汽輪機(jī)運(yùn)行及振動(dòng)故障診斷

1、汽輪機(jī)運(yùn)行及振動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)行及振動(dòng)故障診斷故障診斷天津石化天津石化王召利王召利202022-3-82汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)分析汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)分析汽輪機(jī)的分類及應(yīng)用汽輪機(jī)的分類及應(yīng)用汽輪機(jī)的作用原理汽輪機(jī)的作用原理汽輪機(jī)的材料選用汽輪機(jī)的材料選用1234一、概述一、概述202022-3-83二、汽輪機(jī)的運(yùn)行二、汽輪機(jī)的運(yùn)行 1 啟動(dòng)和停機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)汽輪機(jī)的運(yùn)行汽輪機(jī)的運(yùn)行2汽輪機(jī)的變工況汽輪機(jī)的變工況運(yùn)行運(yùn)行.202022-3-84三、汽輪機(jī)振動(dòng)故障診斷三、汽輪機(jī)振動(dòng)故障診斷202022-3-85一、概一、概 述述0302 01按工作原理可按工作原理可分為分為:沖動(dòng)式汽輪機(jī)沖動(dòng)式汽輪機(jī);反動(dòng)式汽輪機(jī)反動(dòng)式汽輪

2、機(jī)按熱力性能可按熱力性能可分為：分為：背壓式汽輪機(jī)背壓式汽輪機(jī) 凝汽式汽輪機(jī)凝汽式汽輪機(jī) 抽汽式汽輪機(jī)抽汽式汽輪機(jī)按氣流方向主按氣流方向主要可分為：要可分為：軸流式汽輪機(jī)軸流式汽輪機(jī)徑向式汽輪機(jī)徑向式汽輪機(jī)1、汽輪機(jī)的分類及應(yīng)用汽輪機(jī)的分類方法主要有以下幾種：、汽輪機(jī)的分類及應(yīng)用汽輪機(jī)的分類方法主要有以下幾種： 按用途可分為：按用途可分為：電站汽輪機(jī)電站汽輪機(jī)工業(yè)汽輪機(jī)工業(yè)汽輪機(jī)04202022-3-86各類汽輪機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 （1）沖動(dòng)式與反動(dòng)式?jīng)_動(dòng)式與反動(dòng)式（2）背壓式與凝汽式背壓式與凝汽式各類汽輪機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用各類汽輪機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用202022-3-872、汽輪機(jī)的作用原理1-靜葉片靜葉

3、片 2-動(dòng)葉片動(dòng)葉片 3-隔板隔板4-葉輪葉輪5-軸軸圖1-1透平示意圖202022-3-882、汽輪機(jī)的作用原理 由速度由速度 、 和和 組成的三角形組成的三角形叫動(dòng)葉出口速度三角形。如果將進(jìn)口和叫動(dòng)葉出口速度三角形。如果將進(jìn)口和出口速度三角形繪制在一起，如圖出口速度三角形繪制在一起，如圖1-2所所示。示。2C2W2U圖1-2 級(jí)速度三角形202022-3-89圖1-3 焓熵圖（is圖） 以上為氣體在透以上為氣體在透平級(jí)內(nèi)的流動(dòng)平級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程，而氣體過(guò)程，而氣體在級(jí)內(nèi)的熱力在級(jí)內(nèi)的熱力膨脹過(guò)程（即膨脹過(guò)程（即膨脹做功過(guò)程）膨脹做功過(guò)程）通常用焓熵圖通常用焓熵圖（is圖）表示，圖）表示，如圖

4、如圖1-3所示所示202022-3-8103、汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)分析汽輪機(jī)基本結(jié)構(gòu)汽輪機(jī)基本結(jié)構(gòu)滑銷系統(tǒng)滑銷系統(tǒng)汽缸汽缸軸承座軸承座調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥主汽門(mén)主汽門(mén)靜葉柵靜葉柵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子動(dòng)葉柵動(dòng)葉柵最關(guān)鍵的部件是汽缸、轉(zhuǎn)子與動(dòng)葉片最關(guān)鍵的部件是汽缸、轉(zhuǎn)子與動(dòng)葉片202022-3-8113、汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)分析 圖圖1-4和和1-5分別為汽輪機(jī)通流部分的分別為汽輪機(jī)通流部分的 主要布置型式和主要布置型式和 低壓缸同凝汽器低壓缸同凝汽器 的連接方式：的連接方式：202022-3-812圖1-4通流部分布置型式202022-3-813圖1-5低壓缸同凝汽器的連接方式202022-3-814（2 2）轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)

