汽轮机运行及振动故障诊断

1、汽轮机运行及振动汽轮机运行及振动故障诊断故障诊断天津石化天津石化王召利王召利202022-2-282汽轮机的结构分析汽轮机的结构分析汽轮机的分类及应用汽轮机的分类及应用汽轮机的作用原理汽轮机的作用原理汽轮机的材料选用汽轮机的材料选用1234一、概述一、概述202022-2-283二、汽轮机的运行二、汽轮机的运行 1 启动和停机启动和停机汽轮机的运行汽轮机的运行2汽轮机的变工况汽轮机的变工况运行运行.202022-2-284三、汽轮机振动故障诊断三、汽轮机振动故障诊断202022-2-285一、概一、概 述述0302 01按工作原理可按工作原理可分为分为:冲动式汽轮机冲动式汽轮机;反动式汽轮机反

2、动式汽轮机按热力性能可按热力性能可分为：分为：背压式汽轮机背压式汽轮机 凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机 抽汽式汽轮机抽汽式汽轮机按气流方向主按气流方向主要可分为：要可分为：轴流式汽轮机轴流式汽轮机径向式汽轮机径向式汽轮机1、汽轮机的分类及应用汽轮机的分类方法主要有以下几种：、汽轮机的分类及应用汽轮机的分类方法主要有以下几种： 按用途可分为：按用途可分为：电站汽轮机电站汽轮机工业汽轮机工业汽轮机04202022-2-286各类汽轮机的特点及应用 （1）冲动式与反动式冲动式与反动式（2）背压式与凝汽式背压式与凝汽式各类汽轮机的特点及应用各类汽轮机的特点及应用202022-2-2872、汽轮机的作用原理1

3、-静叶片静叶片 2-动叶片动叶片 3-隔板隔板4-叶轮叶轮5-轴轴图1-1透平示意图202022-2-2882、汽轮机的作用原理 由速度由速度 、 和和 组成的三角形组成的三角形叫动叶出口速度三角形。如果将进口和叫动叶出口速度三角形。如果将进口和出口速度三角形绘制在一起，如图出口速度三角形绘制在一起，如图1-2所所示。示。2C2W2U图1-2 级速度三角形202022-2-289图1-3 焓熵图（is图） 以上为气体在透以上为气体在透平级内的流动平级内的流动过程，而气体过程，而气体在级内的热力在级内的热力膨胀过程（即膨胀过程（即膨胀做功过程）膨胀做功过程）通常用焓熵图通常用焓熵图（is图）表示

4、，图）表示，如图如图1-3所示所示202022-2-28103、汽轮机的结构分析汽轮机基本结构汽轮机基本结构滑销系统滑销系统汽缸汽缸轴承座轴承座调节阀调节阀主汽门主汽门静叶栅静叶栅转子转子动叶栅动叶栅最关键的部件是汽缸、转子与动叶片最关键的部件是汽缸、转子与动叶片202022-2-28113、汽轮机的结构分析 图图1-4和和1-5分别为汽轮机通流部分的分别为汽轮机通流部分的 主要布置型式和主要布置型式和 低压缸同凝汽器低压缸同凝汽器 的连接方式：的连接方式：202022-2-2812图1-4通流部分布置型式202022-2-2813图1-5低压缸同凝汽器的连接方式202022-2-2814（2

5、 2）转子）转子汽轮机的转子，汽轮机的转子，根据蒸汽参数的根据蒸汽参数的不同，可选择不同，可选择 三三种不同型式。种不同型式。套 装整 锻焊 接202022-2-2815套装转子如图套装转子如图1-61-6所示。所示。202022-2-2816整锻转子如图整锻转子如图1-71-7：202022-2-2817焊接转子如图焊接转子如图1-81-8所示所示202022-2-2818（3 3）动叶片）动叶片叶叶 型型叶叶 根根连接件连接件202022-2-2819 叶根叶根 常见的叶根见图常见的叶根见图1-9202022-2-2820 连接件 包括围带和拉筋及铆接件等。用连接件包括围带和拉筋及铆接件等

6、。用连接件把几只或整圈叶片连接成叶片组，可以把几只或整圈叶片连接成叶片组，可以调整叶片的自振频率和减少叶片所受的调整叶片的自振频率和减少叶片所受的动应力，不连接成组的叶片称为自由叶动应力，不连接成组的叶片称为自由叶片。片。202022-2-2821 连接件连接件 围带可以减少叶顶漏气，它的结构如图围带可以减少叶顶漏气，它的结构如图1-10所示所示202022-2-2822 连接件连接件 接筋有实心、空心圆形和两半圆形等几种，拉筋与叶接筋有实心、空心圆形和两半圆形等几种，拉筋与叶片的连接型式如图片的连接型式如图1-11所示所示202022-2-2823 铆钉头的结构型式如图铆钉头的结构型式如图1

