汽轮机的运行维护
运行中对汽轮机设备进行正确的维护、监视和调整，是实现安全、经济运行的必要条件。为此，机组正常运行时要经常监视主要参数的变化情况，并能分析其产生变化的原因。对于危害设备安全经济运行的参数变化，根据原因采取相应措施调整，并控制在允许的范围内。
汽轮机运行中的主要监视项目，除汽温、汽压及真空外，还有监视段压力、轴向位移、热膨胀、转子(轴承)振动以及油系统等。
在正常运行过程中，为保证机组经济性，运行人员必须保持：规定的主蒸汽参数和再热蒸汽参数、凝汽器的最佳真空、给定的给水温度、凝结水最小过冷度、汽水损失最小、机组间负荷的最佳分配等。
一、汽轮机运行中的监视 1．负荷与主蒸汽流量的监视
机组负荷变化的原因有两种：一种是根据负荷曲线或调度要求由值班员或调度员主动操作；另一种是由于电网频率变化或调速系统故障等原因引起。
负荷变化与主蒸汽流量变化的不对应一般由主蒸汽参数变化、真空变化、抽汽量变化等引起。遇到对外供给抽汽量增大较多时，应注意该段抽汽与上一段抽汽的压差是否过大，避免因隔板应力超限及隔板挠度增大而造成动静部件相碰的故障。
当机组负荷变化时，对给水箱水位和凝汽器水位应及时检查和调整。随着负荷的变化，各段抽汽压力也相应地变化，由此影响到除氧器、加热器、轴封供汽压力的变化，所以对这些设备也要及时调整。轴封压力不能维持时，应切换汽源，必要时对轴封加热器的负压要及时调整。负压过小，可能使油中进水；负压过大，会影响真空。增减负荷时，还需调整循环水泵运行台数，注意给水泵再循环门的开关或调速泵转速的变化、高压加热器疏水的切换、低压加热器疏水泵的启停等。
2．主蒸汽参数的变化
一般主蒸汽压力的变化是锅炉出力与汽机负荷不相适应的结果，而主蒸汽温度的变化，则是锅炉燃烧调整、减温水调整、直流炉燃水比不当、汽包炉给水温度因高压加热器运行不正常发生变化等所致；主蒸汽参数发生变化时，将引起汽轮机功率和效率的变化，并且使汽轮机通流部分的某些部件的应力和机组的轴向推力发生变化。汽轮机运行人员虽然不能控制汽压、汽温，但应充分认识到保持主蒸汽初参数合格的重要性，当汽压、汽温的变化幅度超
过制造厂允许的范围时，应要求锅炉恢复正常的蒸汽参数。 3．再热蒸汽参数的监视
再热蒸汽压力是随着蒸汽流量的变化而变化的。再热蒸汽压力的不正常升高，一般由中压调速汽门脱落或调节系统发生故障而使中压调速汽门或自动主汽门误关引起的，应迅速处理，设法使其恢复正常。
再热蒸汽的温度主要取决于锅炉的特性和工况。再热蒸汽温度变化对中压缸和低压缸的影响，类似于主蒸汽温度的变化，在此不再赘述。
4．真空的监视
真空是影响汽轮机经济性的主要参数之一，运行中应保持真空在最有利值。真空降低，即排汽压力升高时，汽轮机总的比焓降将减少，在进汽量不变时，机组的功率将下降。如果真空下降时继续维持满负荷运行，蒸汽量必然增大，可能引起汽轮机前几级过负荷。真空严重恶化时，排汽室温度升高，还会引起机组中心变化，从而产生较大的振动。所以，运行中发现真空降低时，要千方百计找到原因并按规程规定进行处理。 末级长叶片对允许的最低真空也有严格规定。
5．胀差的监视
正常运行中，由于汽缸和转子的温度已趋于稳定，一般情况胀差变化很小，但决不能因此而放松对它的监视。当机组运行中蒸汽温度或工况大幅度快速变动时，胀差变化有时也是较大的。如：机组参与电网调峰时、负荷变化速率较大。主蒸汽、再热蒸汽温度短时内有较大的变化，汽缸夹层内由于导汽管泄漏有冷却蒸汽流动，汽缸下部抽汽管道疏水不畅等都将引起胀差的变化。特别是在高压加热器发生满水，使汽缸进水时，胀差指示很快就会超限，应引起注意。
6．对其他表计的监视
正常运行中，运行人员在监视时，还要注意润滑油温、油压、轴承金属温度、各泵电
流等。如发生异常，只要及时发现，就应得到正确处理。
二、汽轮机运行中的监督
1．汽轮机通流部分结垢的监督
