汽轮机轴系各参数的监测.pptx

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1、（2）机组在运行中，若真空下降，将使排汽温度升高，后轴承上抬，因而破坏机组的中心，引起振动。（3）靠背轮安装不正确，中心没找准，因此运行时产生振动，且此振动是随负荷的增加而增加。（4）机组在进汽温度超过设计规范的条件下运行，将使其膨胀差和汽缸变形增加，如高压轴封向上抬起等。这样，会造成机组中心移动超过允许限度，引起振动。第1页/共44页2由于转子质量不平衡而引起振动（1）运行中叶片折断、脱落或不均匀磨损、腐蚀、结垢，使转子发生质量不平衡。（2）转子找平衡时，平衡质量选择不当或安放位置不当、转子上某些零件松动、发电机转子线圈松动或不平衡等，均会使转子发生质量不平衡。由于上述两方面的原因转出现质量

2、不平衡时，则转子每转一转，就要受到一次不平衡质量所产生的离心力的冲击，这种离心力周期作用的结果，就产生振动。第2页/共44页3由于转子发生弹性弯曲而引起振动 转子发生弯曲，即使不引起汽轮机动静部分之间的摩擦，也会引起振动。其振动特性和由于转子质量不平衡引起振动的情况相似，不同之处是这种振动较显著地表现为轴向振动，尤其当通过临界转速时，其轴向振幅增大得更为显著。4由于轴承油膜不稳定或受到破坏而引起振动 油膜不稳定或破坏，将会使轴瓦乌金很快烧毁，进而引起因受热而使轴颈弯曲，以致造成剧烈的振动。第3页/共44页5由于汽轮机内部发生摩擦而引起振动 工作叶片和导向叶片相摩擦，以及通汽部分辐向间隙不够或安

3、装不当；隔板弯曲，叶片变形，推力轴承工作不正常或安置不当，轴颈与轴承乌金侧向间隙太小，等等，均会引起摩擦，进而造成振动。6由于水冲击而引起振动当蒸汽带水进入汽轮机内发生水冲击时，将造成转子轴向推力增大和产生很大的不平衡扭力，进而使转子产生剧烈的振动，甚至烧毁推力瓦。第4页/共44页7由于发电机内部故障而引起振动 如发电机转子与静子之间的空气不均匀、发电机转子线圈短路等，均会引起机组振动。8由于汽轮机机械安装部件松动而引起振动汽轮机外部零件如地脚螺丝、基础等松动，将会引起振动。第5页/共44页（二）汽轮机振动过大的危害和监视措施 汽轮机运行中振动大小，是机组安全与经济运行的重要指标，也是判断机组

4、检修质量的重要指标。汽轮机运行中振动大，可能造成以下的危害和后果：（1）端部轴封磨损。低压端部轴封磨损，密封作用被破坏，空气漏入低压汽缸中，因而破坏真空；高压端部轴封磨损，自高压缸向外漏汽增大，会使转子轴颈局部受热而发生弯曲，蒸汽进入轴承中使润滑油内混入水分，破坏了油膜，并进而引起轴瓦乌金熔化。同时，漏汽损失增大，还会影响机组的经济性。第6页/共44页（2）隔板汽封磨损。隔板汽封磨损严重时，将使级间漏汽增大，除影响经济性外，还会增加转子上的轴向推力，以致引起推力瓦乌金熔化。（3）滑销磨损。滑销严重磨损时，会影响机组的正常热膨胀，从而会进一步引起更严重的事故。（4）轴瓦乌金破裂，紧固螺钉松脱、断

5、裂。（5）转动部件材料的疲劳强度降低，将引起叶片、轮盘等损坏。（6）调速系统不稳定。调速系统不稳定，将引起调速系统事故。（7）危急遮断器误动作。（8）发电机励磁机部件松动、损坏。第7页/共44页由上述可见，汽轮机运行中发生振动，不仅会影响机组的经济性，而且会直接威胁机组的安全运行。因此，在汽轮机启停和运行中，对轴承和大轴的振动必须严格进行监视。如振动超过允许值，应及时采取相应措施，以免造成事故。为此，一般汽轮机都装设轴承振动测量装置和大轴振动测量装置，用于监视机组振动情况。当振动超过允许极限时，就发出声光报警信号，以提醒运行人员注意，或者同时发生脉冲信号去驱动保护控制电路，自动关闭主汽门等，实

