chapter-8-汽轮机运行与管理综述

1、l一、汽轮机的受热特点一、汽轮机的受热特点l二、热应力二、热应力l1汽缸的热应力汽缸的热应力l2法兰的热应力法兰的热应力l3螺栓的热应力螺栓的热应力l4转子的热应力转子的热应力l三、热膨胀与热变形三、热膨胀与热变形l（一）热膨胀（一）热膨胀l1汽缸的热膨胀汽缸的热膨胀l2汽缸与转子的相对膨胀汽缸与转子的相对膨胀l（二）热变形（二）热变形l1上下汽缸温差引起的热变形上下汽缸温差引起的热变形l2.汽缸内外壁和法兰内外壁温差引起的热变汽缸内外壁和法兰内外壁温差引起的热变形形l3转子的热弯曲转子的热弯曲l 汽轮机寿命管理，是实现机组科学管理汽轮机寿命管理，是实现机组科学管理的一项重要工作。汽轮机使用寿

2、命控制的主的一项重要工作。汽轮机使用寿命控制的主要内容，就是在汽轮机启停及变负荷运行时，要内容，就是在汽轮机启停及变负荷运行时，最大限度的提高启停速度及响应负荷变化的最大限度的提高启停速度及响应负荷变化的能力，防止裂纹萌生或降低裂纹的扩展速率，能力，防止裂纹萌生或降低裂纹的扩展速率，延长汽轮机使用寿命，推迟机组的老化，在延长汽轮机使用寿命，推迟机组的老化，在安全的基础上，实现汽轮机的长期经济运行。安全的基础上，实现汽轮机的长期经济运行。l汽轮机的寿命取决于其最危险部件的寿命。汽轮机的寿命取决于其最危险部件的寿命。l 汽轮机的寿命指的就是转子的寿命。一般分汽轮机的寿命指的就是转子的寿命。一般分为

3、无裂纹寿命和剩余寿命两种。为无裂纹寿命和剩余寿命两种。l 所谓无裂纹寿命是指转子从初次投入运行到所谓无裂纹寿命是指转子从初次投入运行到转子出现第一条工程裂纹（约转子出现第一条工程裂纹（约0.5mm长，长，0.15mm深）期间能承受的交变载荷的次数。深）期间能承受的交变载荷的次数。l 所谓剩余寿命是指从产生第一条工程裂纹开所谓剩余寿命是指从产生第一条工程裂纹开始直到裂纹扩展到临界裂纹所经历的交变载荷的始直到裂纹扩展到临界裂纹所经历的交变载荷的次数。有关文献指出，这部分寿命约占汽轮机总次数。有关文献指出，这部分寿命约占汽轮机总寿命的寿命的10左右，也有人认为此段时间会更长。左右，也有人认为此段时间

4、会更长。l无裂纹寿命和剩余寿命之和就是转子的总寿命。无裂纹寿命和剩余寿命之和就是转子的总寿命。l 汽轮机寿命管理的任务就是正确评价汽轮机寿命管理的任务就是正确评价汽轮机部件的寿命（包括无裂纹寿命和剩汽轮机部件的寿命（包括无裂纹寿命和剩余寿命），合理分配机组各种工况下的寿余寿命），合理分配机组各种工况下的寿命损耗率。命损耗率。 l 汽轮机寿命管理包含两层内容：第一汽轮机寿命管理包含两层内容：第一是如何合理分配、使用汽轮机的寿命，制是如何合理分配、使用汽轮机的寿命，制定汽轮机寿命分配表，指导运行，以取得定汽轮机寿命分配表，指导运行，以取得最大的经济效益；第二是进行汽轮机寿命最大的经济效益；第二是进

5、行汽轮机寿命的离线或在线监测，对汽轮机寿命和实际的离线或在线监测，对汽轮机寿命和实际损耗做到心中有数，保证汽轮机的安全运损耗做到心中有数，保证汽轮机的安全运行。行。l 1.汽轮机的寿命分配汽轮机的寿命分配l 2汽轮机的寿命监测汽轮机的寿命监测l 汽轮机寿命监测就是定期或不定期地汽轮机寿命监测就是定期或不定期地对汽轮机寿命的实际损耗情况进行核算，对汽轮机寿命的实际损耗情况进行核算，以确保机组的安全运行。以确保机组的安全运行。l 监测的方法有两种：离线监测与在线监测的方法有两种：离线监测与在线监测。监测。l一、限制汽轮机启停速度的因素、限制汽轮机启停速度的因素l二、汽轮机的启动方式二、汽轮机的启动

6、方式l（一）按启动过程中新汽参数是否变化分类（一）按启动过程中新汽参数是否变化分类l1额定参数启动额定参数启动 l2滑参数启动滑参数启动l（二）按冲转时进汽方式分类（二）按冲转时进汽方式分类l1高中压缸联合启动高中压缸联合启动 l2中压缸启动中压缸启动 l（三）按控制进汽量的阀门分类（三）按控制进汽量的阀门分类l1调节汽门启动调节汽门启动 l2自动主汽门和电动主汽门（或旁路门）启动自动主汽门和电动主汽门（或旁路门）启动 l （四）按启动前汽轮机金属（调节级处（四）按启动前汽轮机金属（调节级处高压内缸或转子表面）温度水平或停机时高压内缸或转子表面）温度水平或停机时数分类数分类l 1冷态启动。金属

7、温度低于冷态启动。金属温度低于150180（或停机一周及以上）。（或停机一周及以上）。l 2温态启动。金属温度在温态启动。金属温度在180350之间（或停机之间（或停机48h）。）。l 3热态启动。金属温度在热态启动。金属温度在350450之间（或停机之间（或停机8h）。）。l 4极热态启动。金属温度在极热态启动。金属温度在450以上以上（或停机（或停机2h）。）。 l（一）启动过程（一）启动过程l1.启动前的准备工作启动前的准备工作l（1）设备和系统的检查）设备和系统的检查l（2）投入冷却水系统）投入冷却水系统l（3）向凝汽器和闭式冷却系统注入化学补充水）向凝汽器和闭式冷却系统注入化学补充水

