汽轮机检测与诊断l

1、汽轮机检测与诊断汽轮机检测与诊断主讲教师 孟召军 副教授主要讲授内容v第二讲第二讲 汽轮机大轴的碰摩与弯曲汽轮机大轴的碰摩与弯曲v第一节第一节 大轴弯曲原因与机理大轴弯曲原因与机理 v第二节第二节 影响大轴径向碰摩和产生弯曲的结构影响大轴径向碰摩和产生弯曲的结构因素因素 第二讲第二讲 汽轮机大轴的碰摩与弯曲汽轮机大轴的碰摩与弯曲 第一节 大轴弯曲原因与机理 第二节 影响大轴径向碰摩和产生弯曲的结构因素 第三节 运行条件对碰摩及大轴弯曲的影响 第四节 径向碰摩大轴弯曲事故举例 第五节 汽缸上下温差变大后的处理 第六节 轴向碰摩原因及影内因素 第二讲第二讲 汽轮机大轴的碰摩与弯曲汽轮机大轴的碰摩与

2、弯曲第二讲第二讲 汽轮机大轴的碰摩与弯曲汽轮机大轴的碰摩与弯曲第二讲第二讲 汽轮机大轴的碰摩与弯曲汽轮机大轴的碰摩与弯曲第二讲第二讲 汽轮机大轴的碰摩与弯曲汽轮机大轴的碰摩与弯曲第二讲第二讲 汽轮机大轴的碰摩与弯曲汽轮机大轴的碰摩与弯曲第二讲第二讲 汽轮机大轴的碰摩与弯曲汽轮机大轴的碰摩与弯曲第一节第一节 大轴弯曲原因与机理大轴弯曲原因与机理一、大轴弯曲机理 外力和工作温度均不会造成大轴的弯曲。 大轴的弯曲一般均是由于热应力过大造成的。 大轴弯曲可分为两种： 1)热弹性弯曲：低于屈服极限，温度均匀后自动恢复； 2)永久性弯曲：高于屈服极限，产生塑性变形；二、大轴弯曲的原因 1）局部碰摩产生局部

3、过热所引起的； 2）汽缸进汽水使转子骤然受冷所引起的。 两者现象又有区别，现在分别讨论于下 第一节第一节 大轴弯曲原因与机理大轴弯曲原因与机理 1）局部碰摩产生局部过热所引起的 产生大轴热弯曲的碰摩一般都发生在轴封处。 a.轴还是轴封都不是绝对圆的; b.退一步说即使两者都是圆的，在两者不同心时; 发生碰摩，最初总是发生在很小的一段圆周上，转子每转一周就友原处碰摩 一次，碰摩产生的热只加在轴的圆周的局部上，从而产生局部过热。 一旦发生碰摩后，碰摩处温度会升高、热膨胀加大，使碰摩处变得凸起、进一少使碰摩加剧，形成一恶性循环终使大轴弯曲变大，振动变大，导致事故停机： 第一节第一节 大轴弯曲原因与机

4、理大轴弯曲原因与机理 高速转动摩擦热量很大，蒸汽流过，亦不能将热量带走。 有时外轴封处局部碰摩产生的火花冒到机外，在停机以后检查碰废处可能会变成蓝色表明碰摩时产生过高温度淬火后变色，并留有碰摩痕迹。 在大轴都冷却到室温条件下，碰摩处亦即是轴凹入处 这些都是这种碰摩产生弯曲的特征。2）汽缸进汽水，使转子骤然受冷所引起 在汽轮机正常停机后尚未完全冷却时，汽缸转子的温度依然很高、一些系统隔离不严，有些积水漏入(有些是汽漏过，但在管道中校冷却亦变为水)，在运行人员监视不足条件下浸入汽缸，这时汽缸上下温差变大，汽缸翘曲，使轴封处间隙消失。第一节第一节 大轴弯曲原因与机理大轴弯曲原因与机理 盘车被迫停止：

5、产生碰摩后，使转子转动阻力矩变大。 这时由于汽缸上下温差大，转子产生弯曲。若汽缸内水位继续升高，使大轴下面浸入水中，受到剧冷冷却部分为凹面转于受到冷却部分的收缩，同时受到没有冷却部分的约束，可能产生更大的拉应力。 根据计算：当上下温差达到200左右时，冷却部分所受到的拉应力将超过材料的屈服极限，从而产生永久变形。在温度均匀后，被冷却水浸泡部分，将由原来的凹面变为凸面。 进水引起的大轴弯曲一般没有磨痕，并且受力的长度较长，故弯曲的弧度较长。实测弯曲曲线近于圆弧形。第二节第二节 影响大轴径向碰摩和产生弯影响大轴径向碰摩和产生弯曲的结构因素曲的结构因素 一、轴封间隙 设计制造时都规定有轴封(或称汽封

