原创300MW汽轮机组异常振动分析毕业论文设计.docx
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原创300MW汽轮机组异常振动分析毕业论文设计
毕业设计
题目：
300MW汽轮机组异常振动分析
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
毕业设计（论文）答辩委员会
毕业设计（论文）成绩评定书
专业班级：
08热能动力设备与应用姓名：
马丹丹
毕业设计（论文）课题：
300MW汽轮机组异常振动分析
经毕业设计（论文）答辩，评定该同学的毕业设计（论文）成绩为
毕业设计（论文）答辩委员会主任：
副主任：
年月日
毕业设计（论文）任务书
根据08热能动力设备与应用专业教学计划安排，马丹丹同学毕业设计（论文）任务如下：
1、毕业设计（论文）课题：
300MW汽轮机组异常振动分析
2、原始资料：
《汽轮发电机组振动及事故》、《大型汽轮机组典型事故及预防》、《热力发电厂》、《汽轮机设备与运行》
《汽轮机原理》《汽轮机课程设计参考资料》
3、设计要求：
（2）毕业论文正文不得少于5000字
（3）论文可结合自己的工作实际，运用所学理论进行分析。
（5）论文主体鲜明、逻辑清晰、语言简洁、结论正确。
4、设计时间：
自月日至月日
指导教师：
闫亚坤系（部）主任：
年月日
评阅人评语：
成绩：
评阅人：
年月日
指导教师评语：
成绩：
指导教师：
年月日
在为期三个月的毕业设计中，该同学能在老师的严格要求下顺利完成整个毕业设计工作和论文的撰写。
在整个毕业设计的过程，态度端正，学习也比较认真，时间安排也很合理。
论文选题符合专业培养目标毕业论文，能够达到综合训练目标，题目有难度，工作量较大。
选题具有学术研究参考价值和实践指导意义。
该生查阅文献资料能力较强，能较为全面收集关于300MW汽轮机组异常振动的资料，写作过程中能综合运用300MW汽轮机组知识，全面分析300MW汽轮机组异常振动问题，综合运用知识能力较强。
文章篇幅完全符合学院规定，内容完整，层次结构安排科学，主要观点突出，逻辑关系清楚，语言表达流畅，有一定的个人见解。
文题相符，论点突出，论述紧扣主题，其时效性较强。
毕业设计说明书（论文）
设计题目：
300MW汽轮机组异常振动分析
学生姓名：
马丹丹
系部名称：
机电工程系
专业班级：
08热能动力设备与应用
时间：
2011.05.20
【摘要】：
汽轮机是电厂的主要设备，汽轮机是否安全运行是保证电厂安全的基础。
汽轮机组异常振动是汽轮机常见故障中较为复杂的一种故障。
由于机组的振动往往受多方面的影响，只要跟机体本体有关的任何一个设备或介质都会是机组振动的原因，因此，针对汽轮机异常振动的分析就显得尤为重要，只有查明原因才能对症维修。
针对导致汽轮机异常振动的各个原因分析是维修汽轮机异常振动的关键。
本文对汽轮机的工作原理及300MW汽轮机组进行了简单介绍，重点分析了300MW汽轮机组运行过程中产生的异常振动，并提出了解决措施。
【关键词】：
汽轮机、异常振动、原因分析、解决措施
目录…………………………………………………………………………1
一、汽轮机简介……………………………………………………………2
（一）汽轮机的工作原理………………………………………………2
（二）汽轮机的结构组成………………………………………………2
（三）汽轮机的种类………………………………………………………………4
（四）汽轮机的用途……………………………………………………5
（五）汽轮机的发展状况………………………………………………5
二、汽轮机振动带来的危害……………………………………………6
（一）转动部件损坏……………………………………………………7
（二）连接部件松动……………………………………………………7
（三）机组动、静部分摩擦……………………………………………7
（四）引起基础甚至厂房建筑物的共振损坏…………………………7
（五）有可能引起危急保安器误动作而发生停机事故………………7
三、汽轮机发电机组振动的评价标准……………………………………7
四、汽轮机异常振动的可能原因…………………………………………8
（一）汽轮机转子塑性变形——大轴弯曲……………………………9
（二）汽轮机转子动平衡校正精度不高，或转子质量平衡块定位不牢固……………………………………………………………………………9
（三）滑销系统存在问题………………………………………………10
（四）汽轮机轴承基础不牢固、台板松动，轴承座坚固螺栓松动…10
（五）发电机转子有热弯曲……………………………………………11
