云开体育app官方下载安装最新版 汽轮机振动的十大主要原因

蒸汽轮机的分类

火力发电厂的蒸汽轮机

如果我们仔细研究传统和非传统能源发电的比例，就会发现全球 50% 以上的电力需求是由核电站和火电站满足的。这些发电厂最基本的部件之一是蒸汽涡轮机。水沸腾产生的蒸汽（有时添加一些溶剂）在热量的帮助下驱动涡轮机的转子，最终导致耦合轴旋转。该轴还连接到发电机，发电机将这种旋转运动转化为电能。

蒸汽轮机的振动

从结构上看，蒸汽轮机是一个由众多复杂部件组合而成的复杂总成。动态部件和相应的静态部件发生任何不可控的振动，都可能引起系统故障，造成重大灾难。最近的一个例子是2019年印度北部安帕拉D火电厂一台500MW蒸汽轮机发电机组爆炸。

因此，分析振动的原因和强度对于确保正确运行和安全至关重要。

汽轮机振动的主要原因

在这里，我们将讨论火力发电厂涡轮机发生振动的可能主要原因：

汽轮机转子不平衡

定心

可能导致蒸汽轮机多轴承轴系振动行为发生变化的另一个关键因素是错位，这会对联轴器施加过大的弯矩。

错位的迹象之一是热振动行为的变化。这种冲击可以观察到每转一次的振动。理想情况下，总长度约为 70 米的完整涡轮发电机轴应该是连续且平滑的曲线。否则，可能会出现错位问题。

下图表示涡轮发电机系统中的轴错位。它负责改变蒸汽涡轮机的振动行为。

为了避免此类情况或处理错位问题：我们应确保固定部件和旋转部件之间有足够的间隙，以及轴和轴承之间的同心度。由于这种情况主要是由轴承故障引起的，因此最好更换轴承。将有助于消除不必要的振动。

蒸汽轮机转子振动 7. 故障可能是由维护不当引起的。不正确从转子上拆卸阀盘导致轴上出现深划痕。维修需要重新加工和重新平衡轴，以防止可能引起振动的损坏。不平衡。图片来源：阿瓦士发电管理公司。

蒸汽轮机转子振动 8. 蒸汽可以绕过螺栓。插入孔中的大螺栓用于将高压缸中的大型水平接头法兰牢固固定。螺栓孔是由于气缸变形和管道压力变化。蒸汽喷射泄漏可能形成的地方。图片来源：阿瓦士发电管理公司。

旋转部件的磨损

在运行的蒸汽涡轮机中，旋转部件承受恒定的静态和动态负载。这种恒定负载和高压可能导致旋转元件磨损、不平衡和错位，从而导致不必要的振动。

造成部件磨损的另一个原因可能是蒸汽突然冲击涡轮转子。这种冲击发生在蒸汽涡轮无故跳闸时。部件磨损最初可能导致较小的振动幅度，通常不会导致立即故障。但是，如果长时间不加以控制，情况会变得更糟。

转子端部密封件可能因间隙不足而发生摩擦损坏。这通常发生在运行速度下的高质量转子与静止表面接触时，通常是由于迷宫或隔膜压盖密封与转子之间的间隙过大。其次，接触点可能出现局部温度升高，导致接触点的金属温度因摩擦而升高。

大型旋转转子质量与固定密封件的撞击产生的力通常会在转子表面留下一层金属膜。摩擦会导致转子在撞击点处发生弹性变形，并导致转子轴暂时弯曲。轴弯曲通常会导致振动水平增加。

间歇性接触和摩擦

轴承损坏

在运行条件下，会出现不同程度的磨损和疲劳，这会损坏蒸汽轮机最敏感的部件之一——轴颈轴承。这种损坏会导致转子轴不稳定，并引起不受控制的高振幅振动。

在循环载荷作用下，可能会产生较大的相对位移云开·全站APP官方网站，最终成为轴承零件松动、游隙不足的原因。

径向轴承特有的问题之一是油膜不稳定，这是火力发电厂蒸汽轮机产生自激振动的原因。

差动膨胀和转子膨胀

差别膨胀是指转子相对于壳体的轴向热增长的量度。

转子膨胀是转子相对于涡轮机基础的轴向热增长的绝对测量值。

这些现象往往发生在涡轮处于暖机状态时，由于热膨胀不均匀，导致涡轮振动。

介质和执行器的波动

为了保持汽轮机轴稳定旋转以产生恒定功率，执行机构及调节系统应保持运行平稳、可靠性高，但有时由于某些运行问题，输入蒸汽参数不满足负荷要求，会引起突然的抖动，最终引起汽轮机振动。

有时介质不符合标准，温度、压力参数偏离设计条件，也会引起汽轮机振动。例如介质为液击，如果疏水阀未打开，水太多，也会出现类似情况。执行器可能会使汽轮机发生气流激振。

下图为探头支架异常，导致振动随转速变化，但波动剧烈。

下图显示了低负荷时叶片翼型因水或湿蒸汽侵入而受损。

润滑不当

涡轮机由若干旋转部件组成，涡轮机部件之间润滑油的正确循环确保允许的运行，润滑油不足或缺乏会引起部件之间的摩擦，从而导致不可避免的振动和严重损坏。需要注意的是，国际工程保险协会报告称，世界上涡轮机故障频率最高的原因是油损失。下图显示，当油温升高37-46时，振动增加，缓慢降低油温后，振动减小。

