1、PDF外文：http:/ 4395 字 出处： Shamoradi F, Mohammadi N, Kahkesh M H. Steam Turbine Rotor Vibration Failures: Causes and SolutionsJ. POWER, 2013, 157(4): 62 汽轮机转子振动故障原因及解决方案 Shamoradi F, Mohammadi N, Kahkesh M H 操作过程中汽轮机转子弯曲，但轴承及支架 的 设计方案必须保持 静态 力 和动态力 在 控制 范围内。 但是，弯曲可能会导致转子和定子部件各级间 的冲击， 许多 实用
2、规模的蒸汽涡轮机的操作员 分享 其丰富的 实际 经验，找出失败的根本原因 及有效的 解决方案 。 由 Farshad Shamoradi， Naser Mohammadi 和 Mahdi Heidari Kahkes，阿瓦士发电管理有限公司 转子的弯曲而导致 蒸汽轮机 叶片和其他内部组件 的使用寿命减少，是发电厂运行过程中最严重的问题之一。这个问题通常会降低电厂设备的利用率从而限制发电量，还会增加电厂运行和维护的成本。转子的极度弯曲问题往往会设计汽轮机转子和定子间的相互作用。转子的弯曲可能有各种静态和动态因素造成， 其 中许多因素都将会在这篇文章中来探讨
3、首先我们提供相关的机械因素，涉及到在汽轮机中有关转子安装的最大转速 。 我们从内到外来进行，我们接下来看看转子的平衡问题，其次是转子和壳体的偏差问题和有由壳体引起的问题。 此篇文章的讨论，是基于作者对位于伊朗的 Ramin 电厂 6 台机组，总装机容量为 1890MW 的经验之谈。 该单位已经被委托从 1980 到 1985 年。 避免转子摩擦 几乎不用任何解释， 由膜片式或者迷宫式汽封的摩擦， 造成的间隙不足，破坏了转子的终端密封。当高质量的转子在运行转速状态时接触到一个固定的表面，通常是因为 迷宫式 或膜片式汽封和转子之间有很小的间隙接触，这种情况经常发生。其次，
4、可能是接触点的局部温度上升，金属材料温度增加，导致在接触点处引起摩擦 。 由大型旋转转子质量与功能差静止密封件的冲击产生的力往往 打在 一层金属的转子的表面上 ，摩擦可在冲击和转子临时轴弯曲点 上 导致转子的弹性变形。轴的弯曲通常会导致振动层次的加深。 转子冷却不均匀，特别是在关闭之后 ，也可能导致转子和定子的接触。在单元关闭后，如果只留一个固定位置来冷却，较高温度的转子可能会由于转子的质量或者与轴承支撑件之间的距离而导致弯曲。这种情况可能会造成永久性轴弯曲 。 造成冷却不均的永久轴弯曲的效果在下次启动时，就回立刻出现高速转子振动。振动是由定子和转子之间的间
5、隙不足，以及轴偏离轴承的中心位置所引起的。即使间隙变化非常小，有可能 造成转子的 显著摩擦，从而造成伤害。其次，由于摩擦引起的转子和定子部件之间的摩擦，导致金属转子在接触点局部加热和轴弯曲。 此外，定子和转子部件之间的摩擦 造成 不均匀 的轴升温，在现有的弯曲点方向上可能会进一步导致轴弯曲，并且导致静止不见得额外接触，温度升高，因此造成更多的弯曲。如果级间联动效果被允许。如果轴的弯曲被允许继续，可能是超过了金属的屈服强 度，从而导致上述的永久变形。 3000 转的汽轮机 每区段 允许弯曲度在 0.02 0.03 毫米， 转动齿轮极限为 0.05 毫米。 为了避免在冷却过
