论发电厂汽轮机常见故障分析与排除

新疆维吾尔自治区石河子市天瑞能源有限公司 李 林

火力发电作为当今主要发电模式之一，它的生产安全高效直接影响人民生活的方方面面,也直接影响我国经济的发展，是关系到民生的重要社会单位。因此，汽轮机正常工作的意义也是不言而喻的，但在实际生产中汽轮机由于其结构非常复杂，内部有着相当多的零部件组成，汽轮机在电厂中作业大都处于高压力、高温等相当极端环境且长时间的工作，在这种环境下汽轮机极易出现故障，影响了火电厂的正常工作，因此做好汽轮机的预防、检修及保养对于火电厂是否能够正常运行起决定性作用。

1 火力发电厂汽轮机的概念

1.1 汽轮机工作原理

汽轮机作为火电厂中常见的电力生产设备，它的主要原理是将锅炉生产的蒸汽能转换成机械能，它之所以被广泛应用，就是因其具有使用时间长、转换率高、功率大等优点，汽轮机在工作长态时，主要的运动过程是不断的进行排汽与抽汽，使蒸汽中的热能不断的转换成机械能，产生的机械能再经过设备转换成电力输送到各地，满足人们生产生活的用电需求[1]。

1.2 汽轮机的分类

单级汽轮机。是结构最简单的一个极汽轮机，它只有一排喷嘴和一排列动叶片；复速级汽轮机。是由单级汽轮机转变而来，但性质仍是单级汽轮机，它的结构特点是具有两排以上的列动叶片，习惯称做速度级汽轮机[2]；多级汽轮机。随着时代的进步，单级汽轮机或复速级汽轮机已不能满足生产需求，这就促使人们研究更加高效的汽轮机。经过科学家的不断探索多级汽轮机应运而生，它能够更加有效得利用进气量和蒸汽的理想焓量，能够利用蒸汽焓量每一级，具有单机内效率高、功率大的特点。

按蒸汽在汽轮机内流动方向分类：轴流式汽轮机。汽轮机内部蒸汽与轴转方向平行流动；辐流式汽轮机。指蒸汽在汽轮机内流动的方向与汽轮机轴相垂直的汽轮机；周流式汽轮机。蒸汽在汽轮机中既不是沿轴线方向流动、也不是沿辐向流动，而是沿圆周方向。

按汽缸的数目分类：单、双缸汽轮机。单缸汽轮机就是只有一个气缸工作的汽轮机。双缸汽轮机有高低两个汽缸，蒸汽先进入高压刚再进入低压缸，二者之间用连轴器连接[3]；多缸汽轮机。随着生产要求的提高，一个气缸或两个汽缸的汽轮机已不能满足生产需求，因此研究出更加效率的三缸和多缸汽轮机，把汽轮机内部分成高中低等多个层级，利用蒸汽不同等级能量差异进行转换。

1.3 汽轮机的组成结构

汽轮机包括转动部分（叶栅、叶轮、转子、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件）以及固定部分，包括气缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。

2 火力发电厂汽轮机的常见故障

汽轮机不正常的振动。是汽轮机出现故障中比较常见的一种故障，而发生这种不正常振动的主要原因有：一是组装机器、检修设备技术出现差错，转子中心或动静设备之间的缝隙没有调整好而引发的振动；二是汽水的质量不过关，导致汽轮机内部的转子、叶片结垢，动静的平衡被破坏；三是汽轮机的零部件发生破损，例如断叶片、动静摩擦等；四是设备使用过程中没能很好的控制，例如轴封气压、气温控制不当等。

汽轮机的超速。汽轮机是在高速转动的环境下运行的机械设备，机械设备的原动件就是汽轮机，因此汽轮机要在很大的外力矩下工作，同时汽轮机在运行时，它的调节系统一旦出现紊乱，则会不正常的增大汽轮机的转动速度，会导致非常严重的后果，这将使机械承受前所未有的使用压力。会使得轴承破损、转子断裂、叶片脱落，更严重的还会使整个机组的损坏，造成重大的安全事故[4]。

