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汽轮机常见故障分析及措施论文

汽轮机的原理及故障排除

1、汽轮机原理简介

2、不正常振动

3、转子轴向位移过大及汽轮机水冲击

4油系统故障及排除

5、调节保安系统故障及排除

6、凝汽系统故障及排除

7、结束语

8、参考文献

9、附录

9.1.42-7238-00，汽轮机蒸汽疏水系统图

9,20-0640-7238-00，汽轮机润滑油系统图

9,30-0641-7238-00，汽轮机调节系统图

汽轮机常见故障分析及措施

摘要：

本文对蒸汽轮机的原理及汽轮机运行过程中常见的故障，提出了解决措施。

关键词：

汽轮机故障分析措施

一、汽轮机原理

汽轮机是用蒸汽做功的一种旋转式热力原动机，具有功率大、效率高、结构简单、易损件少，运行安全可靠，调速方便、振动小、噪音小、防爆等优点。

主要用于驱动发电机、压缩机、给水泵等，在炼油厂还可以充分利用炼油过程的余热生产蒸汽作为机泵的动力，这样可以综合利用热能。

二、不正常震动

汽轮机运行存在不同程度、方向的振动，凡是限定范围内的振动不会对设备造成危害，是允许的。

但由于各种原因，机组运行过程尤其在试运行时会出现振动异常，固然产生不正常振动的原因很多，振动异常大多是安装不合要求及运行维护不当引起的。

由于汽轮机转子在厂内进行了高速动平衡，并经空负荷运转合格后出厂，所以除进行了修理、更换过零件或已产生永久弯曲变形的转子外，一般汽轮机转子无须复校动平衡。

汽轮机和机组起动、运行过程出现振动异常，主要从上述两方面查找原因，根据振动特征借助频谱仪或其它实时分析器进行测试、分析，判明原因并加以解决。

1、安装或检修质量不良

1.1二次灌浆浇注质量不好，支座（底盘）与基础贴合不紧密；地脚螺栓松动；基础不均匀下沉。

汽轮机起动后，随着升速站在机旁就能感觉到基础与汽轮机一起振动，轴振动振幅变化不明显，振动信号中有低频分量，轴承座壳体振幅明显增大，振幅不稳定。

这种情况最好的解决办法是重新安装。

1.2管道

1.2.1蒸汽管路：

法兰接口明显错位强制连接或管路布置不合理，作用在汽轮机上的力和力矩超过允许值。

振动异常时特征是：

振动与汽轮机热状态有关，达到一定负荷（温度）振幅明显增大，振动频率与转速合拍，振动信号中有低频分量。

在汽轮机前、后部位检测轴及轴承座的振动，前部振动大很可能是进汽管路有问题；后部振动大，大多是排汽管路问题所致。

处理措施：

管道按要求重新装接或调整管路支吊架。

1.2.2主油泵进、出油管道：

法兰接口严重错位强制连接，管道的干扰力使汽轮机振动不正常，随着转速升高，前轴承座壳体振动明显增大，振动信号中有低频分量。

处理措施：

按要求重新装按管道。

1.3汽轮机滑销系统装配、调整不当：

汽轮机起动、运行时热膨胀受阻，致使转子与汽缸、轴承座的对中被破坏而引起振动，振动与汽轮机热状态有关，振动频率与转速合拍，在前、后轴承座三个方位测量振动，可判断哪个部位导向键卡涩。

处理措施：

停机检查，重新调整导向件。

1.4对中不好

1.4.1汽轮机转子与汽缸对中不好：

汽轮机安装时若转子与汽缸找中不好，在汽轮机单机试车时就会出现振动异常，汽轮机起动过程中，随着转速和机内温度的升高，由于动、静体产生碰擦，在轴振动振幅增大的同时还伴有刺耳的尖叫声，振动信号中有高频分量，振动波形紊乱。

处理措施：

停机后复校中心，修复或更换损坏的汽封。

1.4.2汽轮机转子与被驱动机转子对中不好：

汽轮机单机试车振动良好，机组试出现振动异常，如振动波形有二倍频谐波，大体上可判定振动是由转子对中不好所致，检测轴承座壳体振动，轴向振幅增大表明端面平行度超差；径向振幅增大通常是不同轴度偏差过大，不过往往是两者同时存在。

