第二讲 汽轮机设备故障诊断

第二讲汽轮机的滑销系统和窜轴、热膨胀监测第一节汽轮机轴向位移监视一、汽轮机产生轴向位移的原因和危害（一）汽轮机转子产生轴向位移的原因

汽轮机转子高速旋转，而汽缸及隔板是静止不动的，所以动静部分之间必须留有一定间隙。汽轮机叶片具有一定的反动度，叶片的叶轮前后两侧存在着压差，形成一个与汽流方向相同的轴向推力；轮毂两侧转子轴的直径不等，隔板汽封处转子凸肩两侧的压力不等，也要产生作用于转子上的轴向力。所以转子受到一个由高压端指向低压端的轴向推力。在这个轴向推力的作用下，转子就会产生轴向位移，使动静之间的间隙减小甚至消失，这是绝对不允许的。因此要设法平衡轴向推力，采取了高中压缸反向布置、中低压缸对称分流、开设平衡孔等一系列措施，平衡部分轴向推力，其余的则由推力轴承来负担。

推力瓦汽轮机在运行过程中，引起轴向推力增大的原因有以下几方面：汽轮机发生水冲击\蒸汽带水

由于含有大量水分的蒸汽进入汽轮机内，水珠冲击叶片使轴向推力增大，同时水珠在汽轮机内流动速度慢，堵塞蒸汽通路，在叶轮前后造成很大的压力差，使轴向推力增大。2.隔板轴封间隙增大

由于不正确地启动汽轮机或机组发生强烈振动，将隔板轴封的梳齿摩损，间隙增大，漏汽增多，于是使叶轮前后压力差增加，致使轴向推力增大。3.动叶片结垢

蒸汽品质不良，含有较多盐分时，会使动叶片结垢。动叶片结垢后，蒸汽流通面积缩小，引起动叶片前后的蒸汽压差增大，因而增大了转子轴向推力。叶片的结垢情况，可以由监视段压力的变化情况判断出。为了监视监视段的压力变化，需要作出通流部分清洁时的监视段压力与负荷的关系曲线。监视段压力的最大增长值，一般来说，对于中压冲动式汽轮机为15%，高压冲动式汽轮机为5%，有平衡盘的中压反动式汽轮机为20%，有平衡盘的高压反动式汽轮机为10%。4.新蒸汽温度急剧下降

新蒸汽温度急剧下降，转子温度也跟着降低，由于转子的收缩量大于汽缸的收缩量，致使推力轴承的负荷增加。当汽轮发电机采用挠性靠背轮时，靠背轮对转子的移动起了制动闸的作用，因而使推力轴承上承受的推力增大。若是齿形靠背轮，当齿或爪有摩损或卡涩情况就就更为严重，推力轴承极易发生事故。5.真空下降：

汽轮机凝汽器真空下降，增大了级内反动度，致使轴向推力增大。6.汽轮机超负荷运行汽轮机起负荷运行时，蒸汽流量增加，会使轴向推力增大。７．推力轴承损坏

８．供热抽汽工况突然有较大的变化

９.主、再热蒸汽压力不匹配。10.润滑油系统由于油压过低、油温过高等缺陷使油膜破坏而导致推力瓦块乌金烧熔，也会使转子产生轴向位移。润滑油系统会造成油膜破坏的原因有：润滑油压过低润滑油温过高润滑油中断油质不良润滑油中有水轴瓦与轴之间的间隙过大乌金脱落发电机或励磁机漏电（二）汽轮机转子产生轴向位移的危害和监视保护措施当轴向推力过大时，推力轴承过负荷，造成推力瓦块烧毁或动静部分发生碰摩，造成设备的严重损坏。当转子轴向推力过大，推力轴承过负荷，将破坏油膜，致使推力瓦块乌金烧熔，转子窜动。当轴向位移超过动、静部件之间预留的间隙时，将会造成叶片折断、大轴弯曲、隔板和叶轮碎裂等恶性事故。因此严密监视机组的轴向位移显得特别重要。一般在推力瓦块上装有温度测点，在推力瓦块回油处装有回油温度测点等，以监视汽机推力轴承的状态。此外，还装设各种轴向位移监测保护装置，以监视转子的轴向位移变化。对于轴向位移监测器在正常工况下指示轴的位移量，当位称超过一定限值时，发出报警信息，提醒运行人员严密监视机组状态，采取处理措施，当轴向位移达到“危险”限值时，发出危急遮断高、中压调节阀门与主汽门的信号，以保证机组设备和人身的安全。

（三）轴向位移测量装置轴向位移测量装置有四种类型：

1.机械式：采用一耐磨的金属直接与汽轮机大轴相接触，将大轴的轴向位移变化通过杠杆传递系统传至指示器，当轴向位移达到限值时，保护跳闸机构动作，遮断去自动主汽门和调速器错油门的保护油路，实行紧急停机。

2.液压式：轴向位移改变喷油嘴与轴端平面(或转子的凸缘平面)之间的间隙，改变油的油量，引起喷油嘴前的压力变化，以此压力指示轴向位移的大小，当压力低于某一数值时，滑阀动作实现紧急停机。

