透平機組軸位移偏大故障診斷與維修

透平機組軸位移偏大故障診斷與維修目錄01透平機組軸位移過大的相關性分析02軸位移過大故障診斷的盲點探析03軸向力平衡裝置的檢修難點解析01透平機組軸位移過大的相關性分析

重點介紹軸流式汽輪機和離心式壓縮機產生軸向不平衡推力的根本原因以及實際工況對軸向推力的影響。1.1煉化企業(yè)常見透平機組透平機組燃氣輪機膨脹機煙氣輪機渦輪機壓縮機蒸汽輪機沖動式反動式離心式軸流式

通過葉輪的高速旋轉，利用慣性的方法，通過氣流的不斷加速，繼而減速，因慣性而被彼此擠壓，縮短分子間距離，來提高氣體的壓力并達到輸送的目的。

具有一定能量的高溫高壓蒸汽，在通過噴咀和動葉等過流元件時迅速膨脹，使得汽體的比容增加、焓值降低，速度能迅速增加，汽流大小和方向的改變使熱能和壓力能轉換成驅動轉子旋轉的機械能。葉片/噴咀/導葉徑向/軸流/扭曲擴壓/變速/膨脹1.2軸流式汽輪機轉子的剩余軸向推力整個轉子的軸向推力主要是各級軸向推力的綜合：FZ=FZⅠ+FZⅡ+FZⅢFZⅠ，作用在動葉上的軸向力；FZⅡ，作用在葉輪面上的軸向力；FZⅢ，作用在軸的凸肩上的軸向力。沖動式反動式1.3離心式壓縮機轉子的剩余軸向推力整個轉子的軸向推力主要是各級軸向推力的綜合：FZ=FZⅠ+FZⅡ+FZⅢFZⅠ，由氣流進出葉輪的方向及速度不同而引起的動反力；FZⅡ，作用在輪盤、輪蓋兩側壓力差引起的軸向力；FZⅢ，作用在軸的凸肩上的軸向力。1.4轉子的剩余軸向推力平衡措施平衡鼓平衡孔葉輪對稱布置推力軸承1.4離心式壓縮機實際工況轉子推力過大的原因偏離設計工況轉速與特性線不匹配、段間冷卻器效果差、局部節(jié)流堵塞等造成整機或某級、段的超壓運行進氣溫度、壓力、分子量等與設計偏差大，機組運行進入失速，甚至是喘振工況區(qū)。密封失效輪盤、輪蓋密封平衡鼓密封平衡鼓、推力軸承邊緣化設計，工藝系統(tǒng)的微小變化可能引起推力軸承過載。

節(jié)流需要盡可能小的間隙，膨脹就要有足夠的空間，迷宮密封的實際間隙過大和槽道污堵使得密封效果變差。1.4軸流式汽輪機實際工況轉子推力過大的原因蒸汽品質差，濕氣工況甚至可能出現(xiàn)水擊，造成起到阻塞，葉輪前后壓差迅速增大，軸向推力驟增。密封失效隔板軸封漏氣平衡鼓密封漏氣噴咀、葉片沖刷或積垢，通流能力不足，動葉進出口角偏離設計，軸向分力過大。動葉根部軸向間隙漏氣

隔板軸封漏氣，不僅使得葉輪前后壓差增大，還會破壞氣流進入動葉的狀態(tài)，降低汽輪機效率；動葉根部軸向間隙漏氣過大還會引起主汽流的抽氣效應和葉輪的泵浦效應，比焓降反動度增加，軸向推力增加。調節(jié)級壓力級復速級變工況汽流對葉輪前后壓差的影響02軸位移過大故障診斷的盲點探析思考和探討：推力軸承的作用？軸位移檢測能獲得什么信息？2.1推力軸承的作用

承擔轉子在運行過程當中復雜多變的剩余不平衡軸向推力，限定轉子與靜子的相對位置，保證其相對穩(wěn)定旋轉。2.2剩余軸向推力的監(jiān)視

軸位移監(jiān)測的目的是，通過裝在相對靜止的軸承座上的位移探頭，監(jiān)視轉子相對于零點也就是某一理想位置的軸向位置變動量；通過軸向振動波形分析，結合推力軸承溫度監(jiān)測，還可以綜合判斷推力軸承的潤滑特性和載荷狀態(tài)推力瓦間隙/轉子允許竄動量轉子總竄量/轉子實際軸向位置雙支同相位/雙支對稱布置2.3軸位移探頭指示與轉子實際位置

