汽轮机动静摩擦故障分析及解决措施

刘钟燕 孙树华

【摘  要】本文分析了汽轮机动静摩擦产生的原因和危害，并提出了解决措施和建议。

【关键词】汽轮机;动静摩擦;故障

一 引言

汽轮发电机组运行时会出现转动部件和静止部件碰摩。而动静碰摩会在机组起动和正常运行时引起振动的突然增大。同时碰撞摩擦对自身会造成非常严重的危害，严重时会引起轴系破坏。因此，对汽轮机动静摩擦故障原因及解决措施进行分析和研究，有助于避免事故的发生，确保汽轮机正常稳定的运行。

二 汽轮机动静摩擦引起的危害

高速运转的汽轮机组如果转动部分和静止部分之间产生了摩擦，就会引起热膨胀、热变形，进而导致动静摩擦加重，形成恶性循环，对机组造成严重的损坏。其危害主要表现以下几个方面：

1 叶片断裂

叶片断裂分两种，一种为直接冲击折断，比较少见。另外一种经常发生，表现为动静摩擦导致磨损削弱了强度，或铆钉头摩擦损坏，引起围带飞脱，破坏了原有振动频率，在运转中因共振现象而脱落。

2 叶轮损坏

如果汽轮机转动部分和静止部分摩擦严重会直接导致叶轮强度的减弱，严重的动静摩擦产生的金属局部过热会引起金相组织变化，在材料内部产生内应力，内应力积聚会使金属由内而外出现裂纹，裂纹的出现使得金属强度减弱，进而会引起叶轮损坏。

3 隔板变形破裂

汽轮机动静摩擦会在局部引起过热，引起附近金属热应力发生内变，容易产生裂纹，且裂纹在隔板上呈现辐射状。动静摩擦严重时会引起隔板严重的变形。

4 汽封损坏

汽轮机组动静摩擦通常会引起汽封片损坏，因现代汽轮机动静间隙做得都比较小，如果汽轮机装配不佳或动静间隙调整不当，汽封齿产生动静碰磨的可能性就大大增加，严重时会导致汽封松动。动静摩擦产生的热量，还会使汽封套膨胀，汽封套的膨胀再引起汽轮机组动静摩擦加剧，恶性循环，加剧汽轮机汽封以及相近转子的损坏。

三 汽轮机动静摩擦的原因分析

汽轮机动静摩擦产生的原因有很多方面，在机组运行过程中要具体情况具体分析，准确判断产生摩擦的原因，以便采取正确的方法和措施，将事故的严重程度控制最低。

1 转动和静止部分间隙在安装和检修时误差没有达到标准要求。在安装汽轮机组的施工过程中，特别是大修后的机组，多会做汽封间隙的调整，以达到减少级间漏气，降低汽耗量，提高汽轮机效率的目的，但是这个调整过程中，未能充分考虑冷态和热态金属的膨胀变形情况，往往汽封间隙调整过小，启机热态冲转后机组振动比较大，只能让机组充分碰磨，但这样汽封的磨损就会加大。因此，调整合适的动静间隙是减少汽轮机动静磨损的必要条件，不能过于注重减少级间漏气而忽略汽轮机的设备安全。

2 动静部件加热或冷却膨胀不均匀。我们知道汽轮机中转子比汽缸受热快，这样加热或冷却时容易产生轴向胀差，胀差大到一定程度容易引起轴向间隙减小，进而产生轴向动静摩擦。

合理控制轴向胀差就可以一定程度避免动静摩擦。转子加热或冷却的快慢决定了胀差的大小，所以启停机时控制好蒸汽量和温度变化是关键;此外，上下汽缸散热和管道布置都将造成上下汽缸间的温差，使间隙发生变化，从而产生摩擦;另外汽轮机启动过程中，轴封加热不当、机组倒暖不当，都会产生上下汽缸温差，进而带来摩擦。

3 汽轮机局部机械变形引起动静摩擦。汽轮机通流部分，如叶轮、隔板、隔板套等，由于设计强度不足、运行工况异常或检修不当时，将增加金属内部应力，引起机械变形，造成严重的动静摩擦事故;另外，汽轮机运行过程中发生的滑销系统卡涩或汽缸疏水不畅产生机械变形，也会产生转子和汽缸间隙减小而导致动静摩擦。

