Research on Common Faults and Maintenance Treatment Methods of Steam Turbines
in Thermal Power Plants
石泽红 SHI Ze-hong
（山西漳泽电力工程有限公司，长治 046021）
（Shanxi Zhangze Power Co.，Ltd.，Changzhi 046021，China）
摘要：在我国能源组成中，有很大一部分是火力发电。全国火电安装至少在3000座以上，总装机容量超过9亿千瓦时。汽轮机是火力发电厂中最重要的主设备，长时间的运转，难免会发生故障。倘若不能对故障及时检查并解决，那么会影响火力发电厂的安全稳定长周期运行。鉴于此，本文立足当前火力发电厂发展现状，分析汽轮机容易产生故障的原因，探讨有效处理措施。
Abstract: A large part of China's energy composition is thermal power generation. The national thermal power installation is at least 3,000, and the total installed capacity exceeds 900 million kWh. The steam turbine is the most important main equipment in a thermal power plant. Faults are inevitable after long time operation. If the fault cannot be checked and solved in time, it will affect the safe and stable long-term operation of the thermal power plant. In view of this, this paper based on the current development status of thermal power plants, analyzes the causes of steam turbines' common failures, and explores effective treatment measures.
关键词：火力发电厂；汽轮机；故障；研究
Key words: thermal power plant；steam turbine；fault；research
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）25-0205-03
0 引言
汽轮机作为火力发电厂的重要设备，其内部结构非常复杂，运行环境有很高的要求，在日常运行中，非常容易受到其他因素的影响，所以难免会引发故障。汽轮机发生故障的次数如果比较多，会直接影响火力发电厂的运营，造成不必要的损失。所以，为了火力发电厂的正常运行和长足发展，必须重视汽轮机的日常维护和定期检修工作，对发生的故障及时采取有效措施解决问题。
1 汽轮机常见故障类型
1.1 异常振动
汽轮机在日常运行过程中，容易发生比较异常的振动，相关工作人员必须要引起高度重视，对汽轮机进行全面、细致的检查，仔细查找发生故障的原因，同时要对故障类型进行准确分类，比较常见的振动原因有以下三种：①普通的被迫振动。振动原因为：其一，汽轮机转子不平衡造成振动故障。这种故障原因发生在转子结构不合理，制造误差大，材质不均匀，动平衡等级低，转子结垢或转子上零件配合松动；其二，部分结构的刚度降低，造成结合面的差别振动比较大，这种情况比较容易发生在落地轴承结构或转子支撑系统联接松动；其三，转子位置不正确、不对中，引起过大振动。此类故障往往出现在安装精度未达到技术要求、基础沉降不匀对中差、保温不良、轴系各部热变形不同；其四，共振故障，当汽轮机的转速接近临界转速时，会导致轴承座部位的振动加快。②非正常被迫振动。