5、子，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，根據(jù)蒸汽參數(shù)的根據(jù)蒸汽參數(shù)的不同，可選擇不同，可選擇 三三種不同型式。種不同型式。套 裝整 鍛焊 接202022-3-815套裝轉(zhuǎn)子如圖套裝轉(zhuǎn)子如圖1-61-6所示。所示。202022-3-816整鍛轉(zhuǎn)子如圖整鍛轉(zhuǎn)子如圖1-71-7：202022-3-817焊接轉(zhuǎn)子如圖焊接轉(zhuǎn)子如圖1-81-8所示所示202022-3-818（3 3）動(dòng)葉片）動(dòng)葉片葉葉 型型葉葉 根根連接件連接件202022-3-819 葉根葉根 常見(jiàn)的葉根見(jiàn)圖常見(jiàn)的葉根見(jiàn)圖1-9202022-3-820 連接件 包括圍帶和拉筋及鉚接件等。用連接件包括圍帶和拉筋及鉚接件等。用連接件把幾只或整圈葉片連接成葉片組

6、，可以把幾只或整圈葉片連接成葉片組，可以調(diào)整葉片的自振頻率和減少葉片所受的調(diào)整葉片的自振頻率和減少葉片所受的動(dòng)應(yīng)力，不連接成組的葉片稱為自由葉動(dòng)應(yīng)力，不連接成組的葉片稱為自由葉片。片。202022-3-821 連接件連接件 圍帶可以減少葉頂漏氣，它的結(jié)構(gòu)如圖圍帶可以減少葉頂漏氣，它的結(jié)構(gòu)如圖1-10所示所示202022-3-822 連接件連接件 接筋有實(shí)心、空心圓形和兩半圓形等幾種，拉筋與葉接筋有實(shí)心、空心圓形和兩半圓形等幾種，拉筋與葉片的連接型式如圖片的連接型式如圖1-11所示所示202022-3-823 鉚釘頭的結(jié)構(gòu)型式如圖鉚釘頭的結(jié)構(gòu)型式如圖1-12所示所示 連接件連接件202022-3

7、-824汽缸材料的選用轉(zhuǎn)子及葉片材料轉(zhuǎn)子及葉片材料124、汽輪機(jī)材料選用202022-3-825（2 2）轉(zhuǎn)子及葉片材料）轉(zhuǎn)子及葉片材料表1-1汽缸、隔板、閥殼材料材料牌號(hào)HT30-54ZG25ZG20CrMoZG20CrMoVZG15Cr1Mo1V工作溫度250360500540570表1-2轉(zhuǎn)子和葉輪材料材料牌號(hào)34CrMo35CrMoV34CrNi3Mo17CrMo1V27Cr2Mo1V20Cr3MWV工作溫度480500400520535550部件名稱葉輪、轉(zhuǎn)子葉輪高強(qiáng)度葉輪焊接轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子表1-3葉片材料材料牌號(hào)1Cr132Cr1327Cr11MoVCr11MoVCr12WMoV工作

8、溫度450450530530570工作條件一般級(jí)拉應(yīng)力較高區(qū)過(guò)熱區(qū)級(jí)高溫區(qū)級(jí)高溫、拉應(yīng)力大、低壓級(jí)注：以上部分非必選內(nèi)容202022-3-826二、汽輪機(jī)的運(yùn)行 汽輪機(jī)的運(yùn)行為大家所熟知，故在此只汽輪機(jī)的運(yùn)行為大家所熟知，故在此只對(duì)汽輪機(jī)的變工況運(yùn)行進(jìn)行討論：對(duì)汽輪機(jī)的變工況運(yùn)行進(jìn)行討論：01001GGPP202022-3-8271、新蒸汽流量變化 當(dāng)新蒸汽流量變化而溫度和壓力不變時(shí)當(dāng)新蒸汽流量變化而溫度和壓力不變時(shí)（即（即T01=T0；X01=X0），汽輪機(jī)各級(jí)間），汽輪機(jī)各級(jí)間壓力分配和焓降分配會(huì)有一些變化。對(duì)壓力分配和焓降分配會(huì)有一些變化。對(duì)不同結(jié)構(gòu)的機(jī)組，變化也不同。不同結(jié)構(gòu)的機(jī)組，變