6、)间隙。 对于喷嘴钣处的轴封，各级相同，为0.400.770mm，亦有规定为0.50一0.60nm，后放大为0.600. 875mm。 对于汽缸两端轴封间隙为0.600.80mm，后放大为0.60.9mm 调整轴封间隙时，对下面一些因素加以考虑： 1)对于低压级，因蒸汽容积已较大，轴封间隙可取较大值； 2)漏汽量决定最后一道轴封，故应将出口间隙调小； 3)主轴弯曲时，有弧度，小间大，两端小。 调节级和第一、二压力级处弯曲最大，此处轴封间隙宜稍大，而两端轴封可较小，对两端轴封，外侧可较小，内侧可稍大。 第二节第二节 影响大轴径向碰摩和产生弯影响大轴径向碰摩和产生弯曲的结构因素曲的结构因素 二、轴

7、封结构 不合理的结构： 汽封环装在汽缸上，环上装有汽封齿，而轴是光轴或在铀上车出台阶，轴封发生碰摩时，轴的表面的局部温度就会升高，容易引起轴的弯曲。 较合理结构： 1）在轴上装有轴封套，轴封套与轴问有间隙；在两瑞两者紧密配合、或用配套定位圈定位、或在轴封套上装有轴封片。 当发全碰摩时，轴封套温度升高，而轴的表面温度不会升高。 2）汽封环后方弹簧片压紧。温度升高后可向后膨胀，相碰时亦可向后退让使摩擦力不会过大，第二节第二节 影响大轴径向碰摩和产生弯影响大轴径向碰摩和产生弯曲的结构因素曲的结构因素三、自动调整汽封 自动调整汽封的构造原理是在分段的汽封块间在周向上装有小弹簧，使汽封块分开或者在汽封环

8、凸肩下装有弹簧片，使汽封块向外移动，间隙变大在汽封块凸肩外空间中，通入喷嘴钣前蒸汽，负荷小时汽压较低，克服不了弹簧力，汽封间隙维持最大值，待汽轮机带较大负荷后，则汽压差克服弹簧力使汽封块推向中心，汽封间隙变小、如图21所示。这种自动调节汽封既可避免与轴碰摩又可在高负荷时保持效率。第二节第二节 影响大轴径向碰摩和产生影响大轴径向碰摩和产生弯曲的结构因素弯曲的结构因素自动调整汽封1-园柱弹簧 2-汽封块 3-大轴 4-调整压块 5-上下半轴体 6-进汽槽 7-密封面第三节 运行条件对碰摩及大轴弯曲的影响 一、热态起动条件 大轴弯曲事故有很高的百分比是在热态启动时发生，汽缸及转于在停机后冷却过程中，

9、常常不可能冷却绝对均匀。 1）汽缸有上下温差，转子有一定热弹性弯曲。 2）若操作不当，使汽轮机进了冷汽、水，因汽缸温度仍甚高，则会使汽缸产生其大变形，汽封位置及间隙将发生改变；因此： 1）在热态启动前应连续盘车，保证转于各部分温度均匀； 2）大轴晃动值应与安装后测得的原始值相等，若有差异，则表明转子存在弹性热弯曲，应查明原因后可方再开车。第三节 运行条件对碰摩及大轴弯曲的影响 由于大轴晃动度测量点距离铀承较近，测得的晃动度值小于转子的最大弯曲。 最大弯曲值可根据近似弯曲弧线求得，亦可近似根据距轴承的距离比例求得，以确定是否冲转启动。 3）当大轴晃动度值偏大则可能在停机或启动时发生碰摩。并且由于

10、大轴弯曲，增大了旋转时的不平衡离心力，在转速增高时变大，可进一步增大碰摩的可能性。 4）若在启动前因测点损坏(例如上下缸温度测点常会损坏)，或者怀疑指示值不准，不知汽缸上下温差，或者晃动表指示偏大，认为不正确，这时在没有充分证明前不应冒险开机。 第三节 运行条件对碰摩及大轴弯曲的影响 在检修中发现温度测点损坏、应尽可能修复。 若因缸内测点损坏不开缸大修就不可能修复，则应当考虑对一些关键测点，改变结构，例如内缸温度测点改为直插式。装在外缸上，插入内缸套管内以便不开缸便可检修，或者用双热电偶式温度计。 对于大轴晃度指示计，可在适当位置加一机械式晃度计，以便对照，开机时可抬起，不与轴接触。第三节 运