汽轮机油的超标。汽轮机的油使用在汽轮机动静部分的，它主要起到润滑和支撑的作用，若是润滑油浮化油模就不能形成。若是油颗粒度超标，油中杂质就会堵住顶轴油系统，从而导致动静部件的严重受损。

汽轮机真空系统的问题。汽轮机有一个真空系统，此系统在运行中经常出现的故障是：低真空运行、冷却管泄露，一旦发生这些故障，就会发生机组的非正常停止，甚至导致机组运行经济性的降低。

3 火力发电厂汽轮机的检修方法

3.1 汽轮机易发故障机理的分析

要保证汽轮机的安全运行，就要掌握汽轮机可能出现的故障机理。因此，分析研究汽轮机的故障机理，是提高汽轮机故障诊断领域中的一个基础的研究工作。目前，主要从汽轮机故障发生的规律和发生前的征兆等方面来进行的研究。

对汽轮机的故障分析的方法较多，其中利用频谱分析是设备故障诊断中最常使用的方法。研究噪声的频谱是为了深入了解噪声源的特性，帮助寻找主要的噪声污染源，为噪声控制提供依据。常用的频谱是功率谱和幅值谱分析。功率谱分析是表示振动功率随振动频率的分布情况，这从物理意义分析比较清楚。幅值谱表示对应于各频率的谐波振动分量所具有的振幅，这在应用时显得比较直观，其中幅值谱上的谱线高度就是该频率分量的振幅大小。

利用频谱分析的目的，就是将设备可能构成信号的各种频率成分都分解开来，以便于振源的识别。进行频谱分析首先要了解频谱的构成依据故障推理方式的不同，对频谱构成的了解可按不同层次进行：第一，首先要从高、中、低频段进行分析，初步了解主故障发生的部位[5]；第二，还要从工频、超谐波、次谐波进行分析，这样就可以用以确定转子发生故障的范围。

在分析幅值谱的变化时，可以观察谱峰的变化状况，要确定它们是单调增大、单调减少、还是波动或无固定趋势。还应确定哪些谱峰是同步变化的、哪些谱峰没有发生变化、是否有新的频率成分出现、是否有新的频率成分出现，以及转子同一部分各测点振动之间、或相近部位各测点的振动之间振动谱上的相互联系，各种变化的快慢等，这样就可以掌握对汽轮机故障的诊断。

3.2 对汽轮机缸体裂纹补焊技术

从一定程度上来说，裂纹的挖除是整个补焊工作当中最为重要的一个环节，在这一环节中如果出现裂纹挖除不干净的情况，那么在焊接的过程中由于受到各种影响，裂纹可能会继续扩展，最终导致补焊工作完成之后补焊的位置再次出现开裂，因此在坡口制备之前应该向运用表面探伤检测确保裂纹挖除干净。在坡口制备的过程中应该坚持减少焊接应力以及填充金属量少的原则，在坡口的选择方面优先选择U 型或者是方圆形，内部应该无明显的棱角，坡度应该大于10°，还要将坡口表面的各种杂质清理干净，一直到金属光泽出现为止。

一般来说会选择直流逆变焊机，而焊接材料选择ECrNiF-3焊丝或者INCONEL182焊条，焊条在投入使用之前要先在250℃的高温下烘焙两个小时，在烘焙完成之后焊接时要将焊条放入手保温筒当中以便于随时取用。

为了能够有效地减缓焊接之后的冷却速度，要将工件放置于火焰上方1cm 之上进行均匀加热，而加热的温度要控制在80℃到100℃之间，而预热控制范围的标准是不小于坡口两侧30cm，要运用红外测温仪实时地监测温度[6]。

根据《汽轮机铸钢件补焊技术导则》的相关要求，可以采取热补焊、异质冷补焊以及热补焊这三种方式。首先可以根据实际情况对这三种方式的可行性进行探究。可以针对实际具体情况对这三个方法的可行性加以研究。