转子弯曲

三种不同类型的涡轮转子弯曲。

第一类是“弹性弯曲”，这是由于转子上的静载荷而发生的。

二是“暂时弯曲”。转子暂时弯曲产生的原因主要有两个：转子受到不均匀温度场的影响（温度升高也可由摩擦引起局部温度场的变化）和转子材料刚度的各向异性。

最后，我们来看看“永久转子弯曲”。永久转子弯曲是由塑性变形引起的。这是最严重的情况，会使重心偏离中心线。

转子裂纹

旋转系统（尤其是蒸汽涡轮机）的另一种严重故障机制是高周疲劳。其重要参数信息不完整可能导致转子发生灾难性故障。

在高周疲劳中，影响裂纹扩展的最重要因素之一是高温。在大多数旋转系统（主要是蒸汽涡轮机）中，产生高周疲劳的过程很普遍，应避免此类过程以防止造成任何重大损失。

通常，由于裂纹的存在，轴的刚度会降低，进而导致共振转移到较低的速度。

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案件相关

壳体温度波动会以多种方式引起涡轮机振动。壳体问题会以多种不同方式引起对准问题，主要与温度波动引起的膨胀和收缩有关。

首先，涡轮机壳体可能由于与壳体的热隔离不足和/或其他区域的绝缘薄弱而出现热分层。隔热损失可能是由于与壳体的接头和管道连接处（通常在涡轮机的底部）的绝缘不良造成的。例如，壳体底部的绝缘不良会导致壳体顶部到底部的温度梯度，从而导致壳体变形和弹性转子弯曲。供应商将确定可接受的壳体温度梯度。根据我们的经验，梯度不应超过 60℃。新型高压涡轮机对壳体热梯度特别敏感。

如果涡轮轴在从热状态启动之前未恢复到曲率极限内，旋转叶片和固定隔膜可能会摩擦并损坏密封件和隔膜压盖。轴的尺寸和热惯性也会增加。影响是两次启动之间的间隔（和启动时间）需要更长，以消除下次启动前转子的任何弯曲。

了解圆柱体的尺寸和结构材料即可估算其弯曲度。圆柱体的弯曲度（mm）可通过以下表达式确定：

，其中Δt为气缸顶部与底部之间的温差（C），L为气缸长度（mm），D为壳体在其长度上的平均外径（m）云开·全站apply体育官方平台，α为线性热膨胀系数，通常约为13.6 mm/mm-°C，或任何其他一致单位。气缸的允许挠度由隔膜与端部密封之间的最小公差决定。例如，如果高压气缸尺寸为l=3620 mm，D=1840 mm，隔膜盖的最紧公差为0.6 mm，因此气缸顶部与底部之间的允许温差为50°C。

还可以确定转子热弯曲对壳体的影响。当壳体顶部比底部热时，壳体将向下弯曲。如果壳体从顶部到底部以及沿其长度的温度梯度恒定，则会出现最大弯曲应力。在这些条件下的弯曲或挠度可以确定为

，其中 L 是支架之间的壳体长度（m），Z 是从前壳体支架到感兴趣位置的距离（m）。假设使用壳体长度的中点，则可用 L/2 代替 Z 来找到最大挠度。

在热启动期间，还必须考虑叶片和隔膜的温度梯度。在热涡轮启动时，如果蒸汽相对较冷，则隔膜和叶片金属温度将低于转子。在这种情况下，隔膜直径的增加速度将快于转子直径，从而产生径向松动并减少叶片和隔膜间隙。使用典型的线性热膨胀系数，转子和隔膜之间每 100°C 温差，500 毫米隔膜密封直径将增加 0.3 毫米。

因此，如果转子的曲率高于正常值，并且在热启动期间没有仔细进行蒸汽流路调整，则可能会发生摩擦。

使用这些公式进行计算和应用经验告诉我们，在涡轮启动过程中，高压缸顶部和底部之间的温差不应高于规定的正常极限。如果超过此温差极限，前压盖中的径向距离将显著减小，从而导致摩擦并随后导致控制级附近的转子弯曲。

也不要忘记螺栓、销钉和其他壳体接头。高压涡轮机的壳体壁厚且水平连接法兰较大，需要螺栓和销钉。在机组启动或关闭期间，涡轮机负载有时会快速变化，或者壳体接头可能会松动。法兰和壁加热不均匀。HP 和 IP 壳体顶部和底部之间的温差（通常为 50C 至 70C）和法兰销钉（最高 15C 至 25C）可能导致蒸汽通过壳体的水平接头泄漏。

多家汽轮机维修公司的经验表明，高压缸机壳弯曲的原因是停机时蒸汽在高温的汽轮机缸内凝结，凝结水蒸发产生的高温传热使缸底冷却，而缸顶仍然保持相对高温，因此kaiyun免费下载，多数情况下缸底会向下弯曲，而机壳顶部保持平直。

此外，当定距螺栓和垫圈安装不正确时，多缸涡轮机的低压 (LP) 和中压 (IP) 气缸框架中的间隙可能会很差。定距螺栓用于将低压和中压壳体框架固定到基础上。

在额定负荷下运行时，如果冷凝器压力（真空）和冷凝水温度在正常范围内，间隙应符合设计要求。但是，如果冷凝器压力（真空）异常，且冷凝水温度较高，低压缸将变得比允许极限更热，从而导致冷凝器体积膨胀。结果，距离螺栓间隙减小或变为零。如果不遵守设计间隙，涡轮振动可能会增加，必须降低涡轮负荷。

连接到机壳的蒸汽管道的未补偿位移会引起机壳移动和转子振动。对于壁厚的大直径管道尤其如此。当涡轮机运行时，转子和涡轮机机壳都有轴向移动。系统的热膨胀要考虑。在涡轮机设计过程中还要考虑这些大管道对机壳施加的力和力矩。过大的管道连接载荷可能导致机壳变形，施加在机壳法兰上的弯曲力矩也可能导致机壳内的圆柱体移位和移动，这两者都会增加转子振动。