6、行紧急停机，以保护机组的安全。第8页/共44页 第二节 汽轮机轴位移的监视第9页/共44页一、汽轮机转子产生轴向位移的原因 汽轮机转子高速旋转，而汽缸及隔板是静止不动的，所以动静部分之间必须留有一定间隙。汽轮机叶片具有一定的反动度，叶片的叶轮前后两侧存在着压差，形成一个与汽流方向相同的轴向推力；轮毂两侧转子轴的直径不等，隔板汽封处转子凸肩两侧的压力不等，也要产生作用于转子上的轴向力。所以转子受到一个由高压端指向低压端的轴向推力。在这个轴向推力的作用下，转子就会产生轴向位移，使动静之间的间隙减小甚至消失，这是绝对不允许的。因此要设法平衡轴向推力，采取了高中压缸反向布置、中低压缸对称分流、开设平衡

7、孔等一系列措施，平衡部分轴向推力，其余的则由推力轴承来负担。第10页/共44页 推力瓦第11页/共44页1、汽轮机发生水冲击、蒸汽带水、汽轮机发生水冲击、蒸汽带水 由于含有大量水分的蒸汽进入汽轮机内，水珠冲击叶片使轴向推力增大，同时水珠在汽轮机内流动速度慢，堵塞蒸汽通路，在叶轮前后造成很大的压力差，使轴向推力增大。汽轮机在运行过程中，引起轴向推力增大的原因有以下几方面：第12页/共44页2.隔板汽封间隙增大 由于不正确地启动汽轮机或机组发生强烈振动，将隔板汽封的梳齿摩损，间隙增大，漏汽增多，于是使叶轮前后压力差增加，致使轴向推力增大。第13页/共44页3.动叶片结垢 蒸汽品质不良，含有较多盐分

8、时，会使动叶片结垢。动叶片结垢后，蒸汽流通面积缩小，引起动叶片前后的蒸汽压差增大，因而增大了转子轴向推力。叶片的结垢情况，可以由监视段压力的变化情况判断出。为了监视监视段的压力变化，需要作出通流部分清洁时的监视段压力与负荷的关系曲线。监视段压力的最大增长值，一般来说，对于中压冲动式汽轮机为15%，高压冲动式汽轮机为5%，有平衡盘的中压反动式汽轮机为20%，有平衡盘的高压反动式汽轮机为10%。第14页/共44页4.新蒸汽温度急剧下降新蒸汽温度急剧下降 新蒸汽温度急剧下降，转子温度也跟着降低，由于转子的收缩量大于汽缸的收缩量，致使推力轴承的负荷增加。当汽轮发电机采用挠性靠背轮时，靠背轮对转子的移动

9、起了制动闸的作用，因而使推力轴承上承受的推力增大。若是齿形靠背轮，当齿或爪有摩损或卡涩情况就就更为严重，推力轴承极易发生事故。第15页/共44页5.5.真空下降 汽轮机凝汽器真空下降，增大了级内反动度，致使轴向推力增大。6.6.汽轮机超负荷运行 汽轮机超负荷运行时，蒸汽流量增加，会使轴向推力增大。推力轴承损坏供热抽汽工况突然有较大的变化.主、再热蒸汽压力不匹配。第16页/共44页10.润滑油系统由于油压过低、油温过高等缺陷使油膜破坏而导致推力瓦块乌金烧熔，也会使转子产生轴向位移。润滑油系统会造成油膜破坏的原因有：润滑油压过低润滑油温过高润滑油中断油质不良润滑油中有水轴瓦与轴之间的间隙过大乌金脱