8、l（4）启动供油系统和投入盘车装置）启动供油系统和投入盘车装置l（5）除氧器投入运行）除氧器投入运行l（6）排除启动前机组不允许存在的禁止条件）排除启动前机组不允许存在的禁止条件l2.轴封供汽轴封供汽l真空、凝结水系统、盘车通过轴封向汽轮机供汽暖机真空、凝结水系统、盘车通过轴封向汽轮机供汽暖机l3.盘车预暖盘车预暖l4.冲转、升速、暖机冲转、升速、暖机l暖机的目的主要有两个，即防止材料脆性破坏和过大的热暖机的目的主要有两个，即防止材料脆性破坏和过大的热应力。应力。l暖机时应注意如下问题：暖机时应注意如下问题：l1）暖机转速应避开临界转速）暖机转速应避开临界转速l2）在大型汽轮机中，暖机的目的主

9、要是提高高、中压转）在大型汽轮机中，暖机的目的主要是提高高、中压转子的温度，防止其脆性破坏子的温度，防止其脆性破坏l3）暖机结束后，应检查汽缸总膨胀和中压缸膨胀情况，）暖机结束后，应检查汽缸总膨胀和中压缸膨胀情况，并检查记录各处的差胀值并检查记录各处的差胀值l4）对于自启动的汽轮机，暖机时间应根据实际的热应力）对于自启动的汽轮机，暖机时间应根据实际的热应力情况和金属温度情况实际确定。情况和金属温度情况实际确定。l5.并网、带负荷并网、带负荷l1）并网）并网l发电机与系统并网时的要求有：主开关合闸时发电机与系统并网时的要求有：主开关合闸时没有冲击电流；并网后能保持稳定的同步运行。没有冲击电流；并

10、网后能保持稳定的同步运行。l为了防止机组并网时出现逆功率工况，机组并为了防止机组并网时出现逆功率工况，机组并网后，立即带初始负荷。冷态启动时，初始负网后，立即带初始负荷。冷态启动时，初始负荷通常为机组额定功率的荷通常为机组额定功率的5%左右。左右。l2）初始负荷暖机）初始负荷暖机l3）升负荷）升负荷l（二）滑参数启动的特点（二）滑参数启动的特点l滑参数启动与额定参数启动相比有以下的优缺点滑参数启动与额定参数启动相比有以下的优缺点:l（1） 缩短了机组启动时间，提高了机组的机动性。缩短了机组启动时间，提高了机组的机动性。l（2）滑参数启动可在较小的热冲击下得到较大的金属）滑参数启动可在较小的热冲

11、击下得到较大的金属加热速度，从而改善了机组加热的条件。加热速度，从而改善了机组加热的条件。l（3）滑参数启动时，容积流量大，可较方便地控制和）滑参数启动时，容积流量大，可较方便地控制和调节汽轮机的转速与负荷，且不至造成金属温差超限。调节汽轮机的转速与负荷，且不至造成金属温差超限。l（4）减少了工质的损失，提高了电厂运行的经济性）减少了工质的损失，提高了电厂运行的经济性l（5）滑参数启动升速和接带负荷时，可做到调节汽门）滑参数启动升速和接带负荷时，可做到调节汽门全开全周进汽。全开全周进汽。l（6）滑参数启动时，通过汽轮机的蒸汽流量大，可有）滑参数启动时，通过汽轮机的蒸汽流量大，可有效地冷却低压段

12、。效地冷却低压段。l（7）滑参数启动可事先做好系统的准备工作，使启动）滑参数启动可事先做好系统的准备工作，使启动操作大为简化操作大为简化l（三）冷态启动的注意事项（三）冷态启动的注意事项l1.控制热应力控制热应力l2.控制好高压缸排汽温度控制好高压缸排汽温度l3.启动曲线启动曲线l启动曲线反映了在启动过程中蒸汽初参数、真空度、启动曲线反映了在启动过程中蒸汽初参数、真空度、转速、负荷等与启动时间的关系。这个曲线上，可转速、负荷等与启动时间的关系。这个曲线上，可以获得一次启动的很多重要信息，包括冲转参数、以获得一次启动的很多重要信息，包括冲转参数、启动时间、暖机转速、暖机次数、暖机时间、升速启动时

13、间、暖机转速、暖机次数、暖机时间、升速率、升负荷率、临界转速、蒸汽与金属温度的匹配率、升负荷率、临界转速、蒸汽与金属温度的匹配状况等。每一次启动都要严格按照启动曲线进行。状况等。每一次启动都要严格按照启动曲线进行。启动曲线的获得一般有三种途径启动曲线的获得一般有三种途径:制造厂提供；同类制造厂提供；同类机组借鉴；本机组运行稳定后试验获得。机组借鉴；本机组运行稳定后试验获得。l四、热态启动 l（一）热态启动的条件l 热态启动前应确认以下条件是否满足:l (1)上下汽缸温差应在允许范围内。l(2)大轴晃度不允许超过规定值。l(3)主蒸汽温度和再热蒸汽温度，应分别高于对应的汽缸金属温度500C以上。

14、l(4)润滑油温不低于35-400C。l(5)胀差应在允许范围内。l（二）热态启动的特点l1.交变热应力l2.高温轴封汽源l3.控制热弯曲l4.启动速度快l5.控制胀差l6.启动曲线l7.对于蒸汽参数的要求高l五、中压缸启动五、中压缸启动l（一）实施中压缸启动的条件（一）实施中压缸启动的条件l实施中压缸启动必须具备的条件实施中压缸启动必须具备的条件l1.1.控制的要求控制的要求l2.2.旁路容量的要求旁路容量的要求l3.3.为高压缸设置专用疏水扩容器为高压缸设置专用疏水扩容器l4.4.对中压调门提出更高的要求对中压调门提出更高的要求l5.5.设置高压缸倒暖阀、真空阀设置高压缸倒暖阀、真空阀l6

15、.6.增加一些必要的检测保护手段增加一些必要的检测保护手段l7.7.改进调节系统改进调节系统l（二）中压缸启动参数的选择（二）中压缸启动参数的选择l1.1.温度温度l2.2.压力压力l3.3.切换负荷的选择切换负荷的选择l（三）中压缸启动的优点（三）中压缸启动的优点l1.1.加热均匀，温升合理，减少寿命损耗加热均匀，温升合理，减少寿命损耗l2.2.高、中压缸热膨胀情况得到改善高、中压缸热膨胀情况得到改善l3.3.消除低压缸鼓凤，防止低压缸排汽温度消除低压缸鼓凤，防止低压缸排汽温度过高过高l4.4.有利于锅炉控制有利于锅炉控制l5.5.缩短启动时间，减少启动锅炉燃油费用缩短启动时间，减少启动锅炉

