汽轮机动静碰磨故障的主要特征、产生原因及处理方法

2017-02-08 声振之家

汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障，而转轴碰摩是机组起动和正常运行中振动突然增大的主要故障之一。汽轮机动静部分碰磨对设备造成的危害是非常严重的，据国内汽轮机弯轴事故统计表明，其中86%由转轴碰磨引起，转轴碰磨严重时会引起轴破坏。因此，分析和研究汽轮机动静部分发生碰磨的原因，可避免事故的发生，以保证机组的安全可靠运行。

摩擦振动的特征

碰磨具有多种征兆，易变的信号特征与外界条件有密切的关系，在某一时刻出现的特征，在其它时刻可能不再复现，这使得碰磨带有不确定性。发生碰磨时，具体的信号特征如下：

振动信号的时域波形发生畸变；
当机组在升速过程中发生碰磨时，经过多次起停，或者是暖机时间的延长，振动值将逐渐减小；
碰磨点处轴振的工频或通频振动值快速增大；
轻微碰磨主要是工频振动(1X)，当严重碰磨时，除了工频成分外还有其它的倍频成分，如2X3X等；
当轴颈和轴瓦发生碰磨时，轴瓦的乌金温度和回油温度将会升高；
低转速时在汽封或轴瓦处用听针能听到异常的声音。

碰磨产生的原因

汽轮机组的径向和轴向碰磨通常发生在隔板汽封、叶片围带汽封以及轴封部位，径向碰磨还可能发生在各轴承的油挡、汽封片部位。发电机的径向碰磨通常发生在密封瓦处。

1. 转轴振动过大

造成轴振动过大的原因有质量不平衡、转子弯曲、轴系失稳等。不管那种原因，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磨。

2. 动静间隙过小或消失

造成轴封间隙过小或消失的原因有上下缸温差过大，使得轴封间隙减小或消失；
汽缸与法兰温差过大，使得转子两端轴封上下间隙减小；
轴瓦乌金磨损或烧瓦，使得轴封下部间隙消失；
安装或检修时轴封间隙调得过小；
汽缸膨胀偏斜，使得汽缸上的轴封发生单侧碰磨；汽封壳体变形，使得轴封间隙减小或消失；
汽轮机相对胀差过大，使隔板与叶轮轴向通流间隙减小；
机组在起动及运行过程中，主蒸汽管道及各抽汽管道进水，汽轮机转子推力突然大幅度增加，会使轴向通流间隙减小；
轴承箱出现严重卡涩，机组在起动时膨胀不出来，停机时缩不回去，也会产生通流轴向间隙减小。

碰磨故障诊断方法及其处理

1. 碰磨故障诊断

现场诊断机组动静碰磨有一定难度。如果认定发生了碰磨，有时需要开缸处理，工作量较大。根据经验，单纯地用瓦振信号判断碰磨，频谱较复杂，易于混淆，而轴振动信号可提供更准确的碰磨信息。因此，现场诊断应尽量利用涡流传感器。事先没有安装涡流传感器的机组，当怀疑发生碰磨后，应尽早加装，利于以后的测试和诊断。

在依据振动信号特征诊断碰磨的同时，还需要了解机组安装或大修中的情况，查阅有关的间隙记录。运行人员在机组起动过程常采取听诊的方法，对碰磨的确定有时也是有用的。分析中把这些信息结合起来，可提高诊断的准确性。

对于高中压缸和双层结构的低压缸，通流部分的碰磨声难于准确传出，只有轴端汽封的碰磨比较容易听到。因此，不能将某一种方法的结论作为认定碰磨故障的决定性判据。

2. 碰磨故障处理

对于发生动静碰磨的机组，采取的处理方法要根据碰磨故障严重程度和检修工期而定，处理方法有下列5种：

提高升速率。如果碰磨发生在某一低转速点或临界转速前，现场对碰磨判断的准确性把握较大，且仅是个别瓦振大，大多数瓦振正常，整个机组不存在其它振动，可采取提高升速率冲过这一转速区，直接升到高转速或3000r/min的方法。
根据振动调整运行参数(膨胀、差胀、负荷、缸温等)，使机组通过发生碰磨的工况区。
长时间暖机。将机组打闸至盘车状态，或保持在某一转速数小时甚至数十小时，使碰磨部位自行磨合消除。
根据对产生碰磨原因的分析，从外部消除缺陷。
如果碰磨部位发生在轴封处，对于汽缸端部汽封套、汽封环可拆卸的机组从外部调整。对于个别大机组，如果能准确判断碰磨的径向方位，调整轴承标高或联轴器对轮左右偏差、张口也是一种工作量较小的措施，但需执行常规检修规范，注意影响运行的相关因素，如瓦温、通流间隙等的变化。

结论

新建或大修后的机组，由于汽轮机动静间隙小，起动前轴偏心、汽缸温差、差胀等重要参数一定要控制在规程规定的范围内，在起动过程中要注意机组的振动情况，尽量维持参数的稳定，防止动静碰磨的发生，若在冲转过程中存在动静碰磨故障，则在过临界转速时振动会更加剧烈，甚至造成弯轴。如果转速在一阶临界转速以下振动达到规定的数值，应该立即打闸停机，盘车一段时间正常后再起动；如果转速在一阶临界转速以上，则在振动可以控制的转速上多停留一段时间，磨合一定时间后再升速，经过几次起停，碰磨故障可以消除。