处理措施：

停机，重新调整转子对中状态。

如由于外部原因，一时不允许校正对中值，可临时在转子的缸外辅助平衡面上进行不平衡校正，不过这只能是一种权宜之计，彻底的解决办法是在机组停机后，将转子对中调整到正确位置并复校转子平衡状态。

1.5轴承：

多油楔轴承的承载能力与油楔布置方式有关，该公司汽轮机使用的四油楔轴承，正确的装配位置是轴承中分面与轴承座中分面呈45°，这样运行时载荷正对油楔中心，现场安装时，如四油楔轴承未转45°，则致使轴承承载能力下降，运行时，机组达到某一负荷就出现振动突然增大，振动信号中有低于工频的涡动信号。

处理措施：

按要求装配轴承。

1.6汽轮机与被驱动机的轴向定位不符合要求，尤其在与汽轮机直联的发电机组中，若发电机动、静体轴向间隙小于汽轮机转子的轴向膨胀量，运行时，汽轮机转子膨胀推动发电机转子轴向移动，当发电机动、静部分碰擦时机组产生强烈振动并伴有巨大声响，造成设备损坏事故。

采取措施：

机组安装时，正确定位，防患于未然。

2、运行操作

2.1轴承工作状态不良，如轴承润滑油量不足，油质不合格（乳化，油中有量气泡、杂质、水份等），油温过低，轴承间隙过大等造成轴承油膜不稳定，因油膜涡动而引起振动，振动时有时无，振动波形紊乱，振动频率与转速不合拍，振动伴有不正常声响。

处理措施：

根据查明此原因作相应处理。

2.2改变负荷过程中产生振动大多与操作不当有关，如前次停机后未正常盘车，之后起动时又未充分暧机，如在升速时出现振动异常且在前、后汽封处能清楚听到金属磨擦声，那就表明转子已产生弯曲，这时应降低转速，等振动正常后，保持转速稳定（不得在禁止停留区域内）暧机～15分钟后再升速，若重复3次异常振动仍不能消除，那就只能停机，检查、修复转子。

运行中负荷变化速度过快时，会因受热件热胀不均匀产生变形而引起振动，如加负荷出现振动应立即减负荷或降速，稳定后按起动曲线给的负荷（或转速）变化率加负荷；减负荷出现振动，同理反向操作。

三、转子轴向位移过大及汽轮机水冲击

在高参数，大容量汽轮发电机组中，轴位移和胀差是直接反映汽轮机动静间隙的两项最重要的技术参数，也是两项重要保护。

目前，由于许多机组的轴系机械安装零位和监测保护系统的电气零位不统一，经常发生检修后的机组因胀差、位移监测系统传感器的零位锁定不当，使该系统在机组启动后，测量误差较大，甚至无法正常监测和投入保护，只能停机处理。

因此，检修后机组的轴位移、胀差传感器的零位锁定是直接影响机组启动后，胀差、位移监测系统能否正确反映汽轮机组的动静间隙，从而可靠投入保护的一项重要工作。

机组运行时，引起汽轮机转子轴向位移增大的原因一般有：

1、负荷或蒸汽流量增加；

2、通流部分损坏；

3、通流部分结垢严重；

4、推力瓦块磨损；

5、汽轮机水冲击；

6、汽轮机排汽压力升高（凝汽式汽轮机为凝汽器真空降低）；

7：

水冲击是汽轮机的重大事故之一。

机组运行过程中，如汽温急骤降低，轴封处冒出白色蒸汽或溅出水滴；推力轴承温度上升或轴位移增大；振动异常，表明发生水冲击，必须立即紧急停机。

汽轮机发生水冲击大多是操作不当引起的，也有一些是因抽汽管路上止回阀关闭不严，管路中的水倒灌进入汽轮机所致。

机组运行时如出现锅炉满水或汽水共沸，使进入汽轮机的蒸汽带水，由于水滴流动速度低，撞击在动叶背弧产生制动作用使汽轮机出力显著降低；蒸汽带水使中片应力大为增加，会致使叶片断裂；机组振动异常，同时，蒸汽带水使蒸汽通流面积减少，引起推力急骤增加而危及推力轴承的安全。

