沈阳德瓦特汽轮动力有限责任公司 辽宁沈阳 110000
摘要：汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械。岳阳林纸股份有限公司3#汽轮机为冲动式汽轮机。在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。高速气流流经动叶片时，由于气流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮旋转作功，将蒸汽的动能变成轴旋转的机械能。实际中，汽轮机轴上通常安装有多级叶片。蒸汽作功后，会进入到下一级叶片，再次作功。当蒸汽全部作功完成后，会从汽轮机尾部抽走，并完成蒸汽的热能转变为汽轮机转子动能的过程。
关键词：汽轮机；转子振动；故障诊断；
引言
作为电站重要设备的汽轮机呈现出高参数、大容量和系统复杂等特点，其故障发生时所造成的影响更加严重，研究人员发现，汽轮机90%以上的故障与设备振动有关，因此，实现对汽轮机振动状态的实时监测与高效诊断具有重要意义。
1汽轮机常见的故障分析
1.1汽轮机凝汽器真空偏低
冷凝器是涡轮辅助装置的典型组成装置，通常由凝结水泵、循环泵、抽吸装置等组成。可以在汽轮机排料口床中制造真空冷凝装置，确保汽轮机总是通过蒸汽膨胀减少排气压力，从而大大提高汽轮机的热效率。涡轮可以通过冷凝器将排气冷凝成干净的冷凝水晶，为锅炉提供可回收的水资源。汽轮机凝汽器真空度直接影响汽轮机正常运行，真空度变化，蒸汽排放温度相应变化，提高了机组振动故障的概率。在外部高温下，循环水温升高，大大影响凝汽器的热吸收，干扰蒸汽冷凝温度，提高排气压力，降低凝汽器真空度。此外，冷凝器还会因真空气密性、冷凝器污垢等因素减少真空度。
1.2汽轮机异常震动
汽轮机在运行过程中经常发生异常旋转，是气流激发、转子热变形、摩擦振动等引起的现象。发生气流激励引起的涡轮旋转异常时，低频分量急剧增加，操作参数严重扰动，振动幅度明显增加。转子温度升高，蒸汽参数发生变化，转子的热变形增加振幅。由于摩擦，蒸汽轮机异常振动时，会发生抖动、涡轮等问题，转子内部温度不稳定，提高转子热变形的可能性，从而导致故障。
2故障诊断
2.1现场查看
汽轮机现场无泄漏、松动等异常现象，主控室查看汽机历史运行数据无明显异常。机组的主要问题表现为冲转时振动大，并随转速上升而显著增大。
2.3数据采集
针对汽轮机表现出来的故障，在生产人员的配合下分别在汽轮机转速900r/min和1200r/min时，对汽轮机振动数据进行了采集。采集的部位为：1#瓦、3#瓦、4#瓦（备注：2#瓦因现场原因，采集困难，且存在较大的安全风险，故未采集），各测点振动数据如表2。3#汽轮机额定转速为3000r/min，其临界转速为1600r/min，考虑到安全原因，数据采集只在较低转速下进行，因此最高只到1200r/min（备注：较低的转速可能会造成故障信号不明显，不利于对故障的诊断，但从后续的数据分析来看，并未对故障的诊断结果造成明显影响）。
2.4数据分析
数据分析主要是通过频谱图，对设备振动进行分析，诊断设备故障的具体原因。频谱图反映的是设备振动各振动分量的组成，通过对频谱图的分析，可以找出造成设备振动的主要原因，从而确定设备故障的来源。因此，频谱图在设备故障诊断中占有非常重要的地位。通过对比分析各测点数据，3#瓦表现出较明显的故障信号。对比分析3#瓦在不同转速下的频谱图，主要有以下两个明显的特征：(1）转频（f）的谐波信号非常明显汽轮机使用的是滑动轴承，其稳定性非常好。
