外文翻譯--汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)故障原因及解決方案（中文）

1、中文 中文 4395 字出處： 出處：Shamoradi F, Mohammadi N, Kahkesh M H. Steam Turbine Rotor Vibration Failures: Causes and Solutions[J]. POWER, 2013, 157(4): 62汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)故障原因及解決方案 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)故障原因及解決方案Shamoradi F, Mohammadi N, Kahkesh M H操作過程

2、中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子彎曲，但軸承及支架的設(shè)計(jì)方案必須保持靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力在控制范圍內(nèi)。但是，彎曲可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和定子部件各級(jí)間的沖擊，許多實(shí)用規(guī)模的蒸汽渦輪機(jī)的操作員分享其豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，找出失敗的根本原因及有效的解決方案。由 Farshad Shamoradi，Naser Mohammadi 和 Mahdi Heidari Kahkes，阿瓦士發(fā)電管理有限公司轉(zhuǎn)子的彎曲而導(dǎo)致蒸汽輪機(jī)葉片和其他內(nèi)部組件的使用壽命減少，是發(fā)電廠運(yùn)行過程中最嚴(yán)重的問

3、題之一。這個(gè)問題通常會(huì)降低電廠設(shè)備的利用率從而限制發(fā)電量，還會(huì)增加電廠運(yùn)行和維護(hù)的成本。轉(zhuǎn)子的極度彎曲問題往往會(huì)設(shè)計(jì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和定子間的相互作用。轉(zhuǎn)子的彎曲可能有各種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)因素造成，其中許多因素都將會(huì)在這篇文章中來探討首先我們提供相關(guān)的機(jī)械因素，涉及到在汽輪機(jī)中有關(guān)轉(zhuǎn)子安裝的最大轉(zhuǎn)速。我們從內(nèi)到外來進(jìn)行，我們接下來看看轉(zhuǎn)子的平衡問題，其次是轉(zhuǎn)子和殼體的偏差問題和有由殼體引起的問題。此篇文章的討論，是基于作者對(duì)位于伊朗的 Ramin

4、電廠 6 臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量為 1890MW 的經(jīng)驗(yàn)之談。該單位已經(jīng)被委托從 1980 到 1985 年。避免轉(zhuǎn)子摩擦 避免轉(zhuǎn)子摩擦 幾乎不用任何解釋，由膜片式或者迷宮式汽封的摩擦，造成的間隙不足，破壞了轉(zhuǎn)子的終端密封。當(dāng)高質(zhì)量的轉(zhuǎn)子在運(yùn)行轉(zhuǎn)速狀態(tài)時(shí)接觸到一個(gè)固定的表面，通常是因?yàn)槊詫m式或膜片式汽封和轉(zhuǎn)子之間有很小的間隙接觸，這種情況經(jīng)常發(fā)生。其次，可能是接觸點(diǎn)的局部溫度上升，金屬材料溫度增加，導(dǎo)致在接觸點(diǎn)處引起摩擦。由大型旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子質(zhì)量

5、與功能差靜止密封件的沖擊產(chǎn)生的力往往打在一層金屬的轉(zhuǎn)子的表面上，摩擦可在沖擊和轉(zhuǎn)子臨時(shí)軸彎曲點(diǎn)上導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的彈性變形。軸的彎曲通常會(huì) 導(dǎo)致振動(dòng)層次的加深。轉(zhuǎn)子冷卻不均勻，特別是在關(guān)閉之后，也可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和定子的接觸。在單元關(guān)閉 后，如果只留一個(gè)固定位置來冷卻，較高溫度的轉(zhuǎn)子可能會(huì)由于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量或者與軸承支撐件之間的距離而導(dǎo)致彎曲。這種情況可能會(huì)造成永久性軸彎曲。造成冷卻不均的永久軸彎曲的效果在下次啟動(dòng)時(shí)，就回立刻出現(xiàn)高速轉(zhuǎn)子振動(dòng)。振動(dòng)是由

6、定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙不足，以及軸偏離軸承的中心位置所引起的。即使間隙變 化非常小，有可能造成轉(zhuǎn)子的顯著摩擦，從而造成傷害。其次，由于摩擦引起的轉(zhuǎn)子和 定子部件之間的摩擦，導(dǎo)致金屬轉(zhuǎn)子在接觸點(diǎn)局部加熱和軸彎曲。此外，定子和轉(zhuǎn)子部件之間的摩擦造成不均勻的軸升溫，在現(xiàn)有的彎曲點(diǎn)方向上可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致軸彎曲，并且導(dǎo)致靜止不見得額外接觸，溫度升高，因此造成更多的彎 曲。如果級(jí)間聯(lián)動(dòng)效果被允許。如果軸的彎曲被允許繼續(xù)，可能是超過了金屬的屈服強(qiáng) 度，

7、從而導(dǎo)致上述的永久變形。3000 轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)每區(qū)段允許彎曲度在 0.02—0.03 毫米，轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪極限為 0.05 毫米。為了避免在冷卻過程中轉(zhuǎn)子彎曲，汽輪機(jī)廠商提供冷卻的允許速度有非常具體地說有影響。其次，葉片的振動(dòng)可通過外部裝置，諸如轉(zhuǎn)子不理想的動(dòng)態(tài)平衡，膜片通道的不一 致性，葉片間距的偏差，在兩個(gè)半膜片和防腐固定葉片邊緣的組裝街頭的不當(dāng)。第三，旋轉(zhuǎn)葉片的尺寸與在其上安裝的轉(zhuǎn)子的方法可能不同。維護(hù)檢修后，相同重量和材質(zhì)的所有葉片必須