首先对热补焊的方法加以研究，在焊接工作进行以前通常要先进行加热处理，在焊接工作进行以后要进行热处理，预热温度通常在250～300℃。但是因为气缸的内部容积非常大而且结构复杂，所以整个工件中最薄的部分也可以超过110mm，在现场就很难可以达到这种要求，而且如果使用局部热处理的方式很容易就会导致气缸的温度局部发生变化，热处理的效果得不到保障，严重影响到结合面的密封性。

其次就是同质冷补焊这种方法主要是以石墨型药皮作为铸铁焊条，但是这种方法很容易受到焊接条件以及焊接位置的影响而出现不能自由收缩的情况，所以人们经常会在焊接区域发现白口组织，这一方法对焊前预热、焊后缓冷以及焊件温度都有一定的梯度要求，同样也不适用。

最后就是异质冷补焊技术，它的焊缝是奥氏体组织，它在焊接的热循环过程中不会出现相变。这种方法从理论层面上来说对预热以及焊后热处理没有要求。采用这种方式能够更好地简化工艺，使得工件的变形应力能够大大降低，最终符合现场的实际情况。由此可见，在综合比对之后，应该采用异质冷补焊对高中压缸体裂纹挖除后进行补焊的技术。

3.3 对汽轮机超速的预防方法

首先，要严格的按要求对调速系统中的高中压主气门、调门严密性做调整与测试；其次，要定期调试抽气系统逆止门、高排逆上门；最后要确保保安系统的正常运行，必须按标准对保安系统、电超速、机械超速分别进行严格的试验，若汽轮机在运行中出现超速问题，保安系统要果断做出打闸停止机械运行。

3.4 对汽轮机油的调整方法

认真的监测对汽轮机油化试验及管理，要严格检查油质乳化及颗粒度超标的问题，并按标准进行过滤及油系统的检查。操作员要严格的调整控制轴封汽系统和小机密封水系统，防止汽水进入油中破坏油质。合理的对抽油烟系统做出调试，在不给汽轮机带来太大压力的情况下，确保油烟及时抽走，以免空气中的杂质污染了汽轮机的油的品质。

3.5 对汽轮机的真空系统的检修方法

机组在对凝汽器钢管全面检修时，要对钢管结垢和焊接缝隙的情况做出全面的检查，若发生此情况的事故时，要及时投入凝结水喷水系统，若情况严重时，还可以损坏真空系统停止运行，注意要是通循环水时，凝气器排气温度必须是在50℃以下方能通循环水。要定期进行真空系统的调试，对不合格的机组进行系统排查，注意要在停机后再排查罐水检查。在最佳的真空情况下，要严格的对循泵运行方式启停进行调节，保证胶球清洗装置能正常的投运。

3.6 主汽阀门的运行方式的优化

采取各种措施来保证调门可靠运行，措施有：调节门阀座，进行相应的改造，改变相应的配合方式，避免由于松脱发生危险；定期对主汽门、调门活动进行试验，减少阀门卡顿，减少液压部套的侵蚀；对运行参数进行严格的监视及调整。制定整套调门解决方案，增加顺序阀运行的可靠性，提高汽轮机运行的经济性。

3.7 控制凝结器

凝结器与汽轮机的运行时限密切相关。调节凝结器使其在真空状态下达到最佳，会提高

汽轮机运行的工作效率，有助于汽轮机动能的大幅度提升，减少汽轮机运行的热损耗，延长汽轮机的使用寿命。相关的工作人员一定要做好凝结器的控制工作，让其工作状态达到最佳，定期检查凝结器的使用情况，参照使用现状，确保其在真空条件下具有良好的密封性。重视凝结器管道内的水质情况，检测射水泵是否正常运行。最后要尽可能增加凝水器的冷却面积，保证冷却面积足够的大，冷却时间也足够长，有效提升汽轮机运行中凝结器的工作效率。

综上，火力发电厂能否安全、有效的运行关系到千家万户的正常生活，更关系到我国的经济发展，而汽轮机在火力发电中扮演着重要角色，它的正常、高效的运行，在火电厂生产中起决定性作用，因而作为管理、维修汽轮机的工程师的技术水平，直接影响火电厂的正常运行和效益，不断的加强管理，增强维修、保养汽轮机技术水平，是我们日常工作中要时刻思考的问题。