1、汽轮机轴系监测第一章第一章 概概 述述一 监测的意义TSI系统监测的参数包括：胀差缸胀偏心温度转速，相位轴向位移轴振,瓦振阀位置二二 监视和保护的项目包括：监视和保护的项目包括：1凝汽器真空低保护；2润滑油压低保护；3超速保护；4转子轴向位移保护；5转子与汽缸的胀差监视；6汽缸热膨胀监视；7汽轮机振动监视；8大轴弯曲（偏心度）监视；9油箱油位监视；10轴承温度与润滑油温度监视；11推力瓦温度监视；12汽缸应力监视；13汽轮机各部件温差监视等 第二章 汽轮机故障发生的原因、危害及应采取的监视保护措施 第一节 汽轮机转子发生窜动的原因、危害及保护措施 汽轮机在工作过程中会产生大的轴向推力,为保证机
2、组安全运行,必须合理平衡轴向推力 推力轴承-平衡轴向推力,确定转子的轴向位置,保证动静部件的轴向间隙（转子的轴向定位：推力轴承和转子推力盘）一 轴向位移监视的目的保证动静部件的轴向间隙,防止出现轴向碰磨为监视汽轮机转子的轴向位移变化情况，装有轴向位移监视保护装置。当轴向位移达到限值时，保护装置发出报警信号，提醒运行人员及时采取措施。当轴向位移达到危险值时，保护装置动作，汽轮机跳闸，立即停机，以保障汽轮机组设备的安全。二、汽轮机转子发生窜动的原因二、汽轮机转子发生窜动的原因 汽轮机在启停和运行中，转子有可能发生向前或向后的窜动。1 汽轮机转子向前窜动的原因 （1）机组突然甩负荷，出现反向轴向推力
3、。（2）高压轴封严重损坏，调节级叶轮前因凝汽器抽吸作用而压力下降时，出现反向轴向推力。2汽轮机转子向后窜动的原因 （1）转子轴向推力增大，推力轴承过负荷，使油膜破坏，推力瓦块乌金烧熔。（2）润滑油系统上由于油压过低,油温过高等缺陷，使油膜破坏，造成推力瓦块乌金烧熔。3 汽轮机转子上的轴向推力汽轮机转子上的轴向推力 在正常运行情况下，汽轮机转子上所受的轴向推力包括三方面：（1）由于转子的挠度不同而产生的转子重力沿轴向的分力。（2）转子上各叶轮、动叶片及转毂阶梯上前后的蒸汽压力差所产生的轴向推力。（3）蒸汽进出各动叶片时的速度沿轴向的分速度差所产生的轴向推力。轴向推力的平衡4 汽轮机转子轴向推力增
4、大的原因汽轮机转子轴向推力增大的原因（1）汽轮机发生水冲击 （2）隔板轴封间隙增大（3）动叶片结垢 (4)叶片断裂（5）新蒸汽温度急剧下降 （6）真空下降（7）汽轮机超负荷运行或机组负荷、蒸汽流量突变 (8)推力瓦磨损（9）机组轴向振动异常。.三、汽轮机转子轴向位移大的危三、汽轮机转子轴向位移大的危害和保护措施害和保护措施 汽轮机转子轴向推力增大，会导致推力瓦块乌金烧熔。转子发生窜动，轴向位移增大，汽轮机内部转动部件与静止部件之间的轴向间隙消失，因而动、静部件发生摩擦和碰撞，将造成严重损坏事故 处理:运行中发现轴向位移异常时，应立即检查推力瓦温度是否升高，机内是否有异音，润滑油压、油温是否正常
5、，机组振动是否正常，蒸汽参数、凝汽器真空是否正常等。若为这些参数异常引起，应调整各参数至正常。适当降低机组负荷，使轴向位移及回油温度、推力轴承温度恢复正常。若为叶片断裂或汽机水冲击引起，立即紧急停机。轴向位移上升到极限值而保护不动作时，应紧急停机。装设汽轮机轴向位移监视保护装置 在汽轮机运行时，监视转子的轴向位移变化情况，也就是监视推力瓦块乌金磨损情况，一旦由于轴向推力突然增大或润滑油膜破坏推力轴承发生烧瓦故障，转子轴向位移超过允许极限值时，轴向位移保护装置动作，推力间隙：推力瓦块就位后，推力盘轴向上能够来回移动的位移 轴向位移：运行中，转子推力盘相对于推力瓦的轴向位置的变化值，推力盘靠在工作