10、落发电机或励磁机漏电第17页/共44页 二 汽轮机转子产生轴向位移的危害和监视保护措施 当转子轴向推力过大，推力轴承过负荷，将破坏油膜，致使推力瓦块乌金烧熔，转子窜动。当轴向位移超过动、静部件之间预留的间隙时，将会造成叶片折断、大轴弯曲、隔板和叶轮碎裂等恶性事故。因此严密监视机组的轴向位移显得特别重要。一般在推力瓦块上装有温度测点，在推力瓦块回油处装有回油温度测点等，以监视汽机推力轴承的状态。此外，还装设各种轴向位移监测保护装置，以监视转子的轴向位移变化。对于轴向位移监测器在正常工况下指示轴的位移量，当位移超过一定限值时，发出报警信息，提醒运行人员严密监视机组状态，采取处理措施，当轴向位移达到

11、“危险”限值时，发出危急遮断高、中压调节阀门与主汽门的信号，以保证机组设备和人身的安全。第18页/共44页三 轴向位移测量装置 轴向位移测量装置有四种类型：1.机械式：采用一耐磨的金属直接与汽轮机大轴相接触，将大轴的轴向位移变化通过杠杆传递系统传至指示器，当轴向位移达到限值时，保护跳闸机构动作，遮断去自动主汽门和调速器错油门的保护油路，实行紧急停机。2.液压式：轴向位移改变喷油嘴与轴端平面(或转子的凸缘平面)之间的间隙，改变油的油量，引起喷油嘴前的压力变化，以此压力指示轴向位移的大小，当压力低于某一数值时，滑阀动作实现紧急停机。3.电感式：将转子的机械位移量转换成感应电压的变化，然后进行指示、

12、报警或停机保护。4.电涡流式：根据电涡流原理，将位移的变化转换成与之成比例的电压变化，从而实现位移的测量、报警和停机保护。第19页/共44页第三节 汽轮机热膨胀监视 第20页/共44页 一、机组热膨胀的原因及危害 （一）缸胀和差胀 汽轮机的汽缸和转子在启动、停机过程中，或在运行工况发生变化时，都会由于温度变化而产生不同程度的热膨胀。汽缸受热而膨胀的现象称为“缸胀”。缸胀时，由于滑销系统死点位置不同，汽缸可能向高压侧伸长或向低压侧伸长，也可能向左侧或向右侧膨胀。为了保证机组的安全运行，防止汽缸热膨胀不均，发生卡涩或动静部分摩擦事故，必须对缸胀进行监视。缸胀监视仪表指示汽缸受热膨胀变化的数值，也叫

13、汽缸的绝对膨胀值。第21页/共44页 转子受热时也要发生膨胀，因为转子受推力轴承的限制，所以只能沿轴向往低压侧伸长。由于转子体面比小，而且直接受转子的冲击，因此温升和热膨胀较快，而汽缸的体积较大，温升和热膨胀相对要慢一些。当转子和汽缸的热膨胀还没有达到稳定之前，它们之间存在较大的热膨胀值，简称“胀差”(或“差胀”)值，也叫汽缸和转子间的相对热膨胀差。在机组启动或增负荷时，是一个蒸汽对金属的加热过程，转子升温快于汽缸，大于汽缸的膨胀值，称为正胀差；在停机或减负荷时，是一个降温过程，转子降温快于汽缸，所以转子收缩的快，也就是转子的轴向膨胀值小于汽缸的膨胀，称为负胀差。第22页/共44页 汽缸的绝对

14、膨胀值理论上可以用下式表示式中 计算段材料的线膨胀系数（1/）；计算工况金属温度与安装温度之差，即计算 段的温度增量（）；L 计算截面至死点的轴向距离（mm）。（mm）第23页/共44页 但在实际应用时，往往采用近似方法进行计算，即沿着轴方向分成若干区段，先计算各区段的绝对膨胀值，然后进行修正和叠加，得出汽缸的绝对膨胀值。由于汽轮机转子的轴向位置是由推力轴承固定的，所以差胀是以推力轴承为起点（相对死点）的某一处转子和汽缸总的膨胀差，例如高压缸在C点处的差胀可表示为式中 分别为转子和汽缸的膨胀值（mm），分别为转子和汽缸材料的线膨胀系 数（1/）；，分别为转子和汽缸的计算工况温度 增量（）。第2

