第二講 汽輪機(jī)設(shè)備故障診斷

第二講汽輪機(jī)的滑銷系統(tǒng)和竄軸、熱膨脹監(jiān)測(cè)第一節(jié)汽輪機(jī)軸向位移監(jiān)視一、汽輪機(jī)產(chǎn)生軸向位移的原因和危害（一）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向位移的原因

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，而汽缸及隔板是靜止不動(dòng)的，所以動(dòng)靜部分之間必須留有一定間隙。汽輪機(jī)葉片具有一定的反動(dòng)度，葉片的葉輪前后兩側(cè)存在著壓差，形成一個(gè)與汽流方向相同的軸向推力；輪轂兩側(cè)轉(zhuǎn)子軸的直徑不等，隔板汽封處轉(zhuǎn)子凸肩兩側(cè)的壓力不等，也要產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)子上的軸向力。所以轉(zhuǎn)子受到一個(gè)由高壓端指向低壓端的軸向推力。在這個(gè)軸向推力的作用下，轉(zhuǎn)子就會(huì)產(chǎn)生軸向位移，使動(dòng)靜之間的間隙減小甚至消失，這是絕對(duì)不允許的。因此要設(shè)法平衡軸向推力，采取了高中壓缸反向布置、中低壓缸對(duì)稱分流、開設(shè)平衡孔等一系列措施，平衡部分軸向推力，其余的則由推力軸承來負(fù)擔(dān)。

推力瓦汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，引起軸向推力增大的原因有以下幾方面：汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊\蒸汽帶水

由于含有大量水分的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)，水珠沖擊葉片使軸向推力增大，同時(shí)水珠在汽輪機(jī)內(nèi)流動(dòng)速度慢，堵塞蒸汽通路，在葉輪前后造成很大的壓力差，使軸向推力增大。2.隔板軸封間隙增大

由于不正確地啟動(dòng)汽輪機(jī)或機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，將隔板軸封的梳齒摩損，間隙增大，漏汽增多，于是使葉輪前后壓力差增加，致使軸向推力增大。3.動(dòng)葉片結(jié)垢

蒸汽品質(zhì)不良，含有較多鹽分時(shí)，會(huì)使動(dòng)葉片結(jié)垢。動(dòng)葉片結(jié)垢后，蒸汽流通面積縮小，引起動(dòng)葉片前后的蒸汽壓差增大，因而增大了轉(zhuǎn)子軸向推力。葉片的結(jié)垢情況，可以由監(jiān)視段壓力的變化情況判斷出。為了監(jiān)視監(jiān)視段的壓力變化，需要作出通流部分清潔時(shí)的監(jiān)視段壓力與負(fù)荷的關(guān)系曲線。監(jiān)視段壓力的最大增長(zhǎng)值，一般來說，對(duì)于中壓沖動(dòng)式汽輪機(jī)為15%，高壓沖動(dòng)式汽輪機(jī)為5%，有平衡盤的中壓反動(dòng)式汽輪機(jī)為20%，有平衡盤的高壓反動(dòng)式汽輪機(jī)為10%。4.新蒸汽溫度急劇下降

新蒸汽溫度急劇下降，轉(zhuǎn)子溫度也跟著降低，由于轉(zhuǎn)子的收縮量大于汽缸的收縮量，致使推力軸承的負(fù)荷增加。當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)采用撓性靠背輪時(shí)，靠背輪對(duì)轉(zhuǎn)子的移動(dòng)起了制動(dòng)閘的作用，因而使推力軸承上承受的推力增大。若是齒形靠背輪，當(dāng)齒或爪有摩損或卡澀情況就就更為嚴(yán)重，推力軸承極易發(fā)生事故。5.真空下降：

汽輪機(jī)凝汽器真空下降，增大了級(jí)內(nèi)反動(dòng)度，致使軸向推力增大。6.汽輪機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行汽輪機(jī)起負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，蒸汽流量增加，會(huì)使軸向推力增大。７．推力軸承損壞