6、面上时轴向位移为0,正向为从高压端至低压端方向,200MW机组轴向位移保护，正向1.0发信号，1.4动作；负向0.5发信号，1.0动作。（1.4+1.0l，测量需用千分表（1/1000mm）计算值最大轴弯曲处为两轴承的中间处，实际最大轴弯曲处为调节级或中压缸第一级处，上述算法偏于安全 运行规程对弯曲的限制：fu不得大于0.02mm（0.04)。依据：fu对应的fmax必须小于隔板汽封间隙 考虑过临界转速时的振动值0.40mm。验收规范：如冷态最大弯曲0.05mm,必须直轴，0.05mm则需重做高速动平衡。控制弯曲的基本措施 做好动平衡；严禁在转子静止状态下进汽；控制振动，防止碰摩；控制蒸汽温升
7、率。弯曲和振动的互激 弯曲加大振动 振动引发碰摩 局部加热 弯曲增大 第四节 汽轮机缸胀、胀差大的原因、危害及监视措施 汽轮机的滑销系统 一）滑销系统的基本结构 1)纵销 位置：轴承座底部和台板之间 结构：轴承座底部和台板开矩形纵向槽，中间装入长条形销（键）作用：限制轴承座横向运动，确保轴承座在汽缸膨胀推动下严格地沿纵向移动。2）横销 汽缸支撑横销：猫爪横销或（低压缸与基座）位置：轴承座上端面、汽缸两端结构：轴承座上端面开矩形横向槽，汽缸两端支撑处加工成横向长条形或开槽，配销作用：引导汽缸横向膨胀，限制汽缸、轴承座之间的纵向相对运动确保膨胀中不发生纵向偏斜。轴承座底部横销位置：轴承座底部和台板
8、之间结构：轴承座底部和台板开矩形横向槽，中间装入长条形销（键）作用：限制轴承座纵向运动，和横销共同锁死轴承座。3)立销 位置：轴承座纵向内端面中心处（横向）、汽缸两端中心处（横向）。结构：轴承座纵向内端面中心处（横向）焊T形销，汽缸前端中心（横向）处焊U形槽 作用：限制汽缸、轴承座之间中心的相对运动,引导汽缸上下自由膨胀 4)角销 位置：前轴承座底部纵向凸出边沿上 结构：类似角铁状，压在轴承座底部纵向凸出边沿上 作用：防止前轴承座纵向滑动过程中翘起，确保座底面与台板紧密接触，轴承中心线与地面平行，转子中心线与地面平行.5)斜销 位置：低压缸撑脚和基座之间 结构：撑脚和基座开槽，配销 作用：引导
9、低压缸横向、纵向膨胀的叠加,起导向作用，斜销的滑动面通过死点。二汽缸的支撑与滑销系统(一)汽缸的 支撑 高,中压汽缸的支撑：猫爪支撑：上猫爪支撑 下猫爪支撑上猫爪支撑结构-猫爪横销二）滑销系统的作用 确定汽轮机各个方向的位置，保证转子和汽缸（轴承座和台板）间同心。确保机组能够在各个方向自由膨胀，而中心线的位置保持不变。三）单缸汽轮机的滑销系统和热膨胀 滑销系统 汽缸的热膨胀 转子的热膨胀 绝对死点 相对死点四）汽轮机的滑销系统和热膨胀 滑销系统 汽缸的热膨胀 转子的热膨胀 绝对死点 相对死点前轴承座的轴向位置表示高中膨胀之和，测得的轴向膨胀为机组的绝对膨胀测点的布置600MW汽轮发电机组滑销系
10、统北仑港：北仑港：汽缸有三个死点，分别设在低压缸（A)、(B)排汽口和3#轴承箱底部的中心线上；高、中压外缸下半底部设有轴向导向键，通过上猫爪滑动支撑在轴承箱上，高、中压缸之间和高压缸与推力轴承之间各设有两根推拉杆（推拉杆内可通油冷却，以减小其自身的膨胀）膨胀过程中轴承箱不动（避免与其相联接的油管路的位移），高、中压缸滑动；其中中压缸膨胀以其后端下猫爪底部的的凸肩为死点，通过推拉杆推动高压缸，而高压缸又带着推力轴承移动，以保证高压缸动静间隙的正常。中压缸设计绝对膨胀11.7mm，高中压缸25.9mm在4#轴承座两边，低压缸伸出的搁脚与台板通过弹性板焊死，形成死点以维持凝汽器中心线位置不变。高压
11、胀差探头位于前轴承箱后侧中压胀差探头位于3#轴承箱后侧低压缸胀差探头位于8#轴承处胀差、轴向位移和振动的测量探头与转子间的安装间隙均为：1.2+/-0.1mm。(三）转子对汽缸的相对膨胀 1)胀差的定义：启动、停机过程中因为转子、汽缸的质面比和加热条件不同导致的轴向热膨胀的差值。2)胀差的危害：动、静部分轴向间隙减小。正胀差和负胀差 3)胀差的计算：l相对=l转子-l汽缸=l(t转子-t汽缸)=l(t转子-t汽缸)4)胀差的特征：推力盘处为0，离推力盘越远，胀差越大。5)汽轮机结构设计：离推力盘越远，隔板、叶轮轴向间隙越大。6)转子轴向热膨胀的相对死点：推力瓦 7）胀差的测量：各缸轴承处，测量