9、化也不同。202022-3-8281、新蒸汽流量變化 對(duì)于蒸汽流速達(dá)到或超過(guò)臨界流速的級(jí)，在對(duì)于蒸汽流速達(dá)到或超過(guò)臨界流速的級(jí)，在T01=T0；X1=X0的前提下，蒸汽參數(shù)與流量之的前提下，蒸汽參數(shù)與流量之間的關(guān)系為：間的關(guān)系為： 式中：式中：P0、G0、T0、X0原來(lái)級(jí)前的壓力、原來(lái)級(jí)前的壓力、流量、絕對(duì)溫度、干度；流量、絕對(duì)溫度、干度； P01、G1、T01、X01變化后級(jí)前的壓力、變化后級(jí)前的壓力、流量、絕對(duì)溫度、干度；流量、絕對(duì)溫度、干度； 即是說(shuō)：級(jí)前壓力與流量成正比。即是說(shuō)：級(jí)前壓力與流量成正比。01001GGPP202022-3-8291、新蒸汽流量變化 式中式中 P2 原來(lái)的排

10、氣壓力原來(lái)的排氣壓力 P21變化后的排氣壓力變化后的排氣壓力 從上式可知，在從上式可知，在T0=T01的條件下，蒸汽流量的的條件下，蒸汽流量的變化與級(jí)前壓力與級(jí)后壓力的平方差成正比。變化與級(jí)前壓力與級(jí)后壓力的平方差成正比。01022202212101TTPPPPGG 對(duì)于背壓式汽輪機(jī)以及低于臨界速度的級(jí)或機(jī)組，對(duì)于背壓式汽輪機(jī)以及低于臨界速度的級(jí)或機(jī)組， 蒸汽參數(shù)與流量的關(guān)系式為：蒸汽參數(shù)與流量的關(guān)系式為：202022-3-830 附注：所謂臨界速度與超臨界速度是指附注：所謂臨界速度與超臨界速度是指氣流速度等于一個(gè)馬赫數(shù)或大于一個(gè)馬氣流速度等于一個(gè)馬赫數(shù)或大于一個(gè)馬赫數(shù)的狀態(tài)。當(dāng)?shù)匾羲俸諗?shù)的狀

11、態(tài)。當(dāng)?shù)匾羲?,而而氣流速度氣流速度V與當(dāng)?shù)匾羲僦确Q為馬赫數(shù)與當(dāng)?shù)匾羲僦确Q為馬赫數(shù)以以M表示，表示，kRTa aVM 202022-3-8312 2、新蒸汽壓力變化、新蒸汽壓力變化 汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程都有新蒸汽壓力的上限，汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程都有新蒸汽壓力的上限，通常為額定值的通常為額定值的103%105%。 當(dāng)新蒸汽壓力升高而溫度不變時(shí)當(dāng)新蒸汽壓力升高而溫度不變時(shí) 新蒸汽壓力降低而溫度不變時(shí)新蒸汽壓力降低而溫度不變時(shí)202022-3-8323 3、新蒸汽溫度變化、新蒸汽溫度變化 新蒸汽溫度失常，比之于氣壓失常對(duì)機(jī)新蒸汽溫度失常，比之于氣壓失常對(duì)機(jī)組更具有危險(xiǎn)性。制造廠給予氣溫（包組更具有危險(xiǎn)性。制

12、造廠給予氣溫（包括新蒸汽和再熱汽）的允許正常波動(dòng)值括新蒸汽和再熱汽）的允許正常波動(dòng)值向上通常為向上通常為5，極限值為，極限值為+10，下限，下限則為則為510不等。不等。（1）氣溫升高時(shí)）氣溫升高時(shí)（2）氣溫下降時(shí)）氣溫下降時(shí)202022-3-8333 3、新蒸汽溫度變化、新蒸汽溫度變化（1）氣溫升高時(shí)由于蒸汽的理想焓降增）氣溫升高時(shí)由于蒸汽的理想焓降增加及排氣溫度降低而有利于汽輪機(jī)的熱加及排氣溫度降低而有利于汽輪機(jī)的熱效率提高，如果未超過(guò)設(shè)計(jì)最大出力，效率提高，如果未超過(guò)設(shè)計(jì)最大出力，則汽輪機(jī)內(nèi)諸部件的應(yīng)力不致提高。但則汽輪機(jī)內(nèi)諸部件的應(yīng)力不致提高。但從設(shè)備可靠性和使用壽命兩方面看，氣從設(shè)備