８．供熱抽汽工況突然有較大的變化

９.主、再熱蒸汽壓力不匹配。10.潤(rùn)滑油系統(tǒng)由于油壓過低、油溫過高等缺陷使油膜破壞而導(dǎo)致推力瓦塊烏金燒熔，也會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向位移。潤(rùn)滑油系統(tǒng)會(huì)造成油膜破壞的原因有：潤(rùn)滑油壓過低潤(rùn)滑油溫過高潤(rùn)滑油中斷油質(zhì)不良潤(rùn)滑油中有水軸瓦與軸之間的間隙過大烏金脫落發(fā)電機(jī)或勵(lì)磁機(jī)漏電（二）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向位移的危害和監(jiān)視保護(hù)措施當(dāng)軸向推力過大時(shí)，推力軸承過負(fù)荷，造成推力瓦塊燒毀或動(dòng)靜部分發(fā)生碰摩，造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向推力過大，推力軸承過負(fù)荷，將破壞油膜，致使推力瓦塊烏金燒熔，轉(zhuǎn)子竄動(dòng)。當(dāng)軸向位移超過動(dòng)、靜部件之間預(yù)留的間隙時(shí)，將會(huì)造成葉片折斷、大軸彎曲、隔板和葉輪碎裂等惡性事故。因此嚴(yán)密監(jiān)視機(jī)組的軸向位移顯得特別重要。一般在推力瓦塊上裝有溫度測(cè)點(diǎn)，在推力瓦塊回油處裝有回油溫度測(cè)點(diǎn)等，以監(jiān)視汽機(jī)推力軸承的狀態(tài)。此外，還裝設(shè)各種軸向位移監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置，以監(jiān)視轉(zhuǎn)子的軸向位移變化。對(duì)于軸向位移監(jiān)測(cè)器在正常工況下指示軸的位移量，當(dāng)位稱超過一定限值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信息，提醒運(yùn)行人員嚴(yán)密監(jiān)視機(jī)組狀態(tài)，采取處理措施，當(dāng)軸向位移達(dá)到“危險(xiǎn)”限值時(shí)，發(fā)出危急遮斷高、中壓調(diào)節(jié)閥門與主汽門的信號(hào)，以保證機(jī)組設(shè)備和人身的安全。

（三）軸向位移測(cè)量裝置軸向位移測(cè)量裝置有四種類型：

1.機(jī)械式：采用一耐磨的金屬直接與汽輪機(jī)大軸相接觸，將大軸的軸向位移變化通過杠桿傳遞系統(tǒng)傳至指示器，當(dāng)軸向位移達(dá)到限值時(shí)，保護(hù)跳閘機(jī)構(gòu)動(dòng)作，遮斷去自動(dòng)主汽門和調(diào)速器錯(cuò)油門的保護(hù)油路，實(shí)行緊急停機(jī)。

2.液壓式：軸向位移改變噴油嘴與軸端平面(或轉(zhuǎn)子的凸緣平面)之間的間隙，改變油的油量，引起噴油嘴前的壓力變化，以此壓力指示軸向位移的大小，當(dāng)壓力低于某一數(shù)值時(shí)，滑閥動(dòng)作實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。

3.電感式：將轉(zhuǎn)子的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電壓的變化，然后進(jìn)行指示、報(bào)警或停機(jī)保護(hù)。

4.電渦流式：根據(jù)電渦流原理，將位移的變化轉(zhuǎn)換成與之成比例的電壓變化，從而實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量、報(bào)警和停機(jī)保護(hù)。第二節(jié)汽輪機(jī)熱膨脹監(jiān)視