为避免发生水冲击，在锅炉并炉时一定要注意蒸汽温度的变化，防止汽温过低；有不同汽源的汽轮机，在汽源切换时一定要充分注意疏水。

锅炉运行要注意保持蒸汽压力、温度符合规定。

汽轮机起动时，如进汽管路未充分疏水，蒸汽管路积水出现水锤现象时，管路、机组会产生强烈振动并伴有沉闷巨大的声响，这种情况汽轮机必须立即停机。

四、油系统故障及排除

汽轮机必须设置油系统，其作用主要是供给机组各轴承润滑油，使轴颈和轴瓦之间形成油膜，以减少摩擦损失，同时带走由摩擦产生的热量和由转子传来的热量；供给动力驱动、调节系统和保安装置用油；供给油密封装置密封油以及大型机组的顶油装置用油。

供油系统必须在任何情况下都能保证可靠用油，否则会引起轴瓦乌金的损坏或熔化，影响动力控制，严重时会造成设备的损坏事故。

汽轮机组的油系统是由贮油箱、油泵、油冷却器、油过滤器、安全阀、止回阀、调压阀、控制阀以及高位油箱、蓄压器、油管路等组成。

油系统常见故障及排除方法有：

1、压力油油压偏低

1.1压力油意外泄漏

1.1.1辅助油泵止回阀关闭不严，主油泵出油有一部分从该阀排放到油箱。

如主、辅油泵切换前油压正常，停下辅助油泵后油压降低，很有可能是止回阀泄漏所致；

1.1.2油泵选用容积泵的供油系统，泵出口溢流阀调整不当，泄放油量过大引起油压降低；

1.1.3配置有高位油箱的油系统，油箱进油阀调节不当，油箱溢流量偏大，使油压降低；

1.1.4装入油箱中的立式油泵，出油管连接法兰漏油，油泵出油有一部分喷入油箱。

1.2电动油泵转向不对。

1.3油箱油位过低，不仅油泵出口油压降低，而且油压波动。

1.4系统配置缺陷

主、辅油泵切换过程瞬时出现油压降低，或是机组稳定运行时油压正常，而当油动机大幅动作时油压下降甚至引起速关阀关闭。

在压力油或油动机动力油管路上装设蓄能器可避免出现油压大幅降低，有的机组虽配置有蓄能器，但由于充氮压力不符合要求等原因而不起作用。

1.5机组正常用油量大于泵的额定流量，造成油压降低。

机组试运行时，主油泵投入工作后油压偏低，经检查证实油压偏低非上述原因所致，这时，在满足运行要求的前提下，先尝试尽可能减少系统用油量，如轴承进油、齿轮箱喷油等，如仍无明显改善，那就要考虑换泵：