13、可靠性和使用壽命兩方面看，氣溫高于允許值，無(wú)論在幅度上和累計(jì)時(shí)溫高于允許值，無(wú)論在幅度上和累計(jì)時(shí)間上都必須加以嚴(yán)格限制。間上都必須加以嚴(yán)格限制。202022-3-8343 3、新蒸汽溫度變化、新蒸汽溫度變化 （2）氣溫下降時(shí)，如果壓力不變，理想）氣溫下降時(shí)，如果壓力不變，理想焓減少。蒸汽溫度下降，級(jí)的內(nèi)效率降焓減少。蒸汽溫度下降，級(jí)的內(nèi)效率降低，特別是末尾的級(jí)，由于蒸汽濕度的低，特別是末尾的級(jí)，由于蒸汽濕度的增大，級(jí)效率下降特別顯著。而級(jí)的理增大，級(jí)效率下降特別顯著。而級(jí)的理想焓降減低時(shí)，動(dòng)葉反動(dòng)度增大。這在想焓降減低時(shí)，動(dòng)葉反動(dòng)度增大。這在凝汽式汽輪機(jī)工作于濕蒸汽區(qū)的級(jí)也是凝汽式汽輪機(jī)工作于

14、濕蒸汽區(qū)的級(jí)也是比較明顯的，因而軸向力也會(huì)增大比較明顯的，因而軸向力也會(huì)增大202022-3-8354 4、汽輪機(jī)的軸向力及其變化、汽輪機(jī)的軸向力及其變化（1）汽輪機(jī)軸向力的產(chǎn)生）汽輪機(jī)軸向力的產(chǎn)生 汽輪機(jī)的軸向力可以汽輪機(jī)的軸向力可以分成以下三部分：分成以下三部分：作用在葉片作用在葉片上的軸向力上的軸向力作用在輪盤(pán)作用在輪盤(pán)上的軸向力上的軸向力作用在轉(zhuǎn)子臺(tái)作用在轉(zhuǎn)子臺(tái)階上的軸向力階上的軸向力 A BC202022-3-836（2）引起軸向力變化的因素影響軸向力變化的因素簡(jiǎn)單概括如下：影響軸向力變化的因素簡(jiǎn)單概括如下：對(duì)于蒸汽流向單一的凝汽式汽輪機(jī)，轉(zhuǎn)對(duì)于蒸汽流向單一的凝汽式汽輪機(jī)，轉(zhuǎn)子軸向力

15、往往是隨新蒸汽流量的增大而子軸向力往往是隨新蒸汽流量的增大而上升。上升。反動(dòng)度越大，轉(zhuǎn)子的軸向力也越大。反動(dòng)度越大，轉(zhuǎn)子的軸向力也越大。202022-3-837（2）引起軸向力變化的因素通流部分間隙的變化能影響反動(dòng)度的大小，通流部分間隙的變化能影響反動(dòng)度的大小，從而引起軸向力的變化。從而引起軸向力的變化。輪盤(pán)平衡孔對(duì)輪盤(pán)兩側(cè)壓差有影響，因而對(duì)輪盤(pán)平衡孔對(duì)輪盤(pán)兩側(cè)壓差有影響，因而對(duì)軸向力也有影響。軸向力也有影響。噴嘴和動(dòng)葉積結(jié)鹽垢時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)反動(dòng)度噴嘴和動(dòng)葉積結(jié)鹽垢時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)反動(dòng)度增加和軸向力增大。增加和軸向力增大。動(dòng)葉的圓周變化對(duì)反動(dòng)度變化有直接影響，動(dòng)葉的圓周變化對(duì)反動(dòng)度變化有直接影響