一、機(jī)組熱膨脹的原因及危害（一）缸脹和差脹

汽輪機(jī)的汽缸和轉(zhuǎn)子在啟動(dòng)、停機(jī)過程中，或在運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)由于溫度變化而產(chǎn)生不同程度的熱膨脹。汽缸受熱而膨脹的現(xiàn)象稱為“缸脹”。缸脹時(shí)，由于滑銷系統(tǒng)死點(diǎn)位置不同，汽缸可能向高壓側(cè)伸長(zhǎng)或向低壓側(cè)伸長(zhǎng)，也可能向左側(cè)或向右側(cè)膨脹。為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，防止汽缸熱膨脹不均，發(fā)生卡澀或動(dòng)靜部分摩擦事故，必須對(duì)缸脹進(jìn)行監(jiān)視。缸脹監(jiān)視儀表指示汽缸受熱膨脹變化的數(shù)值，也叫汽缸的絕對(duì)膨脹值。

轉(zhuǎn)子受熱時(shí)也要發(fā)生膨脹，因?yàn)檗D(zhuǎn)子受推力軸承的限制，所以只能沿軸向往低壓側(cè)伸長(zhǎng)。由于轉(zhuǎn)子體面比小，而且直接受轉(zhuǎn)子的沖擊，因此溫升和熱膨脹較快，而汽缸的體積較大，溫升和熱膨脹相對(duì)要慢一些。當(dāng)轉(zhuǎn)子和汽缸的熱膨脹還沒有達(dá)到穩(wěn)定之前，它們之間存在較大的熱膨脹值，簡(jiǎn)稱“脹差”(或“差脹”)值，也叫汽缸和轉(zhuǎn)子間的相對(duì)熱膨脹差。在機(jī)組啟動(dòng)或增負(fù)荷時(shí)，是一個(gè)蒸汽對(duì)金屬的加熱過程，轉(zhuǎn)子升溫快于汽缸，大于汽缸的膨脹值，稱為正脹差；在停機(jī)或減負(fù)荷時(shí)，是一個(gè)降溫過程，轉(zhuǎn)子降溫快于汽缸，所以轉(zhuǎn)子收縮的快，也就是轉(zhuǎn)子的軸向膨脹值小于汽缸的膨脹，稱為負(fù)脹差。汽缸的絕對(duì)膨脹值理論上可以用下式表示式中

——計(jì)算段材料的線膨脹系數(shù)（1/℃

）；

——計(jì)算工況金屬溫度與安裝溫度之差，即計(jì)算段的溫度增量（℃）；

L——計(jì)算截面至死點(diǎn)的軸向距離（mm）。（mm）

但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往采用近似方法進(jìn)行計(jì)算，即沿著軸方向分成若干區(qū)段，先計(jì)算各區(qū)段的絕對(duì)膨脹值，然后進(jìn)行修正和疊加，得出汽缸的絕對(duì)膨脹值。由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位置是由推力軸承固定的，所以差脹是以推力軸承為起點(diǎn)（相對(duì)死點(diǎn)）的某一處轉(zhuǎn)子和汽缸總的膨脹差，例如高壓缸在C點(diǎn)處的差脹可表示為由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位置是由推力軸承固定的，所以差脹是以推力軸承為起點(diǎn)（相對(duì)死點(diǎn)）的某一處轉(zhuǎn)子和汽缸總的膨脹差，例如高壓缸在C點(diǎn)處的差脹可表示為