1.5.1改用容量大的油泵；

1.5.2自带主油泵的汽轮机，条件允许时改变驱动组件齿轮速比，提高泵的运行转速。

五、调节安系统故障及排除

汽轮机大多用作原动机驱动压缩机、机泵等，为了节约能源，汽轮机的效率都是根据在一定转速下进行设计。

当转速变化很大时，会使汽轮机严重地偏离设计工况，使效率降低。

为此需要将汽轮机稳定在一定转速，汽轮机控制调速系统的目的是为了满足这个要求。

它根据汽轮机的转矩和转速相应变化的关系，利用转速变化作为讯号来进行调节。

当转速有一个很小的变化时，调速系统能自动地改变汽轮机的进汽量，使汽轮机的功率和负荷相适应，从而使转速不发生很大的变化。

汽轮机的调速控制系统由起动装置、安全装置、保安装置、调速器、监视装置组成。

速关阀是水平安装在汽轮机汽缸的进汽管路上，由阀体、滤网和油缸等部分组成（见图1）。

速关阀是新蒸汽管网和汽轮机之间的主要关闭机构，在运行中当出现事故时，它能在最短时间内切断进入汽轮机的蒸汽。

阀体部分：

新蒸汽经过蒸汽滤网阀锥，在这个阀锥中装有一只卸荷锥，由于它的面积相对阀锥要小得多，所以在速关阀开启时能够减少提升力。

在卸荷阀开启后，阀锥后的压差减小，容易被开启。

阀套中的衬套有一个轴向密封面，当速关阀全开后，阀杆和衬套之间就不会有漏汽，而阀门关闭时，阀杆和衬套之间的漏汽经排凝口排出。

油缸部分：

速关阀是由油压控制的，开启过程是通过启动装置来操作的，压力油经过外侧接口通到活塞前面，使活塞克服弹簧力并将其压向活塞盘，而由启动装置的速关阀油通过内侧的接口进入活塞盘后面，速关油压力将活塞盘和活塞一起推到终点位置，阀门也由阀杆提升而开启，这时活塞前的空间和启动装置中的回油口相通。

如果危急保安装置动作，速关油路中压力迅速下降，弹簧力大于活塞盘后油压力，于是活塞盘和阀杆、阀锥被迅速推向关闭位置，活塞盘后残留的部分速关油流入活塞和弹簧空间并经卸压口排出。

图1速关阀结构图

1速关阀油缸漏油（外泄漏）

1．1密封圈装配不到位起不到密封作用。

处理措施是重新装配密封件，压紧密封圈，如密封圈规格不对，须予以更换。

1,2配时阀杆与密封件套筒不同心或因阀杆弯曲阀杆与套筒接触，引起阀杆拉毛而损伤密封圈，致使油缸漏油。

处理措施：

修复或更换阀杆、套筒，更换密封圈，重新仔细装配。

2错油门滑阀故障

油动机通过错油门将由调速器输出的二次油压信号转换成油缸活塞的行程，并通过杠杆系统操纵调节汽阀的开度，使进入汽轮机的蒸汽流量与所要求的流量或功率相适应。

错油门从二次油路中得到信号，并控制作为动力的压力油进入油缸活塞的上腔或下腔。

油动机与错油门的结构（见图2）油动机主要由错油门（件9），连接体（件6），油缸（件4）和反馈系统组成。

双作用油动机由油缸体、活塞（件5），活塞杆（件3）及密封体组成，活塞杆上装有反馈导板（件2）及与调节汽阀杠杆相接的关节轴承（件1）。

错油门的滑阀（件8）和套筒（件7）装在其壳体中，错油门滑阀的上端是转动盘（件16），转动盘与弹簧座之间装有推力球轴承（件15），弹簧（件14）的作用力取决于与调节螺栓（件11）及杠杆（件10）的位置。

1、关节轴承2、反馈导板3、活塞杆4、油缸5、活塞

6、连接体7、套筒8、错油门滑阀9、错油门10、杠杆

11、调整螺栓12、弯角杠杆13、滚针轴承

图2油动机结构图

错油门滑阀由转动盘和滑阀体粘接而成，在有些汽轮机中，因滑阀旋转阻力矩额外增大或胶粘剂强度下降而发生转动盘与滑前期体脱开的故障，这种情况下由于滑阀体不再转动，调节系统迟缓率明显增大，改变调节器给定值时，二次油压变化，但油动机要么不响应要么产生大幅过调动作，同时，错油门冒气器冒油，用手触摸错油门的进、回油管无振感。

处理措施：

及时停机，更换备用错油门滑阀。

换下的滑阀可自行重新粘接，粘接前，粘接面上固化的胶粘剂膜层用刮刀、砂布清理干净，胶粘剂可选用室温下剪切强度＞14.7Mpa的单组分厌氧胶，粘接操作按所用胶粘剂的要求进行。

六、凝汽系统故障及排除

凝汽式汽轮机运行时，经常会遇到凝汽系统真空下降的问题，影响系统真空的因素是多方面的，当发现真空下降时，根据特征查明原因，将取相应措施及时处理，下述是一些主要的故障原因。

