1、汽輪機運行及振動汽輪機運行及振動故障診斷故障診斷天津石化天津石化王召利王召利202022-2-232汽輪機的結(jié)構(gòu)分析汽輪機的結(jié)構(gòu)分析汽輪機的分類及應(yīng)用汽輪機的分類及應(yīng)用汽輪機的作用原理汽輪機的作用原理汽輪機的材料選用汽輪機的材料選用1234一、概述一、概述202022-2-233二、汽輪機的運行二、汽輪機的運行 1 啟動和停機啟動和停機汽輪機的運行汽輪機的運行2汽輪機的變工況汽輪機的變工況運行運行.202022-2-234三、汽輪機振動故障診斷三、汽輪機振動故障診斷202022-2-235一、概一、概 述述0302 01按工作原理可按工作原理可分為分為:沖動式汽輪機沖動式汽輪機;反動式汽輪機反

2、動式汽輪機按熱力性能可按熱力性能可分為：分為：背壓式汽輪機背壓式汽輪機 凝汽式汽輪機凝汽式汽輪機 抽汽式汽輪機抽汽式汽輪機按氣流方向主按氣流方向主要可分為：要可分為：軸流式汽輪機軸流式汽輪機徑向式汽輪機徑向式汽輪機1、汽輪機的分類及應(yīng)用汽輪機的分類方法主要有以下幾種：、汽輪機的分類及應(yīng)用汽輪機的分類方法主要有以下幾種： 按用途可分為：按用途可分為：電站汽輪機電站汽輪機工業(yè)汽輪機工業(yè)汽輪機04202022-2-236各類汽輪機的特點及應(yīng)用 （1）沖動式與反動式?jīng)_動式與反動式（2）背壓式與凝汽式背壓式與凝汽式各類汽輪機的特點及應(yīng)用各類汽輪機的特點及應(yīng)用202022-2-2372、汽輪機的作用原理1

3、-靜葉片靜葉片 2-動葉片動葉片 3-隔板隔板4-葉輪葉輪5-軸軸圖1-1透平示意圖202022-2-2382、汽輪機的作用原理 由速度由速度 、 和和 組成的三角形組成的三角形叫動葉出口速度三角形。如果將進(jìn)口和叫動葉出口速度三角形。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 級速度三角形202022-2-239圖1-3 焓熵圖（is圖） 以上為氣體在透以上為氣體在透平級內(nèi)的流動平級內(nèi)的流動過程，而氣體過程，而氣體在級內(nèi)的熱力在級內(nèi)的熱力膨脹過程（即膨脹過程（即膨脹做功過程）膨脹做功過程）通常用焓熵圖通常用焓熵圖（is圖）表示

4、，圖）表示，如圖如圖1-3所示所示202022-2-23103、汽輪機的結(jié)構(gòu)分析汽輪機基本結(jié)構(gòu)汽輪機基本結(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)閥主汽門主汽門靜葉柵靜葉柵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子動葉柵動葉柵最關(guān)鍵的部件是汽缸、轉(zhuǎn)子與動葉片最關(guān)鍵的部件是汽缸、轉(zhuǎn)子與動葉片202022-2-23113、汽輪機的結(jié)構(gòu)分析 圖圖1-4和和1-5分別為汽輪機通流部分的分別為汽輪機通流部分的 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：202022-2-2312圖1-4通流部分布置型式202022-2-2313圖1-5低壓缸同凝汽器的連接方式202022-2-2314（2

5、 2）轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)子汽輪機的轉(zhuǎn)子，汽輪機的轉(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202022-2-2315套裝轉(zhuǎn)子如圖套裝轉(zhuǎn)子如圖1-61-6所示。所示。202022-2-2316整鍛轉(zhuǎn)子如圖整鍛轉(zhuǎn)子如圖1-71-7：202022-2-2317焊接轉(zhuǎn)子如圖焊接轉(zhuǎn)子如圖1-81-8所示所示202022-2-2318（3 3）動葉片）動葉片葉葉 型型葉葉 根根連接件連接件202022-2-2319 葉根葉根 常見的葉根見圖常見的葉根見圖1-9202022-2-2320 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

6、。用連接件把幾只或整圈葉片連接成葉片組，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應(yīng)力，不連接成組的葉片稱為自由葉動應(yīng)力，不連接成組的葉片稱為自由葉片。片。202022-2-2321 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202022-2-2322 連接件連接件 接筋有實心、空心圓形和兩半圓形等幾種，拉筋與葉接筋有實心、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202022-2-2323 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

