汽輪機運行及振動故障診斷課件

汽輪機運行及振動

故障診斷天津石化王召利汽輪機的結(jié)構(gòu)分析汽輪機的分類及應(yīng)用汽輪機的作用原理汽輪機的材料選用1234一、概述2010/9/20212二、汽輪機的運行1

啟動和停機汽輪機的運行2汽輪機的變工況運行.2010/9/20213三、汽輪機振動故障診斷1.強迫振動及自激振動的概念2.工業(yè)汽輪機振動的驗收標(biāo)準(zhǔn)3.質(zhì)量不平衡引起的振動4.半速渦動及油膜振蕩5.摩擦及碰撞引起的振動6.葉片強度及葉片振動2010/9/20214一、概述030201按工作原理可分為:沖動式汽輪機;反動式汽輪機按熱力性能可分為：背壓式汽輪機凝汽式汽輪機抽汽式汽輪機按氣流方向主要可分為：軸流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：

按用途可分為：電站汽輪機工業(yè)汽輪機042010/9/20215各類汽輪機的特點及應(yīng)用（1）沖動式與反動式主要介紹如下（2）背壓式與凝汽式各類汽輪機的特點及應(yīng)用2010/9/202162、汽輪機的作用原理1-靜葉片2-動葉片3-隔板4-葉輪5-軸圖1-1透平示意圖2010/9/202172、汽輪機的作用原理由速度、和組成的三角形叫動葉出口速度三角形。如果將進口和出口速度三角形繪制在一起，如圖1-2所示。圖1-2級速度三角形2010/9/20218圖1-3焓熵圖（i—s圖）以上為氣體在透平級內(nèi)的流動過程，而氣體在級內(nèi)的熱力膨脹過程（即膨脹做功過程）通常用焓熵圖（i—s圖）表示，如圖1-3所示2010/9/202193、汽輪機的結(jié)構(gòu)分析汽輪機基本結(jié)構(gòu)滑銷系統(tǒng)汽缸軸承座調(diào)節(jié)閥主汽門靜葉柵轉(zhuǎn)子動葉柵最關(guān)鍵的部件是汽缸、轉(zhuǎn)子與動葉片2010/9/2021103、汽輪機的結(jié)構(gòu)分析圖1-4和1-5分別為汽輪機通流部分的主要布置型式和低壓缸同凝汽器的連接方式：2010/9/202111圖1-4通流部分布置型式2010/9/202112圖1-5低壓缸同凝汽器的連接方式2010/9/202113（2）轉(zhuǎn)子汽輪機的轉(zhuǎn)子，根據(jù)蒸汽參數(shù)的不同，可選擇三種不同型式。套裝整鍛焊接2010/9/202114套裝轉(zhuǎn)子如圖1-6所示。2010/9/202115整鍛轉(zhuǎn)子如圖1-7：2010/9/202116焊接轉(zhuǎn)子如圖1-8所示2010/9/202117（3）動葉片動葉片葉型葉根連接件2010/9/202118⑵葉根常見的葉根見圖1-92010/9/202119⑶連接件包括圍帶和拉筋及鉚接件等。用連接件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動應(yīng)力，不連接成組的葉片稱為自由葉片。2010/9/202120⑶連接件圍帶可以減少葉頂漏氣，它的結(jié)構(gòu)如圖1-10所示2010/9/202121⑶連接件接筋有實心、空心圓形和兩半圓形等幾種，拉筋與葉片的連接型式如圖1-11所示2010/9/202122鉚釘頭的結(jié)構(gòu)型式如圖1-12所示⑶連接件2010/9/202123汽缸材料的選用轉(zhuǎn)子及葉片材料124、汽輪機材料選用2010/9/202124（2）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≤250℃≤360℃≤500℃≤540℃≤570℃表1-2轉(zhuǎn)子和葉輪材料材料牌號34CrMo35CrMoV34CrNi3Mo17CrMo1V27Cr2Mo1V20Cr3MWV工作溫度＜480℃＜500℃＜400℃＜520℃＜535℃＜550℃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1Cr132Cr1327Cr11MoVCr11MoVCr12WMoV工作溫度＜450℃＜450℃＜530℃＜530℃＜570℃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2010/9/202125二、汽輪機的運行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行討論：2010/9/2021261、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（即T01=T0；X01=X0），汽輪機各級間壓力分配和焓降分配會有一些變化。對不同結(jié)構(gòu)的機組，變化也不同。2010/9/2021271、新蒸汽流量變化對于蒸汽流速達到或超過臨界流速的級，在T01=T0；X1=X0的前提下，蒸汽參數(shù)與流量之間的關(guān)系為：式中：P0、G0、T0、X0——原來級前的壓力、流量、絕對溫度、干度；P01、G1、T01、X01——變化后級前的壓力、流量、絕對溫度、干度；即是說：級前壓力與流量成正比。2010/9/2021281、新蒸汽流量變化式中P2——原來的排氣壓力P21——變化后的排氣壓力從上式可知，在T0=T01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。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：2010/9/202129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)或大于一個馬赫數(shù)的狀態(tài)。當(dāng)?shù)匾羲?而氣流速度V與當(dāng)?shù)匾羲僦确Q為馬赫數(shù)以M表示，2010/9/2021302、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，通常為額定值的103%~105%。⑴當(dāng)新蒸汽壓力升高而溫度不變時⑵新蒸汽壓力降低而溫度不變時2010/9/2021313、新蒸汽溫度變化新蒸汽溫度失常，比之于氣壓失常對機組更具有危險性。制造廠給予氣溫（包括新蒸汽和再熱汽）的允許正常波動值向上通常為5℃，極限值為+10℃，下限則為5~10℃不等。（1）氣溫升高時（2）氣溫下降時2010/9/2021323、新蒸汽溫度變化（1）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間上都必須加以嚴格限制。2010/9/2021333、新蒸汽溫度變化（2）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。而級的理想焓降減低時，動葉反動度增大。這在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2010/9/2021344、汽輪機的軸向力及其變化（1）汽輪機軸向力的產(chǎn)生汽輪機的軸向力可以分成以下三部分：作用在葉片上的軸向力作用在輪盤上的軸向力作用在轉(zhuǎn)子臺階上的軸向力ABC2010/9/202135（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：⑴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上升。⑵反動度越大，轉(zhuǎn)子的軸向力也越大。2010/9/202136（2）引起軸向力變化的因素⑶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。⑷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。⑸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。⑹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，圓周降低時反動度減小。這對于變轉(zhuǎn)速運行的工業(yè)汽輪機尤為重要。2010/9/202137（2）引起軸向力變化的因素⑺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。例如一個功率為2萬千瓦的高壓轉(zhuǎn)子，其撓性聯(lián)軸器可以傳遞1~1.5噸（即1萬~1.5萬牛）的推動力（對于壓縮機亦然）。⑻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2010/9/2021385、排汽壓力的變化及凝汽機的經(jīng)濟真空（1）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。排汽壓力對機組運行的影響，簡述如下：2010/9/202139（2）凝汽式汽輪機經(jīng)濟真空的討論對于凝汽式汽輪機，當(dāng)進汽流量不變，凝汽器中的壓力每降低0.01絕對大氣壓，就會使汽輪機的負荷增加額定功率的1%左右（中間再熱機組影響較?。＿@顯然在很大程度上影響著機組運行的經(jīng)濟性。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。但也不應(yīng)在任意高的真空下運行，而應(yīng)在經(jīng)濟真空下運行。2010/9/202140三、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)，與振動特征進行比較、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。2010/9/2021411、強迫振動與自激振動的概念