16、燃油费用l6.6.允许长时间低负荷运行，利于机组调峰允许长时间低负荷运行，利于机组调峰l六、额定参数停机六、额定参数停机l1.1.停机前的准备停机前的准备l2.2.减负荷减负荷l3.3.发电机解列与转子惰走发电机解列与转子惰走l七、滑参数停机七、滑参数停机l 八、正常停机过程中注意的问题八、正常停机过程中注意的问题l 1.1.严密监视机组的参数严密监视机组的参数l 2.2.关于停盘车关于停盘车l 3.3.盘车时润滑油系统运行盘车时润滑油系统运行l 九、异常停机九、异常停机l 一般汽轮发电机在运行过程中，如发生以下严一般汽轮发电机在运行过程中，如发生以下严重故障，必须紧急停机重故障，必须紧急停机

17、: :l (1) (1)汽轮发电机组发生强烈振动汽轮发电机组发生强烈振动; ;l (2) (2)汽轮机发生断叶片或明显的内部撞击声音汽轮机发生断叶片或明显的内部撞击声音; ;l (3) (3)汽轮发电机任何一个轴承发生烧瓦汽轮发电机任何一个轴承发生烧瓦; ;l (4) (4)汽轮机油系统着大火汽轮机油系统着大火; ;l (5) (5)发电机氢密封系统发生氢气爆炸发电机氢密封系统发生氢气爆炸; ;l (6)(6)凝汽器真空急剧下降，真空无法维持凝汽器真空急剧下降，真空无法维持; ;l (7) (7)汽轮机严重进冷水、冷汽汽轮机严重进冷水、冷汽; ;l (8) (8)汽轮机超速到危急保安器的动作转

18、速而保护没汽轮机超速到危急保安器的动作转速而保护没有动作有动作; ;l (9) (9)汽轮发电机房发生火灾，严重威胁到机组安全汽轮发电机房发生火灾，严重威胁到机组安全; ;l (10) (10)发电机空侧密封油系统中断发电机空侧密封油系统中断; ;l (11) (11)主油箱油位低到保护动作值而保护没有动作主油箱油位低到保护动作值而保护没有动作; ;l (12) (12)汽轮机轴向位置突然超限，而保护没有动作。汽轮机轴向位置突然超限，而保护没有动作。l 一且发生事故，只能采用紧急安全措施，打一且发生事故，只能采用紧急安全措施，打掉危急保安器的挂钩，并从电网中解列。在危急情况掉危急保安器的挂钩，

19、并从电网中解列。在危急情况下，为加速汽轮机停止转动，可以打开真空破坏阀破下，为加速汽轮机停止转动，可以打开真空破坏阀破坏汽轮机的真空。这样使冷空气进入汽缸，它使叶轮坏汽轮机的真空。这样使冷空气进入汽缸，它使叶轮的摩擦鼓风损失增加，对转子增加制动力。减少转子的摩擦鼓风损失增加，对转子增加制动力。减少转子惰走时间，可加速停机。惰走时间，可加速停机。l 2.故障停机故障停机l 一般汽轮发电机在运行过程中，如发生以下故障，一般汽轮发电机在运行过程中，如发生以下故障，应采取故障停机方式应采取故障停机方式:l (1)蒸汽管道发生严重漏汽，不能维持运行蒸汽管道发生严重漏汽，不能维持运行;l (2)汽轮机油系

20、统发生漏油，影响到油压和油位汽轮机油系统发生漏油，影响到油压和油位;l (3)汽温、汽压不能维持规定值，出现大幅度降低汽温、汽压不能维持规定值，出现大幅度降低;l (4)汽轮机热应力达到限额，仍向增加方向发展汽轮机热应力达到限额，仍向增加方向发展;l (5)汽轮机调节汽门控制故障汽轮机调节汽门控制故障;l (6)凝汽器真空下降，背压上升至凝汽器真空下降，背压上升至25KPa;l (7)发电机氢气系统故障发电机氢气系统故障;l (8)发电机密封油系统仅有空侧密封油泵在运行发电机密封油系统仅有空侧密封油泵在运行;l (9)发电机检漏装置报警，并出现大量漏水发电机检漏装置报警，并出现大量漏水;l (

21、10)汽轮机辅助系统故障，影响到主汽轮机的运行。汽轮机辅助系统故障，影响到主汽轮机的运行。l十、转子的惰走曲线l十一、汽轮机停机后的快速冷却十一、汽轮机停机后的快速冷却l大机组自然冷却时间大机组自然冷却时间l 功率（功率（MWMW） 600700 250 125600700 250 125l自然冷却时间（自然冷却时间（h h）150170 90 60150170 90 60l1.1.空气强制冷却空气强制冷却l 空气强制冷却又称强制通风冷却，它是利用一空气强制冷却又称强制通风冷却，它是利用一定温度的空气对汽轮机的高、中压缸进行强制冷却。定温度的空气对汽轮机的高、中压缸进行强制冷却。l 特点：特点

22、：l (1)(1)空气易于调节，且冷却过程中不发生相变，空气易于调节，且冷却过程中不发生相变，故安全可靠，操作控制方便；故安全可靠，操作控制方便；l （2 2）空气比热小，只是过热蒸汽的）空气比热小，只是过热蒸汽的1/21/2，且对流，且对流放热系数只有过热蒸汽的放热系数只有过热蒸汽的1/201/20，故空气冷却速度比蒸，故空气冷却速度比蒸汽慢。汽慢。l（1）压缩空气冷却）压缩空气冷却l（2）抽真空吸入环境空气冷却）抽真空吸入环境空气冷却l2.蒸汽强制冷却蒸汽强制冷却l 冷却蒸汽的汽源可以有如下几种：冷却蒸汽的汽源可以有如下几种：取自临炉和临机的抽汽；取自除氧器取自临炉和临机的抽汽；取自除氧器