7、-12所示所示 连接件连接件202022-2-2824汽缸材料的选用转子及叶片材料转子及叶片材料124、汽轮机材料选用202022-2-2825（2 2）转子及叶片材料）转子及叶片材料表1-1汽缸、隔板、阀壳材料材料牌号HT30-54ZG25ZG20CrMoZG20CrMoVZG15Cr1Mo1V工作温度250360500540570表1-2转子和叶轮材料材料牌号34CrMo35CrMoV34CrNi3Mo17CrMo1V27Cr2Mo1V20Cr3MWV工作温度480500400520535550部件名称叶轮、转子叶轮高强度叶轮焊接转子转子转子表1-3叶片材料材料牌号1Cr132Cr1327

8、Cr11MoVCr11MoVCr12WMoV工作温度450450530530570工作条件一般级拉应力较高区过热区级高温区级高温、拉应力大、低压级注：以上部分非必选内容202022-2-2826二、汽轮机的运行 汽轮机的运行为大家所熟知，故在此只汽轮机的运行为大家所熟知，故在此只对汽轮机的变工况运行进行讨论：对汽轮机的变工况运行进行讨论：01001GGPP202022-2-28271、新蒸汽流量变化 当新蒸汽流量变化而温度和压力不变时当新蒸汽流量变化而温度和压力不变时（即（即T01=T0；X01=X0），汽轮机各级间），汽轮机各级间压力分配和焓降分配会有一些变化。对压力分配和焓降分配会有一些变

9、化。对不同结构的机组，变化也不同。不同结构的机组，变化也不同。202022-2-28281、新蒸汽流量变化 对于蒸汽流速达到或超过临界流速的级，在对于蒸汽流速达到或超过临界流速的级，在T01=T0；X1=X0的前提下，蒸汽参数与流量之的前提下，蒸汽参数与流量之间的关系为：间的关系为： 式中：式中：P0、G0、T0、X0原来级前的压力、原来级前的压力、流量、绝对温度、干度；流量、绝对温度、干度； P01、G1、T01、X01变化后级前的压力、变化后级前的压力、流量、绝对温度、干度；流量、绝对温度、干度； 即是说：级前压力与流量成正比。即是说：级前压力与流量成正比。01001GGPP202022-

10、2-28291、新蒸汽流量变化 式中式中 P2 原来的排气压力原来的排气压力 P21变化后的排气压力变化后的排气压力 从上式可知，在从上式可知，在T0=T01的条件下，蒸汽流量的的条件下，蒸汽流量的变化与级前压力与级后压力的平方差成正比。变化与级前压力与级后压力的平方差成正比。01022202212101TTPPPPGG 对于背压式汽轮机以及低于临界速度的级或机组，对于背压式汽轮机以及低于临界速度的级或机组， 蒸汽参数与流量的关系式为：蒸汽参数与流量的关系式为：202022-2-2830 附注：所谓临界速度与超临界速度是指附注：所谓临界速度与超临界速度是指气流速度等于一个马赫数或大于一个马气流

11、速度等于一个马赫数或大于一个马赫数的状态。当地音速赫数的状态。当地音速 ,而而气流速度气流速度V与当地音速之比称为马赫数与当地音速之比称为马赫数以以M表示，表示，kRTa aVM 202022-2-28312 2、新蒸汽压力变化、新蒸汽压力变化 汽轮机运行规程都有新蒸汽压力的上限，汽轮机运行规程都有新蒸汽压力的上限，通常为额定值的通常为额定值的103%105%。 当新蒸汽压力升高而温度不变时当新蒸汽压力升高而温度不变时 新蒸汽压力降低而温度不变时新蒸汽压力降低而温度不变时202022-2-28323 3、新蒸汽温度变化、新蒸汽温度变化 新蒸汽温度失常，比之于气压失常对机新蒸汽温度失常，比之于气

12、压失常对机组更具有危险性。制造厂给予气温（包组更具有危险性。制造厂给予气温（包括新蒸汽和再热汽）的允许正常波动值括新蒸汽和再热汽）的允许正常波动值向上通常为向上通常为5，极限值为，极限值为+10，下限，下限则为则为510不等。不等。（1）气温升高时）气温升高时（2）气温下降时）气温下降时202022-2-28333 3、新蒸汽温度变化、新蒸汽温度变化（1）气温升高时由于蒸汽的理想焓降增）气温升高时由于蒸汽的理想焓降增加及排气温度降低而有利于汽轮机的热加及排气温度降低而有利于汽轮机的热效率提高，如果未超过设计最大出力，效率提高，如果未超过设计最大出力，则汽轮机内诸部件的应力不致提高。但则汽轮机内

13、诸部件的应力不致提高。但从设备可靠性和使用寿命两方面看，气从设备可靠性和使用寿命两方面看，气温高于允许值，无论在幅度上和累计时温高于允许值，无论在幅度上和累计时间上都必须加以严格限制。间上都必须加以严格限制。202022-2-28343 3、新蒸汽温度变化、新蒸汽温度变化 （2）气温下降时，如果压力不变，理想）气温下降时，如果压力不变，理想焓减少。蒸汽温度下降，级的内效率降焓减少。蒸汽温度下降，级的内效率降低，特别是末尾的级，由于蒸汽湿度的低，特别是末尾的级，由于蒸汽湿度的增大，级效率下降特别显著。而级的理增大，级效率下降特别显著。而级的理想焓降减低时，动叶反动度增大。这在想焓降减低时，动叶反

