汽輪機氣流激振的原因

汽輪機氣流激振故障的原因分析

1、氣流激振產生 汽輪機發生氣流激振，一般是汽輪機的轉子和氣缸在動葉頂部和氣封處並不嚴 密，導致該部分存在一些徑向間隙。高壓蒸汽一旦通過這些間隙，就會在輪機 的轉子和氣缸在動葉頂部出現蒸汽泄露不均勻，或者因為氣封的不規則性導致 氣封的進出口間隙不對等，出現間隙振力。當這部分間隙振力和作用在轉子上 的不對稱蒸汽力帶來的與轉子偏心方向垂直的力，超過了轉子軸承的油膜阻尼 力時，就會導致轉子在彎曲固有頻率處受到較大的蒸汽渦動，進而引發氣流激 振。 隨着氣流激振的激振力的變化，振幅也會不斷髮生變化，因此我們可以根據振 幅求出蒸汽激振力所做的功和阻尼力做的功。如果在不同的振幅條件下蒸汽激 振力所做的功均比阻尼力做的功大，那麼轉子軸系就會因為氣流激振而完全失 去平衡，導致整個轉子軸系的平衡失穩。 汽輪機組在進行工況參數調整時，可能會對機組造成微小的擾動，導致振動發 生。這時，蒸汽激振力做功是要大於阻尼力做功的振幅，並會不斷增大。但是， 隨着振幅達到一定程度，蒸汽激振力做功就會等於阻尼力做功，振幅就會穩定 在該振幅，達到振幅平衡狀態。因此，確定平衡振幅，對於預測汽輪機發生氣 流激振的可能性極為重要。

2、葉頂間隙激振力 如果汽輪機轉子出現彎曲，就可能導致轉子和氣缸的幾何中心不同位。在這種 情況下，就會使得圓周方向上的間隙分佈不均，轉子相對氣缸中心出現偏差， 間隙一邊大，一邊小。間隙大的一邊，蒸汽通過量會較大，使得漏氣較多作用 在動葉上的蒸汽少，力就較小，導致切向力 F1 變小而漏氣較少的一側，作 用在動葉上的蒸汽較多，切向力 F2 就會增大。因為 F1 和 F2 不一致時，不僅 會產生扭矩使轉子做功，同時還會產生一個不平衡切向力 Q=F2-F1。這個不平 衡的切向力的存在將會導致轉子會被沿轉動方向渦動，從而可能引發氣流激振 故障。

3、密封間隙激振力 迷宮式的氣封設置在大功率汽輪機的軸端、隔板內徑、動葉外徑。一旦發生以 下這幾種情況，就可能導致產生密封間隙振力:汽輪機轉子有幾何方向偏移， 會使得不同尺寸的間隙中的間隙壓力不同，導致轉子四周的靜壓力產生波動 汽輪機的進出氣邊齒間隙由不同的形狀組成，這些不同的形狀在轉子進行轉動 時會出現漏氣量不同的問題，導致兩邊齒的腔室壓力出現不同因為動葉片是 三角形的，這就導致進入氣封間隙的流體的方向無法確定，而這些方向無法確 定方向的流體可能會存在預旋轉子進行轉動時，會導致實際氣流在氣封間隙 中的方向呈現螺旋狀，使得圓周方向上的不對稱合力與轉子出現進動相位差。 這些都可能導致汽輪機氣流激振故障。

4、靜態氣流力出現的原因 決定汽輪機負荷的最重要原因就是進蒸汽流量，所以汽輪機會時常改變負荷。 目前，汽機應用的方式有很多種，出現次數最多的應該為噴嘴配氣。應用噴嘴 配氣的操作相對簡單，首先將噴嘴分組，每個噴嘴後面都會有對應的調節閥， 依次打開後分割調節閥後面的空間。受到氣缸內温差的影響，先開啟控制以下 180°範圍內的調節氣閥，使蒸汽先進入下氣缸，然後正式啟動噴嘴調節模式開 始工作。隨着負荷的變動，可以按先後順序依次打開調節閥。一級靜葉控制汽 機調節閥的打開程度受多個方面的控制，最突出的是流量及負荷。二者的改變 將決定打開的程度及打開噴嘴數量，當兩個因素有一個發生變化時，都會導致 調節噴嘴的進氣不相對稱，這時產生的力為不對稱的作用力，作用在汽輪機上。 當達到滿圓周進氣時，兩邊相對稱角度的噴嘴組會產生相反的作用力。假如噴 嘴組的截面面積相同，那麼必然會產生相同作用力大小的氣流。當兩個氣流交 匯到一起的時候會產生推動軸旋轉做功的扭矩，此時的切向力為零。只有噴氣 嘴內有蒸汽流動，才會產生相應大小的氣流壓力。假如設備故障或者噴嘴堵塞， 就沒有蒸汽流過噴嘴，將不會產生抵消總的氣流力的力。

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