽轮机故障类型总结如下：

（1）机组普通强迫振动的四个表现特征：1）汽轮机的质量为达到平衡，故障的特征变现为振动的平衡。2）汽轮机刚度下降，故障特征表现为结合面差别震动大，发生部位一般为落地轴承。3）共振现象，故障特征表现在：汽轮机的转速将要达到1600r/min时，会出现轴承座的振动加速上升的现象。4）汽轮机转子不中对，故障特征表现为晃度较大。

（2）机组非正常的强迫运动。与普通的强迫振动相比较，非正常强迫振动的相位和振动幅度都很不稳定，故障特征包括：1）汽缸的膨胀不畅。故障的特征体现为，定速后轴承座的振动却逐步的增大。这一现象的出现和汽缸涨差以及汽缸盖的膨胀紧密相关。2）联轴器的螺栓松动。这一问题的故障特征变现：汽轮机的晃动、振动和承载负荷有关。3）裂纹转子出现失衡现象，导致裂纹转子本身的晃度和振幅经常性的增大。4）汽轮机转子受热弯曲，造成这一现象的主要原因是转子的温度和振动为满足转子的正常要求。5）在励磁电流和振动的共同作用下，发电机的热弯曲。6）汽轮机中心孔进油。这是因为转子的转动幅度加大温度上升后，振动的频率也随之增大，使进油量越来越多。7）轴承和主轴之间的动静摩擦。在对其检修后会出现发散性的振动波动，但这种振动与汽轮机承载的负荷没有关系。

（3）汽轮机的自激振动。自激振动是汽轮机在运动过程中自身引起的振动。故障特征有两方面的表现：1）汽轮机在高负荷的运行状态下，高压转子的气流受到激振。2）由于汽缸涨差的不正常和汽缸盖的膨胀使油膜产生震荡。

2 对汽轮机组运行中常见的异常振动的排除

（1）汽流激振。汽流激振有两方面的表现特征：1）较大量值低频分量的出现。2）运行参数明显的影响着振动的增大。例如负荷的增大明显的呈突发性，造成这种现象的重要原因是，不均匀的气流来流冲击着叶片，使汽轮机发生汽流激振。特别是对于大型的汽轮机组来说，由于其末级较长，很可能会造成膨胀末端产生流道的紊乱，这一问题的存在也是汽轮机组出现汽流激振的重要原因。针对这种特别情况，要有与之相对应的措施，可以在汽轮机不同负荷作用时对高压调速汽门进行重调，达到消除汽流激振的目的。总结来说就是先对汽流激振的特征和工作状态进行确定，然后巧妙的躲开汽流激振产生的负荷范围或降低汽轮负荷的变化率等方式来避免汽流激振。

（2）转子变形是机组发生异常振动的重要原因之一。转子热变形的表现特征，导致一倍频振幅的增加，这是由转子的温度和蒸汽参数决定的。这种现象经常发生在机组带负荷冷态启动定速后，在这个过程中，转子的温度在不断的上升，材质的内应力大量的释放并随着温度的不断上升导致转子的热变形，从而使一倍频增大，同时会伴随设备的相位变化，转子的弯曲变形是机组异常振动的重要原因之一。对转子热变形故障的处理就是及时的检查和替换转子，避免振动力的产生，从而使机组的异常振动发生的频率降低。

（3）汽轮机的摩擦振动。经过对摩擦振动的现状分析可知，转子热弯曲和变形使新的不平衡力产生，工频仍然作为振动信号的主频，会受到非线性因数和冲击力对其的影响，造成少量分频、高频分量、倍频的出现，波形存在“削顶”的现象也时有发生。同时在发生摩擦时，由于产生振动的相位和幅值会有一定的波动，且波动的持续时间较长。当摩擦进一步严重时，振动的相位和幅值停止波动，振幅不断加剧增大。其次，一旦振动的降速超过了临界值，会比正常的升速大。机组运行停止后，转子静止时，对大轴的晃度进行测量，会发现测量数值明显的增大。

3 汽轮机异常转动和异因的产生

（1）振动异常。当汽轮机组的振动异常并可以清楚的听到设备的摩擦声时，应强行破坏真空，及时停止机组的运行。当机组的负荷发生变化时，机组产生可疑声音并伴随着不太强烈的振动时，应及时的减轻机组负荷，直到振动停止。同时要检查故障并分析振动产生的原因。对可能造成故障产生的原因总结如下：润滑油压的降低；轴承进口的油温偏低或者偏高；汽轮机汽缸受冷空气汽流影响发生单方面的膨胀；轴承出口油温偏高；主蒸汽机气温过高；主蒸汽的温度降到了温蒸汽进入汽轮机的程度；

（2）汽轮机组中凝汽器出现故障导致真空度下降。当真空度下降时，真空表会有明显的指示。伴随着排气温度的不断上升，凝汽器的温度也随之上升。在对这一故障进行处理时，要先对排气温度和排气压力进行核对，再对负荷进行合理的调整，直至真空度数恢复正常。

4 汽轮机故障检修方法

引起汽轮机振动的原因有很多，从机组的整体运行状况来分析，引起震动的原因大体相同，即几乎都是由一个故障引起的。对汽轮机故障的诊断，要从故障的具体表现特征入手。找出故障本身具有的特征，再根据这些特征表现，分析总结故障出现的类型。现对汽轮机故障诊断方法如下所述：