11、行条件对碰摩及大轴弯曲的影响 二、转速影响 在汽轮机启动过程中，若发生碰摩，其可能引起的损伤程度与当时的转速高低有关。 在盘车过程中，由于转速很低摩擦产生的热量很少，不会引起过大的热应力，也就不会引起转子产生水久性弯曲。 若在冲转后发现产生碰编，在轴封处看到冒出火花或者振动明显加大，车头晃动，则应立即停机，以免事故扩大。停机后投盘车，消除热弹性弯曲，以免事故扩大。 当低速暖机时，例如500一500rm凡若发现转子有碰摩象征，不能认为在低速转动较盘车更易于使转于温度均匀化，热弯曲可以早点恢复。第三节 运行条件对碰摩及大轴弯曲的影响 实际上，由于在低于临界转速下转动，其振动特性是不平衡离心力(轴上

12、凸出位置)与振动的位移向量为同方向(相位差小于90。)，振动会使摩擦加剧，振动将更大、事故特扩大，须停机。 当转子在高于临界转速下运行时，振动的位移向量与不平衡离心力反向(相位差大于90，当较临界转速高得较多时相位差近于150170)，升速后振动可能使摩擦减小故当发生轻微碰摩时，仍可继续运行，但在转速高时，碰摩速度变快产生热量变大，仍可能使热弯曲变大，故仍宜停机。 用盘车来消除热弯曲后再开机为好。第三节 运行条件对碰摩及大轴弯曲的影响 三、汽缸上下缸温差 在汽轮机启停及低负荷时，汽缸上下缸因外界条件不同，下缸与很多管道相联，散热面大，保温困难，加上空气流动时先与冷空气相接触，故一般下缸温度较上

13、缸温度低，使得汽缸上弯曲，汽封下部间隙变小。 一般向压内缸允许上下温差为35C外缸为50，中压缸为50 。 根据制造厂提供的资料介绍，上下缸温差每增加10 汽缸内汽封下间隙约减小0.10mm。第三节 运行条件对碰摩及大轴弯曲的影响四、法兰内外壁温差 在汽轮机启停过程中，因汽缸法兰加热调节不当，会引起法兰内外温差； 一般是法兰内侧温度高于外侧，使法兰热弯曲变形，使两端汽缸水平直径变大，垂室直径变小，变成水平椭圆形，上下汽封间隙变小，左右间隙变大，法兰变为外开口； 汽缸中部与之相反，变为直椭圆形，上下间隙变大，左右间隙变小，法兰为内开口。 现在一般规定汽缸法兰内外温差不超过100，是根据法兰强度所

14、决定的，这时法兰内热应力已近于材料的屈服极限。 可求出上述热变形的直径变形量，检查汽封是否会碰摩。第三节 运行条件对碰摩及大轴弯曲的影响 五、过临界转速时转子动挠度 汽轮机转子振动时。例如过临界转速时转子中心线并不是一直线，转子上各处的振动比例于转子在轴承外的轴振，转子中心线是一曲线，曲线的形状与临界转速的阶数有关。 对于大型机组，第一阶临界转速时的振幅是在发电机转子中部为最大其他阶的临界转速与机组的结构有关， 例如：对200MW国产机组: 其二阶临界转速为1470一1650rpm，在中压转子第1720级附近，当二瓦及三瓦处的轴振为1单位时，中间的振幅将为6.25和5.26单位。第三节 运行条

15、件对碰摩及大轴弯曲的影响 第三阶临界转速为19361987rpm。振动最大在高压转子的调节级处，当一瓦及二瓦处的轴振为1单位时，则调节级处的振幅为8.33和5.00单位。 根据最大振动处的汽封间隙，可求出相邻瓦处的允许轴振,当轴振超过此值时则中间轴封间隙将消失，发生碰摩。六、转子中心在轴承中的位移 当汽轮机在静止时轴颈停在轴承中的底部，检修时测量汽封的间隙便是在此状态下进行的。但是当汽轮机转动工作时，在轴承中形成油楔、转子中心在轴承中沿转动方向向前向上移动，移动量的大小由轴承处的压强及油的粘度等条件确定。对现在一般轴承的设计参数，大机组轴颈直径，将向上向旁移动0.200.30mm。第四节 径向