23、平衡管；利用锅炉余热或投锅炉底部平衡管；利用锅炉余热或投锅炉底部加热产生微量蒸汽。加热产生微量蒸汽。l机组振动机组振动l油系统着火油系统着火l水冲击水冲击l超速超速l近几十年国内有关单位对机组振动故障处理的历史和经验近几十年国内有关单位对机组振动故障处理的历史和经验教训说明，对振动故障的定性一般并不困难，但在确定故教训说明，对振动故障的定性一般并不困难，但在确定故障的具体原因时，由于对造成故障的机理分析有分歧，使障的具体原因时，由于对造成故障的机理分析有分歧，使得误判时有发生。因此，机组振动故障的诊断除需要现场得误判时有发生。因此，机组振动故障的诊断除需要现场经验外，还应该掌握一定的基础理论和

24、科学的分析能力，经验外，还应该掌握一定的基础理论和科学的分析能力，这样才能快捷地找出故障的确切原因，提出正确的根治措这样才能快捷地找出故障的确切原因，提出正确的根治措施，而不致盲目地一概采用现场高速动平衡的方法，使得施，而不致盲目地一概采用现场高速动平衡的方法，使得表面上振动有所减小，实际上没有根治，机组经过一段时表面上振动有所减小，实际上没有根治，机组经过一段时间的运行或检修后，振动重复出现。间的运行或检修后，振动重复出现。序序 号号故障名称故障名称频谱特征频谱特征其其 它它 特特 征征1原始质量不平衡原始质量不平衡1X振幅、相位随转速变化，随时间不变，轴心轨迹呈椭圆轨迹振幅、相位随转速变化

25、，随时间不变，轴心轨迹呈椭圆轨迹或圆轨迹或圆轨迹2转子原始弯曲转子原始弯曲1X低转速下转轴原始晃度大，临界转速附近振动略减小低转速下转轴原始晃度大，临界转速附近振动略减小3转子热弯曲转子热弯曲1X振幅、相位随时间缓慢变化到一定值，转子冷却后状况恢复振幅、相位随时间缓慢变化到一定值，转子冷却后状况恢复4转动部件（叶片、转动部件（叶片、平衡块）飞脱平衡块）飞脱1X振动突增，相位突变到定值，伴随声响振动突增，相位突变到定值，伴随声响5转轴不对中转轴不对中1X、2X高的高的2X或或3X振幅，振幅，1/2临界转速有临界转速有2X共振峰，共振峰，“8”字形轨迹字形轨迹6联轮器松动联轮器松动1X 、2X等等

26、与负荷有关与负荷有关7动静碰摩动静碰摩1X、整分数、倍频、整分数、倍频内环或外环轨迹，振幅、相让缓慢旋转；或根幅逐渐增加内环或外环轨迹，振幅、相让缓慢旋转；或根幅逐渐增加8油膜涡动油膜涡动0.350.5X低频的出现与转速有关低频的出现与转速有关9油膜振荡油膜振荡fcril在一定转速出现，突发性的大振动，频率为转子第一临界转在一定转速出现，突发性的大振动，频率为转子第一临界转速，大于速，大于1X振幅振幅10汽流激振汽流激振fcril与负荷密切相关，突发性的大振动，频率为转子第一临界转与负荷密切相关，突发性的大振动，频率为转子第一临界转速，改变负荷即消失速，改变负荷即消失11结构共振结构共振1X、

27、分数、倍频、分数、倍频存在明显的共振蜂，与转速有关存在明显的共振蜂，与转速有关12结构刚度不足结构刚度不足1X与转速有关，瓦振轴报接近与转速有关，瓦振轴报接近13转子裂纹转子裂纹1X、2X降速过降速过1/2临界转速有临界转速有2X振动峰，随时间逐渐增大振动峰，随时间逐渐增大序序 号号故障名称故障名称频谱特征频谱特征其其 它它 特特 征征14转子中心孔进油转子中心孔进油1X、0.8X0.9X与启动次数有关，随定速、带负荷时间而逐渐增大与启动次数有关，随定速、带负荷时间而逐渐增大15转轴截面刚度不对称转轴截面刚度不对称2X1/2临界转速有临界转速有2X振动峰振动峰16轴承座刚度不对称轴承座刚度不对

28、称2X垂直、水平振动差别大垂直、水平振动差别大17轴承磨损轴承磨损1X、次同步、次同步1X、1/2X、1.5X高高18轴承座松动轴承座松动1X与基础振动差别大与基础振动差别大19瓦差松动，紧力不足瓦差松动，紧力不足1X、分频、分频、1/2X可能出现和差振动或拍振可能出现和差振动或拍振20瓦体球面接触不良瓦体球面接触不良1X和其他和其他振幅不稳定振幅不稳定21叶轮松动叶轮松动1X相位不稳定，但恢复性好相位不稳定，但恢复性好22轴承供油不足轴承供油不足1X瓦温、回油温度过高瓦温、回油温度过高23匝间短路匝间短路1X、2X和励磁电流有关和励磁电流有关24冷却通道堵塞冷却通道堵塞1X与风压、时间有关与

29、风压、时间有关25磁力不对中磁力不对中2X随有功增大随有功增大26密封瓦碰摩密封瓦碰摩1X、2X振幅逐渐增大振幅逐渐增大l下面介绍机组常见振动故障特征、判断方法。下面介绍机组常见振动故障特征、判断方法。 质量不平衡质量不平衡 转子的弯曲转子的弯曲 动静碰摩动静碰摩 油膜失稳和汽流激振油膜失稳和汽流激振 结构共振结构共振 结构刚度不足结构刚度不足 联轴器不对中联轴器不对中 裂纹转子裂纹转子 转子中心孔进油转子中心孔进油 转子截面刚度不对称转子截面刚度不对称l转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振动故障，它约占了故障总数的动故障，它约占了故障总数的80。随着制

30、。随着制造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不断提高，这类故障的发生率正在逐渐减少。断提高，这类故障的发生率正在逐渐减少。即使如此，质量不平衡目前仍是现场机组振即使如此，质量不平衡目前仍是现场机组振动的主要故障。动的主要故障。l处理手段：低速动平衡，高速动平衡。处理手段：低速动平衡，高速动平衡。44Shaft centerlineMass centerlineShaft centerlineMass centerlineStatic imbalanceCoupled imbalancel最关键的特征是：稳定的工频振动在整个信号最关键的特征是：稳定的工频振动