14、动度增大。这在凝汽式汽轮机工作于湿蒸汽区的级也是凝汽式汽轮机工作于湿蒸汽区的级也是比较明显的，因而轴向力也会增大比较明显的，因而轴向力也会增大202022-2-28354 4、汽轮机的轴向力及其变化、汽轮机的轴向力及其变化（1）汽轮机轴向力的产生）汽轮机轴向力的产生 汽轮机的轴向力可以汽轮机的轴向力可以分成以下三部分：分成以下三部分：作用在叶片作用在叶片上的轴向力上的轴向力作用在轮盘作用在轮盘上的轴向力上的轴向力作用在转子台作用在转子台阶上的轴向力阶上的轴向力 A BC202022-2-2836（2）引起轴向力变化的因素影响轴向力变化的因素简单概括如下：影响轴向力变化的因素简单概括如下：对于蒸

15、汽流向单一的凝汽式汽轮机，转对于蒸汽流向单一的凝汽式汽轮机，转子轴向力往往是随新蒸汽流量的增大而子轴向力往往是随新蒸汽流量的增大而上升。上升。反动度越大，转子的轴向力也越大。反动度越大，转子的轴向力也越大。202022-2-2837（2）引起轴向力变化的因素通流部分间隙的变化能影响反动度的大小，通流部分间隙的变化能影响反动度的大小，从而引起轴向力的变化。从而引起轴向力的变化。轮盘平衡孔对轮盘两侧压差有影响，因而对轮盘平衡孔对轮盘两侧压差有影响，因而对轴向力也有影响。轴向力也有影响。喷嘴和动叶积结盐垢时，经常会出现反动度喷嘴和动叶积结盐垢时，经常会出现反动度增加和轴向力增大。增加和轴向力增大。动

16、叶的圆周变化对反动度变化有直接影响，动叶的圆周变化对反动度变化有直接影响，圆周速度升高时反动度增加，圆周降低时反圆周速度升高时反动度增加，圆周降低时反动度减小。这对于变转速运行的工业汽轮机动度减小。这对于变转速运行的工业汽轮机尤为重要。尤为重要。202022-2-2838（2）引起轴向力变化的因素挠性联轴器如果补偿能力差或装配不佳，挠性联轴器如果补偿能力差或装配不佳，也能传递相当大的轴向力。例如一个功也能传递相当大的轴向力。例如一个功率为率为2万千瓦的高压转子，其挠性联轴万千瓦的高压转子，其挠性联轴器可以传递器可以传递11.5吨（即吨（即1万万1.5万牛）万牛）的推动力（对于压缩机亦然）。的推

17、动力（对于压缩机亦然）。注意到高压轴封处的平衡鼓提供了反向注意到高压轴封处的平衡鼓提供了反向的轴向力，其大小随所处的汽室（通常的轴向力，其大小随所处的汽室（通常为调节级室）压力的升降而变化，后者为调节级室）压力的升降而变化，后者则取决于蒸汽流量则取决于蒸汽流量202022-2-28395、排汽压力的变化及凝汽机的经济真空（1）排汽压力变化和影响）排汽压力变化和影响 排汽压力变化时，首先会引起末尾一级排汽压力变化时，首先会引起末尾一级或末几级热力工况的变化，尤其是对背或末几级热力工况的变化，尤其是对背压式汽轮机影响较大。排汽压力对机组压式汽轮机影响较大。排汽压力对机组运行的影响，简述如下：运行的

18、影响，简述如下：202022-2-2840（2 2）凝汽式汽轮机经济真空的讨论）凝汽式汽轮机经济真空的讨论 对于凝汽式汽轮机，当进汽流量不变，对于凝汽式汽轮机，当进汽流量不变，凝汽器中的压力每降低凝汽器中的压力每降低0.01绝对大气压，绝对大气压，就会使汽轮机的负荷增加额定功率的就会使汽轮机的负荷增加额定功率的1%左右（中间再热机组影响较小）。左右（中间再热机组影响较小）。这显然在很大程度上影响着机组运行的这显然在很大程度上影响着机组运行的经济性。正因为如此，凝汽式汽轮机在经济性。正因为如此，凝汽式汽轮机在运行中通常都尽量维持较高的真空。但运行中通常都尽量维持较高的真空。但也不应在任意高的真空下运行，而应在也不应在任意高的真空下运行，而应在经济真空下运行。经济真空下运行。202022-2-2841三、汽轮机振动故障的诊断 所谓（振动）故障诊断，是指研究人员所谓（振动）故障诊断，是指研究人员或管理人员采用抽象的演绎方法，以故或管理人员采用抽象的演绎方法，以故障特征为基础，与振动特征进行比较、障特征为基础，与振动特征进行比较、分析，或采用逐个排除的方法，对振动分析，或采用逐个排除的方法，对振动性质、故障原因和具体部件做出判断。性质、故障原因和具体部件做出判断。202022-2-28421、强迫振动与自激振动的概念 机组振动的类型和分类方法复杂，但是简单概括起来，可以分机组振