与普通被迫振动相比较，非正常被迫振动的主要表现为：振动幅度不稳定，相位也不稳定，故障的特征表现为以下几点：其一，汽缸的不断膨胀，引起不通畅，确定速度后，轴承座的振动幅度会逐渐增大；其二，因为联轴器螺栓不牢靠，出现松动的情况，造成汽轮机振动和负荷强度的改变；其三，汽轮机自身振动幅度和晃动在实际旋转过程中，经常容易发生增大，造成失衡；其四，汽轮机的转子在运作过程中，由于摩擦而使温度升高，发生变形、弯曲；其五，汽轮机在工作中，受到励磁电流和振动因素的影响，温度逐渐升高，发生变形；其六，转子与静止件（轴承，密封，隔板）的间隙不当不断发生动静摩擦。③自激振动。自激振动的发生原因主要是因为汽轮机在日常工作过程中，所产生的运动造成的，故障原因主要有：其一，轴承壳体配合过盈不足、轴承磨损、疲劳损伤等引起油膜的振荡；其二，汽轮机处于高负荷状态时，其高压转子产生汽流激振。
1.2 油系统故障
汽轮机的油系统在进行安装或检修时，非常容易导致杂质进入，划伤轴颈部分，油系统出现故障时，极有可能导致汽轮机中阀门被卡死、伺服系统中节流孔被堵塞等故障发生，会对汽轮机的日常工作运行造成影响[1]。相关工作人员要认真对油系统发生故障的原因进行分析，保证汽轮机的正常运作。
1.3 调速系统摆动
汽轮机的轴瓦在振动过程中，会引起汽轮机调速汽门摆动幅度增加，振动会不断加大，直接影响汽轮机的正常运作。调速汽门如果在汽轮机正常运行过程中进行摆动，其阀门的振动幅度会非常明显，严重到一定程度很有可能会导致轴瓦受到损坏。
1.4 凝汽设备故障
凝汽设备的作用是在汽轮机的排汽口周围，保证真空状态，确保进入汽轮机的蒸汽可以膨胀，变成相对来说比较低的排气压力，以提升汽轮机工作的热效率，并且把汽轮机蒸汽排出的比较干净凝结成水，当作锅炉用水，进行循环使用（如图1所示）。
除此之外，汽轮机排汽压力的大小，对于提高汽轮机的工作效率非常重要。凝汽器的真空环境对于汽轮机的日常运行有不可或缺的影响。凝汽器的真空度下降时，会导致排汽温度上升，会引起汽轮机振动故障，同时这种情况在高温的环境下更容易频繁发生。循环水的温度会随着外界环境温度的升高而升高，也会对凝汽器的吸收热量和冷凝温度造成影响，导致排气的压力增大，使凝汽内的真空度下降。
2 汽轮机故障诊断及检修
2.1 汽轮机振动异常情况检修
不同类型的汽轮机故障，会造成不同的振动，所以，相关工作人员可以根据振动的不同类型分析故障原因，进而采取有效措施对汽轮机进行维修。首先，相关工作人员要认真观察发生故障的部位、类型，对故障进行全面、细致的分析和排查，找出故障的原因。①认真观察振动的规律，收集其他有效信息。振动规律包括：振动的频率、幅度以及相位等方面；其他有效信息主要有；机组信息、机构相关信息、维修记录以及日常运行状态等等。②观察振动规律、获取有效信息后，要仔细分析故障产生的机理、故障的特征表现、发展趋势等等，并将此作为汽轮机维修诊断的依据。③诊断汽轮机发生故障的原因，主要目的是为防止故障的再次、多次发生，所以，采取的方法必须是简单有效，同时又具有一定可操作性。
2.2 汽缸部分检修
相关工作人员在对汽轮机的汽缸进行检修时，首先要充分了解位于上下缸体中各部件的组成及结构。汽缸中有很多的零部件，包括：转子、隔板等，位于汽轮机汽缸内部的真空层结构可以有效防止外界空气的进入，保障汽轮机的正常运作。维修人员只有对汽缸内部零部件有充分的了解，才能使汽缸检修工作正常进行。
第一，工作人员在进行维修时，要注意不要破坏化装板上的喷漆。同时，将装配序号进行正确标记，对于拆卸下的零部件，要按照顺序摆放，方便安装。
第二，在拆卸汽轮机的保温层时，工作人员要将汽缸上缸的温度下降到120℃左右后再进行拆卸，以高压缸进汽室金属温度为标准。
第三，拆卸汽缸螺栓时，要先将定位销拆掉，再进行汽缸螺栓的拆除。拆除过程中，要注意螺栓不能出现毛刺、弯曲等问题。
第四，汽缸裂纹的处理方法。汽轮机出现裂纹大都出现在高缸进汽侧前几级和导汽管引出处，主要是因为高缸进汽侧前几级蒸汽参数比较高，运行时又存在交变应力引起的。因此在汽缸检修时要对这些部位重点检查。采用打磨补焊法。该方法在现场应用比较广泛，处理问题比较彻底。
第五，汽缸水平扬度测量。汽缸水平扬度测量在汽缸内部全部清空后进行，测量位置按照图纸要求进行。汽缸水平测量必须在测量位置表面清理干净后进行，使用精度在0.01mm/m的合像水平完成，测量分为前后方向和左右方向，汽缸水平是分析汽缸变形和机组基础下沉的参考依据。
第六，汽缸严密性检查。所有汽缸在检修中均需进行空缸状态下的严密性检查。检查是在自由状态下和冷紧