4 主轴承、轴瓦或推力轴承、轴瓦损坏。

5 机组的强烈振动。汽轮机机组启动过程中经常发生振动现象，特别是过临界转速时，振动会引起转轴的大幅度振动，振动的振幅超过间隙值，将会有动静摩擦现象出现。

6 通流部分有硬质物进入或部件损毁。水质不合格容易在转动部件上堆积成垢，减小通流面积或氧化皮脱落，引起汽流的自激振动。

7 在转子弯曲的情况下强行盘车，如果强行盘车会造成动静摩擦，而且噪音也比较大，正确的方法是先闷缸，然后再逐步手动盘车。

8没有正确使用汽缸倒暖装置。对于中压缸启动机组而言，汽缸倒暖装置的正确使用可以减少高中压缸温差，进而减少动静部分产生摩擦。

9机组停运后，汽缸温度较高，如果此时有冷汽冷水进入汽缸，温度很高的转子下侧突然受到冷却，局部温度会骤然下降，汽缸上下缸温差会变得很大，造成热变形。

四 防范措施

为了避免汽轮机动静摩擦事故的发生，建议从以下几个方面采取对应的技术措施：

1 了解汽轮机组的动静间隙调整值和膨胀裕量，掌握胀差变化规规律，编制可行的防护措施。熟悉汽机冷态、热态启动的膨胀规律，并能及时调整机组的进汽量、温升率、真空度以及暖缸时间，避免产生动静摩擦。

2 仔细测量并合理调整汽轮机通流部分的动静间隙。每次大修揭缸，一定要论证分析汽轮机转子和静子间隙调整的必要性和合理性，使之满足汽机提高效率的需要，同时做好测量并记录汽轮机动静间隙值，提供调整间隙后防止动静摩擦的保障措施。

3 加强胀差的监视，尤其在汽轮机处于启动、停机和工况变化状态时，注意调整和控制汽轮机胀差的变化。当机组处于冷态启动时，由于交变热应力和对应的胀差变化都较快，应密切监测其变化值，通过控制进汽量、压力和温度等参数的变化调整胀差值在正常范围内。

4 加强叶片监测。对大修机组，测定汽轮机调频叶片级的切向频率，对频率分散率和共振安全进行评价。对于叶片型面高度大于150mm的叶片，装前均需测频，装于同一叶轮的单个叶片频率分散率应小于规定值，以防止共振的发生。

5 加强对叶片的安全监督，防止叶片及其连接件的断落。初装机组或大修后机组，在动静叶片装配前或打磨清理后，逐级逐片地用肉眼、放大镜或着色探伤等方法仔细检查，特别对调节级、安全倍率小的级、曾发生过缺陷的级，在型线根部断面过度区、进出汽边缘、应力集中处、叶片围带铆钉孔、拉金孔、叶片硬化区等薄弱环节要仔细检查有无裂纹或损伤变形。

6 密切注意过热器主蒸汽压力、温度等参数值的情况，控制在正常范围内，避免出现水冲击事件而导致轴瓦损毁。特别是辅机紧急跳闸时导致机组快速减负荷时易引发水冲击事件。

7 加强振动监测，严格控制机组振动，振动参数超限的机组一定要查出原因，消除振动因素，才能启动运行。机组启动过程中，过临界转速前，检查振动与历史振动值有无变化，若发生振动频谱变化，一定根据汽机检修异动项目查找原因，及早排除故障;若暂时查找不到原因，除了增加低速暖机时间外，可以升速过临界转速一次，如果过临界转速时振动超限，应该停机分析并查找原因，禁止解除保护强行升速，否则容易造成大轴永久弯曲。

五 结论与建议

動静摩擦属于汽轮机常见故障，为避免由此造成的损失，建议：初装机组或大修时要经济型与安全性兼顾，保证合理动静间隙，不能为了经济性而牺牲机组的安全性。汽机启动过程中，控制好胀差、轴向位移、温升率、真空度等重要参数，以及轴封加热、暖缸暖阀。振动参数超限的机组一定要消除振动大因素，才能启动运行。做好日常汽机技术监督工作，特别机组振动的全方位监测。

（作者单位：1.华能日照电厂;2.中国电建集团海外投资有限公司）