8、精心維護(hù)，尤其是當(dāng)只有少數(shù)葉片被替換時(shí)。在葉片的質(zhì)量或重心，甚至一個(gè)小的變化都可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡和振動(dòng)。外殼也是一個(gè)重要的因素 外殼也是一個(gè)重要的因素外殼溫度波動(dòng)引起汽輪機(jī)振動(dòng)有許多種方法，殼體問題可能會(huì)導(dǎo)致很多種不同類型的錯(cuò)位，大多數(shù)是由于溫度波動(dòng)影響造成的膨脹或收縮。首先，從殼體或弱絕緣的其他領(lǐng)域來說，熱隔離不足會(huì)引起汽輪機(jī)氣缸的溫度分層現(xiàn)象。通常在汽輪機(jī)底部，熱隔離的損失是由于殼體的接頭和管道之間連接處的絕緣不 良導(dǎo)致的。殼體的絕

9、緣不足在汽輪機(jī)底部，例如，可以引起殼體從頂部到底部的溫度梯度，從而導(dǎo)致殼體變形和轉(zhuǎn)子彈性彎曲。賣方將會(huì)定義合適的殼體溫度梯度，在我們的經(jīng)驗(yàn)中，梯度必須不能超過 60℃。新的汽輪機(jī)高壓缸對(duì)殼體的溫度梯度非常敏感。接下來，如果汽輪機(jī)在彎曲度限制已經(jīng)返回之前的熱條件下啟動(dòng)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)葉片和靜止膜片可能摩擦或者導(dǎo)致?lián)p壞密封件和膜片的壓蓋。作為軸增加的重量，所以做了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、氣缸和軸的熱慣量的尺寸。其效果是要求啟動(dòng)時(shí)有更長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間（在轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪

10、上）使上述轉(zhuǎn)子的所有彎曲度，在下次啟動(dòng)前被消除。氣缸的彎曲度也可以根據(jù)其施工時(shí)的尺寸和材料的認(rèn)識(shí)來估計(jì)。氣缸的彎曲（mm）也可以通過一個(gè)表達(dá)式α△t L2/8D，其中△T 為氣缸（C）上部和下部的溫差，L 是氣缸的長(zhǎng)度（mm） ，D 是外殼的平均外徑的長(zhǎng)度（mm） ，而且它是一個(gè)線性熱膨脹系數(shù)，通常為 13.6mm/mm-C 或者是其他一系列的單位。氣缸允許的彎曲度是由隔膜和末級(jí)壓蓋之間最嚴(yán)格的公差所決定的。例如，如果高壓缸尺寸為 I=

11、3620mm，D=1840mm，隔膜和壓 蓋間的最嚴(yán)格公差為 0.6mm，從氣缸頂部到底部的允許溫度差是 50℃。殼體轉(zhuǎn)子上的熱彎曲效果也可以被確定，當(dāng)殼體頂部比底部更熱，則殼體容易向下彎曲。如果殼體從頂部至底部，沿著其長(zhǎng)度方向的溫度梯度是一個(gè)常數(shù)，然后最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在與殼體中部垂直并與殼體保持水平的位置。在這種條件下的彎曲和偏轉(zhuǎn)可以 被定義為αΔt（LZ—Z2）*103/2D，其中 L 為支撐件之間的外殼長(zhǎng)度(m)，Z 是從正面外殼

12、支撐件到內(nèi)部支撐件的距離，如上文所定義，其他變量保持不變。假設(shè)在殼體長(zhǎng)度的 中點(diǎn)的情況下 L/2 可以取代 Z 找到最大的撓度。沿葉片和隔膜的溫度梯度也必須在熱啟動(dòng)中考慮。在熱汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)，如果蒸汽是相對(duì)冷的，則隔膜和葉片的金屬溫度將比轉(zhuǎn)子溫度更低。在這種情況下，隔膜孔的直徑 將會(huì)更迅速的增加，并大于轉(zhuǎn)子直徑，產(chǎn)生徑向松動(dòng)，降低葉片和隔膜的間隙。使用一 個(gè)線性熱膨脹系數(shù)的典例，隔膜密封直徑 500mm 會(huì)增加 0.3mm 用于每個(gè)轉(zhuǎn)子和

13、隔膜之間IOOC 的溫差。所以，如果一個(gè)轉(zhuǎn)子具有一個(gè)比正常范圍內(nèi)更高的曲率半徑，如果蒸汽流動(dòng)路徑在 熱啟動(dòng)中沒有認(rèn)真觀察，摩擦可以被預(yù)計(jì)的。使用這些公式和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算告訴我們，高壓缸的頂部和底部之間的溫差不應(yīng)該大于汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中定義的正常值的上限。如果該溫差限度唄超過，在末級(jí)壓蓋前的 徑向距離將大大降低，從而在轉(zhuǎn)子彎曲附近的控制機(jī)內(nèi)，引起摩擦。許多汽輪機(jī)維修公司的經(jīng)驗(yàn)是，對(duì)高壓缸彎曲的原因是汽輪機(jī)停止時(shí)，蒸汽的在氣 缸內(nèi)冷凝造成的。