16、碰摩大轴弯曲事故举例1.事故经过 某发电厂200MW机组，于12时26分因220kV母线短路而停机。 于次日10时50分开机，除氧器已加热到130，用除氧器汽平衡管蒸汽向轴封供汽， 11时00分：真空抽至26.9kPa。此时高压内缸下缸内壁温度为370，内缸上缸内壁温度测点已坏，启动工作因交接等其他问题拖延。 到13时00分：高压内缸下缸内壁温度降到340 未引起重视。 13时52分：新汽压力为2.06MPa，主汽温为395 ，润滑油温为42 ，大轴晃动度指示为0.06mm，盘车电流为1518A，稍有摆动。第四节 径向碰摩大轴弯曲事故举例13时55分：将供轴封汽改用新汽，并投用汽加热系统，用电

17、动隔离阀的旁路阀冲转开机。冲转时，高压内缸下缸内壁温度又降至278 。冲转后转速维持在490500rpm，振动不大。14时00分：继续升速，当转速接近1500rpm时，振动变大，1、2号轴承振动达0.16及0.14mm，立即打闸停机，同时破坏真空。14时08分：转于静止惰走5min，盘车投不上，后用行车盘动转子。大轴晃动度指示达1. 03mm，便将转子停在此位置，利用汽缸上下温差直轴。待大铀晃度变小到0.35mm后、指示值不再变化。15时51分：投电动继续盘车但大轴晃度不再下降，表明大轴已产生永久性弯曲。第四节 径向碰摩大轴弯曲事故举例2.事故原因分析 主要原因是：在热态启动时、轴封供汽温度偏

18、低、真空又拉得较高，使缸内进入大量低温蒸汽，使汽缸壁温大幅度下降未引起重视。上汽缸温度计损坏，不了解上下缸温差扩大的变化，引起汽缸变形拱背，汽缸收缩变形。启动后动静发个碰摩，转子局部过热使大轴产生永久性弯曲。 次要原因是：轴封汽切换到新汽太晚，用电动隔离阀的旁路开机、阀后的管道没有得到暖管，使得进汽温度亦会偏低。 开缸检修时又发现转子中心相对于汽缸低0.18mm，使轴封下间隙偏小。第四节 径向碰摩大轴弯曲事故举例3损坏情况 开缸后检查发现： 高压前轴封及1、2、3级喷嘴钣汽封下部磨损较为严重，汽封片最大磨去2 mm。 叶片的围带及径向汽封片亦有不同程度的磨损磨损最深处近1 mm，轴承亦有磨损。

19、 大轴最大弯曲值为0.52 mm，位于距调节级叶轮后150mm处。第四节第四节 径向碰摩大轴弯曲事故举径向碰摩大轴弯曲事故举例例 二、汽轮机下缸进水失察引起碰摩1事故经过 发电厂200MW机组带140150MW运行，26日因锅炉泄漏，于11时55分拍保险停机。29日锅炉检修结束 6时40分锅炉点火，10时0 5分汽轮机冲转，10时30分并网，带上15MW负荷，因锅炉问题汽温急剧上升，十几分钟内汽轮机进口处主蒸汽温度由340上升到480 ，高压缸差胀由2mm上升到4.8mm，汽轮机被迫减负荷到零，但高压缸差胀仍有增大趋势，于是解列拍保险停机，拍保险后高压缸差胀增到5mm以上(指示表已到头)。经研

20、究决定待高压缸差胀减小到3mm以下、p0为2.943MPa、t0为350以上再开机。第四节第四节 径向碰摩大轴弯曲事故举径向碰摩大轴弯曲事故举例例 当晚21时差胀变小，满足上述条件，汽轮机轴封送汽暖管，锅炉点火，投高压旁路，未投减温水 22时新汽压力、新汽及再热汽温近于满足启动要求，便准备开机。 22时10分 供轴封汽、开始抽真空，暖法兰加热装置联箱， 22时15分 投低压旁路及其减温水， 23时30分 投高压旁路减温水。 次日0时13 分 开电动隔离阎， 0时15分 停高压旁路减温水， 0时19分投法兰加热装置 0时21分冲转。 第四节第四节 径向碰摩大轴弯曲事故举径向碰摩大轴弯曲事故举例例当时主汽压及再热汽压为： 2.6492.453MPa及0.2940.432MPa 新汽及再热汽温为： 360 306 及245241，高中低压缸差胀分别为：2.55mm、0.3mM及0.95mm 轴向位移为0.1mm，真空为89.32kPa。 冲转后，于0时28分转速开至80