15、4页/共44页 由于汽缸和转子是由很多区段组成的，所以计算差胀时，也是先计算各区段的差胀，然后相加。由上可知，加热时差胀由前段至后段，一般是递增的，这就是一般制造厂在设计动静部分轴向间隙时，自前至后把间隙设计得越来越大的原因。一旦某一差胀超过预留的轴向动静部分之间的间隙，就将发生动静部分摩擦，造成设备损坏。二 汽轮机胀差过大的原因 汽轮机在启动、暖机和升速、停机过程中，或在运行中工况发生改变时，都会由于温度变化而引起转子和汽缸不同程度的热膨胀。汽轮机带负荷后，转子和汽缸受热逐渐趋于饱和，它们之间的相对胀差也逐渐减少，最后达到某一稳定值。在运行中，一般负荷的变化对热膨胀的影响是不大的，只有在负荷

16、急剧变化或主蒸汽温度不稳定时，由于温度变化大，才会对热膨胀产生较大的影响。第25页/共44页 正胀差过大的原因一般有：1.启动时暖机时间不够，升速过快或增负荷速度过快；2.汽缸夹层、法兰加热装置汽温太低或流量较小,引起加热不足；3.进汽温度升高；4.轴封供汽温度升高,或轴封供汽量过大;5.真空降低,引起进入汽轮机的蒸汽流量增大;6.转速变化;7.调节汽门开度增加,节流作用减小;8.滑销系统或轴承台板滑动卡涩,汽缸膨胀不出;9.轴承温度太高;第26页/共44页 10.推力轴承非工作面受力增大并磨损,转子向机头方向移动;11.汽缸保温脱落或有穿堂冷风;12.多缸机组其他相关汽缸胀差变化,引起本缸胀

17、差变化;13.多层缸夹层中流入冷汽或冷水;14.胀差指示表不准,或频率、电压变化第27页/共44页 负胀差过大的原因一般有：1.负荷下降速度过快或甩负荷；2.汽缸夹层、法兰加热装置汽温加热过度；3.进汽温度急剧下降；4.轴封供汽温度降低,或轴封供汽量过小;5.真空升高,引起进入汽轮机的蒸汽流量减小;6.水冲击；7.进汽温度低于金属温度小;8.滑销系统或轴承台板滑动卡涩,汽缸收缩不回;9.轴承温度太低;10.轴向位移向负值变化;第28页/共44页 11.多缸机组其他相关汽缸胀差变化,引起本缸胀差变化;12.多层缸夹层中流入高温蒸汽（进汽短管漏汽）;13.胀差指示表不准,或频率、电压变化第29页/

18、共44页 三 胀差过大的危害和监视措施 随着机组功率增大，级间效率提高，机组轴封和动静叶片之间的轴向间隙设计得越来越小。若启停或运行过程中胀差变化过大，超过了设计时予留的间隙，将会使动静部件发生摩擦，引起机组强烈振动，以致造成机组损坏事故。为此，一般汽机都规定有胀差允许的极限值。它是根据动静叶片或轴封轴向最小间隙确定的，即当转子与汽缸相对胀差值达到极限值时，动静叶片或轴封轴向最小间隙仍留有一定的合理间隙。因此，为了在汽轮机启动、暖机和升速过程中，或在运行、停机过程中，保护机组的安全，必须设置汽轮机热膨胀测量装置和转子与汽缸相对膨胀测量装置。一旦缸胀或差胀值达到允许极限值时，立即发出声光报警信号

19、，以便运行人员及时采取相应措施，保护机组的安全。有的大型机组还装设了胀差保护装置。在胀差超限时，不仅发出声光报警信号，也可令机组停机。停机保护一般只在机组停机过程中及低负荷运行时投入。因为正常时，胀差一般变化不大。第30页/共44页四 缸胀测量装置 缸胀测量装置常用仪表为线形变量差动互感器。LVDT是一种电气机械式传感器，由一芯杆与外壳所组成，杆状铁芯固定在被测物体上，此铁芯沿轴向放置在线圈组件内，并且形成一个连接线圈的磁力线通路，在外壳中有三个等距分布在圆筒形线圈架上的线圈，中央的线圈是初级线圈，供给交流电源进行激励；在中心点的两侧各绕有一个次级线圈，外面的两个线圈感应出电压，这两个线圈是反

