汽轮机运行及振动故障诊断.
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汽轮机运行及振动 故障诊断
天津石化 王召利
一、概述
1 2
3 4
汽轮机的分类及应用 汽轮机的作用原理 汽轮机的结构分析 汽轮机的材料选用
202018/12/4
2
二、汽轮机的运行
汽轮机的运行
1 启动和停机
2 汽轮机的变工况 运行.
202018/12/4
3
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
202018/12/4
31
3、新蒸汽温度变化
新蒸汽温度失常，比之于气压失常对机 组更具有危险性。制造厂给予气温（包 括新蒸汽和再热汽）的允许正常波动值 向上通常为5℃，极限值为+10℃，下限 则为5~10℃不等。 （1）气温升高时 （2）气温下降时
5.摩擦及碰撞引起的振动 6.叶片强度及叶片振动
202018/12/4
4
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：
01
按工作原理可 分为: 冲动式汽轮机; 反动式汽轮机
02
按热力性能可 分为： 背压式汽轮机 凝汽式汽轮机 抽汽式汽轮机
03
按气流方向主 要可分为： 轴流式汽轮机 径向式汽轮机
202018/12/4 29
附注：所谓临界速度与超临界速度是指 气流速度等于一个马赫数或大于一个马 赫数的状态。当地音速 a kRT ,而 气流速度V与当地音速之比称为马赫数 以M表示， V
M a
202018/12/4
30
2、新蒸汽压力变化
汽轮机运行规程都有新蒸汽压力的上限， 通常为额定值的103%~105%。 ⑴ 当新蒸汽压力升高而温度不变时 ⑵ 新蒸汽压力降低而温度不变时
2、汽轮机的作用原理
由速度 C2 、 W2 和 U 2 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
202018/12/4 8
图1-3 焓熵图（i—s图）
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
工作条件
一般级
拉应力较高区
过热区级
高温区级
高温、拉应力大、低压 级
注：以上部分非必选内容
202018/12/4 25
二、汽轮机的运行
汽轮机的运行为大家所熟知，故在此只 对汽轮机的变工况运行进行讨论：
P01 G1 P0 G0
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26
1、新蒸汽流量变化
• 当新蒸汽流量变化而温度和压力不变时 （即T01=T0；X01=X0），汽轮机各级间 压力分配和焓降分配会有一些变化。对 不同结构的机组，变化也不同。
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27
1、新蒸汽流量变化
• 对于蒸汽流速达到或超过临界流速的级，在 T01=T0；X1=X0的前提下，蒸汽参数与流量之 间的关系为： P01 G1 P0 G0
式中：P0、G0、T0、X0——原来级前的压力、 流量、绝对温度、干度； P01、G1、T01、X01——变化后级前的压力、 流量、绝对温度、干度； 即是说：级前压力与流量成正比。
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20
⑶ 连接件
• 围带可以减少叶顶漏气，它的结构如图1-10所示
202018/12/4 21
⑶ 连接件
• 接筋有实心、空心圆形和两半圆形等几种，拉筋与叶 片的连接型式如图1-11所示
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22
⑶ 连接件
• 铆钉头的结构型式如图1-12所示
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表1-2转子和叶轮材料
材料牌号 34CrMo 35CrMoV 34CrNi3Mo 17CrMo1V 27Cr2Mo1V 20Cr3MWV
工作温度
部件名称
＜480℃
叶轮、转 子
＜500℃
叶轮
＜400℃
高强度叶轮
＜520℃
焊接转子
＜535℃
转子
＜550℃
转子
表1-3叶片材料
材料牌号 工作温度 1Cr13 ＜450℃ 2Cr13 ＜450℃ 27Cr11MoV ＜530℃ Cr11MoV ＜530℃ Cr12WMoV ＜570℃
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1、新蒸汽流量变化
对于背压式汽轮机以及低于临界速度的级或机组， 蒸汽参数与流量的关系式为：
G1 G0
2 T0 P12 P21 P02 P22 T01
式中 P2 ——原来的排气压力 P21——变化后的排气压力 从上式可知，在T0=T01的条件下，蒸汽流量的 变化与级前压力与级后压力的平方差成正比。
11
图1-4通流部分布置型式
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12
图1-5低压缸同凝汽器的连接方式
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13
（2）转子
套 装
汽轮机的转子， 根据蒸汽参数的 不同，可选择
整 锻
三种不同型式。
焊 接
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14
套装转子如图1-6所示。
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15
