火电厂汽轮机振动故障和诊断技术研究

火电厂汽轮机振动故障和诊断技术研究

吴长江

大唐双鸭山热电有限公司  黑龙江双鸭山  155100

摘要：汽轮机作为火电厂的核心设备，其运行稳定性对电力生产至关重要。振动故障是汽轮机运行中常见的问题，严重影响机组的安全性和经济性。本文深入探讨了油膜振荡、动静摩擦、转子故障以及汽流激振等四种典型的振动故障，并详细分析了各自的故障原因。同时，针对每种故障，本文提出了相应的诊断技术，以期为火电厂汽轮机的振动故障排查和处理提供理论支持和实践指导。通过对这些故障及其诊断技术的系统研究，有助于提升火电厂汽轮机的运行维护水平，确保电力生产的高效与安全。

关键词：汽轮机；振动故障；诊断技术；油膜振荡；动静摩擦；转子故障；汽流激振

1 油膜振荡故障与诊断技术

1.1 故障原因

油膜振荡主要是由于轴承油膜的不稳定性导致的。当轴承载荷过轻、轴承间隙过大或润滑油温度过高时，都可能导致油膜的不稳定，进而引发油膜振荡。此外，轴承设计不合理或安装不当也是油膜振荡的潜在原因。

1.2 诊断技术

诊断油膜振荡主要采用振动信号分析的方法。通过监测轴承座的振动信号，分析其频率和幅值特征，可以判断是否存在油膜振荡。此外，还可以结合油温、油压等参数进行综合判断。

2 动静摩擦振动与诊断技术

2.1 故障原因

动静摩擦振动主要是由于转子与静子之间的间隙过小或转子热弯曲导致的。在机组启动或停机过程中，由于热膨胀或收缩，转子与静子可能发生接触，从而产生摩擦振动。此外，转子质量不平衡或轴承损坏也可能导致动静摩擦振动。

2.2 诊断技术

动静摩擦振动的诊断主要依据振动信号中的高频成分。当发生动静摩擦时，会产生特定的高频振动信号。通过频谱分析，可以识别出这些高频成分，从而判断是否存在动静摩擦振动。

3 转子故障振动与诊断技术

3.1 转子的质量不平衡

3.1.1 故障原因

转子质量不平衡是汽轮机运行中常见的故障之一，其产生的主要原因可以归结为转子制造过程中的误差、材料的不均匀性以及长时间运行过程中的磨损。在转子制造过程中，由于工艺控制的不精确或是设备本身的误差，都可能导致转子各部分的质量分布不均匀。此外，转子材料的质地也可能存在差异，如材料密度、硬度等物理特性的不一致，也会导致质量分布不均。另一方面，随着汽轮机的长时间运行，转子表面可能会因摩擦、腐蚀等因素而产生磨损，这种磨损往往是不均匀的，从而进一步加剧了转子的质量不平衡。当不平衡的转子在高速旋转时，由于质量分布的不均匀，会产生一个离心力，这个离心力会随着转速的增加而增大，进而引发汽轮机的异常振动，严重影响汽轮机的稳定运行和使用寿命。

3.1.2 诊断技术

诊断转子质量不平衡主要采用动平衡测试的方法。该方法是通过对转子进行精确的测量和分析，找出其质量不平衡的具体位置和大小，进而采取相应的措施进行校正。在进行动平衡测试时，通常会在转子上添加或去除适当的质量块，以改变其质量分布，使其达到动平衡状态。测试过程中，需要实时监测振动信号的变化，这些信号能够直接反映转子的运行状态和质量分布情况。通过对这些信号进行精确的分析和处理，我们可以确定最佳的质量分布方案，从而有效地解决转子质量不平衡的问题。这种方法具有操作简便、精度高、效果显著等优点，因此在汽轮机维护中得到了广泛的应用。