31、在整个信号中占主要成分。中占主要成分。l工频振幅为主的状况应该是稳定的，这包括：工频振幅为主的状况应该是稳定的，这包括： 各次启机；各次启机； 升降速过程；升降速过程； 不同的工况，如负荷、真空、油温、氢压、励磁电不同的工况，如负荷、真空、油温、氢压、励磁电流等。流等。l工频振动的相位同时也是稳定的。工频振动的相位同时也是稳定的。l第二个主要依据是这种状况的重复性。第二个主要依据是这种状况的重复性。l汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的原因有三个：原因有三个： 原始不平衡；原始不平衡； 转动过程中的部件飞脱、松动转动过程中的部件飞脱、松动; 转子的热弯曲。转子的

32、热弯曲。原始不平衡是主要原因。原始不平衡是主要原因。l原始质量不平衡指的是转子开始转动之前在转子上已经存在的不平原始质量不平衡指的是转子开始转动之前在转子上已经存在的不平衡。它们通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换转动衡。它们通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换转动部件造成的。部件造成的。l这种不平衡的特点：这种不平衡的特点： 除振幅和相位的常规特征外，它的最显著特征是除振幅和相位的常规特征外，它的最显著特征是“稳定稳定”，这个稳定是，这个稳定是指在一定的转速下振动特征稳定，振幅和相位受机组参数影响不大，与指在一定的转速下振动特征稳定，振幅和相位受机组参数影响不大，与升速时

33、或带负荷的时间延续没有直接的关联，也不受启动方式的影响。升速时或带负荷的时间延续没有直接的关联，也不受启动方式的影响。 具体所测的数据中，在同一转速，工况相差不大时，振幅波动约具体所测的数据中，在同一转速，工况相差不大时，振幅波动约20，相位在相位在1020范围内变化的工频振动均可以视为是稳定的。范围内变化的工频振动均可以视为是稳定的。l对于新机组，原始不平衡在第一次升速就会显现出来，在对转子进对于新机组，原始不平衡在第一次升速就会显现出来，在对转子进行任何处理之前的升降速振动数据中，特征重复性很好。行任何处理之前的升降速振动数据中，特征重复性很好。l汽轮发电机组振动发生转动部件飞脱可能有叶片

34、、围带、拉汽轮发电机组振动发生转动部件飞脱可能有叶片、围带、拉金以及平衡质量块；金以及平衡质量块； 飞脱时产生的工频振动是突发性的，在数秒钟内以某一瓦振或轴振为飞脱时产生的工频振动是突发性的，在数秒钟内以某一瓦振或轴振为主，振幅迅速增大到一个固定值，相位也同时会出现一个固定的变化。主，振幅迅速增大到一个固定值，相位也同时会出现一个固定的变化。相邻轴承振动也会增大，但变化的量值不及前者大。这种故障一般发相邻轴承振动也会增大，但变化的量值不及前者大。这种故障一般发生在机组带有某一负荷的情况。生在机组带有某一负荷的情况。l发生松动的部件可能有护环、转子线圈、槽楔、联轴器等。发生松动的部件可能有护环、

35、转子线圈、槽楔、联轴器等。 部件松动所造成的工频振动大的情况可以发生在升速、定速或带负荷部件松动所造成的工频振动大的情况可以发生在升速、定速或带负荷过程。有的情况下大振动会变小，出现波动现象。过程。有的情况下大振动会变小，出现波动现象。l某电厂的某电厂的200MW机组大修后启机，机组大修后启机，3、4号轴承振动大进号轴承振动大进行动平衡，接长轴联轴器加重行动平衡，接长轴联轴器加重1600g，用两个，用两个M14的螺钉的螺钉固定，升速到固定，升速到2600rpm时，时，3号轴承附近发出一声响声，号轴承附近发出一声响声，振动增大，立即停机，发现平衡块飞脱。振动增大，立即停机，发现平衡块飞脱。260

36、0rpm平衡块平衡块飞前，飞前，3号轴振为号轴振为 179m mm14，瓦振为，瓦振为 41m mm69，飞后飞后3号轴振为号轴振为 220m mm60，瓦振为，瓦振为 47 m mm118，平，平衡块飞脱使得轴振和瓦振相位变化约衡块飞脱使得轴振和瓦振相位变化约60，轴振振幅增加，轴振振幅增加40m mm，瓦振振幅增加，瓦振振幅增加 6m mm。l某某200MW机组大修后启动，机组大修后启动，3000 rpm时时3瓦垂直方向振动约瓦垂直方向振动约100m mm，决定进行动平衡，决定进行动平衡l平衡计算过程如下：平衡计算过程如下： 原始振动：原始振动：A0 = 97 m mm277 在接长轴试加

37、重：在接长轴试加重：Pt = 781g135 再次启机再次启机3000rpm，测：，测：A1 = 140 m mm269 计算影响系数计算影响系数 a a = (A1-A0)/Pt = (140 m mm269- 97 m mm277)/ 781g135 = 0.0589(m mm/g) 116.9 计算最终加重量：计算最终加重量： P = 1646.9g340 加重后的结果：加重后的结果： A = 17 m mm121l转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是工频振动随时间转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是工频振动随时间的变化。的变化。 随机组参数的提高和高参数下运行时间的延续，工频振幅逐

38、渐增大，随机组参数的提高和高参数下运行时间的延续，工频振幅逐渐增大，相位也随之缓慢变化，一定时间后这种变化趋缓，最终基本不变。相位也随之缓慢变化，一定时间后这种变化趋缓，最终基本不变。l存在热弯曲的转子降速过程的振幅，尤其是过临界转速时的存在热弯曲的转子降速过程的振幅，尤其是过临界转速时的振幅，要比转子温度低启机升速时的振幅大。振幅，要比转子温度低启机升速时的振幅大。 两种情况下的波特图可以用来判断是否存在热弯曲。为此有时需要安两种情况下的波特图可以用来判断是否存在热弯曲。为此有时需要安排专门的试验，机组不采用滑参数停机的方式，较快地减负荷，以观排专门的试验，机组不采用滑参数停机的方式，较快地