1、冷却水中断

运行中出现凝汽器真空变为0，同时汽轮机排汽温度急骤升高，凝汽器循环水进口失压的情况，表明冷却水供给中断，这时应立即紧急停机，关闭循环水进水阀，在凝汽器温度降至＜50℃后方可向凝汽器供循环水。

2、冷却水量不足

在一定负荷下，循环水进、出口温差增大，凝汽器真空缓慢降低，大多是冷却水量不足引起的，尤其在夏季，由于循环水进口温度升高，有的机组既使增大冷却水量亦不能维持要求的真空，这种情况下应限制机组负荷，减小汽轮机排汽量，以恢复正常真空。

凝汽器部分冷却水管堵塞或循环水泵运转不正常均会引起冷却水量不足，若是前者循环水进、出口差必然增大。

3、凝汽器水位过高

凝汽器中凝结水液面超出热井水位计上限，淹没部分冷却水管时，由于凝汽器汽侧冷却面积减少而使真空缓慢下降，严重时，如水位升高凝结水进入抽气管，则真空迅速下降，抽气器排汽管冒水。

水位过高的另一个危害是使凝结水过冷度增加。

4、轴封送汽调整不当

轴封送汽压力过低，大量空气从汽轮后汽封吸入引起真空快速下降。

5、真空系统不严密

真空系统不严密，漏入凝汽器气侧的空气量增多，抽气器超负荷工作引起真空下降。

真空下降时，短时间关闭抽气器的空气门（＜1分钟），若抽气器真空升高而凝汽器真空继续下降，则表明真空降低是由漏入空气量增加所致。

负荷降低时真空下降，负荷升高时真空又恢复正常，一般真空降低是由与低压缸连接管道的接合面漏气引起的。

真空系统可能发生漏气的地方很多，诸如排汽缸与接管法兰，接管焊口，排汽安全阀，疏水器，阀门、接头等，查找缺陷不仅需熟悉系统，而且还需细致和耐心，在查明原因后及时正确处理。

抽气器分射汽抽气器和射水抽气器，以过热蒸汽为工作介质的抽气器叫射汽抽气器，以水作为工作介质的抽气器称为射水式抽气器。

A—工作喷嘴B—混合室C—扩散管

图3喷射式抽气器示意图

抽气器工作不正常必然引起凝汽系统真空降低，运行中发现真空下降时，可短时间（＜1分钟）时关闭抽气器空气门，如主抽气器真空表指示真空没有明显变化，则可判断抽气器产生故障，

七、结语

通过以上分析可知，事故是可以预防的，在实际工作中，应加强以下几方面的工作：

1、加强运行监测及巡视检查力度，提高值班人员责任意识。

时刻注意温度、压力、油质、振动、位移、胀差、真空等参数变化情况，异常情况及时发现、及时分析、及时调整。

2、规范检修，严格把关，提高检修维护人员的质量意识。

贯彻“应修必修、修必修好”的原则，确保每台设备都处于完好状态，性能可靠。

3、加强设备运行状态监测。

借助科学仪器，对设备运行过程中的状态进行检测，及时发现隐形缺陷或故障苗头，把设备缺陷或故障消灭在萌芽状态。

4、加强培训，提高运行人员和检修人员的技术、业务水平，培养分析问题、解决问题的能力。

5、完善预案，提高在应急状态下的反应速度和处理问题的能力水平。

八、参考文献：

1、沈士一等，《汽轮机原理》，北京，水利电力出版社，1992

2、中华人民共和国电力行业标准。

《电力建设施工及验收技术规范—汽轮机机组篇》，北京，水利电力出版社，1993

3、杨静，沈安德，《热工自动装置检修》，中国电力出版社，2007

4、CC60-8.83/3.9/1.2汽轮机使用说明书，杭州汽轮机股份有限公司，2007

九、附录：

1、图0-0642-7238-00，汽轮机蒸汽疏水系统图

2、图0-0640-7238-00，汽轮机润滑油系统图

3、图0-0641-7238-00，汽轮机调节系统图