（六）引进型300MW机组发电机的励磁机采用三支承结构，抗振动稳定性较差………………………………………………………………………11
（七）汽轮机轴承油膜不稳定或震荡的原因…………………………11
（八）轴承动态标高变化………………………………………………11
（九）高中压转子振动爬升及其原因…………………………………11
（十）转子中心孔进油…………………………………………………13
参考文献……………………………………………………………………18
致谢…………………………………………………………………………19
一、汽轮机简介
（一）汽轮机的工作原理
汽轮机（见图1、图2）是将蒸汽的能量转换成为机械工的旋转式动力机械。
又称蒸汽透平。
来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。
蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。
图
（1）汽轮机内部图
（2）汽轮机
（二）汽轮机的结构组成
汽轮机是由转动部分和静止部分两个方面组成。
转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等；静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。
如图（3）单级汽轮机的结构图。
图（3）单级汽轮机的结构简图（a.立体图b.I-I剖视c.剖面图）
1．汽缸
汽缸是汽轮机的外壳，其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内部完成能量的转换过程，汽缸内安装着喷嘴室、隔板、隔板套等零部件；汽缸外连接着进汽、排汽、抽汽等管道。
高压缸有单层缸和双层缸两种形式。
单层缸多用于中低参数的汽轮机。
双层缸适用于参数相对较的汽轮机。
分为高压内缸和高压外缸。
高压内缸由水平中分面分开，形成上、下缸，内缸支承在外缸的水平中分面上。
高压外缸由前后共四个猫爪支撑在前轴承箱上。
猫爪由下缸一起铸出，位于下缸的上部，这样使支承点保持在水平中心线上。
中压缸由中压内缸和中压外缸组成。
中压内缸在水平中分面上分开，形成上下汽缸，内缸支承在外缸的水平中分面上，采用在外缸上加工出来的一外凸台和在内缸上的一个环形槽相互配合，保持内缸在轴向的位置。
中压外缸由水平中分面分开，形成上下汽缸。
中压外缸也以前后两对猫爪分别支撑在中轴承箱和1号低压缸的前轴承箱上。
低压缸为反向分流式，每个低压缸一个外缸和两个内缸组成，全部由板件焊接而成。
汽缸的上半和下半均在垂直方向被分为三个部分，但在安装时，上缸垂直结合面已用螺栓连成一体，因此汽缸上半可作为一个零件起吊。
低压外缸由裙式台板支承，此台板与汽缸下半制成一体，并沿汽缸下半向两端延伸。
低压内缸支承在外缸上。
每块裙式台板分别安装在被灌浆固定在基础上的基础台板上。
低压缸的位置由裙式台板和基础台板之间的滑销固定。
2．联轴器
联轴器用来连接汽轮机各个转子以及发电机转子，并将汽轮机的扭矩传给发电机，现代汽轮机常用的联轴器常用三种形式：
刚性联轴器，半挠性联轴器和挠性联轴器。
3．静叶片
隔板用于固定静叶片，并将汽缸分成若干个汽室。
4．动叶片
动叶处安装在转子叶轮或转鼓上，接受喷嘴叶栅射出的高速气流，把蒸汽的动能转换成机械能，使转子旋转。
叶片一般由叶型、叶根和叶顶三个部分组成。
叶型是叶片的工作部分，相邻叶片的叶型部分之间构成汽流通道，蒸汽流过时将动能转换成机械能。
叶根是将叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分。
它应保证在任何运行条件下的连接牢固，同时力求制造简单、装配方便。
5．汽封
转子和静体的间的间隙会导致漏汽，这不仅会降低机组效率，还会影响机组安全运行。
为了防止蒸汽泄漏和空气漏入，需要有密封装置，通常称为汽封。
汽封的作用是为了防止蒸汽泄漏和空气漏入，汽封按安装位置的不同，分为通流部分汽封、隔板汽封、轴端汽封。
6．轴承
轴承是汽轮机一个重要的组成部分，分为径向支持轴承和推力轴承两种类型，它们用来承受转子的全部重力并且确定转子在汽缸中的正确位置。
（三）汽轮机的种类
1．按结构有单级汽轮机和多级汽轮机；各级装在一个汽缸内的单缸汽轮机，和各级分装在几个汽缸内的多缸汽轮机；各级装在一根轴上的单轴汽轮机，和各级装在两根平行轴上的双轴汽轮机等。
2．按工作原理有蒸汽主要在各级喷嘴中膨胀的冲动式汽轮机；蒸汽在静叶和动叶中都膨胀的反动式汽轮机；以及蒸汽在喷嘴中膨胀后的动能在几列动叶上加以利用的速度级汽轮机。