39、减负荷，以观察转子温度高的情况下降速过程的幅频特性，和冷态启机时进行比对。察转子温度高的情况下降速过程的幅频特性，和冷态启机时进行比对。l一旦转子温度降低，转子的弯曲会很快恢复。因此，测试必一旦转子温度降低，转子的弯曲会很快恢复。因此，测试必须在转子弯曲没有完全恢复前进行。须在转子弯曲没有完全恢复前进行。l新机转子的热弯曲一般来自材质热应力。这种热弯曲状态新机转子的热弯曲一般来自材质热应力。这种热弯曲状态是固有的、可重复的，因而可以用平衡的方法处理。是固有的、可重复的，因而可以用平衡的方法处理。l有时运行原因也会导致热弯曲。如：汽缸进水、进冷空气、有时运行原因也会导致热弯曲。如：汽缸进水、进冷

40、空气、动静碰摩等。只要没有使转子发生永久塑性变形，这类热动静碰摩等。只要没有使转子发生永久塑性变形，这类热弯曲都是可以恢复的，引起热弯曲的根源消除后，工频振弯曲都是可以恢复的，引起热弯曲的根源消除后，工频振动大的现象也会随之自行消失。动大的现象也会随之自行消失。l发电机转子也常会因为通风道堵塞引起转子一测温度高于发电机转子也常会因为通风道堵塞引起转子一测温度高于对面一侧，转子发生类似于一阶振型的弯曲，它自然对一对面一侧，转子发生类似于一阶振型的弯曲，它自然对一阶振动影响最大，表现最明显应该在过一阶临界转速时的阶振动影响最大，表现最明显应该在过一阶临界转速时的工频振动增大。工频振动增大。l当转子

41、最大内应力超过材料的屈服极限，当转子最大内应力超过材料的屈服极限，使转子局部产生塑性变形，当外力和热应使转子局部产生塑性变形，当外力和热应力消除后，变形不能消失，称为：塑性弯力消除后，变形不能消失，称为：塑性弯曲，也称永久性弯曲曲，也称永久性弯曲l永久性弯曲是设备事故，使设备不能投入永久性弯曲是设备事故，使设备不能投入运行，必须进行直轴处理，将会造成很大运行，必须进行直轴处理，将会造成很大的经济损失的经济损失l动静摩擦动静摩擦转子径向局部过热膨胀转子径向局部过热膨胀弯曲弯曲 当转速低于第一临界转速时，主轴的弯曲方向和转子不平衡离心力的作用当转速低于第一临界转速时，主轴的弯曲方向和转子不平衡离心

42、力的作用方向基本一致，往往产生愈摩愈弯、愈弯愈厚的恶性循环，以致使主轴产方向基本一致，往往产生愈摩愈弯、愈弯愈厚的恶性循环，以致使主轴产生永久性弯曲。生永久性弯曲。l停机后，汽缸、转子金属温度较高，汽缸内任何意外原因进冷水，也停机后，汽缸、转子金属温度较高，汽缸内任何意外原因进冷水，也会造成主轴弯曲会造成主轴弯曲 进水后，汽缸产生拱背变形，盘车被迫停止进水后，汽缸产生拱背变形，盘车被迫停止 静止的高温转子下半部被水浸泡，当上下温差达到静止的高温转子下半部被水浸泡，当上下温差达到150200时，就会造时，就会造成主轴永久性弯曲。成主轴永久性弯曲。l转子的原材料存在过大的残余内应力，在较高的温度下

43、经过一段时间转子的原材料存在过大的残余内应力，在较高的温度下经过一段时间的运行后，内应力逐渐得到释放，从而使转子产生弯曲变形。的运行后，内应力逐渐得到释放，从而使转子产生弯曲变形。l另外，套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲另外，套装转子在装配时，由于偏斜，蹩劲也会造成主轴弯曲l汽轮机安装时，必须考虑热状态变化，合理调整动静间隙，汽轮机安装时，必须考虑热状态变化，合理调整动静间隙，以保证在正常运行工况下不会发生动静摩擦。以保证在正常运行工况下不会发生动静摩擦。l汽缸应具有良好的保温条件，保证在正常起动和停机过程汽缸应具有良好的保温条件，保证在正常起动和停机过程中不产生过大的上下部温

44、差。中不产生过大的上下部温差。l主蒸汽、再热蒸汽及抽汽管道必须有完善的疏水系统。在主蒸汽、再热蒸汽及抽汽管道必须有完善的疏水系统。在停机后注意切断与公用系统相连的各种水源，严防汽缸进停机后注意切断与公用系统相连的各种水源，严防汽缸进水。水。l运行中加强对机组振动的监视，及早发现动静摩擦。运行中加强对机组振动的监视，及早发现动静摩擦。 在第一临界转速以下汽轮机轴承振动达到在第一临界转速以下汽轮机轴承振动达到0.04mm时，必须打闸停时，必须打闸停机，不得盲目升速或降速暖机。机，不得盲目升速或降速暖机。l起动前必须认真检查主轴的晃度、上下缸温差及冲转参数，起动前必须认真检查主轴的晃度、上下缸温差及

45、冲转参数，在冲转条件不具备情况下，严禁起动。在冲转条件不具备情况下，严禁起动。l汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中。随着。随着现代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。现代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。l碰摩使转子产生非常复杂的振动，是转子系统发生失稳的一个重要碰摩使转子产生非常复杂的振动，是转子系统发生失稳的一个重要原因，轻者使得机组出现强烈振动，严重的可以造成转轴永久性弯原因，轻者使得机组出现强烈振动，严重的可以造成转轴永久性弯曲，甚至整个曲，甚至整个。l对碰摩的对碰摩的，进行了许多研究，但是，这些研究结果和实际，进行了许多