3.2 转子表面产生裂痕

3.2.1 故障原因

转子表面产生裂痕是汽轮机运行中的一个严重故障，其根本原因可以归结为热应力、机械应力以及材料疲劳的综合作用。在汽轮机运行过程中，转子受到高温蒸汽的作用，由于热膨胀和热收缩的不均匀性，可能会在转子表面产生热应力。若热应力超过材料的承受能力，便会导致表面裂痕的产生。另一方面，机械应力也是一个不可忽视的因素。转子在高速旋转时，受到离心力的作用，如果转子结构设计不合理或材料选择不当，就可能在应力集中的部位产生裂痕。此外，材料疲劳也是一个重要的原因。在长期运行过程中，转子材料会受到周期性的应力作用，从而导致材料疲劳损伤，最终在应力集中的部位形成裂痕。裂痕的存在不仅破坏了转子的结构完整性，更重要的是会改变转子的质量分布，导致质心偏移，进而在运行时产生不平衡的振动，严重影响汽轮机的安全稳定运行。

3.2.2 诊断技术

针对转子表面裂痕的诊断，目前广泛采用的技术是超声波探伤。这种方法利用超声波在材料中传播的特性，当超声波遇到裂痕时，会发生反射和散射。通过检测这些反射和散射信号，我们可以准确地判断出裂痕的位置和大小。超声波探伤技术具有非接触性、高精度和高灵敏度等优点，因此在转子裂痕检测中得到了广泛应用。同时，为了更全面地评估转子的健康状态，我们还可以结合振动信号分析进行综合判断。通过分析转子运行时的振动数据，可以提取出与裂痕相关的特征信息，为裂痕的诊断提供有力的辅助依据。这种综合诊断方法能够更准确地识别出裂痕的存在，为汽轮机的安全运行提供有力保障。

4 汽流激振故障与诊断技术

4.1 故障原因

汽流激振是汽轮机运行中常见的振动故障之一，其根本原因主要归咎于汽轮机内部流场的不稳定性。在汽轮机的运行过程中，蒸汽流量或压力的波动会直接影响到转子的稳定性。这种波动可能源于蒸汽供应的不稳定、调节系统的滞后或控制不当等多种因素。当这些波动产生时，它们会对转子施加一个周期性的激振力，这种激振力与转子的自然频率可能发生共振，从而导致汽轮机的异常振动。此外，汽轮机叶片的损坏或变形也是引发汽流激振的重要因素。叶片的损坏可能改变了蒸汽流动的路径，使得流场变得更加复杂和不稳定。叶片变形则可能导致蒸汽流动的不均匀性，进一步加剧了流场的不稳定，最终引发汽流激振。因此，保持汽轮机内部流场的稳定性和叶片的完好性是预防汽流激振的关键。

4.2 诊断技术

针对汽流激振的诊断，目前主要采用频谱分析和气流测量相结合的综合方法。频谱分析是一种有效的信号处理手段，它通过对振动信号进行频率分解，能够准确地识别出振动信号中的主要频率成分。在汽流激振的诊断中，频谱分析可以帮助我们判断是否存在与汽流激振相关的特征频率，从而确认是否发生了汽流激振。同时，气流测量数据也是诊断过程中不可或缺的一部分。通过对汽轮机内部蒸汽流动的直接测量，我们可以获取到更为详细和准确的流场信息。这些数据不仅可以用于验证频谱分析的结果，还能帮助我们进一步确定激振力的来源和大小，为后续的故障排查和修复提供有力的依据。因此，将频谱分析与气流测量相结合，能够为我们提供一个全面、准确的汽流激振诊断方案。

5 结语

火电厂汽轮机的振动故障种类繁多，原因复杂。本文通过对油膜振荡、动静摩擦、转子故障以及汽流激振等四种典型振动故障的深入分析，提出了相应的诊断技术。这些技术在实际应用中具有较高的准确性和可靠性，有助于火电厂及时发现并处理汽轮机的振动故障，确保机组的安全稳定运行。

参考文献

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