3．按热力特性有蒸汽主要在各级喷嘴（或静叶）中膨胀的冲动式汽轮机；蒸汽在静叶和动叶中都膨胀的反动式汽轮机；以及蒸汽在喷嘴中膨胀后的动能在几列动叶上加以利用的速度级汽轮机。
4．按用途可分为为电站汽轮机、工业汽轮机、船用汽轮机等。
5．按汽缸数目可分为单缸汽轮机、双缸汽轮机和多缸汽轮机。
6．按蒸汽初压分为低压汽轮机、中压汽轮机、次高压汽轮机、高压汽轮机、超高压汽轮机、亚临界汽轮机和超临界汽轮机。
（四）汽轮机的用途
汽轮机主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机压缩机和船舶螺旋桨等。
还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。
汽轮机通常在高温高压及高转速的条件下工作，是一种较为精密的重型机械，一般须与锅炉（或其他蒸汽发生器）、发电机（或其他被驱动机械）以及凝汽器、加热器、泵等组成成套设备，一起协调配合工作。
（五）汽轮机的发展状况
1．国际上汽轮机发展状况
（1）1883年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台单级冲动式汽轮机，随后在1884年英国工程师帕森斯设计制造了第一台单级反动式汽轮机，虽然当时的汽轮机和我们现在的汽轮机相比结构非常简单，但是从此推动了汽轮机在世界范围内的应用，被广泛应用在电站、航海和大型工业中。
（2）在60年代，世界工业发达的国家生产的汽轮机已经达到500—600MW等级水平。
1972年瑞士BBC公司制造的1300MW双轴全速汽轮机在美国投入运行，设计参数达到24Mpa，蒸汽温度538°C，3600rpm；1974年西德KWU公司制造的1300MW单轴半速（1500rpm）饱和蒸汽参数汽轮机投入运行，；1982年世界上最大的1200MW单轴全速汽轮机在前苏联投入运行，压力24Mp，蒸汽温度540°C。
（3）目前世界各国都在研究大容量、高参数汽轮机的研究和开发，如俄罗斯正在研究2000MW汽轮机。
2．我国汽轮机发展状况
（1）我国汽轮机发展起步比较晚。
1955年上海汽轮机厂制造出第一台6MW汽轮机。
1964年哈尔滨汽轮机厂第一台100MW机组在高井电厂投入运行；1972年第一台200MW汽轮机在朝阳电厂投入运行；1974年第一台300MW机组在望亭电厂投入运行。
70年代进口了10台200—320MW机组，分别安装在了陡河、元宝山、大港、清河电厂。
70年代末国产机组占到总容量70%。
（2）1987年采用引进技术生产的300MW机组在石横电厂投入运行；1989年采用引进技术生产的600MW机组在平圩电厂投入运行；2000年从俄罗斯引进两台超临界800MW机组在绥中电厂投入运行。
（3）上海汽轮机厂是中国第一家汽轮机厂，在1995年开始与美国西屋电气公司合作成立了现在的STC，1999年德国西门子公司收购了西屋电气公司发电部，STC相应股份转移给西门子。
哈尔滨汽轮机厂1956年建厂，先后设计制造了我国第一台25MW、50MW、100MW和200MW汽轮机，80年代从美国西屋公司引进了300MW和600MW亚临界汽轮机的全套设计和制造技术，于1986年制造成功了我国第一台600MW汽轮机，目前自主研制的三缸超临界600MW汽轮机已经投入生产。
东方汽轮机厂1965年开始兴建，1971年制造出第一台汽轮机，目前的主力机型为600MW汽轮机。
北京北重汽轮电机有限责任公司做为后起之秀，以300MW机组为主导产品，它是由始建于1958年的北京重型电机厂通过资产转型在2000年10月份成立的又一大动力厂，目前2台600MW汽轮机也已经在今年投入生产。
（4）目前中国四大动力厂以300MW和600MW机组为主导产品。
（六）汽轮机的优点
与往复式蒸汽机相比，汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，单位面积中能通过的流量大，因而能发出较大的功率。
大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽力和温度，故热效率较高。
二、汽轮机振动带来的危害
我国北方城市由于水利资源较南方少，火力发电是城市用电的主要来源。
电力供给是城市发展的关键，为了增加城市用电的稳定，电厂维修部门都会定期对发电机组进行检修与维护。
汽轮机作为发电系统的重要组成部分，其故障率的减少对于整个系统都有着重要的意义。
汽轮机异常振动是发电厂常见故障中比较难确定故障的一种故障，振动过大可能造成严重的危害，主要表现在以下几方面。
（一）使转动部件损坏。
