汽轮机气流激振的原因

汽轮机气流激振故障的原因分析

1、气流激振产生 汽轮机发生气流激振，一般是汽轮机的转子和气缸在动叶顶部和气封处并不严 密，导致该部分存在一些径向间隙。高压蒸汽一旦通过这些间隙，就会在轮机 的转子和气缸在动叶顶部出现蒸汽泄露不均匀，或者因为气封的不规则性导致 气封的进出口间隙不对等，出现间隙振力。当这部分间隙振力和作用在转子上 的不对称蒸汽力带来的与转子偏心方向垂直的力，超过了转子轴承的油膜阻尼 力时，就会导致转子在弯曲固有频率处受到较大的蒸汽涡动，进而引发气流激 振。 随着气流激振的激振力的变化，振幅也会不断发生变化，因此我们可以根据振 幅求出蒸汽激振力所做的功和阻尼力做的功。如果在不同的振幅条件下蒸汽激 振力所做的功均比阻尼力做的功大，那么转子轴系就会因为气流激振而完全失 去平衡，导致整个转子轴系的平衡失稳。 汽轮机组在进行工况参数调整时，可能会对机组造成微小的扰动，导致振动发 生。这时，蒸汽激振力做功是要大于阻尼力做功的振幅，并会不断增大。但是， 随着振幅达到一定程度，蒸汽激振力做功就会等于阻尼力做功，振幅就会稳定 在该振幅，达到振幅平衡状态。因此，确定平衡振幅，对于预测汽轮机发生气 流激振的可能性极为重要。

2、叶顶间隙激振力 如果汽轮机转子出现弯曲，就可能导致转子和气缸的几何中心不同位。在这种 情况下，就会使得圆周方向上的间隙分布不均，转子相对气缸中心出现偏差， 间隙一边大，一边小。间隙大的一边，蒸汽通过量会较大，使得漏气较多作用 在动叶上的蒸汽少，力就较小，导致切向力 F1 变小而漏气较少的一侧，作 用在动叶上的蒸汽较多，切向力 F2 就会增大。因为 F1 和 F2 不一致时，不仅 会产生扭矩使转子做功，同时还会产生一个不平衡切向力 Q=F2-F1。这个不平 衡的切向力的存在将会导致转子会被沿转动方向涡动，从而可能引发气流激振 故障。

3、密封间隙激振力 迷宫式的气封设置在大功率汽轮机的轴端、隔板内径、动叶外径。一旦发生以 下这几种情况，就可能导致产生密封间隙振力:汽轮机转子有几何方向偏移， 会使得不同尺寸的间隙中的间隙压力不同，导致转子四周的静压力产生波动 汽轮机的进出气边齿间隙由不同的形状组成，这些不同的形状在转子进行转动 时会出现漏气量不同的问题，导致两边齿的腔室压力出现不同因为动叶片是 三角形的，这就导致进入气封间隙的流体的方向无法确定，而这些方向无法确 定方向的流体可能会存在预旋转子进行转动时，会导致实际气流在气封间隙 中的方向呈现螺旋状，使得圆周方向上的不对称合力与转子出现进动相位差。 这些都可能导致汽轮机气流激振故障。

4、静态气流力出现的原因 决定汽轮机负荷的最重要原因就是进蒸汽流量，所以汽轮机会时常改变负荷。 目前，汽机应用的方式有很多种，出现次数最多的应该为喷嘴配气。应用喷嘴 配气的操作相对简单，首先将喷嘴分组，每个喷嘴后面都会有对应的调节阀， 依次打开后分割调节阀后面的空间。受到气缸内温差的影响，先开启控制以下 180°范围内的调节气阀，使蒸汽先进入下气缸，然后正式启动喷嘴调节模式开 始工作。随着负荷的变动，可以按先后顺序依次打开调节阀。一级静叶控制汽 机调节阀的打开程度受多个方面的控制，最突出的是流量及负荷。二者的改变 将决定打开的程度及打开喷嘴数量，当两个因素有一个发生变化时，都会导致 调节喷嘴的进气不相对称，这时产生的力为不对称的作用力，作用在汽轮机上。 当达到满圆周进气时，两边相对称角度的喷嘴组会产生相反的作用力。假如喷 嘴组的截面面积相同，那么必然会产生相同作用力大小的气流。当两个气流交 汇到一起的时候会产生推动轴旋转做功的扭矩，此时的切向力为零。只有喷气 嘴内有蒸汽流动，才会产生相应大小的气流压力。假如设备故障或者喷嘴堵塞， 就没有蒸汽流过喷嘴，将不会产生抵消总的气流力的力。

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