20、向连接，因此，次级线圈的净输出是该两线圈所感应的电势差。当线圈内的铁芯处于中间位置时，两个次级线圈所感应的电动势相等，变送器输出的信号为零。当铁芯与线圈有相对位移，例如铁芯向上移动时，则上半部线圈所感应的电动势较下半部线圈所感应的电动势大，其输出的电压代表上半部的极性。副线圈感应的电动势经整形滤波后，转变为铁芯与线圈间相对位移的电信号输出。第31页/共44页第四节 汽机转速、零转速监视第32页/共44页一、超速的原因、危害和转速测量方法（一）汽轮机超速的原因 汽轮机运行中的转速是由调速器自动控制并保持恒定的。当负荷变动时，汽轮机转速将发生变化。这时调速器变动作，调速汽门随着开大或开小，改变进汽

21、量，是转速维持在额定转速。汽轮机超速的原因，主要是负荷突变或调速系统工作不正常，不能起到控制转速作用。在下列情况下，汽轮机的转速上升很快，这时若调速系统工作不正常，失去控制转速的作用，就会发生超速：（1）汽轮机发电机组运行中，由于系统线路故障，使发电机油断路器跳闸，汽轮机负荷突然甩到零。（2）单个机组带负荷运行时，负荷骤然下降。（3）正常停机过程中，解列的时候或解列后空负荷运行时。第33页/共44页 （4）汽轮机启动过程中，闯过临界速度后应定速时或定速后空负荷运行时。（5）危急保安器作超速试验时。（6）运行操作不当。调速系统工作不正常造成超速的原因较多，比如：（1）调速器同步器的下限太高，当汽

22、轮机甩负荷降至零时，转速上升速度太大以致超速。（2）速度变动率过大，当负荷骤然由满负荷降至零时，转速上升速度太大以致超速。（3）调速系统迟缓率过大，在甩负荷时，调速汽门不能迅速关闭，立即切断进汽；（4）调速系统连杆卡涩或调速汽门卡住，失去控制转速的作用。第34页/共44页（二）汽轮机超速的危害 汽轮机是高速旋转的机械，转动时各转动部件会产生很大的离心力，这个离心力直接与材料承受应力有关，而离心力与转速的平方成正比。当转速增加10%时，应力将增加21%；转速增加20%时，应力将增加44%。在设计时，转动件的强度裕量是有限的，与叶轮等紧力配合的旋转件，其松动转速通常是按高于额定转速的20%考虑的。

23、尤其是随着机组参数的提高和单机功率的增大，机组时间常数越来越小，甩负荷后飞升加速度更大。因此，运行中若转速超过这个极限，就会发生严重损坏设备事故。严重时，甚至会造成飞车事故。所以，一般制造厂规定汽轮机的转速不允许超过额定转速的110%112%，最大不允许超过额定转速的115%。第35页/共44页第五节 汽轮机偏心监视第36页/共44页一、汽轮机主轴弯曲的原因、危害与监视（一）机组主轴弯曲的原因汽轮机组启动、停机或运行过程中的主轴弯曲现象是经常发生的，这是由于转子和汽缸各部件的加热或冷却程度不同，形成一定的温差。转子暂时性的热弯曲称弹性弯曲，这种弯曲一般通过正确盘车和暖机是可以消除的。但是，转子

24、与汽封之间产生严重径向摩擦、汽缸进水、上下缸温差过大、轴封或隔板汽封间隙调整不当、汽缸加热装置使用不当等，都会使主轴产生永久性弯曲，即转子完全冷却后仍存在弯曲。此时，只能停机进行直轴。如果仍继续运行，则会造成设备的严重损坏，如通流部分严重磨损、汽封片推倒损坏、推力瓦损伤等恶性事故发生。第37页/共44页在汽轮机启动、运行和停机过程中，主轴弯曲的原因可概括为下述几个方面：1、由于主轴与静止部件发生摩擦引起弯曲 主轴与静止部件发生摩擦，在摩擦地点附近，主轴因摩擦发生高热而膨胀，产生反向压缩应力，促使轴弯曲。当反向压缩应力小于主轴材料的弹性极限时，冷却后轴仍能伸直恢复原状，在以后正常运行中不会再出现

