某汽轮机断叶片案例分析

某汽轮机断叶片案例分析

叶片断裂是大型旋转机械中典型的不平衡类故障，同时也是会给机组带来非常严重后果的故障之一。

前两期和你分享了烟机和压缩机发生叶片断裂的案例，那么汽轮机出现断叶片，振动会是什么情况呢？

我们再来回顾一下振动跳变的相关知识：

机组振值的突然跳变有三种可能：叶片断裂、异物进入和垢层脱落。

它们的故障机理和动平衡故障是相同的，主要特征有三条：

1．振动的通频振幅在瞬间突然变化；

2．振动的特征频率是转子的工作频率；

3．工频振动的相位也会发生突变。

第一部分：设备概况

首先我们还是来看一下本期所要讲述的设备的基本情况。这套PTA装置的机组汽轮机型号为NKS71/3.2。机组总貌图如图1所示。

图1 机组总貌图

汽轮机主要设计参数如下：

汽轮机型式：冷凝式汽轮机 型号：NKS71/3.2

介质：蒸汽 转向（从原动机端看）：CW 顺时针

工作转速：3000rpm 跳闸转速：3300rpm

轴振动报警值：95μm 轴振动停机值 ：135μm

第二部分：故障现象及原因分析

该机组于2015年2月4日15:51:03启机，汽轮机联端振动值不超过40μm，非联端振动值最大也不超过40μm，主要频率成分为1X，运行平稳，如图2所示。

图2 跳变前的通频趋势图

运行至2月末的时侯，汽轮机非联端X通道振动数值逐渐变为1μm 以下，查看GAP趋势，说明这个通道的传感器系统出现了问题。如图3所示。

半个月后的3月14日凌晨1:26:28时，汽轮机4个通道振动出现跳变，联端两个通道振动值由37μm 21μm上升至75μm 72μm ，非联端一个通道振动值仅仅向上变化了2μm，另外一个通道因为传感器系统异常，无数据。如图3所示。

图3 跳变前后的通频趋势图

3个通道的1倍频、2倍频、0.5倍频的幅值和1倍频相位都发生了明显变化，此过程持续时间为1s，振动幅值瞬间上升后无回落迹象，如图4-6所示。

图4 跳变前后1x幅值、相位趋势图

图5 跳变前后2x趋势图

图6 跳变前后0.5x趋势图

查看振动变化前后波形频谱图，见图7 ～图8：

图7 振动变化前各通道波形频谱图

图8 振动变化后各通道波形频谱图

从图2至图8分析，汽轮机的异常振动能量主要集中在工频上，在1s的时间内工频振幅瞬间突然升高且无回落迹象。

通过以上分析，判断汽轮机转子发生了跳变性的不平衡，有3种可能：进异物、断叶片、结垢脱落。

汽轮机一般很少出现进异物的情况，另外这个汽轮机运行不久，出现结垢的可能性非常小，那么就只有一种可能，就是汽轮机转子发生了永久性的机械损伤，转子上有异物脱落（如叶片断裂）。

我们建议用户尽快择机停车，对汽轮机转子进行检查、处理。

但现场用户为了保证生产，并没有停机，而是选择继续运行。

机组运行至5月25日，因为现场晃电，机组停机，过临界时振动反应明显，见图9，继续开机后，振动最大值不超过86μm。

图9 汽轮机在5月25日停机时的趋势图

2015年9月15日，现场再次出现晃电停机，仍然没有检修，机组于2015年9月15日17:59:47启机，汽轮机联端振动值不超过86μm，非联端振动值最大不超过45μm，主要频率成分为1X，运行平稳，如图10。

图10 跳变前的通频趋势图

2015年9月19日23:57:55时，汽轮机4个通道振动出现跳变，联端两个通道振动

值由80μm上升至115μm，非联端两个通道振动值同步突增近30μm，最高到75μm，4个通道的1倍频的幅值和相位发生了明显变化，此过程持续时间为1s，振动幅值瞬间上升后无回落迹象，如图11。

图10~图14是相关趋势图：

图11 跳变前后的通频趋势图

图12 跳变前后1x趋势图

图13 跳变前后2x趋势图

图14 跳变前后0.5x趋势图

查看振动变化前后波形频谱图，图15-16：

图15 振动变化前各通道波形频谱图

图16 振动变化后各通道波形频谱图

从图10~图16可以看出，汽轮机的异常振动能量主要集中在工频上，0.5x有一定程度波动，在1s的时间内工频振幅瞬间突然升高且无回落迹象。

第三部分：结论和建议

通过以上分析，判断汽轮机转子再次发生了永久性的机械损伤，转子上有异物脱落（如叶片断裂）的可能性非常大。

图17 两次跳变的趋势图

鉴于这个汽轮机已经出现两次振动跳变，转子上断叶片的可能性非常大，危险程度已经非常高了，我们建议用户必须停车，对汽轮机转子进行检查、处理。

第四部分：结论验证

用户停机检修后，对机组进行了解体检查，发现汽轮机末2级和末4级叶片断裂。

解体后汽轮机转子情况，见图18~图21：

图18 末2级叶片断裂的现场照片

图19 末4级叶片断裂的现场照片

图20 末4级断裂下来的叶片残片的现场照片

图21叶片断裂后对其它部位损伤的现场照片

第五部分：归纳总结

通过这个案例的分析，我们知道，烟机、压缩机、汽轮机振值的突然跳变有三种可能：叶片断裂、异物进入和垢层脱落。

再次强调：它们的故障机理和动平衡故障是相同的，主要特征有三条：

1.振动的通频振幅在瞬间突然变化；

2.振动的特征频率是转子的工作频率；

3.工频振动的相位也会发生突变。