6、程中转子弯曲，汽轮机厂商提供冷却的允许速度有非常具体地说明。例如，汽轮机应保持在旋转齿轮，直至高压缸（ HP）温度低于 150 ，油的温度 低于75 。 汽轮机的供应商还定义了旋转齿轮的旋转速度。 防止转子与壳体的错位 两轴之间或者在轴和轴承之间耦合的错位可能会导致系统中的弯曲。 一个集成的转子的两个轴之间的 错位 可引起的转子质量中心的偏心率，这 个 偏心率在高转速 下 会产生在径向方向上离 心力，从而使转子的弯曲。旋转轴线与轴的轴线之间的 错位 也可能导致在转子弯曲。 有六个主要因素会导致错位。 涡轮机壳体和基础框架上的轴瓦之间
7、的连接不良的原因之一。 如果 用垫片 的 方法使 摩擦增加或停止在轴向方向上的热膨胀（通常在启动期间）中滑动，其结果是在壳体上的倾翻力矩。此扭矩可以引起壳体和支承表面之间的 错位 ， 造成 涡轮 的前端 振动， 使 基础框架支撑表面变形，轴瓦失速 。 还密切关注了基础框架，包括螺栓，键和垫片，使轴承表面的自由流动是可能的，尤其是在启动和负载变化 的过程中 。 气缸和垫片行程的纵向和横向的热膨胀的中心孔的范围应 被记录并用来日后进行比较。这个过程应该是日常维护设备巡视的一部分。 另一个因素涉及组装高压汽轮机前轴承的难度 。 当轴旋转时在其轴颈 部位 ，轴
8、 将油从轴承的底部推压 ，导致油膜厚度发生变化 ，当这种情况发生时，轴的中心线向上移动并趋于一端。为了叙述这个轴运动，分段轴承应自动调整和轴颈的接触面，保持在一个很好的位置。 如果有太多的接触面，摩擦会增加轴承的表面上，使轴承表面的摩擦和耐腐蚀性增加 ，并且 增加振动和转子偏心 率。 其结果将 使 轴承漏油，并摩擦密封压盖。另一方面，如果轴承接触面积减小， 在 分段轴承内油膜会造成转子 的不均匀运动，并且油膜不会形成，也导致增加振动 。 不要忽视孔和联轴器与转子的同心度 ，在多壳体汽轮机中，当一个转子的轴在转子下面套管中是不连续时，校正转子的校准丢失。个别相连的传动系统
9、必须运转作为一个很长，连续而灵活得传动系统。在主要汽轮机维护后，确认转子联轴器的校准及其他因素是非常重要的，可能导致改变个别壳体、轴承、转子的基本位置。在维修期间，如果被观察到 在转子或联轴器的偏心率在末端或中间密封处有摩擦，有必要重新调整传动系统，以避免高透平振动，膜片式或迷宫式汽封的接触和摩擦等等。 记住，压盖孔的中心轴应该在 汽轮机运行期间经历正常的温度 ，并与汽轮机转子的轴线重合。此外，有必要迅速地识别在汽轮机热身期间密封间隙中的各种损失，升温过程中可能发生间隙的变化，在气缸上部和下部之间，由于不同的温度造成的汽缸弯曲。 最后，密切关注在反应阶段汽缸壁与叶片顶端
10、之间接触摩擦的可能性。摩擦可能导致振动增大，导致叶片弯曲，通常发生在叶片根部。 转子不平衡振动增加 轴曲率也会通过移动转子的质量中心，产生振动转变的轴的旋转轴。这种振动会显著影响叶片的三个方面。 首先，真懂得原因是叶片结构上的问题。 操作过程中遇到离心力是显著的，导致增加了叶片在横截面的拉伸力，如果质量中心不在径向线，弯曲应力也可能会发生。此外，弯曲应力在高压蒸汽通过汽轮机气缸轴向流动下的叶片接头处产生。 这些应力的大小是依赖于整齐的流速，整个叶片级温度的下降，叶片的旋转下降和叶片的重量。该蒸汽的温度在第一级是过热的，在末级是饱和的，将会对叶片