軸位移探頭指示，表示了位移測量盤與探頭間隙數(shù)值及變化量，我們看到的通常是相對于設定的理想零位的正負數(shù)，間接反映了轉子與靜子的實際軸向位置?，F(xiàn)場幾個問題：軸位移示值是否準確？探頭的線性范圍、安裝位置是否正確？感應和反饋電路是否可靠？轉子冷態(tài)指示零位是否是理想的軸向工作位置？實際工作位置有哪些影響？軸承座與軸承箱體以及機殼相對位置可能的變化量？推力盤與軸肩松動和磨損？兩個位移探頭偏差過大問題？實際軸位移過大的原因：剩余軸向推力過大，軸瓦出現(xiàn)磨損，往往伴有推力瓦溫度過高；軸瓦出現(xiàn)軸電流腐蝕、化學腐蝕等造成軸瓦合金逐漸減薄，推力瓦溫度響應不敏感；推力盤與軸肩塑性變形、壓潰，繼而可能出現(xiàn)磨損和松動；軸承與軸承座、軸承座與軸承箱彈性變形、軸向間隙過大，繼而發(fā)生的磨損和進一步松動；推力盤與軸承不平行接觸不良、軸承座不平行位移、測量盤與軸線不垂直等，造成軸位移實際測量數(shù)值與轉子軸位移不一致。0303軸向力平衡裝置的檢修難點解析

葉輪前后密封、平衡鼓密封間隙過大是軸向推力過大的主要原因之一，也是我們檢修的重點和難點；推力軸承及軸承座的正確檢修也是保證推力軸承有效承載能力和準確限制轉子軸向位置異常，防止推力瓦損傷和動靜碰磨的有效手段。3.1迷宮密封檢修的重點和難點常見問題：制造偏差大、腐蝕磨損和沖刷等造成密封間隙過大，需更換；密封齒倒伏、消頂嚴重、變形、局部損傷過大等，需更換；密封間隙小、各級密封不同心，需更換和調整；測量方法：尺寸測量法：精度高，測量難度大技能要求高，一般需要專用工具；抬軸法：簡單、方便，誤差較大，單級偏差對整個測量數(shù)值組影響大，實際測量值往往遠小于某單級實際間隙；貼膠布：相對簡單，誤差大、一般用于上密封間隙估計數(shù)值；塞尺法：測量精度尚可，一般適用于下氣封間隙測量；壓鉛絲：適用場合較少；

不同的密封結構和形式適用不同的測量方法；

氣封的修刮是在同心度調整的基礎上來考慮的，不建議單純修刮氣封尺寸來達到密封間隙要求；

密封槽道的清理時更換密封的基礎工作；

充分考慮熱膨脹對密封間隙和變形量的影響；

充分考慮轉子軸向位置，尤其是熱態(tài)工作位置的影響；3.2推力軸承檢修的重點和難點常見問題：軸位移指示總量大于或小于推力瓦機械竄動量（推力瓦間隙）；雙支位移探頭指示值偏差過大；軸位移運動方向與實際設計不相符；推力瓦偏載、局部磨損、推力瓦高溫、結焦；轉子竄動量測量：半竄量總竄量工作竄量理想軸向位置深度尺百分表水平儀厚度千分尺Z=Z1+Z2+Z3+Z4Z、推力測量盤竄動量（相對冷態(tài)下與靜子的軸向位置變動量）；Z1、推力瓦間隙；Z2、軸承座竄動量；Z3、探頭基座相對位移量；Z4各配合件之間的塑性和彈性變形量。

瓦塊等厚度、調整墊片等厚無變形、軸承、軸承座與靜子、同心推力盤與推力瓦平行等是測量和安裝的基礎，特別注意軸頸仰角與推力瓦座的平行度；貓爪和滑銷系統(tǒng)異常也會引起軸位移異常變化。

關于探頭及集成電路問題案例：某汽輪機軸位移異常增大故障分析與處理

本套機組是由汽輪機、壓縮機低壓缸、齒輪箱和壓縮機高壓缸組成，汽輪機為杭州汽輪機股份有限公司的EHNK40/45/60，汽輪機振動報警值為50μm，聯(lián)鎖停機值為75μm；汽輪機軸位移報警值為±0.56mm（推力瓦間隙0.45-0.55mm），聯(lián)鎖停機值為±0.80mm。

汽輪機前后軸承為五塊可傾瓦；推力軸承為雙向米歇爾八塊瓦；聯(lián)軸器為帶中間接筒的雙嚙合疊片式；氣封為鑲嵌薄鋼片迷宮密封；油封為鋁合金/銅合金迷宮密封；軸位移為雙支渦流位移傳感器，同相位，遠端主推；機組概況：一、檢修前基本狀況：