汽轮机正常运行时，不会出现如此丰富的谐波信号。从故障诊断的经验来判断，谐波信号的产生有可能是油膜振荡、转子碰磨等原因。但油膜振荡本质来说是共振，会产生剧烈的振动，而且在低转速下也不可能发生油漠振荡。结合3#汽轮机实际运行情况，重点怀疑转子存在碰磨问题。(2）转频（f）振幅变化明显汽轮机转速从900r/min升到1200r/min时，转频振幅从0.2mm/s急剧升到了1.1mm/s，升高了近5倍，但转速只上升了33%，说明汽轮机转频振动随转速变化明显。其它测点振动数据也表现出这一特征。此时诊断，汽轮机转子应该出现了较明显的动不平衡问题。汽轮机转子动不平衡原因主要有：叶片掉落、叶片损坏、转子弯曲等。由于3#汽轮机之前一直运行平稳，且只短暂停机两天，所以叶片出现问题的可能性不大。重点怀疑转子出现了弯曲现象。
2.5诊断结论
转子弯曲：转子弯曲是指汽轮机在启停过程中，因上下缸温差过大，使转子受热不均造成弯曲。根据弯曲的严重程度，转子弯曲可分为临时性弯曲和永久性弯曲。临时性弯曲是指转子的弯曲程度不大，还没有超过转子弹性形变的范围，此时通过长时间连续盘车使转子均匀受热后可消除变形，让转子恢复正常。永久性弯曲是指转子的弯曲程度过大，超过转子弹性形变的范围，造成永久性变形。永久性弯曲无法通过现场盘车的方式进行消除。转子发生弯曲后，会造成动不平衡问题，使转子的振动加大，其中一个显著的特征就是振动随转速变化明显。通过对数据的分析，虽然确定汽轮机转子存在弯曲的故障，但无法进一步确认转子是临时性弯曲，还是永久性弯曲，有待对转子做进一步检测。转子碰磨：是指转子在运转时，与静止部件发生碰撞摩擦，造成机组故障，振动加大。转子碰磨通常发生在轴与轴封片、叶片与汽封片之间。汽轮机在设计时，为提高效率，轴（汽）封的间隙通常都很小。当转子发生窜动或弯曲时，则很可能与轴（汽）封发生碰磨。综合分析，最后诊断结论为：3#汽轮机因转子弯曲，导致转子发生碰磨现象，使机组无法正常投入生产，需开盖检修。
3汽轮机主要部件的检修应注意的问题
汽轮机运行以气缸为基础，典型的气缸体分别由静态叶栅、隔板和转子组成。通过真空层可以有效地防止空气渗透，大大提高汽轮机运行的安全性和可靠性，检测气缸的主要内容是仪表解体。此步骤分为卸下连接的螺钉的两部分，以便在不破坏螺栓、压杆、树枝等的情况下拆卸所有螺钉，从而卸下化妆板，同时保护上面的油漆；另一个过程是对装配的零件进行编号，标记分解的零件的编号，以避免零件丢失或混淆，并准备重新安装。第二，拆卸汽轮机绝热层时，要保持上缸温度控制到120℃，迅速拆卸调速阀的所有三脚架螺栓，使用定位刀鞘调整三脚架，分离气缸周围的法兰螺栓，确保螺栓没有弯曲、随意扣紧等。第三，控制导管安装。此时，为了确保安装的柔软性，应将平油涂在底带上，并安装对角线。然后在安装过程中观察气缸结合面、变形状态等，测量气缸的纵向水平分割面。第四，对各重要部件进行检修后，组装汽轮机本体部分，堵塞耦合表面孔，然后密封记录。
结束语
此次对于汽轮机故障的准确诊断，很好地指导了车间制定相应的维修方案，将设备故障对生产的影响降至了最低，同时也为公司自行诊断大型设备的故障积累了经验。电厂作为电能的生产企业，在当前能源需求不断紧张的情况下，需要不断的提升自身的生产效率，对机组和设备进行优化、改造，从而达到高效、节能的目的。
参考文献
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