16、，圓周速度升高時(shí)反動(dòng)度增加，圓周降低時(shí)反圓周速度升高時(shí)反動(dòng)度增加，圓周降低時(shí)反動(dòng)度減小。這對(duì)于變轉(zhuǎn)速運(yùn)行的工業(yè)汽輪機(jī)動(dòng)度減小。這對(duì)于變轉(zhuǎn)速運(yùn)行的工業(yè)汽輪機(jī)尤為重要。尤為重要。202022-3-838（2）引起軸向力變化的因素?fù)闲月?lián)軸器如果補(bǔ)償能力差或裝配不佳，撓性聯(lián)軸器如果補(bǔ)償能力差或裝配不佳，也能傳遞相當(dāng)大的軸向力。例如一個(gè)功也能傳遞相當(dāng)大的軸向力。例如一個(gè)功率為率為2萬(wàn)千瓦的高壓轉(zhuǎn)子，其撓性聯(lián)軸萬(wàn)千瓦的高壓轉(zhuǎn)子，其撓性聯(lián)軸器可以傳遞器可以傳遞11.5噸（即噸（即1萬(wàn)萬(wàn)1.5萬(wàn)牛）萬(wàn)牛）的推動(dòng)力（對(duì)于壓縮機(jī)亦然）。的推動(dòng)力（對(duì)于壓縮機(jī)亦然）。注意到高壓軸封處的平衡鼓提供了反向注意到高壓軸封處

17、的平衡鼓提供了反向的軸向力，其大小隨所處的汽室（通常的軸向力，其大小隨所處的汽室（通常為調(diào)節(jié)級(jí)室）壓力的升降而變化，后者為調(diào)節(jié)級(jí)室）壓力的升降而變化，后者則取決于蒸汽流量則取決于蒸汽流量202022-3-8395、排汽壓力的變化及凝汽機(jī)的經(jīng)濟(jì)真空（1）排汽壓力變化和影響）排汽壓力變化和影響 排汽壓力變化時(shí)，首先會(huì)引起末尾一級(jí)排汽壓力變化時(shí)，首先會(huì)引起末尾一級(jí)或末幾級(jí)熱力工況的變化，尤其是對(duì)背或末幾級(jí)熱力工況的變化，尤其是對(duì)背壓式汽輪機(jī)影響較大。排汽壓力對(duì)機(jī)組壓式汽輪機(jī)影響較大。排汽壓力對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響，簡(jiǎn)述如下：運(yùn)行的影響，簡(jiǎn)述如下：202022-3-840（2 2）凝汽式汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)真空的討論

18、）凝汽式汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)真空的討論 對(duì)于凝汽式汽輪機(jī)，當(dāng)進(jìn)汽流量不變，對(duì)于凝汽式汽輪機(jī)，當(dāng)進(jìn)汽流量不變，凝汽器中的壓力每降低凝汽器中的壓力每降低0.01絕對(duì)大氣壓，絕對(duì)大氣壓，就會(huì)使汽輪機(jī)的負(fù)荷增加額定功率的就會(huì)使汽輪機(jī)的負(fù)荷增加額定功率的1%左右（中間再熱機(jī)組影響較?。?。左右（中間再熱機(jī)組影響較小）。這顯然在很大程度上影響著機(jī)組運(yùn)行的這顯然在很大程度上影響著機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。正因?yàn)槿绱耍狡啓C(jī)在經(jīng)濟(jì)性。正因?yàn)槿绱耍狡啓C(jī)在運(yùn)行中通常都盡量維持較高的真空。但運(yùn)行中通常都盡量維持較高的真空。但也不應(yīng)在任意高的真空下運(yùn)行，而應(yīng)在也不應(yīng)在任意高的真空下運(yùn)行，而應(yīng)在經(jīng)濟(jì)真空下運(yùn)行。經(jīng)濟(jì)真空下運(yùn)行。202022-3-841三、汽輪機(jī)振動(dòng)故障的診斷 所謂（振動(dòng)）故障診斷，是指研究人員所謂（振動(dòng)）故障診斷，是指研究人員或管理人員采用抽象的演繹方法，以故或管理人員采用抽象的演繹方法，以故障特征為基礎(chǔ)，與振動(dòng)特征進(jìn)行比較、障特征為基礎(chǔ)，與振動(dòng)特征進(jìn)行比較、分析，或采用逐個(gè)排除的方法，對(duì)振動(dòng)分析，或采用逐個(gè)排除的方法，對(duì)振動(dòng)性質(zhì)、故障原因和具體部件做出判斷。性質(zhì)、故障原因和具體部件做出判斷。202022-3-8421、強(qiáng)迫振動(dòng)與自激振動(dòng)的概念 機(jī)組振動(dòng)的類型和分類方法復(fù)雜，但是簡(jiǎn)單概括起來(lái)，可以分機(jī)組