該機組于2022年02月16日停機大修，停機前汽輪機振動值總體趨勢穩(wěn)定，汽輪機軸位移趨勢雖有小幅波動，但總體趨勢還較為穩(wěn)定。此次檢修，主要是更換了同型號備用轉子和部分氣封，機組于2022年02月26完成檢修并進行啟機運行。二、檢修后試運行情況：

機組完成檢修于2022年02月26日15時啟機運行，在啟機過程中，汽輪機在通過臨界區(qū)間時振動值出現(xiàn)了明顯升高，最高達到120μm，結合圖譜分析頻率中1X成分上漲，伴隨1X相位同步變化，但不符合正常變化規(guī)律；機組在降速后振動值未迅速下降，結合現(xiàn)場反饋排缸溫度未達到要求，綜合分析，認為疑似轉子異常阻尼行為，與熱膨脹不均勻，差脹過大、動靜不同心有關，建議現(xiàn)場可嘗試再次啟機，并增加低速暖機時間。1、第一次試機未能正常過臨界轉速2、第二次啟機情況

機組于2022年02月26日19時第二次啟機時，汽輪機在通過臨界區(qū)間時振動值不高平穩(wěn)通過。轉速達到5700rpm左右時振動總體低于15μm，但汽輪機支承軸承溫度伴隨轉速同步大幅升高，特別是汽輪機聯(lián)端（a161TE_5707A）通道溫度一度達到114℃接近聯(lián)鎖值后又回落至101℃，仍然偏高，且汽輪機聯(lián)端和非聯(lián)端的支承軸承溫度均表現(xiàn)為兩通道差異較大。汽輪機軸位移也在此時出現(xiàn)了持續(xù)變化，機組最終因汽輪機軸位移達到聯(lián)鎖門限而停機，在此過程中推力軸承溫度不高且無明顯同步上漲。

明顯異常情況：聯(lián)軸器端徑向軸瓦溫度偏高且差異過大；汽輪機軸位移持續(xù)變化，降速過程軸位移持續(xù)向正向增長，接近連鎖門限，停機處理。從時間與振動和間隙電壓變化趨勢圖看，軸瓦靜載荷異常，可能造成軸瓦溫度過高；3、其它異常：

從時間與振動和相位變化趨勢來看，前后支撐軸承的渦動狀態(tài)異常，5600-5700rpm運行狀態(tài)下疑似有碰磨跡象；

從振動波形和軸心軌跡來看，前后軸承支承狀態(tài)異常，聯(lián)軸器端軸頸渦動疑似受到碰磨、偏載和不對中影響；

軸位移變化較大時，推力瓦溫度略有響應，但溫度值不高，與低速和反向位移狀態(tài)時溫升不大。

通過幾次開停機及暖機和盤車等各種情形來看，軸位移變化與轉速和工況變化不大，與機組熱膨脹相關聯(lián)。軸承箱拆檢發(fā)現(xiàn)的問題：主副推軸瓦輕度局部擦傷；止推軸承箱推桿螺母連線與軸線相相對偏斜0.45mm，軸承座左右同心偏差0.24mm；止推軸承水平與轉子仰角差1.4/1000mm；止推軸承箱導向滑塊間隙0.20mm；原因分析預處理；本次轉子軸位移過大原因復雜，影響因素多：不平衡軸向推力異常軸承座定位間隙過大造成的虛假位移推力瓦塊彈性變形量缸體不均勻膨脹和軸承座歪斜綜合位移量探頭隨軸承座與推力盤同向位移量措施：1、調整兩推桿定位螺母，使得軸承座與轉子垂直度略作調整（受導向塊限值）；軸承座活動間隙0.10mm，符合設計要求；時間緊，條件受限，垂直方向及徑向同心未做調整。2、將位移探頭有雙支同相位改為雙支對稱布置。

將位移探頭由雙支同相位改為雙支對稱布置后，開機運行發(fā)現(xiàn)軸位移指示隨轉速、膨脹量和負荷變化偏差值逐步變大，穩(wěn)定在某一狀態(tài)，小幅變化。說明，軸承座的松動和歪斜依然存在，但是我們可以基本判定軸向推力不大，轉子軸向位置尚可，可以觀察運行?？偨Y：該機組大修后、滑銷系統(tǒng)、氣封及軸承系統(tǒng)仍存在不同程度缺陷，支承松動、不均勻膨脹是此次機組振動大、軸瓦溫度高以及最終的軸位移過大的根本原因；該類型機組支承系統(tǒng)為類似