11、材料的机械性能和腐蚀性能有影响。 其次，叶片的振动可通过外部装置，诸如转子不理想的动态平衡 ，膜片通道的不一致性，叶片间距的偏差，在两个半膜片和防腐固定叶片边缘的组装街头的不当。 第三，旋转叶片的尺 寸与在其上安装的转子的方法可能不同。维护检修后，相同重量和材质的所有叶片必须精心维护，尤其是当只有少数叶片被替换时。在叶片的质量或重心，甚至一个小的变化都可能导致转子不平衡和振动。 外壳也是一个重要的因素 外壳温度波动引起汽轮机振动有许多种方法，壳体问题可能会导致很多种不同类型的错位，大多数是由于温度波动影响造成的膨胀或收缩。 首先，从
12、壳体或弱绝缘的其他领域来说，热隔离不足会引起汽轮机气缸的温度分层现象。 通常在汽轮机底部， 热隔离的损失是由于壳体的接头和管道之间连接处的绝缘不良导致的。 壳体的绝缘不足在汽轮机 底部，例如，可以引起壳体从顶部到底部的温度梯度，从而导致壳体变形和转子弹性弯曲。卖方将会定义合适的壳体温度梯度，在我们的经验中，梯度必须不能超过 60 。 新的汽轮机 高压缸 对壳体的温度梯度非常敏感。 接下来，如果汽轮机在 弯曲度 限制已经返回之前的热条件下启动，然后转动叶片和静止膜片可能摩擦或者导致损坏密封件和膜片的压盖。作为轴增加的重量，所以做了汽轮机转子、气缸和轴的热惯量的尺寸。其效果是要求启动时
13、有更长的启动时间（在转动的齿轮上）使上述转子的所有 弯曲度 ，在下次启动前被消除。 气缸的弯曲度也可以根据其施工时的尺寸 和材料的认识来估计。气缸的弯曲（ mm）也可以通过一个表达式 t L2/8D，其中 T 为气缸（ C）上部和下部的温差， L 是气缸的长度（ mm）， D 是外壳的平均外径的长度（ mm），而且它是一个线性热膨胀系数，通常为13.6mm/mm-C 或者是其他一系列的单位。气缸允许的弯曲度是由隔膜和末级压盖 之间最严格的 公差所决定的 。例如，如果高压缸尺寸为 I=3620mm， D=1840mm，隔膜和压盖间的最严格公差为 0.6mm，从气缸顶部到底部的允许温度
14、差是 50。 壳体转子上的热弯曲效果也可以被确定，当壳体顶部比底部更热，则壳 体容易向下弯曲。如果壳体从顶部至底部，沿着其长度方向的温度梯度是一个常数，然后最大弯曲应力发生在与壳体中部垂直 并与壳体保持水平的位置。在这种条件下的弯曲和偏转可以被定义为 t（ LZ Z2） *103/2D，其中 L 为支撑件之间的外壳长度 (m)， Z 是 从正面外壳支撑件到内部支撑件的距离 ，如上文所定义，其他变量保持不变。 假设在壳体长度的中点的情况下 L/2 可以取代 Z 找到最大的挠度。 沿叶片和隔膜的温度梯度也必须在热启动中考虑。在热汽轮机启动时，如果蒸汽是相对冷的，则隔膜和叶片
15、的金属温度将比转子温度更低。在这种情况下， 隔膜孔的直径将会更迅速的增加，并大于转子直径，产生 径向松动，降低叶片和隔膜的间隙。使用一个线性热膨胀系数的典例，隔膜密封直径 500mm 会增加 0.3mm 用于每个转子和隔膜之间 IOOC的温差。 所以，如果一个转子具有一个比正常范围内更高的曲率半径，如果蒸汽流动路径在热启动中没有认真观察，摩擦可以被预计的。 使用这些公式和应用经验的计算告诉我们，高压缸的顶部和底部之间的温差不应该大于汽轮机启动过程中定义的正常值的上限。如果该温差限度呗超过，在末级压盖前的径向距离将大大降低，从而在转子弯曲附近的控制机内，引起摩擦。 许多汽轮机维修公司的经验是，对高压缸弯曲的原因是汽轮机停止时，蒸汽的在气缸内冷凝造成的。高温热量传递到冷却的气缸底部蒸发 此 冷凝物，同时气缸的顶部仍然是相对较热的。 其结果是，在大多数情况下在外壳顶部将保持水平的同时气缸将向下弯曲。