7、-12所示所示 連接件連接件202022-2-2324汽缸材料的選用轉(zhuǎn)子及葉片材料轉(zhuǎn)子及葉片材料124、汽輪機材料選用202022-2-2325（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HT30-54ZG25ZG20CrMoZG20CrMoVZG15Cr1Mo1V工作溫度250360500540570表1-2轉(zhuǎn)子和葉輪材料材料牌號34CrMo35CrMoV34CrNi3Mo17CrMo1V27Cr2Mo1V20Cr3MWV工作溫度480500400520535550部件名稱葉輪、轉(zhuǎn)子葉輪高強度葉輪焊接轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子表1-3葉片材料材料牌號1Cr132Cr1327

8、Cr11MoVCr11MoVCr12WMoV工作溫度450450530530570工作條件一般級拉應(yīng)力較高區(qū)過熱區(qū)級高溫區(qū)級高溫、拉應(yīng)力大、低壓級注：以上部分非必選內(nèi)容202022-2-2326二、汽輪機的運行 汽輪機的運行為大家所熟知，故在此只汽輪機的運行為大家所熟知，故在此只對汽輪機的變工況運行進(jìn)行討論：對汽輪機的變工況運行進(jìn)行討論：01001GGPP202022-2-23271、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當(dāng)新蒸汽流量變化而溫度和壓力不變時（即（即T01=T0；X01=X0），汽輪機各級間），汽輪機各級間壓力分配和焓降分配會有一些變化。對壓力分配和焓降分配會有一些變

9、化。對不同結(jié)構(gòu)的機組，變化也不同。不同結(jié)構(gòu)的機組，變化也不同。202022-2-23281、新蒸汽流量變化 對于蒸汽流速達(dá)到或超過臨界流速的級，在對于蒸汽流速達(dá)到或超過臨界流速的級，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原來級前的壓力、原來級前的壓力、流量、絕對溫度、干度；流量、絕對溫度、干度； P01、G1、T01、X01變化后級前的壓力、變化后級前的壓力、流量、絕對溫度、干度；流量、絕對溫度、干度； 即是說：級前壓力與流量成正比。即是說：級前壓力與流量成正比。01001GGPP202022-

10、2-23291、新蒸汽流量變化 式中式中 P2 原來的排氣壓力原來的排氣壓力 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前壓力與級后壓力的平方差成正比。變化與級前壓力與級后壓力的平方差成正比。01022202212101TTPPPPGG 對于背壓式汽輪機以及低于臨界速度的級或機組，對于背壓式汽輪機以及低于臨界速度的級或機組， 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：202022-2-2330 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馬赫數(shù)或大于一個馬氣流

11、速度等于一個馬赫數(shù)或大于一個馬赫數(shù)的狀態(tài)。當(dāng)?shù)匾羲俸諗?shù)的狀態(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 202022-2-23312 2、新蒸汽壓力變化、新蒸汽壓力變化 汽輪機運行規(guī)程都有新蒸汽壓力的上限，汽輪機運行規(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當(dāng)新蒸汽壓力升高而溫度不變時 新蒸汽壓力降低而溫度不變時新蒸汽壓力降低而溫度不變時202022-2-23323 3、新蒸汽溫度變化、新蒸汽溫度變化 新蒸汽溫度失常，比之于氣壓失常對機新蒸汽溫度失常，比之于氣

12、壓失常對機組更具有危險性。制造廠給予氣溫（包組更具有危險性。制造廠給予氣溫（包括新蒸汽和再熱汽）的允許正常波動值括新蒸汽和再熱汽）的允許正常波動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）氣溫升高時（2）氣溫下降時）氣溫下降時202022-2-23333 3、新蒸汽溫度變化、新蒸汽溫度變化（1）氣溫升高時由于蒸汽的理想焓降增）氣溫升高時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的熱加及排氣溫度降低而有利于汽輪機的熱效率提高，如果未超過設(shè)計最大出力，效率提高，如果未超過設(shè)計最大出力，則汽輪機內(nèi)諸部件的應(yīng)力不致提高。但則汽輪機內(nèi)

13、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)備可靠性和使用壽命兩方面看，氣溫高于允許值，無論在幅度上和累計時溫高于允許值，無論在幅度上和累計時間上都必須加以嚴(yán)格限制。間上都必須加以嚴(yán)格限制。202022-2-23343 3、新蒸汽溫度變化、新蒸汽溫度變化 （2）氣溫下降時，如果壓力不變，理想）氣溫下降時，如果壓力不變，理想焓減少。蒸汽溫度下降，級的內(nèi)效率降焓減少。蒸汽溫度下降，級的內(nèi)效率降低，特別是末尾的級，由于蒸汽濕度的低，特別是末尾的級，由于蒸汽濕度的增大，級效率下降特別顯著。而級的理增大，級效率下降特別顯著。而級的理想焓降減低時，動葉反動度增大。這在想焓降減低時，動葉反