（1）对振动特征的观察和具体相关信息的收集。一般的，振动特征分析包含以下内容：分析振动趋势、找出转速和振动之间存的联系、振动频率分析、振动相位和振幅。需要收集的相关信息包括：汽轮机的检修状况、同行机组的运营信息、日常运营状况的分析记录、机组机构信息等。

（2）对振动特征进行观察和相关信息收集之后，要对故障的机理进行认真的分析，通过分析研究对故障的频谱特征、故障发生趋势特征和其它与其相关特征进行提取，为故障的诊断和维修提供参考依据。

（3）明确汽轮机诊断的目的是对多发故障的排除，因此，尽量的使诊断方法简单高效。

5 对汽轮机主要部件的检修

5.1 检修汽轮机汽缸

汽缸是汽轮机的重要组成部分之一，共分为上下两个缸体。气缸的内部构件主要有静叶栅、转子、隔板等。内部的真空层可以有效的阻止空气的进入，并以此来提高汽轮机的可靠性和安全性。对气缸的检修，应遵循以下步骤：

（1）拆除仪表。拆除仪表包括两方面的工作内容：拆掉化装板支架上的所有连接螺丝，但要保证压条、支架、螺栓不被破坏的情况下，能够将所有的化装板吊去，同时要有效的保护化装班板上的喷漆。除此之外，还要对化装板上的装配序号进行标记，所有拆除零件都要定点的摆放，以便更好的装配。

（2）拆卸汽轮机的保温层并不是随时都可以进行的，需要等到汽缸上缸的温度降到120℃之后才能够进行，同时还要小心操作，避免棉纱、木屑等落入保温层中引起燃烧。

（3）拆除调速气门上的所有三脚架螺栓，拿出定位销，调走三脚架，之后拆除汽缸前后左右的法兰螺栓，并要保证操作过程中螺栓不会出现蠕伸、弯曲、乱扣、毛刺等现象。

（4）在对导杆进行安装时，要保证导杆的平滑。为了达到这一目的，可以在导杆上抹上透平油，之后进行对角的安装。还要及时的检查汽缸的变形状态和汽缸的结合面，对纵向水平的汽缸水平中分面也要及时的测量。第五，检查各个重要部件检修后，组装汽轮机的本体部分，检查操作过程中的各项记录是否完整，堵住汽缸各个配合面的空洞，并做记录，之后贴封条。

5.2 检修汽轮机转子

作为汽轮机的传动部位，转子在汽轮机的运行中发挥着重要的作用。其作用原理是通过对喷咀高温高压动能的利用，达到汽轮机回转机械能的转化，只有通过回转机械能的转化，发电机才能高速运转，产生电能。对转子的检修包括：

（1）对转子的位置进行标记，并在轴颈的中部放置水平仪，再对下轴向的水平度数认真的记录。比较本次记录和上次记录的差距区别，确保测量的轴颈扬度在规定的范围内。

（2）灵活运用千分表对转子运行中晃度进行测量，测量之前要对千分表的准确度进行严格的检查。且测量前需要先观察测量读数，然后将测量后的读数与之前记录的读数相比较，观察两次读数是否一致。一旦两次读数存在着偏差，则需要找出测量过程中的失误并要重新测量。

（3）测量汽轮机的动静叶间隙。其测量的部位是在汽缸结合面的两边，测量工具是契型塞尺，测量任务是对静叶出口和动叶出口间隙的测量。测量之后要注意做详细的记录。

（4）拆除汽轮机联轴器螺栓，将转子吊出。要实现这一目的，需先拆除联轴器的外面的罩壳和紧钉的螺栓，然后拆除放下联轴器端的方头螺栓，并将汽轮机端和发电机端的联轴器止口脱开，这一过程中需要注意，不但要控制汽轮机和发电机的两个止口间的距离，还要检查联轴器的螺栓，防止其出现裂纹。最后一步是对动叶片的清理，对叶片和叶轮的整修和检查，以及对推力盘和轴颈的检查。

（5）检修汽轮机的隔板套、喷咀和隔板。对于安装在隔板和蒸汽进入汽缸内部的入口处的喷咀来说，检修起来较为麻烦，特别是由于隔板和隔板套在汽缸内部的支撑上的安装，检修过程如下，先将喷嘴、隔板和导叶环拆除，其次在进行隔板拆除的时候，先进行压板螺栓的拆除，最后运用起吊设备将个套板和隔板吊出，在进行时一定要保证起吊操作的平缓安全，拆除导叶环、压板和螺丝、吊出导叶环，再拆除喷嘴后，拆除螺栓，最后完成喷嘴组的吊出。对汽轮机隔板静叶、隔板、隔板套螺丝的检查。在检查前要先将隔板清洗干净拆卸完毕，再利用压缩空气吹干表面。清洗工作进行时要注意保护静叶片和其他相关零件免受损害，同时观察其便面是否存在裂纹，零件是否松动。

6 结语

本为探讨了汽轮机常见的故障类型，分析研究汽轮机具体的故障诊断和维修方法，进并对汽轮机中气缸、隔板套、喷咀、隔板、转子等主要部件的诊断检修技术作了进一步的研究。通过先进技术的运用，提高了汽轮机的利用价值和使用寿命。

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