25、弯曲，此种弯曲叫做弹性弯曲。若反向压缩应力大于材料弹性极限，轴弯曲后在冷却时也不能再伸直恢复原状，此种弯曲叫做永久弯曲。此时，就得进行直轴工作。第38页/共44页2、由于制造或安装不良引起轴弯曲在制造过程中，因热处理不当或加工不良，主轴内部还存在着残余应力。在主轴装入汽缸后运行过程中，这种残余应力会局部或全部消失，致使轴弯曲。在安装或换装叶轮时，安装不当或叶轮加热变形，因膨胀不均匀而使主轴发生弯曲。第39页/共44页3、由于检修不良引起轴弯曲（1）通流部分轴向间隙调整不合适，使隔板与叶轮或其它部分在运行中发生单面摩擦，轴产生局部过热而造成弯曲。（2）轴封、隔板汽封间隙过小或不均匀，启动后与轴发

26、生摩擦而造成轴弯曲。（3）转子中心没有找正，滑销系统没有清理干净，或者转子质量不平衡没有消除等原因，在启动过程中产生较大的振动，使主轴与静止部件发生摩擦而弯曲。（4）汽封门或调速汽门检修质量不良，有漏气，于是汽轮机在停机过程中，因蒸汽漏入机内使轴局部受热而弯曲。第40页/共44页4、由于运行操作不当引起轴弯曲（1）汽轮机转子停转后，由于汽缸与转子冷却速度不一致，以及下汽缸比上汽缸冷却速度快，形成了上下一定的温差，因而转子上部较下部热，转子下部收缩得快，致使轴向上弯曲。此种弯曲属于弹性弯曲，等到汽缸冷却到上下汽缸温度相同时，转子又伸直，恢复原状。（2）停机后，轴弹性弯曲尚未恢复原状又再次启动，而

27、暖机时间又不够，轴仍处于弹性弯曲状态，这样启动后就会发生振动。严重时主轴与轴封片发生摩擦，使轴局部受热产生不均匀的热膨胀，引起永久弯曲变形。（3）在汽轮机启动时，转子尚未转动就向轴封送汽暖机，或启动时抽真空过高使进入轴封的蒸汽过多，送汽时间过长等，均会使汽缸内部形成上热下冷，转子受热不均而产生弯曲变形。（4）运行中发生水冲击，转子推力增大和产生很大的不平衡扭力，使转子剧烈振动，并使隔板与叶轮、动叶与静叶之间发生摩擦，进而引起轴弯曲。第41页/共44页（二）汽轮机主轴弯曲的危害和监视措施汽轮机在启动、运行和停机过程中，主轴发生弯曲的原因是多种多样的。当主轴发生弯曲时，其重心偏离机组运转的中心，于

28、是在转子运转时就会产生离心力和振动。当轴弯曲严重时，汽封径向间隙将消失，就会引起动静部件相碰撞，以致造成损坏机组事故。若轴弯曲过大，会形成永久弯曲，此事故就大了，这时就得进行直轴。因此汽轮机在启动、运行和停机过程中，必须严格监视主轴的弯曲情况。监视主轴弯曲最简单的方法是在轴端装一块千分表，检测转子的晃动度，晃动度的一半称为轴的弯曲度，也叫做轴的偏心度或挠度。第42页/共44页 测量轴的偏心度时，常将千分表插在轴颈或轴向位移传感器处轴的圆盘上进行测量。根据所测的偏心度值、轴的长度、支撑点和测点之间距离的比例关系，可用下式估算转子的最大偏心度。用千分表测主轴偏心度示意图 式中 Em-千分表测得的偏心度，10m；L-两轴承之间转子的长度，mm；l-千分表位置与轴承间的距离，mm。第43页/共44页感谢您的观看。第44页/共44页