式中

—分別為轉(zhuǎn)子和汽缸的膨脹值（mm）

，—分別為轉(zhuǎn)子和汽缸材料的線膨脹系

數(shù)（1/℃

）；

，—分別為轉(zhuǎn)子和汽缸的計(jì)算工況溫度

增量（℃）。

由于汽缸和轉(zhuǎn)子是由很多區(qū)段組成的，所以計(jì)算差脹時(shí)，也是先計(jì)算各區(qū)段的差脹，然后相加。由上可知，加熱時(shí)差脹由前段至后段，一般是遞增的，這就是一般制造廠在設(shè)計(jì)動(dòng)靜部分軸向間隙時(shí)，自前至后把間隙設(shè)計(jì)得越來越大的原因。一旦某一差脹超過預(yù)留的軸向動(dòng)靜部分之間的間隙，就將發(fā)生動(dòng)靜部分摩擦，造成設(shè)備損壞。（二）汽輪機(jī)脹差過大的原因汽輪機(jī)在啟動(dòng)、暖機(jī)和升速、停機(jī)過程中，或在運(yùn)行中工況發(fā)生改變時(shí)，都會(huì)由于溫度變化而引起轉(zhuǎn)子和汽缸不同程度的熱膨脹。汽輪機(jī)帶負(fù)荷后，轉(zhuǎn)子和汽缸受熱逐漸趨于飽和，它們之間的相對(duì)脹差也逐漸減少，最后達(dá)到某一穩(wěn)定值。在運(yùn)行中，一般負(fù)荷的變化對(duì)熱膨脹的影響是不大的，只有在負(fù)荷急劇變化或主蒸汽溫度不穩(wěn)定時(shí)，由于溫度變化大，才會(huì)對(duì)熱膨脹產(chǎn)生較大的影響。

正脹差過大的原因一般有：

1.啟動(dòng)時(shí)暖機(jī)時(shí)間不夠，升速過快或增負(fù)荷速度過快；

2.汽缸夾層、法蘭加熱裝置汽溫太低或流量較小,引起加熱不足；

3.進(jìn)汽溫度升高；

4.軸封供汽溫度升高,或軸封供汽量過大;5.真空降低,引起進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量增大;6.轉(zhuǎn)速變化;7.調(diào)節(jié)汽門開度增加,節(jié)流作用減小;8.滑銷系統(tǒng)或軸承臺(tái)板滑動(dòng)卡澀,汽缸膨脹不出;9.軸承溫度太高;

10.推力軸承非工作面受力增大并磨損,轉(zhuǎn)子向機(jī)頭方向移動(dòng);11.汽缸保溫脫落或有穿堂冷風(fēng);12.多缸機(jī)組其他相關(guān)汽缸脹差變化,引起本缸脹差變化;13.多層缸夾層中流入冷汽或冷水;14.脹差指示表不準(zhǔn),或頻率、電壓變化

負(fù)脹差過大的原因一般有：

1.負(fù)荷下降速度過快或甩負(fù)荷；

2.汽缸夾層、法蘭加熱裝置汽溫加熱過度；

3.進(jìn)汽溫度急劇下降；

4.軸封供汽溫度降低,或軸封供汽量過小;5.真空降低,引起進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量增大;6.水沖擊；

7.進(jìn)汽溫度低于金屬溫度小;8.滑銷系統(tǒng)或軸承臺(tái)板滑動(dòng)卡澀,汽缸收縮不回;9.軸承溫度太低;10.軸向位移向負(fù)值變化;

11.多缸機(jī)組其他相關(guān)汽缸脹差變化,引起本缸脹差變化;12.多層缸夾層中流入高溫蒸汽（進(jìn)汽短管漏汽）;13.脹差指示表不準(zhǔn),或頻率、電壓變化（三）脹差過大的危害和監(jiān)視措施

隨著機(jī)組功率增大，級(jí)間效率提高，機(jī)組軸封和動(dòng)靜葉片之間的軸向間隙設(shè)計(jì)得越來越小。若啟?；蜻\(yùn)行過程中脹差變化過大，超過了設(shè)計(jì)時(shí)予留的間隙，將會(huì)使動(dòng)靜部件發(fā)生摩擦，引起機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)，以致造成機(jī)組損壞事故。為此，一般汽機(jī)都規(guī)定有脹差允許的極限值。它是根據(jù)動(dòng)靜葉片或軸封軸向最小間隙確定的，即當(dāng)轉(zhuǎn)子與汽缸相對(duì)脹差值達(dá)到極