机组振动过大时，叶片、叶轮等转动部件上会产生很大的应力，导致疲劳损坏。
（二）使连接部件松动。
机组发生过大的振动，将使与其相连的轴承、主油泵、凝汽器等发生强烈的振动，引起螺栓松动甚至断裂，从而造成重大事故。
（三）使机组动、静部分摩擦。
如轴端汽封及隔板汽封与油的摩擦，轻则使汽封磨损，间隙增大，漏气损失增加，汽轮机相对内效率降低，严重时会造成主轴弯曲。
（四）引起基础甚至厂房建筑物的共振损坏。
（五）有可能引起危急保安器误动作而发生停机事故。
汽轮机组发生异常振动，往往是设备损坏的先兆或象征。
剧烈的振动会损坏汽缸、轴承座、台板和基础之间的可靠连接，从而使振动进一步加剧。
剧烈振动发展到一定程度会使机组动静之间发生碰擦，严重时将导致大轴弯曲，而动静相碰、大轴弯曲反过来又加剧了振动，产生恶性循环，最后可能引起汽轮机紧固件松弛、轴承乌金碎裂、轴承座基础松动，甚至损坏整个机组和厂房建筑物。
汽轮机发生剧烈振动、大轴弯曲的事故是比较典型的恶性设备损坏事故。
针对这样的情况，加强汽轮机汽轮机异常振动分析，为发电企业诶秀部门提供基础分析就显得极为必要，
三、汽轮机发电机组振动的评价标准
汽轮机发电机组振动值一般用轴承的振幅或轴的振幅的大小来衡量。
振动允许值随机组的不同而不同，一般的振动标准见表
（1）
双峰振幅是测点单峰振幅的二倍，也称全振幅或峰—峰值，取轴承座垂直、水平和轴向三个方面的最大测量值。
表
（1）汽轮机发电机组振动标准
机组转速（rmin）
轴承的双峰振幅（mm）
优秀
良好
合格
3000
<0.02
<0.03
<0.05
1500
<0.03
<0.05
<0.07
由于受到轴承及油膜刚度的影响，在轴承上测得的振幅不能完全反映出转动部分的振动情况，因此还应直接测量转子的振动数值做为标准才是合理的。
随着测量技术的发展，现在已有直接测量转子振动的非接触式仪表，并在机组安装使用。
国家规定了3000min汽轮机轴承和轴的振动标准，见表
（2）。
表
（2）轴承和轴的振动评价标准
评价
优
良
正常
合格
需从新找平衡
允许短时运行
立刻停机
全振幅mm
轴承
<0.0125
<0.02
<0.025
<0.03
0.03~0.058
<0.05
0.05~0.063
轴
<0.038
<0.064
<0.076
<0.089
0.102~0.127
—
0.152
四、汽轮机异常振动的可能原因
300MW汽轮发电机组已经是我国电网中的主力机组。
当前,国产300MW汽轮机组多数采用双缸（高中压合缸）双排汽、轴系四支承结构（见图4）,低压转子两端轴承坐落在排汽缸上。
经过多年的现场试验研究和理论分析,这种300MW汽轮机组除了具有旋转机械一般振动特性外,由于其自身结构的特性,还有其独特的振动现象,应引起制造厂家、用户和有关技术人员的注意,以确保机组的安全稳定运行
（图4）国产N300MW汽轮机组轴系示意图
汽轮机异常振动的可能原因有一下几点：
（一）汽轮机转子塑性变形——大轴弯曲。
1．汽轮机轴封、隔板汽封块因安装问题而使间隙太小时，运行时会产生动静磨擦。
因局部磨擦过热膨胀，使转子产生热弯曲，若强行通过临界转速，则很容易产生永久性弯曲。
2．汽缸受热不均或汽轮机进冷水、冷汽时，会造成上下汽缸温差过大，使汽缸产生热变形或拱背弯曲，导致汽轮机轴端和隔板径向间隙消失相碰。
严重时汽缸下部积水较多，使高温状态的转子接触到冷水，转子局部骤冷产生热变形。
3．汽轮机停用后消缺或盘车装置存在问题，使盘车不正常，引起转子热弯曲、晃度值超标。
（二）汽轮机转子动平衡校正精度不高，或转子质量平衡块定位不牢固，造成转子在升速时产生不平衡振动。
汽轮机运行中，转子上叶片断落，使转子产生新的不平衡，且由于叶片断落使转子受到的蒸汽力不平衡而产生较大弯矩，这些原因都将引起汽轮机异常振动。
汽轮机作为热能动力机械，在长期运转过程中，由于蒸汽质量质量不好或锅炉负荷急剧变化，都会造成汽轮机转子结垢现象，导致叶片表面粗糙度增加，致使转子产生新的质量不平衡引起汽轮机振动。
所以在大修期间，一般都要对汽轮机叶片上的结垢进行清理，在进行除垢时应该保证除垢方法的正确性，同时要注意对整个转子都要进行除垢，这种转子上产生新的质量不平衡现象经长在电厂发生过。
（三）滑销系统存在问题，使汽缸膨胀受阻，轴承座标高发生变化，引起轴系中心破坏。
众所周知，汽轮机在起动、停机和运行时，汽缸的温度变化较大，将沿长、宽、高几个方向膨胀或收缩，因此，为保证汽缸定向自由膨胀，并能保持汽缸与转子中心一致，避免因膨胀不均匀造成不应有的应力，同时也为了避免
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