12、转子和轴承（汽缸）之间位移。冷态推力盘靠在非工作面上时为0，转子多膨胀为正，多收缩为负。8）轴向位移和胀差的比较：轴向位移有变化时，胀差有同样数值的变化；胀差有变化时，轴向位移不一定有变化，可利用胀差指示推断轴向位移指示是否正确。9）影响胀差的因素分析 a)负荷变化的影响：开机，转速、负荷上升速度快，则D快，换热强烈，T（转子、汽缸），正胀差；停机，负荷速度快，则蒸汽温度快，T（转子、汽缸），负胀差。b)主蒸汽温度升（降）速度：开机，T快，则正胀差；停机，T速度快则负胀差。暖机 汽缸和转子的温差取决于蒸汽温升（降）速度 c)轴封供汽温度：冷态开机，T(汽、金属)越大，局部正胀差越大；合理使用法
13、兰加热装置 热态开机，T（汽）低于T(金属)越多，则局部负胀差越大。主汽温度下降，未及时倒换汽源，局部负胀差 局部胀差的危害：轴端汽封轴向磨损。危险性在于无检测、指示。d)轮盘摩擦鼓风效应 停机过程中，低负荷、小流量长时间运行，则中、低压缸内叶轮摩擦产生热量（线速度大）。加热转子，正胀差；e)排汽温度（真空）排汽温度，低压缸T，转子露在外面不受影响 低压缸负胀差。冲转过程：D，正胀差滑参数停机过程：负胀差 f)泊松效应 启动，离心力使转子缩短，负胀差效应。停机，离心力减小使转子缩短，正胀差效应。11)胀差保护动作值的依据 离推力盘最远，离胀差测点最近处的轮盘、隔板冷态轴向间隙（推力盘靠在工作面
14、上时）汽缸绝对膨胀计算 第五节第五节 汽轮机轴承故障的原因、汽轮机轴承故障的原因、危害性和保护措施危害性和保护措施 支持轴承,推力轴承 支持轴承-支持转子,确定转子的径向位置,保证动静部件的径向间隙 推力轴承-平衡轴向推力,确定转子的轴向位置,保证动静部件的轴向间隙 转子的径向定位：台板、轴承座、轴承和转子。必须保证轴承和转子同心。转子的轴向定位：推力轴承和转子推力盘 推力盘.工作时必须连续不断地给轴承供给压力、温度合乎要求的润滑油，建立良好的油膜。这一方面是为了润滑轴承，在轴颈与轴瓦之间及推力盘与推力瓦之间形成油膜，以避免金属间直接接触，防止轴与轴瓦磨损甚至烧毁；另一方面，也是为了冷却轴承，
15、以带走由汽轮机内传到轴颈上的热量和轴承工作产生的热量，避免轴承内温度过高而发生乌金熔化一 汽轮机轴承发生故障的原因 转子轴向推力增大 润滑油系统存在缺陷 致使油膜破坏而引起轴承故障 汽轮机轴承或推力轴承故障 汽轮机支撑轴承故障，主要反映在轴承金属温度升到120以上，回油温度升到80以上，导致轴承乌金烧坏。运行中，发现汽轮机轴承温度升高，应立即检查润滑油系统，确认润滑油温、油压正常，观察轴承回油情况，听轴承工作声音，发现问题，尽快消除。如果汽轮机轴承温度升高很快，且原因不明无法消除，当轴承金属温度升高到120，汽机自动脱扣，否则，应手动停机，同时手动破坏真空。汽轮机推力轴承故障，主要是推力轴承温
16、度升高到120以上(一)转子轴向推力过大(二)润滑油系统缺陷1 润滑油压过低润滑油压过低2润滑油温过高润滑油温过高3润滑油中断润滑油中断4 油质不良油质不良5润滑油中有水润滑油中有水6轴瓦与轴之间间隙太大轴瓦与轴之间间隙太大7乌金脱落乌金脱落二 汽轮机轴承发生故障的危害和保护措施 轴瓦乌金烧熔,转子局部轴径受热弯曲,振动增大 推力轴承推力瓦乌金烧熔,转子串动,轴向位移增大,轴向动静碰磨出现烧瓦事故时,润滑油温度,瓦温升高,油膜压力降为0推力瓦乌金的厚度一定小于最小的轴向动静间隙监视保护措施1.各轴承乌金温度2.各轴承油膜压力3.润滑油压力4.润滑油的温度 保护措施:轴向位移保护 润滑油压力低报
