汽轮机运行及振动故障诊断教材詳解.docVIP

目录 一、概述 1、汽轮机的分类及应用 2、汽轮机的作用原理 3、汽轮机的结构分析 4、汽轮机的材料选用 二、汽轮机的运行 1、启动和停机 2、汽轮机的变工况运行 三、汽轮机振动故障诊断 1、强迫振动及自激振动的概念 2、工业汽轮机振动的验收标准 3、质量不平衡引起的振动 4、半速涡动及油膜振荡 5、摩擦及碰撞引起的振动 6、叶片强度及叶片振动 一、概述 1、汽轮机的分类及应用 汽轮机的分类方法主要有以下几种： （1）按工作原理可分为： 冲动式汽轮机——蒸汽主要在喷嘴（或静叶栅）中进行膨胀； 反动式汽轮机——蒸汽在喷嘴（或静叶栅）和动叶栅中都进行膨胀； （2）按热力性能可分为： 背压式汽轮机——排汽压力大于大气压力，排气供其他热用户使用； 凝汽式汽轮机——排汽在低于大气压力的真空状态下进入凝汽器凝结成水； 抽汽式汽轮机——利用抽汽供其他热用户使用的汽轮机，包括一次抽汽式和二次抽汽式； （3）按气流方向主要可分为： 轴流式汽轮机——在汽轮机内，蒸汽基本上沿轴向流动； 径向式汽轮机——蒸汽基本上沿径向流动； （4）按用途可分为： 电站汽轮机——即电站中拖动发电机的汽轮机； 工业汽轮机——工厂企业中的固定式汽轮机，包括自备电站的发电用汽轮机； 各类汽轮机的特点及应用，主要介绍如下： （1）冲动式与反动式 冲动式汽轮机的主要特点是级数少，一般为2~3级，结构简单，轴向尺寸小，径向尺寸大，我国发电站主要采用此类机型； 反动式汽轮机的主要特点是级数多，一般在7级以上，结构复杂，轴向尺寸较长，与冲动式汽轮机相比较，由于在静叶和动叶中均膨胀做功，故效率比冲动式高6%~8%，故在石油化工企业中得到广泛应用。随着制造技术和制造能力的发展，反动式汽轮机也逐渐在热电厂中得到推广应用。 （2）背压式与凝汽式 背压式汽轮机与凝汽式汽轮机的应用，主要是从企业的热力平衡着眼，结合最大效益进行选择的结果。背压式汽轮机较凝汽式汽轮机结构简单，配置最少，主要是在背压供其他热源时选用。而凝汽式汽轮机能最大的吸收新蒸汽的能量（焓降），因此得到最大范围的应用。 （3）近年来，随着制造装配和材料升级的进度，汽轮机仍在向大功率、高参数方向发展，以追求较低的单位功率重量比（kgf/kw）、单位功率长度比（m/104kw）和热耗比（kJ/kw.h）。比如在新蒸汽压力上有高压6~10MPa、超高压12~14MPa、亚临界16~18MPa、超临界＞22.6MPa等。新蒸汽初温亦应用到535℃~565℃不等。 2、汽轮机的作用原理 图1-1表示汽轮机的某一级，它由静叶片和动叶片所组成。静叶片安装在机壳隔板体上，动叶片安装在转子轮盘上。 图1-1透平示意图 1-静叶片 2-动叶片 3-隔板 4-叶轮 5-轴 如图1-1所示，静叶片前截面用0-0表示，静叶片和动叶片之间的截面用1-1表示，而动叶片后截面用2-2表示。这三个截面上的气流参数分别注以下标0、1和2。 在静叶流道内，气体自压力P0膨胀到P1，温度自t0下降到t1，气流速度相应地由C0升至C1。在静叶流道内，气流自进口至出口完成了由热能向动能的转换。在通常情况下，动叶片流道内的气流，一方面将其在静叶片内所获得的动能转换为动叶片上的机械能，另方面继续膨胀，对动叶产生一个反作用力（称为反动力）。在上述二力的合力作用下，动叶片绕轴转动，产生机械功。 动叶片以转速n（转/分）绕透平轴旋转，用表示动叶进口平均直径d1处的圆周速度，其模等于，其方向为动叶运动的圆周方向。速度是气流在静叶出口的速度。它是一个固定不动的观察者所看到的气流进入动叶流道中的速度。由于动叶片以圆周速度作圆周运动，所以，在动叶进口处，对与动叶片一起作旋转运动的观察者而言，他所看到的动叶进口的气流速度不是速度，而是相对速度，它等于,即 式中：——动叶进口气流的绝对速度，m/s ——动叶进口气流的相对速度，m/s ——动叶进口的牵连速度，m/s 由此三个速度组成的速度三角形表示在图1-1中。此速度三角形叫做动叶进口速度三角形。 气体在动叶流道内继续膨胀到压力P2，温度相应下降到t2。同理，在动叶出口平均直径处的圆周速度（即牵连速度）为，其模为：。 动叶片出口气流的绝对速度，按下式求得： 由速度、和组成的三角形叫动叶出口速度三角形。如果将进口和出口速度三角形绘制在一起，如图1-2所示。 图1-2 级速度三角形 以上为气体在透平级内的流动过程，而气体在级内的热力膨胀过程（即膨胀做功过程）通常用焓熵图（i—s图）表示，如图1-3所示。 图1-3 焓熵图（i—s图） 0*表示气流在静叶片前的滞止状态（所谓滞止状态是假定在绝热过程中将气流速度滞止为零的状态，即气体无热和机械交换汽流速度为零）。P*0、t*0分别表示该状态下的压力和温度。如果用代