整锻转子如图1-7：
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16
焊接转子如图1-8所示
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17
（3）动叶片
叶 叶 型 动叶片 根
连接件wk.baidu.com
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⑵ 叶根
• 常见的叶根见图1-9
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⑶ 连接件
• 包括围带和拉筋及铆接件等。用连接件 把几只或整圈叶片连接成叶片组，可以 调整叶片的自振频率和减少叶片所受的 动应力，不连接成组的叶片称为自由叶 片。
04
按用途可分为： 电站汽轮机 工业汽轮机
202018/12/4
5
各类汽轮机的特点及应用
（1） 冲动式与反动式
（2） 背压式与凝汽式
各类汽轮机的特点及应用
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6
2、汽轮机的作用原理
•1-静叶片 •2-动叶片 •3-隔板 •4-叶轮 •5-轴 图1-1透平示意图
7
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23
4、汽轮机材料选用
1
汽缸材料的选用 转子及叶片材料
2
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（2）转子及叶片材料
表1-1汽缸、隔板、阀壳材料
材料牌号 工作温度 HT30-54 ≤250℃ ZG25 ≤360℃ ZG20CrMo ≤500℃ ZG20CrMoV ≤540℃ ZG15Cr1Mo1V ≤570℃
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9
3、汽轮机的结构分析
最关键的部件是汽缸、转子与动叶片
汽缸 静叶栅 滑销系统
汽轮机基本结构 轴承座
转子
动叶栅 调节阀 主汽门
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3、汽轮机的结构分析
图1-4和1-5分别为汽轮机通流部分的 主要布置型式和 低压缸同凝汽器 的连接方式：
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天津石化 王召利
一、概述
1 2
3 4
汽轮机的分类及应用 汽轮机的作用原理 汽轮机的结构分析 汽轮机的材料选用
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二、汽轮机的运行
汽轮机的运行
1 启动和停机
2 汽轮机的变工况 运行.
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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
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31
3、新蒸汽温度变化
新蒸汽温度失常，比之于气压失常对机 组更具有危险性。制造厂给予气温（包 括新蒸汽和再热汽）的允许正常波动值 向上通常为5℃，极限值为+10℃，下限 则为5~10℃不等。 （1）气温升高时 （2）气温下降时
5.摩擦及碰撞引起的振动 6.叶片强度及叶片振动
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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：
01
按工作原理可 分为: 冲动式汽轮机; 反动式汽轮机
02
按热力性能可 分为： 背压式汽轮机 凝汽式汽轮机 抽汽式汽轮机
03
按气流方向主 要可分为： 轴流式汽轮机 径向式汽轮机
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附注：所谓临界速度与超临界速度是指 气流速度等于一个马赫数或大于一个马 赫数的状态。当地音速 a kRT ,而 气流速度V与当地音速之比称为马赫数 以M表示， V
M a
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30
2、新蒸汽压力变化
汽轮机运行规程都有新蒸汽压力的上限， 通常为额定值的103%~105%。 ⑴ 当新蒸汽压力升高而温度不变时 ⑵ 新蒸汽压力降低而温度不变时
2、汽轮机的作用原理
由速度 C2 、 W2 和 U 2 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
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图1-3 焓熵图（i—s图）
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
工作条件
一般级
拉应力较高区
过热区级
高温区级
高温、拉应力大、低压 级
注：以上部分非必选内容
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二、汽轮机的运行
汽轮机的运行为大家所熟知，故在此只 对汽轮机的变工况运行进行讨论：
P01 G1 P0 G0
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1、新蒸汽流量变化