3.电感式：将转子的机械位移量转换成感应电压的变化，然后进行指示、报警或停机保护。

4.电涡流式：根据电涡流原理，将位移的变化转换成与之成比例的电压变化，从而实现位移的测量、报警和停机保护。第二节汽轮机热膨胀监视

一、机组热膨胀的原因及危害（一）缸胀和差胀

汽轮机的汽缸和转子在启动、停机过程中，或在运行工况发生变化时，都会由于温度变化而产生不同程度的热膨胀。汽缸受热而膨胀的现象称为“缸胀”。缸胀时，由于滑销系统死点位置不同，汽缸可能向高压侧伸长或向低压侧伸长，也可能向左侧或向右侧膨胀。为了保证机组的安全运行，防止汽缸热膨胀不均，发生卡涩或动静部分摩擦事故，必须对缸胀进行监视。缸胀监视仪表指示汽缸受热膨胀变化的数值，也叫汽缸的绝对膨胀值。

转子受热时也要发生膨胀，因为转子受推力轴承的限制，所以只能沿轴向往低压侧伸长。由于转子体面比小，而且直接受转子的冲击，因此温升和热膨胀较快，而汽缸的体积较大，温升和热膨胀相对要慢一些。当转子和汽缸的热膨胀还没有达到稳定之前，它们之间存在较大的热膨胀值，简称“胀差”(或“差胀”)值，也叫汽缸和转子间的相对热膨胀差。在机组启动或增负荷时，是一个蒸汽对金属的加热过程，转子升温快于汽缸，大于汽缸的膨胀值，称为正胀差；在停机或减负荷时，是一个降温过程，转子降温快于汽缸，所以转子收缩的快，也就是转子的轴向膨胀值小于汽缸的膨胀，称为负胀差。汽缸的绝对膨胀值理论上可以用下式表示式中

——计算段材料的线膨胀系数（1/℃

）；

——计算工况金属温度与安装温度之差，即计算段的温度增量（℃）；

L——计算截面至死点的轴向距离（mm）。（mm）

但在实际应用时，往往采用近似方法进行计算，即沿着轴方向分成若干区段，先计算各区段的绝对膨胀值，然后进行修正和叠加，得出汽缸的绝对膨胀值。由于汽轮机转子的轴向位置是由推力轴承固定的，所以差胀是以推力轴承为起点（相对死点）的某一处转子和汽缸总的膨胀差，例如高压缸在C点处的差胀可表示为由于汽轮机转子的轴向位置是由推力轴承固定的，所以差胀是以推力轴承为起点（相对死点）的某一处转子和汽缸总的膨胀差，例如高压缸在C点处的差胀可表示为

式中

—分别为转子和汽缸的膨胀值（mm）

，—分别为转子和汽缸材料的线膨胀系

数（1/℃

）；

，—分别为转子和汽缸的计算工况温度

增量（℃）。

由于汽缸和转子是由很多区段组成的，所以计算差胀时，也是先计算各区段的差胀，然后相加。由上可知，加热时差胀由前段至后段，一般是递增的，这就是一般制造厂在设计动静部分轴向间隙时，自前至后把间隙设计得越来越大的原因。一旦某一差胀超过预留的轴向动静部分之间的间隙，就将发生动静部分摩擦，造成设备损坏。（二）汽轮机胀差过大的原因汽轮机在启动、暖机和升速、停机过程中，或在运行中工况发生改变时，都会由于温度变化而引起转子和汽缸不同程度的热膨胀。汽轮机带负荷后，转子和汽缸受热逐渐趋于饱和，它们之间的相对胀差也逐渐减少，最后达到某一稳定值。在运行中，一般负荷的变化对热膨胀的影响是不大的，只有在负荷急剧变化或主蒸汽温度不稳定时，由于温度变化大，才会对热膨胀产生较大的影响。

正胀差过大的原因一般有：

1.启动时暖机时间不够，升速过快或增负荷速度过快；

2.汽缸夹层、法兰加热装置汽温太低或流量较小,引起加热不足；

3.进汽温度升高；

4.轴封供汽温度升高,或轴封供汽量过大;5.真空降低,引起进入汽轮机的蒸汽流量增大;6.转速变化;7.调节汽门开度增加,节流作用减小;8.滑销系统或轴承台板滑动卡涩,汽缸膨胀不出;9.轴承温度太高;

10.推力轴承非工作面受力增大并磨损,转子向机头方向移动;11.汽缸保温脱落或有穿堂冷风;12.多缸机组其他相关汽缸胀差变化,引起本缸胀差变化;13.多层缸夹层中流入冷汽或冷水;14.胀差指示表不准,或频率、电压变化

负胀差过大的原因一般有：

1.负荷下降速度过快或甩负荷；

2.汽缸夹层、法兰加热装置汽温加热过度；

3.进汽温度急剧下降；

4.轴封供汽温度降低,或轴封供汽量过小;5.真空降低,引起进入汽轮机的蒸汽流量增大;6.水冲击；

7.进汽温度低于金属温度小;8.滑销系统或轴承台板滑动卡涩,汽缸收缩不回;9.轴承温度太低;10.轴向位移向负值变化;

11.多缸机组其他相关汽缸胀差变化,引起本缸胀差变化;12.多层缸夹层中流入高温蒸汽（进汽短管漏汽）;13.胀差指示表不准,或频率、电压变化（三）胀差过大的危害和监视措施

随着机组功率增大，级间效率提高，机组轴封和动静叶片之间的轴向间隙设计得越来越小。若启停或运行过程中胀差变化过大，超过了设计时予留的间隙，将会使动静部件发生摩擦，引起机组强烈振动，以致造成机组损坏事故。为此，一般汽机都规定有胀差允许的极限值。它是根据动静叶片或轴封轴向最小间隙确定的，即当转子与汽缸相对胀差值达到极