汽轮机转子运行故障分析及诊断研究刘扬

刘扬

摘要：汽轮机作为工业生产中不可或缺的机械设备，在结构上具有复杂性以及特殊性的特点，尤其是转子，不仅造价高，结构复杂，加工难度大、精度要求高，而且其与轴上零件都有复杂的装配关系；促使其运行故障发生率相对较高，尤以转子的故障频率最为频繁和集中。因此汽轮机转子诊断机理与诊断方法研究工作具有较高的现实价值、应用价值。

关键词：汽轮机；转子；运行故障；分析与诊断

引言：

汽轮机是火电厂重要的动力设备，其运转正常与否直接关系到火电厂的经济性和安全性。转子又是汽轮机的核心部件，在运行过程中故障率比较高，一旦在运行过程中由于各种原因会出现振动异常情况，振动烈度将随转子转速和负荷升高而呈线性增大，直接影响机组正常运行，处理不当将造成机组动静碰磨，甚至造成转子大轴弯曲。

1汽轮机转子故障问题

1.1汽轮机转子运行故障类型

在汽轮机转子运行过程中，振动信号发生是转子发生故障的前提表现，对此应在汽轮机转子运行过程中，对其振动信号进行准确测量，为了更好地判断汽轮机转子运行故障类型，对其进行分类阐述。振动频率：基频振动、倍频振动、整分数基频振动、比例基频振动、超低基频振动以及超高基频振动；振幅方位：横向振动（水平振动和垂直振动）、轴向振动与扭转振动；振动原因：转子平衡度较差、轴系不对称和零件松动、摩擦（密封件摩擦、转子和定子之间产生的摩擦）、轴承损坏、轴承内部油膜涡动与油膜振动、动力和水力的影响、轴承刚度较差、电气等；振动部位：转子和轴系振动（轴颈、轴纹叶片）、轴承（油膜滑动和波动）、壳体振动与轴承座振动、基础振动（基座、工作台、支架）、其他结构振动（阀门、阀杆、管道等）。

1.2小波分析特征

小波可以通过母小波的伸缩程度与平移从而取得不同程度的基函数对振动程度进行分析。小波变化是一种处理技术非常强大信息技术，它是由多分辨率信号组成的。在具体分析过程中，它可以从尺度的变换而选出不一样的频率段。小波分解，它可以把稳定的或者不稳定的信号分解由小波伸缩的基函数，从而保持信息量完好，在此基础之上，原来的信号可以在不一样的频段上或者发生信号突变的情况下，可以通过分解信号在不同尺度中进行分解或得到重构。对振动程度信号的小波包进行分解，从而对振动系统进行了故障分析，及时呈现出系统故障产生的频率能量以及产生的时间。

1.3转子故障处理的结果

当转子出现问题后，维修过程要参照维修前制定的计划，依次对机组进行全面细致的审查。当维修时出现叶片质量不达标的问题，要及时更换叶片，此时需要打开盖子，对16—19级叶片进行震动测算，在测算过程中会发现，例如18级叶片频率高于标准规定，因此更换第18级叶片。

2汽轮机转子振动故障的诊断及维护

2.1报警和故障诊断

在对汽轮机转子振动信号数据分析过程中，应利用事先采集的信号设置与之相对应的报警界定，进而才能在振动值高出正常限定值时，及时对汽轮机转子的运行故障类型进行识别和分类，其详细的振动值高超报警流程为：输定报警值界限——输入采集数据限号——汽轮机转子运行——发生警报。首先，对转子平衡度较差故障诊断：水平与垂直倍频不平衡值均大于等于1、单倍频振动效果较为明显；其次，转子摩擦故障诊断：4倍频占据1倍频20%以上、5倍频与0.5倍频占据1倍频10%以上、2倍频占据1倍频50%以上、3倍频占据1倍频20%以上以及1倍频在界定值以上；最后，油膜涡动与油膜振动故障诊断：0.5倍频、1倍频其幅值均在2.0以上。