• 当新蒸汽流量变化而温度和压力不变时 （即T01=T0；X01=X0），汽轮机各级间 压力分配和焓降分配会有一些变化。对 不同结构的机组，变化也不同。
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1、新蒸汽流量变化
• 对于蒸汽流速达到或超过临界流速的级，在 T01=T0；X1=X0的前提下，蒸汽参数与流量之 间的关系为： P01 G1 P0 G0
式中：P0、G0、T0、X0——原来级前的压力、 流量、绝对温度、干度； P01、G1、T01、X01——变化后级前的压力、 流量、绝对温度、干度； 即是说：级前压力与流量成正比。
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⑶ 连接件
• 围带可以减少叶顶漏气，它的结构如图1-10所示
202018/12/4 21
⑶ 连接件
• 接筋有实心、空心圆形和两半圆形等几种，拉筋与叶 片的连接型式如图1-11所示
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22
⑶ 连接件
• 铆钉头的结构型式如图1-12所示
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表1-2转子和叶轮材料
材料牌号 34CrMo 35CrMoV 34CrNi3Mo 17CrMo1V 27Cr2Mo1V 20Cr3MWV
工作温度
部件名称
＜480℃
叶轮、转 子
＜500℃
叶轮
＜400℃
高强度叶轮
＜520℃
焊接转子
＜535℃
转子
＜550℃
转子
表1-3叶片材料
材料牌号 工作温度 1Cr13 ＜450℃ 2Cr13 ＜450℃ 27Cr11MoV ＜530℃ Cr11MoV ＜530℃ Cr12WMoV ＜570℃
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1、新蒸汽流量变化
对于背压式汽轮机以及低于临界速度的级或机组， 蒸汽参数与流量的关系式为：
G1 G0
2 T0 P12 P21 P02 P22 T01
式中 P2 ——原来的排气压力 P21——变化后的排气压力 从上式可知，在T0=T01的条件下，蒸汽流量的 变化与级前压力与级后压力的平方差成正比。
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图1-4通流部分布置型式
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图1-5低压缸同凝汽器的连接方式
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（2）转子
套 装
汽轮机的转子， 根据蒸汽参数的 不同，可选择
整 锻
三种不同型式。
焊 接
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14
套装转子如图1-6所示。
202018/12/4
15
整锻转子如图1-7：
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16
焊接转子如图1-8所示
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17
（3）动叶片
叶 叶 型 动叶片 根
连接件wk.baidu.com
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⑵ 叶根
• 常见的叶根见图1-9
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⑶ 连接件
• 包括围带和拉筋及铆接件等。用连接件 把几只或整圈叶片连接成叶片组，可以 调整叶片的自振频率和减少叶片所受的 动应力，不连接成组的叶片称为自由叶 片。
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按用途可分为： 电站汽轮机 工业汽轮机
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各类汽轮机的特点及应用
（1） 冲动式与反动式
（2） 背压式与凝汽式
各类汽轮机的特点及应用
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2、汽轮机的作用原理
•1-静叶片 •2-动叶片 •3-隔板 •4-叶轮 •5-轴 图1-1透平示意图
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4、汽轮机材料选用
1
汽缸材料的选用 转子及叶片材料
2
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（2）转子及叶片材料
表1-1汽缸、隔板、阀壳材料
材料牌号 工作温度 HT30-54 ≤250℃ ZG25 ≤360℃ ZG20CrMo ≤500℃ ZG20CrMoV ≤540℃ ZG15Cr1Mo1V ≤570℃
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9
3、汽轮机的结构分析
最关键的部件是汽缸、转子与动叶片
汽缸 静叶栅 滑销系统
汽轮机基本结构 轴承座
转子
动叶栅 调节阀 主汽门
202018/12/4
10
3、汽轮机的结构分析
图1-4和1-5分别为汽轮机通流部分的 主要布置型式和 低压缸同凝汽器 的连接方式：
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