核电汽轮机振动故障诊断与处理

核电汽轮机振动故障诊断与处理

王维艺

福建福清核电有限公司 福建 福清 350318

摘要：核电站为人们的日常生产和生活提供大量电力，汽轮机是生产电力的重要设备。汽轮机一旦发生故障，将会干扰电厂的正常供电，降低电厂的经济效益，影响人们的正常生产和生活。因此，有必要检测汽轮机的运行情况，及时发现异常故障，并找到有效的解决方案，以确保核电站的电力供应平稳。分析了导致汽轮机异常振动故障的因素，并讨论了解决汽轮机异常振动故障的措施。

关键词：汽轮机振动；故障诊断；核电厂

Abstract: Nuclear power plants provide a large amount of electricity for People’s Daily life and livehood, steam turbine is an important equipment to produce electric power. Once the steam turbine fault occurs, it will interfere with the normal power supply of the power plant, reduce the economic benefits of the power plant, and affect people's normal production and life. Therefore, it is necessary to detect the operation of steam turbine, find abnormal faults in time, and find effective solutions to ensure the stable power supply of nuclear power plant. The factors leading to abnormal vibration fault of steam turbine are analyzed, and the measures to solve the abnormal vibration fault are discussed.

Keywords: Turbine vibration; Fault diagnosis; Nuclear power plant

引言

汽轮机的顺畅运行是电厂为人们日常生活提供大量电能的重要保障。但汽轮机在运行中经常出现振动异常等情况，可能会导致故障出现，影响电厂的持续供电。因此，需要做好对汽轮机振动的监测，从多方面排查造成汽轮机振动异常的因素，结合实际情况做出有效处理。

1汽轮机异常原因分析

1.1汽轮机连续运行引起的振动

在蒸汽轮机运行期间发生的故障可能包括机油温度下降，蒸汽质量下降，气缸膨胀不均匀以及真空度下降。这些现象是汽轮机启动过程中振动故障的直接原因。例如，汽轮机可以正常振动，但是如果对其进行大修，然后发出重新启动命令，则在启动的早期阶段，其1轴承附近的振动值将增加，但是功率会继续增加在此过程中，振动值逐渐恢复到正常范围。这种振动现象的发生是由于蒸汽质量的激发。如果现场的流量较小，则异常流量将导致激振力变为与速度频率不成比例的各种频率的激振力。产生的激振力将导致具有正常频率调制的叶片相对较高。动应力大。如果流动部件和叶片之间有污垢，则不均匀的气流会引起更大的激励力。

1.2安装过程

它直接影响与振动有关的故障。应重新检查设备的载荷，刚度，强度和安装场所要求，以确保汽轮机合理运行，并且各个部件之间的距离应严格控制，且不得过大或过小。如果通道太大，很容易引起碰撞，否则会导致组件之间的接触。在设备的长期运行期间，不可避免地会扩展不同的组件，并且连接销系统也会出现问题。如果润滑油不起作用，则设备会变形，从而导致与振动相关的故障。有效的维护是防止蒸汽轮机使用过程中振动恶化的关键。如果工作不顺利或不正确，将导致故障。如果涡轮排气管的温度没有得到有效控制，将会影响设备的精度并造成振动损失；如果润滑剂形成油膜并且设备旋转，也会影响转子的稳定性。当汽轮机发生故障或异常时，整个系统将无法正常工作。

1.3转子发热和弯曲引起的异常振动

汽轮机的转子受热变形时，会引起汽轮机的异常振动。有许多因素会导致转子在加热时弯曲和变形，其中最重要的是由于散热不良和热量过多而导致的转子变形。当蒸汽轮机运转时，冷空气，水蒸气等进入汽缸，并且与汽缸的摩擦产生大量的热能。该热能使转子难以有效地冷却并且由于热而变形。一旦转子弯曲变形，将影响流道单元的正常运行并引起异常振动。如果这种异常振动不能及时发现并得到有效解决，将影响汽轮机的正常运行，严重时将直接导致故障。当转子被加热并弯曲时，轴的弹力发生变化，导致转子失衡，离心相位发生变化。如果能够抵消轴的弹性和离心力，则转子的振动幅度将相对较小，并且对蒸汽轮机的运行的影响将相对较小。如果两个力不能抵消甚至叠加在一起，转子将大大振动，产生剧烈的噪音，并很有可能导致故障。