2.2提高安装精度

2.2.1轴系连接要尽量做到平直、同心

转子水平放置时，会由于自重作用而产生微弱的静挠曲，故转子安装完之后，应确保各转子轴线构成一平滑的曲线，否则会导致轴承本身负载的不一致，降低转子运行的平稳性。在实际安装过程中，应根据轴承的具体方位来确定曲线的实际方位，务必使整个转子呈一连续的光滑曲线。

2.2.2精确安装轴承

汽轮机组中使用了很多的可倾瓦轴承，这类轴承的特点是稳定性极强，并且可以有效地缓解油膜振动。在安装过程中，应确保轴承盖与轴瓦之间的预紧力满足设计要求。

2.2.3提高轴承座安装精度

轴承座安装应当结合图纸要求及相关规范进行严格把关，根据实际需要，安装时可予以多次测量，求得加权平均值。同时应注意，轴承座几何中心应与轴颈承力中心保持重合。

2.2.4精确安装滑销系统

正常情况下，机组运行时会由于高温、高压作用而发生缸体膨胀，通过正确安装滑销系统，合理调整系统的间隙，能够将缸体膨胀控制在一定范围之内，降低对机组造成的影响。

2.3控制油膜振荡

首先，应使用优质润滑油，确保油的粘度、压力、湿度等达到相关指标要求。当前国内使用较多的汽轮机油有32号与46号两种，其中32号油的粘度性能要优于46号油。其次，调整润滑油进油温度：以300MW汽轮机组为例，一般要求润滑油的温度在40℃～45℃之间，保持该温度区间既能降低润滑油粘度，又不会造成油压下降。最后，控制轴承间隙：实践经验表明，如果轴瓦顶隙过大，会造成稳定性大幅下降，因此要尽可能地减小轴瓦顶部间隙。目前比较常用的做法是修刮轴瓦中分面，将圆筒轴瓦变为椭圆轴瓦，将椭圆轴瓦的椭圆度加大，将三油楔轴瓦变为椭圆与三油楔混合型轴瓦，以此增加上瓦的油膜力，减小轴颈上浮高度，进而增强轴瓦稳定性。一般情况下，椭圆轴瓦及三油楔轴瓦的顶隙宜保持在轴颈直径的0.1%～0.13%，具体取值应视轴颈直径大小而定，直径较大则取上限值，反之则取下限值。对于圆筒轴瓦，在当前的汽轮机组中已极少采用，少数使用的圆筒轴瓦实质上应当属于椭圆轴瓦的范畴，其顶隙与侧隙已经十分接近，如果这类轴瓦发生自激振荡，应将顶隙缩减到轴颈直径的0.12%～0.15%，防止因顶隙过小而造成钨金温度的异常升高。

2.4加强排查检修

汽轮机转子运行过程中，由于受到高温、高压、潮湿、高速旋转等复杂工况的影响，很容易发生故障。因此，必须加强转子故障的排查检修，尽早发现问题并予以维修或换新，防止因转子振动而造成整个机组的故障。在对转子故障进行排查检修时，需做好转子的动平衡校验，确保转子质心和旋转中心相重合。与此同时，技术人员应注意记录汽轮机组转子的振动数据，包括设备满负荷运行条件下的数据，以此为基础绘制转子的振动曲线，并通过曲线变化判断转子运动是否正常。此外，当机组带负荷运行时，应定期在机组各支承轴承处进行振动监测，并对测量结果进行记录、分析，发现振动异常的转子应予以重点监测。一般情况下，各转子振动的变化会保持在较小的范围之内，如果某转子振动突然出现大幅增加，应及时对新蒸汽参数、油温、油压、轴向位移、汽缸膨胀等进行检查，如发现异常应及时采取措施予以排除。

结束语：

随着汽轮机机械设备的使用，不仅提升工业生产效率，还能有效地降低工业企业生产成本的消耗以及人力资源的使用，但是在汽轮机大范围运用过程中，对其可靠性与安全性性能面临着严峻的考验。目前，在工业生产中，实现大型产业化发展，如在石油、化工以及电力行业中，均采用满负荷与连续性生产模式，促使汽轮机成为重要的工业生产设备。

参考文献：

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