17、警 润滑油压和轴瓦温度 润滑油压应重点监视励磁机端部轴承油压，因为该瓦离油泵最远。下列之一，立即停机：轴承回油温度超过75度或突然上升到70度；(65度)乌金温度超过90度；(85度,95度)回油温度升高，轴承冒烟；若润滑油压低于规定值，但启动交、直流油泵无效。汽轮机润滑油压降低检查:(1)汽轮机主油泵无故障。(2)汽轮机润滑油系统无大量漏油。(3)汽轮机主油箱油位不低，主油泵吸入高度足够。(4)汽轮机润滑油等压阀工作正常。(5)汽轮机润滑油冷油器工作正常，油温不高。第六节第六节 凝汽器真空下降的原因、凝汽器真空下降的原因、危害性和保护措施危害性和保护措施一、凝汽器真空下降的原因一、凝汽器真空
18、下降的原因（1）循环泵发生故障，如水泵吸入管侧漏气或滤网堵塞，使冷却水量减少或中断。（2）凝汽器铜管脏污，使传热效率降低或者铜管堵塞。（3）抽气装置发生故障，（4）凝汽器水位升高，淹没了部分铜管的抽气口。（5）真空系统不严密，漏入空气。二、凝汽器真空下降的危害和保二、凝汽器真空下降的危害和保护措施护措施 排汽温度升高，造成低压缸热膨胀变形和低压缸后面的轴承上抬转子中心变化，附加一个弯矩，轴弯曲，振动加大。凝汽器铜管的内应力增大,凝汽器铜管胀口脱开。维持负荷，则蒸汽流量加大，调节级和末级动叶过负荷。低压段端部轴封的径向间隙变化，造成摩擦损坏 末级叶片有可能出现颤振处理 原因不明则按真空度减负荷
19、真空度（%）85 83 80 77 75 72 59负荷（%）100 80 60 40 20 0 停机 真空下降过程中，应密切注意低压缸排汽温度，当排汽温度升高到47时，低缸喷水开始投入。到80，喷水阀全开，继续上升到107时，跳机保护动作停机。各台机组情况不一样监视段压力 监视段压力：各段抽汽压力与流量的比值变化反映通流面积变化，监视抽汽压力能够及时发现断叶片、异物堵塞，叶片结垢故障，所以各段抽汽压力称为监视段压力。其中，调节级后压力能反映整个通流部分面积变化，最重要。通流部分技术状况 自动主汽门和调节门压损异常：额定负荷时调节汽门后压力异常变化，反映调门故障或喷嘴损伤；额定负荷时调节级压力
20、升高：反映通流部分结垢或损伤；额定负荷时抽汽压力升高：反映该抽汽后级段结垢或损伤；额定负荷时调节级温度升高：反映喷嘴损伤；额定负荷时抽汽温度升高：有高温蒸汽漏入抽汽管道；循环水温升大：反映循环水流量不足；凝汽器端差大：反映凝汽器铜管结垢或凝结水溶氧大或真空严密性不合格（冬季因循环水入口温度低引起的端差大除外）；凝结水硬度大：反映凝汽器铜管泄漏，循环水进入凝结水；轴向位移增大或异常：反映轴向推力变化或推力瓦损坏或传感器失灵；胀差增大：影响通流部分轴向间隙变化：反映汽缸或转子膨胀异常（比如轴封供汽温度异常、转子局部摩擦发热、汽缸膨胀变温等）；汽缸进水或进冷汽：下缸温度降低，上缸温度增大，汽缸金属温
21、度变化率加大，轴封供汽温度低，相邻轴承振动增加；汽水温度低：反映高压加热器故障。机组发生振动的原因、危害性和机组发生振动的原因、危害性和监视措施监视措施 一、监视的目的一、监视的目的二、汽轮机发生振动的原因二、汽轮机发生振动的原因 1机组运行中心不正引起振动 (1)汽轮机启动时，如暖机时间不够，升速或加负荷太快，将引起汽缸受热膨胀不均匀，或者滑销系统有卡涩，使汽缸不能自由膨胀，均会使汽缸对转子发生相对歪斜，机组产生不正常的位移，造成振动。启动中严格监测振动.(2)机组在运行中若真空下降，将使排汽温升高，后轴承上抬，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，运行时会产生振动，
