汽轮机膨胀不畅的诊断方法

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汽轮发电机组的振动多数属于强迫振动，它的大小与不平衡成正比，与轴承座刚度成反比。可以用一个简单的关系式表达

式中，A 为振幅，P 为不平衡量，k 为轴承座刚度。

膨胀不畅使轴承座与台板之间出现间隙，导致支撑刚度的降低。从这一点讲，它与一般刚度降低的原理是相同的。区别在于：在机组运行过程中刚度是变化的，它会导致运行过程振动的不稳定。

膨胀问题经常发生在机组长时间停机之后。长时间停机使机组完全冷却和充分收缩，滑销系统也容易发生锈蚀，因此启动后阻力增大，导致膨胀不畅。

长时间停机后的投运过程，如果振动呈现逐渐上升的趋势，应该将膨胀不畅作为一个疑点排查。进一步的诊断还要结合以下特点分析：

一、振幅及相位特征
膨胀不畅导致轴承座刚度降低，起着将不平衡振动放大的作用。振动的频率仍为50Hz。

膨胀不畅的过程中，主要反映在振幅的变化，而相位的变化相对较小。因为膨胀不畅影响轴承的刚度，而相位主要决定于不平衡的角度，刚度对相位的影响较小。

二、持续时间
汽缸的热容量比转子大得多，温度的变化比转子缓慢得多。因此，膨胀不畅时振动上升过程持续的时间长，可以达到数个小时以上。

三、趋势特征
机组的膨胀不畅有两种类型：一种是不可恢复的，即在运行过程中膨胀受阻始终存在，不可能自行消失，如滑销完全卡死、管道应力、缸体热变形都属于这类；另一种是可以恢复的，即通过一个阶段的运行可以自行消失，一般是滑销存在暂时性的卡涩，经过运行过程膨胀力和振动的作用，可以逐渐消失。

1. 第一类膨胀不畅

如图1(a)所示，第一类膨胀不畅的振动趋势大体分为以下几个阶段：

初始阶段，图1(a)中曲线1部分。此时振动大体稳定，膨胀不畅的问题尚未发生。

上升阶段，图1(a)中曲线2部分。这是膨胀不畅出现和发展的阶段，一般是机组投运初期。这个阶段温度变化大，膨胀量大。一旦出现膨胀受阻，便会逐渐发展，使轴承的刚度越来越低，表现为振动的持续上升。

稳定阶段，图1(a)中曲线3部分。此时机组的温度和膨胀大体稳定下来，但已有的膨胀不畅不能消除，振动始终保持在高位。

(a) 第一类膨胀不畅的振动趋势；(b) 第二类膨胀的振动趋势

图1 两类膨胀问题

2. 第二类膨胀不畅

如图1(b)所示，第二类膨胀不畅的振动趋势大体分为5个阶段：其中曲线1~3部分与图1(a)对应的阶段相似；曲线上的4为恢复阶段，这时卡涩的部位逐渐疏通，振动逐渐降低；曲线上的5为恢复正常阶段，这时振动恢复到变化前的水平。

四、振动的波动性
图1只表示振动的总趋势。实际上在多数情况下，振动呈波浪式变化（波浪式上升、波浪式下降、即便处于高位也呈波动状态），其原因在于卡涩与疏通、变形与恢复往往是并存的。比如运行初期，虽然在总体上讲是卡涩越来越严重、刚度逐渐降低、振动增大的阶段，但也存在着局部的疏通，使振动降低。因此，表现为振动总体上升，但期间又有波动。

存在膨胀不畅时，有时还会存在动静摩擦，这也可以导致振动的波动。

五、振动的再现性
汽缸的体积大，加热时温度上升缓慢，冷却时温度回落缓慢。由于具有这种特点，如果停机后短时间内再开机，因缸体的温度尚未恢复到上次开机时的状态、汽缸的变形尚未恢复，在定速时的振动将比上次定速时大。表1是两台机组大修后定速时的低压轴承振动情况。

表1 两台机组大修后定速时低压轴承的振动情况

六、轴振与座振的关系
缸体的变形引起轴承座刚度下降时，往往会表现为轴承座的振动变化大，而轴振变化不大，甚至会出现轴振小于轴承座振动的现象。

表2是XX电厂9号机组5、6号轴承的振动。该机组是东汽D029型机组，5、6号为低压转子轴承，每个轴承有一个座振测点和两个轴振测点。由于低压缸存在热变形，运行中振动逐渐增大，但是轴振的变化远低于轴承座振动的变化。

表2 XX电厂9号机组5、6号轴承的振动

七、与转子热弯曲、动静摩擦的区别
缸体热变形引起轴承座刚度降低、转子热弯曲引起不平衡的增大，这两种故障都会表现出振动随负荷增加。但可以从以下几个方面进行区别：

  · 前者轴承座振动的变化比较明显，而后者轴振动的变化比较明显。

  · 前者对晃度没有影响，后者会引起转子晃度的变化。

  · 汽缸的热容量比转子大得多，温度的变化比转子缓慢得多。因此，膨胀不畅引起的振动变化过程持续时间长，可以达到数十小时以上。由转子热弯曲引起的振动增加过程持续时间短， 1h左右就可稳定。

  · 由膨胀不畅引起的振动一般在两次开机后有明显的不同，因为这两次的缸温不同。由转子热弯曲引起的振动则不会，因为停机后热弯曲会很快恢复。

  · 发生动静摩擦时振动处于连续不断变化的状态，而膨胀不畅存在一个振动相对稳定的阶段。

  · 其他特征。高（中）压缸的膨胀不畅时，从机头的膨胀指示可以反映出来，而且膨胀值和振动有时会出现跳动。低压膨胀不畅时，从胀差的异常（正胀差大）可以反映出来。膨胀不畅时，轴承座与台板的接触面有时可以测量出间隙的存在。

来源：因联智慧诊断微信公众号（ID：gh_7bfa6a26e890）