46、研究，但是，这些研究结果和实际情况还有距离，因为相同的特征对应着许多其它的故障。情况还有距离，因为相同的特征对应着许多其它的故障。l碰摩的碰摩的是目前具有一定是目前具有一定的主要振动故障。的主要振动故障。 每年全国都会有几台大机组发生动静碰摩而出现大振动，但在处理过程每年全国都会有几台大机组发生动静碰摩而出现大振动，但在处理过程中却往往要走弯路。需要进行多次开机，平衡加重或支撑加固，为此延中却往往要走弯路。需要进行多次开机，平衡加重或支撑加固，为此延误数周已是常事。最终开缸检查，方发现汽封或通流部分已严重摩擦。误数周已是常事。最终开缸检查，方发现汽封或通流部分已严重摩擦。l机组动静碰摩通常有下

47、列起因：机组动静碰摩通常有下列起因： 转轴振动过大。转轴振动过大。l不管何种起因，大振动下的转轴振幅一旦大到动不管何种起因，大振动下的转轴振幅一旦大到动静间隙值，都可能与静止部位发生碰摩。因此，静间隙值，都可能与静止部位发生碰摩。因此，碰摩常常是中间过程，而非根本原因。碰摩常常是中间过程，而非根本原因。 由于不对中等原因使轴颈处于极端的位置，由于不对中等原因使轴颈处于极端的位置，整个转子偏斜。整个转子偏斜。l非转动部件的不对中或翘曲也会导致碰摩。非转动部件的不对中或翘曲也会导致碰摩。l动静间隙不足动静间隙不足 有时是设计上的缺陷所造成的。也经常是安装、检修的原因，动静有时是设计上的缺陷所造成的

48、。也经常是安装、检修的原因，动静间隙调整不符合规定所致。间隙调整不符合规定所致。 动静间隙是受多种因素影响的。如动静间隙是受多种因素影响的。如:l真空、凝汽器灌水、缸温等，真空、凝汽器灌水、缸温等，l即便在开缸状态下调整好，扣缸后的上下间隙也要变化即便在开缸状态下调整好，扣缸后的上下间隙也要变化l缸体跑偏、弯曲或变形缸体跑偏、弯曲或变形 机组高压转子前汽封比较长，启机中参数掌握不当容易造成这个部机组高压转子前汽封比较长，启机中参数掌握不当容易造成这个部位发生碰摩，进而造成大轴塑性弯曲。全国大约有近位发生碰摩，进而造成大轴塑性弯曲。全国大约有近30台机组发生台机组发生过这样的故障。过这样的故障。

49、 开机过程中，上下缸温差过大，造成缸体弯曲变形，是碰摩弯轴的开机过程中，上下缸温差过大，造成缸体弯曲变形，是碰摩弯轴的主要运行原因之一。主要运行原因之一。l轻的：轻的： 汽封磨损汽封磨损汽封漏汽量增大汽封漏汽量增大降低汽轮机效率降低汽轮机效率l重的：重的： 叶片断裂、主轴弯曲，甚至汽轮机完全损坏叶片断裂、主轴弯曲，甚至汽轮机完全损坏l隔板汽封隔板汽封l叶片围带汽封叶片围带汽封l轴端汽封轴端汽封l各轴承的油挡部位各轴承的油挡部位l发电机的径向碰摩通常发生在密封瓦处发电机的径向碰摩通常发生在密封瓦处l全周碰摩全周碰摩 转子在它转动的一周中始终与静子保持接触。转子在它转动的一周中始终与静子保持接触。

50、l发生全周碰摩的静子在发生全周碰摩的静子在360周向都要接触，转子可以是周向都要接触，转子可以是只有部分弧段接触，也可以是全局接触。只有部分弧段接触，也可以是全局接触。l部分碰摩部分碰摩 转子在它转动的一周中只有部分弧段接触。转子在它转动的一周中只有部分弧段接触。l部分碰摩在静子上只有部分弧段接触。部分碰摩在静子上只有部分弧段接触。 由于碰撞，使转子在不平衡引起的强迫同步响应的基础上叠加一由于碰撞，使转子在不平衡引起的强迫同步响应的基础上叠加一个自由振动响应，这个自由振动的频率是转子的固有频率，是整个自由振动响应，这个自由振动的频率是转子的固有频率，是整个振动响应的主要成分。个振动响应的主要成

51、分。l碰摩的响应碰摩的响应 碰摩转子的响应中应该含有次同步、同步和超同步等谐波成分。碰摩转子的响应中应该含有次同步、同步和超同步等谐波成分。 实际碰摩的响应受到碰摩发生的轴向位置、冲击的锐度、结构对实际碰摩的响应受到碰摩发生的轴向位置、冲击的锐度、结构对不同频率振动的传递特性等因素的影响，使得各频谱成分在实际不同频率振动的传递特性等因素的影响，使得各频谱成分在实际信号中复杂化。不同的情况次同步和超同步会呈现不同的量值。信号中复杂化。不同的情况次同步和超同步会呈现不同的量值。l碰摩发生时作用在转轴上有两种力：碰摩发生时作用在转轴上有两种力： 冲击力冲击力，即碰撞力。该力引起碰摩点局部压缩变形，并

52、引起转轴的反弹运动。，即碰撞力。该力引起碰摩点局部压缩变形，并引起转轴的反弹运动。l碰摩时的冲击效应有下列特点：碰摩时的冲击效应有下列特点： 由于冲击作用时间很短，相当于一个脉冲函数，因此，产生宽频带响应由于冲击作用时间很短，相当于一个脉冲函数，因此，产生宽频带响应 由于转轴的旋转，碰摩是重复过程，因而产生的是周期性的振动。由于转轴的旋转，碰摩是重复过程，因而产生的是周期性的振动。 撞击时具有高的法向力和切向力。撞击时具有高的法向力和切向力。 接触材料之间存在着能量的吸收和转移。接触材料之间存在着能量的吸收和转移。 接触表面的力、转子的反弹运动以及材料的局部变形都有高度的非线性特性。接触表面的

53、力、转子的反弹运动以及材料的局部变形都有高度的非线性特性。 摩擦力摩擦力。摩擦力是作用在接触点的切向力，转轴上的摩擦力与旋转方向相反。摩擦力是作用在接触点的切向力，转轴上的摩擦力与旋转方向相反。摩擦力的大小取决于接触点的法向力及摩擦表面的性质。摩擦力的大小取决于接触点的法向力及摩擦表面的性质。l碰摩过程中的摩擦和碰撞一样，同样具有非线性特性。因此，这个过程的振动信号碰摩过程中的摩擦和碰撞一样，同样具有非线性特性。因此，这个过程的振动信号含有丰富的谐波分量。含有丰富的谐波分量。l碰摩的高度非线性使其经常带有混沌特性。碰摩的高度非线性使其经常带有混沌特性。l严重的碰摩可以使材料磨损后变为轻度碰摩，