22、且振动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。造成机组中心移动超过允许限度，引起振动。2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。3转子发生弹性弯曲而引起振动 转子发生弯曲，有可能造成汽轮机动静部分之间的磨擦，表现出轴向振动，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
23、瓦乌金很快烧毁，轴颈受热造成轴颈弯曲，引起强烈振动。5汽轮机内部发生摩擦而引起振动 通流部分轴向和径向间隙不够或安装不当；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。均会引起摩擦，进而造成振动。6由于水冲击而引起振动 当蒸汽中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。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间隙不均匀、发电机转子线圈短路等，均会引起机组振动。8由于汽轮机部件松动引起振动 机械安装部件松动,如地脚螺丝、基础等松动引起振动。三、机组振动过大的危害和监视
24、措施三、机组振动过大的危害和监视措施 (1)端部轴封磨损。低压端部轴封磨损，密封作用破坏，空气漏入缸内，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产生弯曲，若蒸汽进入轴承导致润滑油混入水分，油质降低,油膜破坏，可能引起轴瓦乌金熔化。同时，漏汽损失增大，还会影响机组的经济性。(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。轴封间隙?(4)轴瓦乌金破裂，紧固螺钉松脱、断裂。(5)转动部件材料的疲劳强度降低，将引
25、起叶片，轮盘等损坏。(6)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。与转轴振动有关连的几个名词的含义及其与转轴振动的关系首先作简要说明。1 转子挠曲 现场习惯称为挠度，如静挠度，它实际上是指转子弹性弯曲值，单位是 mm，本书中改称挠曲值静挠曲值：转子在自重或预载荷作用下所产生的弹性弯曲值，沿转子长度上不同的点，静挠曲值不同，在转动状态下由于静挠曲的作用，转子表面交替承受拉伸和压缩应力。当转子径向刚性对称时，如汽机转子，在旋转状态下转子静挠曲值在转轴振动上是没有反映的。动挠曲值：旋转状态下的转子，在不平衡力矩（平衡重量未加到失衡面所致）和其它交
26、变力作用下所产生的弹性弯曲值。这种挠曲值将直接叠加到转轴振动上。2 晃摆值 现场称为晃度，实际上是指转子永久或热弯曲和转子表面不圆度等，在低速下所呈现的摆动值（双幅），也称晃摆值，它不包括任何外力作用下转轴所产生的位移，因此测量转子晃摆值必须在低速下进行。若忽略转子表面不圆度的影响，晃摆值应等于转子弯曲值的两倍，3 偏心在机组运行监测和转子平衡两个领域内，偏心的含义不同在机组运行监测中，偏心是指轴颈中心偏离轴瓦中心的现象，也称偏心位置通过偏心的监测可以发现转子承受外加载荷和轴瓦工作的状况。在转子平衡领域内，偏心是指转子质量中心偏离转轴回转中心的一种现象，称为质量偏心，简称偏心其偏离的数值称偏心距，单位是微米，它不能被任何仪表直接测量出来偏心是引起转轴振动最重要的激振力。4 偏心率（偏心度）在机组运行监测和轴瓦领域内，偏心率含义不同。在机组运行监测中，偏心率包含两个内容，一是指转子弯曲所呈现的晃摆值；二是指轴颈中心偏离轴瓦中心的距离将偏心、偏心率的测量分别定义为轴颈在轴瓦内相对位置、转子弯曲的测量