定期监督汽轮机通流部分可能堆积的盐垢，是汽轮机安全和经济运行的必要条件。喷嘴和叶栅通道结有盐垢，将导致通道截面积变窄，而使结垢级各级叶轮和隔板压差增大，比焓降增加；应力增大，使隔板挠度增大，同时引起汽轮机推力轴承负荷增大。汽轮机的配汽机构也可能结垢，使汽门和调速汽门卡涩，在甩负荷时将导致汽轮机严重超速的事故。 在凝汽式汽轮机中，通流部分的结垢监视是根据调节级压力和各段抽汽压力(最后
一、二级除外)与流量是否成正比而判断的，一般采用定期对照分析调节级压力相对增长率的方法。
当新蒸汽维持额定参数和各段抽汽均投入运行时，在相同的蒸汽流量下，调节级压力的相对增长率ΔP按下式计算：
%100/PPPP 式中 P‘——叶片干净时的调节级压力(MPa)； P——叶片运行时的调节级压力(MPa)。
一般规定，冲动式机组调节级压力的相对增长率不应超过10％，反动式机组不应超过5％。近代大型冲动式汽轮机常带有一定的反动度，因此该增长率控制应较纯冲动式机组更严格，制造厂都有规定。
此公式也可用于其他监视段的监视，这样有助于推断结垢的段落及结垢速度。 有时压力的升高也可能是其他的原因造成的。如：某一级叶片或围带脱落并堵到下级喷嘴上，
一、二段抽汽压力同时升高，说明是中压调门或高压缸排汽逆止门关小或加热器停运等情况。这就需要根据具体情况做全面分析，特别是要看压力升高的情况是在短时内发生的，还是长期的渐变过程。
汽轮机通流部分结垢的原因，主要是蒸汽品质不良引的，而蒸汽品质的好坏又受到给水品质的影响。所以，要防止汽轮机结垢，首先要做好对给水和蒸汽品质的化学监督，并对汽、水品质不佳的原因及时分析，采取措施。
2．轴向位移的监视
汽轮机转子的轴向位移是用来监视推力轴承工作状况的。近来，一些机组还装设了推力瓦油膜压力表，运行人员利用这些表计监视汽轮机推力瓦的工作状况和转子轴向位移的变化。汽轮机轴向位移停机保护值一般为推力瓦块乌金的厚度减0．1—0．2mm，其意义是当推力瓦乌金磨损熔化而瓦胎金属尚未触及推力盘时即跳闸停机，这样推力盘和机组内部都不致损坏，机组修复也比较容易。
在推力瓦工作失常的初期，较难根据推力瓦回油温度来判断。因为油量很大，反应不灵敏，推力瓦乌金温度表能较灵敏地反映瓦块温度的变化。但是运行机组推力瓦块乌金温度测点位置及与乌金表面的距离，均使测得的温度不能完全代表乌金最高温度。因此，各制造厂根据自己的经验制定了限额。
油膜压力测点能够立即对瓦块负荷变化作出反应，但对油膜压力的安全界限数值，目前还不能提出一个共同的标准。当轴向位移增加时，运行人员应对照运行工况，检查推力瓦温度和推力瓦油回温度是否升高及差胀和缸胀情况。如证明轴向位移表指示正确，应分析原因，并申请做变负荷试验，做好记录，汇报上级，并应针对具体情况，采取相应措施加以处理。
3．汽轮机的振动及其监督
不同机组、同一台机组的不同轴承，各有其振动特点和变化规律，因此运行人员应经常注意机组振动情况及变化规律，以便在发生异常时能够正确判断和处理。带负荷运行时，一般定期在机组各支持轴承处测量汽轮机的振动。振动应从三个方面测量，即从垂直、横向和轴向测量。垂直和横向测量的振动值视转子振动特性而定，也与轴承垂直和横向的刚性有关。每次测量轴承振动时，应尽量维持机组的负荷、参数、真空相同，以便比较，并应做好专用的记录备查，对有问题的重点轴承要加强监测。运行条件改变、机组负荷变化时，也应该对机组的振动情况进行监视和检查，分析振动不正常的原因。
正常带负荷时各轴承的振动在较小范围内变化。当振动增加较大时(虽然在规定范围内)，应向上级汇报，同时认真检查新蒸汽参数、润滑油温度和压力、真空和排汽温度、轴向位移和汽缸膨胀的情况等，如发现不正常的因素，应立即采取措施予以消除，或根据机组具体情况改变负荷或其他运行参数，以观察振动的变化。
大容量汽轮机越来越注重提高其支撑质量和刚性，转子轴颈和轴承之间的油膜对振动的阻尼不可忽视，使轴承振动往往不能反映汽轮机转子的真正振动情况。因此，现代300MW汽轮机大部分都配有直接测量轴颈振动的装置。现场经验证明，轴振不但比轴承振动能更灵敏地反映汽轮机振动情况，而且还可利用轴振和轴承振动值与相位的差，进一步分析机组振动的原因。
汽轮机正常运行的主要控制指标