54、甚至能完全脱离碰摩状态。严重的碰摩可以使材料磨损后变为轻度碰摩，甚至能完全脱离碰摩状态。l摩擦的另一个重要效应是对转子的局部加热。局部加热的后果是转子弯曲，工频振摩擦的另一个重要效应是对转子的局部加热。局部加热的后果是转子弯曲，工频振动增大。动增大。l碰摩具有多种征兆，易变的信号特征与外界碰摩具有多种征兆，易变的信号特征与外界条件有密切的关系，在某一时刻出现的征兆，条件有密切的关系，在某一时刻出现的征兆，在其它时刻可能不再复现，这使得碰摩故障在其它时刻可能不再复现，这使得碰摩故障的表现带有一些不确定性。的表现带有一些不确定性。l碰摩的现场诊断是一项难度比较大的技术。如果认定了碰摩，常需要碰摩的

55、现场诊断是一项难度比较大的技术。如果认定了碰摩，常需要开缸处理，工作量较大，这就要求诊断的高准确性。开缸处理，工作量较大，这就要求诊断的高准确性。l现有的诊断方法主要还是根据振幅、频谱和轴心轨迹进行判断。另外现有的诊断方法主要还是根据振幅、频谱和轴心轨迹进行判断。另外还可以观察轴颈静态位置，碰撞点力的作用可使轴颈中心发生较大的还可以观察轴颈静态位置，碰撞点力的作用可使轴颈中心发生较大的变化。单纯用瓦振信号进行判断，只能看到频谱。转轴信号可以提供变化。单纯用瓦振信号进行判断，只能看到频谱。转轴信号可以提供丰富的碰摩信息。丰富的碰摩信息。l机组升降速的波特图、极坐标图和级联图、全频谱级联图。机组升

56、降速的波特图、极坐标图和级联图、全频谱级联图。l现场运行人员在启机过程常采取现场运行人员在启机过程常采取“听诊听诊”的方法，对碰摩的确定有时的方法，对碰摩的确定有时也是有用的。但要注意，由于高中压缸都是双层缸，有的机组低压缸也是有用的。但要注意，由于高中压缸都是双层缸，有的机组低压缸也是双层缸，通流部分的碰摩声很难传出来，只有轴端汽封的碰摩声也是双层缸，通流部分的碰摩声很难传出来，只有轴端汽封的碰摩声比较容易听到。因而，不能片面地将某一种方法的结论作为是否发生比较容易听到。因而，不能片面地将某一种方法的结论作为是否发生碰摩的决定性判据。碰摩的决定性判据。l根据机组的结构特点及运行工况，合理地设

57、计和调整各根据机组的结构特点及运行工况，合理地设计和调整各部位的动静间隙部位的动静间隙l认真分析转子和汽缸的膨胀特点和变化规律，在起动、认真分析转子和汽缸的膨胀特点和变化规律，在起动、停机和变工况时注意对胀差的控制和调整停机和变工况时注意对胀差的控制和调整l在机组起停过程中，应严格控制上下缸温差、蒸汽参数在机组起停过程中，应严格控制上下缸温差、蒸汽参数的变化、监视段压力及轴的窜动的变化、监视段压力及轴的窜动l在运行中防止水冲击，停机后严防汽缸进冷汽冷水在运行中防止水冲击，停机后严防汽缸进冷汽冷水l起动前及升速过程中，应严格监视转子晃度和振动，不起动前及升速过程中，应严格监视转子晃度和振动，不得

58、在超限增况下强行起动得在超限增况下强行起动l某某200MW机组正常运行小修后第一次启动就发生了碰摩。机组正常运行小修后第一次启动就发生了碰摩。l碰摩情况：碰摩情况： 启动按常规进行到启动按常规进行到3000 rpm定速，保持定速，保持2小时准备做超速试验，这小时准备做超速试验，这时运行人员先试验同步器，将转速降到时运行人员先试验同步器，将转速降到2350 rpm又很快回升到又很快回升到3000 rpm，这时，这时3号轴承振动从号轴承振动从20m mm开始急剧增大，主要是工频开始急剧增大，主要是工频成分，成分，2、4号轴承振动也同时上升，并发现号轴承振动也同时上升，并发现3号轴承处涌出大量烟号轴

59、承处涌出大量烟雾。大约经过雾。大约经过7min，3号轴承振幅已上升到号轴承振幅已上升到75m mm，随后紧急打闸，随后紧急打闸停机。揭开停机。揭开3号轴承盖，发现大轴与号轴承盖，发现大轴与3号轴承挡油环发生了碰摩。号轴承挡油环发生了碰摩。摩出的凹槽深摩出的凹槽深34mm，宽，宽56mm，张角，张角60该案例说明：该案例说明：碰摩时各振动碰摩时各振动分量增加的速分量增加的速度很快。由于度很快。由于打闸及时，幸打闸及时，幸未造成严重事未造成严重事故。故。l这是一种自激振动。这是一种自激振动。l自激振动的发生以横向振动形式出现，以转子的低阶自激振动的发生以横向振动形式出现，以转子的低阶临界转速为振动

60、频率，它的出现与转速或负荷密切相临界转速为振动频率，它的出现与转速或负荷密切相关。维持这种振动的能量来自于系统自身内部的某种关。维持这种振动的能量来自于系统自身内部的某种机制。机制。l自激振动和强迫振动本质上的区别在于：自激振动和强迫振动本质上的区别在于： 自激振动中，维持振动的扰动力是由它自身的运动所产生并受自激振动中，维持振动的扰动力是由它自身的运动所产生并受其控制的，一旦运动停止，扰动力随之消失；其控制的，一旦运动停止，扰动力随之消失； 自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频率无关。自激振动以它本身的固有频率振动，与外界激振力频率无关。 强迫振动中，持续作用的交变力独立于运动存在