1.4联轴器螺栓紧力不足

机组转子刚性联轴器通过螺栓连接并借助锥形衬套通过液压拉伸装置来实现紧固， 汽轮机的扭矩部分通过联轴器间的摩擦力传递，部分通过螺栓上的剪切力实现。 联轴器结构如图1所示。汽轮发电机组运行时， 每个螺栓传递的扭矩都应是均匀的。 这样在负荷变化过程中， 每个螺栓传递的力也是相等地增加或减小。假设联轴器只通过 2 个螺栓紧固， 每根螺栓剪力相等， 即 F ₁ =F ₂ ， 则联轴器只存在扭矩。 如果两根螺栓剪力不等， 则除了扭矩之外， 还存在一个作用于转子中心的力 F=F ₁ -F ₂ ， 这个 F 随着机组负荷变化而变化， 所以机组的振动也就表现为随着负荷变化而变化。 除 F 之外， 螺栓松动会造成两半对轮位置变化、 联轴器质量中心发生偏差，出现新的附加不平衡质量， 从而产生额外的不平衡力， 表现为振动加剧。当负荷发生变化时， 传递的力矩改变， 直接影响传递扭矩的摩擦力和剪力的大小， 从而改变了联轴器螺栓的原始平衡状态， 导致转子振动变化。 这种变化是在改变有功负荷的瞬间完成的，所以振动变化无时滞现象。 这也就解释了由联轴器紧力不足引发的振动与有功负荷呈较强关联关系的原因。

2核电汽轮机振动故障诊断与处理

2.1采取措施处理摩擦振动引起的故障

蒸汽轮机在运行过程中不可避免地会产生摩擦振动。这是因为在操作期间各种设备不可避免地会产生摩擦，并且根本无法消除。但是，如果摩擦力过大，则会导致设备异常振动，从而可能导致设备故障。因此，应检查蒸汽轮机的内部零件，以查看其是静摩擦还是动摩擦。一旦摩擦噪音过大，就需要进行大修。因摩擦而失效的设备需要修理或更换，以确保振动和摩擦不会影响其他组件。

2.2油膜振动的处理措施

通过总结大量的实践经验并分析数据，总结了应对油膜振动的具体措施：适当提高数据值； 使垫子之间的距离最小，可以很好地控制振动的频率和强度； 最小化托架角度。然后根据实际需要选择润滑油。在强度影响的情况下，应使用低粘度的润滑剂。另外，振动主要是由于每个组件的不均匀力引起异常力。不平衡的力会导致设备在高速旋转过程中偏离中心。维护措施应根据实际情况灵活选择。

2.3解决转子热变形异常振动的方法

由转子的热变形引起的汽轮机振动故障的检测方法比较容易，可以监测转子的离心力以达到判断结果。如果离心力不是很严重，则这种情况引起的暂时变形可用于将配重安装在转子上，以恢复转子的平衡并消除振动现象。如果转子严重损坏，应立即更换汽轮机的旋转部件并及时进行维修，以防止汽轮机因热变形而发生振动故障。另外，转子应尽可能在平衡状态下工作。例如，在启动和停止时会发生汽轮机的连续转动，并且在提起汽缸后将使用磁盘转子工具。并做好汽轮机的密封工作，防止冷空气和水进入或出现润滑油泄漏的现象，可能引起热不平衡。

2.4摩擦振动失效的解决方案

在处理由蒸汽轮机中的摩擦引起的振动故障时，应更加注意旋转和抖动现象。汽轮机启动时，如果发生动，静碰撞，应确保机组以较低的速度运转，并应采用磨合方式逐渐消除动，静碰撞。如果振动超出正常范围，则应立即停止机器。一段时间后，机器温度升高，转子在启动机器之前会正常弯曲。通过这种重复过程，在正常情况下可以消除摩擦。请勿使用“冲到极限”的方法强行打开设备，这会导致蒸汽轮机轴永久弯曲。

结论

导致汽轮机振动的因素很多，几乎所有的误差都会反映在汽轮机振动程度的变化中。目前,汽轮机的振动诊断准确率较低。振动诊断的方法主要是从直观的角度进行研究，但是精度对诊断的影响目前尚未引起足够的重视。有必要更好地评估各种故障的振动机理，了解设备信息的各个方面，透彻分析设备状况，提高原因评估的准确性，更好地为生产服务。振动故障严重影响核电站设备的正常运行。通过分析核电站汽轮机振动故障的原因及处理方法，提出了相应的维护措施。在正常操作过程中不可避免地会发生振动错误。只有采取有效措施才能减少汽轮机振动的频率。因此，有必要加强维护和管理，做好检查工作，消除潜在的振动隐患，减少因故障对汽轮机设备的损坏，解决问题，确保设备的安全稳定使用。

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