14、動度增大。這在凝汽式汽輪機工作于濕蒸汽區(qū)的級也是凝汽式汽輪機工作于濕蒸汽區(qū)的級也是比較明顯的，因而軸向力也會增大比較明顯的，因而軸向力也會增大202022-2-23354 4、汽輪機的軸向力及其變化、汽輪機的軸向力及其變化（1）汽輪機軸向力的產(chǎn)生）汽輪機軸向力的產(chǎn)生 汽輪機的軸向力可以汽輪機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作用在輪盤上的軸向力上的軸向力作用在轉(zhuǎn)子臺作用在轉(zhuǎn)子臺階上的軸向力階上的軸向力 A BC202022-2-2336（2）引起軸向力變化的因素影響軸向力變化的因素簡單概括如下：影響軸向力變化的因素簡單概括如下：對于蒸

15、汽流向單一的凝汽式汽輪機，轉(zhuǎn)對于蒸汽流向單一的凝汽式汽輪機，轉(zhuǎn)子軸向力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。反動度越大，轉(zhuǎn)子的軸向力也越大。反動度越大，轉(zhuǎn)子的軸向力也越大。202022-2-2337（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度的大小，通流部分間隙的變化能影響反動度的大小，從而引起軸向力的變化。從而引起軸向力的變化。輪盤平衡孔對輪盤兩側(cè)壓差有影響，因而對輪盤平衡孔對輪盤兩側(cè)壓差有影響，因而對軸向力也有影響。軸向力也有影響。噴嘴和動葉積結(jié)鹽垢時，經(jīng)常會出現(xiàn)反動度噴嘴和動葉積結(jié)鹽垢時，經(jīng)常會出現(xiàn)反動度增加和軸向力增大。增加和軸向力增大。動

16、葉的圓周變化對反動度變化有直接影響，動葉的圓周變化對反動度變化有直接影響，圓周速度升高時反動度增加，圓周降低時反圓周速度升高時反動度增加，圓周降低時反動度減小。這對于變轉(zhuǎn)速運行的工業(yè)汽輪機動度減小。這對于變轉(zhuǎn)速運行的工業(yè)汽輪機尤為重要。尤為重要。202022-2-2338（2）引起軸向力變化的因素?fù)闲月?lián)軸器如果補償能力差或裝配不佳，撓性聯(lián)軸器如果補償能力差或裝配不佳，也能傳遞相當(dāng)大的軸向力。例如一個功也能傳遞相當(dāng)大的軸向力。例如一個功率為率為2萬千瓦的高壓轉(zhuǎn)子，其撓性聯(lián)軸萬千瓦的高壓轉(zhuǎn)子，其撓性聯(lián)軸器可以傳遞器可以傳遞11.5噸（即噸（即1萬萬1.5萬牛）萬牛）的推動力（對于壓縮機亦然）。的推

17、動力（對于壓縮機亦然）。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)級室）壓力的升降而變化，后者為調(diào)節(jié)級室）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202022-2-23395、排汽壓力的變化及凝汽機的經(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，首先會引起末尾一級排汽壓力變化時，首先會引起末尾一級或末幾級熱力工況的變化，尤其是對背或末幾級熱力工況的變化，尤其是對背壓式汽輪機影響較大。排汽壓力對機組壓式汽輪機影響較大。排汽壓力對機組運行的影響，簡述如下：運行的

18、影響，簡述如下：202022-2-2340（2 2）凝汽式汽輪機經(jīng)濟(jì)真空的討論）凝汽式汽輪機經(jīng)濟(jì)真空的討論 對于凝汽式汽輪機，當(dāng)進(jìn)汽流量不變，對于凝汽式汽輪機，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絕對大氣壓，絕對大氣壓，就會使汽輪機的負(fù)荷增加額定功率的就會使汽輪機的負(fù)荷增加額定功率的1%左右（中間再熱機組影響較小）。左右（中間再熱機組影響較小）。這顯然在很大程度上影響著機組運行的這顯然在很大程度上影響著機組運行的經(jīng)濟(jì)性。正因為如此，凝汽式汽輪機在經(jīng)濟(jì)性。正因為如此，凝汽式汽輪機在運行中通常都盡量維持較高的真空。但運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行，而應(yīng)在也不應(yīng)在任意高的真空下運行，而應(yīng)在經(jīng)濟(jì)真空下運行。經(jīng)濟(jì)真空下運行。202022-2-2341三、汽輪機振動故障的診斷 所謂（振動）故障診斷，是指研究人員所謂（振動）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)，與振動特征進(jìn)行比較、障特征為基礎(chǔ)，與振動特征進(jìn)行比較、分析，或采用逐個排除的方法，對振動分析，或采用逐個排除的方法，對振動性質(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。202022-2-23421、強迫振動與自激振動的概念 機組振動的類型和分類方法復(fù)雜，但是簡單概括起來，可以分機組振