1/3螺栓情况下测量汽缸结合面间隙，间隙要求：自由状态下应0.25mm塞尺不入，在紧1/3螺栓情况下0.05mm塞尺不入。
第七，隔板、汽封洼窝中心测量。在检修阶段要测量汽缸在半缸状态和全实缸状态下隔板、汽封洼窝中心在垂直方向上的变化量，在通流间隙调整时要利用该数据对径向间隙进行补偿。
第八，动静间隙检查调整。测量内外缸、隔板套、隔板、汽封套的定位键（纵销、立销、凸凹台）配合间隙，一般采用内外径千分尺测量的方法，但是对于隔板与汽缸或汽封套的间隙应用推隔板的方法测量，调整时要注意出汽侧的严密性。测量调整隔板、汽封套水平结合面间隙，一般不能超过0.10mm。测量调整汽封的膨胀间隙和退让间隙。测量汽缸立销和猫爪横销间隙。
第九，转子检查。详细测量轴颈的椭圆度和转子弯曲度，检查轴颈锈蚀、沟痕、麻点、裂纹及套状叶轮松动情况，检查叶片裂纹，铆钉头跟部、拉筋孔周围、叶片工作段向叶根过渡处、叶片出口边缘受到腐蚀或损伤的地方，焊有硬质合金片的对缝区、叶根断面过渡处及铆孔处，拉筋和围带的断裂和开焊情况以及末级叶片磨损、脱落情况。
第十，在对汽轮机进行组装之前，要仔细对汽轮机的各零部件进行检查，保证零部件的完整性，还要检查各管道中不准留有异物。严格按照工序，和先拆的后装原则进行回装。
2.3 油系统故障检修
在对汽轮机油系统进行检修时，必须要注意系统清洁，对于减少系统故障的产生非常重要。与此同时，还要注意轴瓦的清理工作，要把各个油门分解，使用煤油或者专业清洗剂进行清洗[2]。除此之外，对于油箱和冷油器也要进行仔细、彻底的清理。油系统作为主要的调速、轴承润滑系统，是汽轮机非常重要的组成结构，所以必须要确保油系统管道的清洁，保证油系统中不会有任何杂质进入，以免损伤设备。汽轮机的检修工作全部结束之后，要对油系统进行油循环操作进行清洁。油系统的清洁工作，要定期更换、清洁过滤网，必须确保过滤网上面没有任何杂质，才能完成油系统的全部清洁工作。
2.4 凝汽器真空气密性降低检修
检修的主要方法是检查喉部下凝汽器两侧和当真空系统停止运行时对凝汽器进行灌水检查有无漏气，要安排专业人员及时检查凝汽器的喷嘴和汽轮机的轴封部位，减少漏气点，提高凝汽器的抽汽效率。与此同时，要使用化学试剂对凝汽器进行除垢，尽量避免凝汽器发生真空度降低的现象。
2.5 大轴弯曲异常处理方法
大轴如果发生弯曲异常现象，会影响汽轮机的正常运行。首先，在异常产生之后要对汽轮机的运行状态展开全面分析，相关工作人员倘若判定故障比较严重，必须立即停机，进行维修，并且计时记录停机时间。转子盘在设备停机后如果不动，严格禁止工作人员强行盘车，防止引起其他零部件的二次损坏。在进行重新启动之前，一定要先进行揭缸检查。
2.6 汽轮机进水处理方法
汽轮机在日常工作过程中，工作人员要防止汽轮机进水，做好预防措施，当汽轮机发生漏水故障时，可以及时、有效的解决故障问题。汽轮机的汽缸如果进水，必须马上进行停机操作，人为打破真空环境，认真检查回油和推力轴承的温度，认真听汽轮机内部发出的声响，对汽轮机进行检修。工作人员要将每次检查时的真空环境变化状况进行准确、详细记录。与此同时，要保证汽缸上、下的温度正常，防止出现温度增大的现象。为了尽量避免故障的发生，相关工作人员必须要充分重视设备的维保工作，全面掌握各阀门的运行状态，对于发现的问题及时采取有效措施进行解决。
3 结束语
综上所述，社会的高速发展，推动各行各业的发展，人们对于电力资源的需求日益剧增，所以，定期对发电设备进行检修，确保发电设备的正常运作非常重要。如果汽轮机发生故障，不仅会影响火力发电厂的正常经营，也会对设备造成一定程度的影响，所以相关技术人员，要对汽轮机设备进行日常保养，在操作过程中遵守操作规范，禁止违规操作，对于操作过程中出现的问题及时采取有效措施进行解决，保证发电行业的长足发展，保障人们的生活用电。
参考文献：
[1]石志标，葛春雪，曹丽华，等.基于CEEMDAN与CBBO-SVM的汽轮机转子故障诊断研究[J].热能动力工程，2018（1）：69-74.
[2]田松峰，胥佳瑞，王美俊，等.基于EEMD云模型与SVM的汽轮机转子故障诊断方法[J].热力发电，2017，46（4）：111-114.
[3]李钦朋.火力发电厂汽轮机轴封蒸汽系统简介[J].价值工程，2012，31（03）：38. |