三、汽轮机组运行的优化管理 1．运行优化管理工作的主要内容
汽轮机组运行中各种参数的变化，如汽压、汽温、真空都将影响到机组运行的经济性与安全性，如何使各种参数及辅机运行方式最接近理想的状态，即是优化管理的目标。机组运行的优化管理是对机组运行性能的在线技术分析，及时发现问题，及时进行改进和调整，所以，这是一种动态管理模式。
机组运行优化管理工作的内容主要有以下几方面：
(1)根据机组的设计参数及数据、机组目前设备的性能状况，分析节能潜力。 (2)从机组设备和运行方式两方面进行改进和试验调整，确定机组可能达到的最佳运行方式和各性能指标。
(3)根据机组的实际情况，建立机组性能计算及耗差分析模型，研制机组在线数据采集、检测及性能计算系统。
(4)实施机组性能在线监测，为运行操作人员提供在线优化运行的调整依据。 (5)建立以供电煤耗为考核指标的节能管理体系，并利用计算机在线系统进行动态运行考核。
(6)建立以在线检测系统为基础的机组运行优化管理考核机制，明确运行、专职及有关部门领导等人员对机组运行优化管理的职责要求。
2．运行优化管理的思路
在以上工作的基础上，利用计算机实时网络系统建立优化在线监测系统，它包括实时数据采集、热力系统主要流程有关画面参数的显示、性能计算及提供耗差分析图表、提供以可控耗差为基础考核的月度班统计值、提供历史数据的查询、统计报表的打印、为运行人员提供简单扼要的操作量等。正常运行中，该系统可根据不同的工况及外界条件的变化(如环境温度、燃料品质等)，计算出当时工况下的真空系统、回热系统、汽水系统等的实际性能值，并与优化试验结果及机组设计数据确定的机组性能值(即当时工况下应达到的最佳性能值)进行比较，得出各性能值的耗差，运行人员即可从该系统的耗差分析、显示中找出影响当前机组运行经济性的主要问题，从而通过调整运行方式或运行参数使机组运行工况最大限度的接近最优的状态。
例如，在一定的负荷和循环水进水温度条件下，对于已有的凝汽器来说，增加循环水流量可以使凝汽器压力降低，使汽轮机做功增加。但增加循环水量必然增加了循环水泵的耗功，只有在增加循环水量使汽轮机增加的做功大于循环水泵由此而增加的耗功时才是合理的。在优化管理系统的耗差分析中，运行人员的调整目标就是使凝汽器压力耗差与循环水泵电耗耗差之和达到最小值，此时机组的真空即为最佳真空。又如对于主蒸汽压力来说，在不影响安全的情况下，压力越高的机组效率越高，但这只适用于额定工况下的情况。在调峰减荷至部分负荷工况时，如果仍维持较高的主蒸汽压力，则将使调门节流损失增加，调节级效率降低，使给水泵由于维持较高的给水压力而耗功增加，使高压缸排汽温度降低。再热蒸汽温度和降低，因而降低了机组效率。所以，调峰运行的机组一般应采用滑压运行的方式。在运行中，最佳的主蒸汽压力应使主蒸汽压力降低产生的耗差、高压缸效率(调门节流损失)的耗差与小汽机用汽量的耗差三者之和达到最小值。
对于回热系统和汽水系统，不论什么工况，总之各加热器只要控制好水位，保持加热器上、
下端差在设计值之内即能达到最佳状态。主蒸汽、再热蒸汽温度应保持设计值，过高将影响到汽轮机金属部件的寿命，偏低则不论什么工况都将使机组效率降低。
四、汽轮机寿命管理
汽轮机寿命管理，是实现机组科学管理的一项重要工作。汽轮机使用寿命控制的主要内容，就是在汽轮机启停及变负荷运行时，最大限度的提高启停速度及响应负荷变化的能力，防止裂纹萌生或降低裂纹的扩展速率，延长汽轮机使用寿命，推迟机组的老化，在安全的基础上，实现长期的经济运行。
关于汽轮机寿命问题国外早有研究。对寿命监测、损耗以及合理的分配进行了一系列分析、试验。为汽轮机管理和运行提供了合理的指导。现在国外制造厂及运行单位一般对制造和使用的机组都作寿命分析和评价，从而得到合理的安全的运行。
我国研究国产汽轮机寿命已有多年，已积累了相当多的数据和经验。 汽轮机寿命取决于其最危险部件的寿命。一般来讲，汽轮机转子作为汽轮机的一个关键部件，其材料性能、几何形状和运行工况都对汽轮机的正常运行影响很大，汽轮机转子的工作环境较恶劣，热应力变化大，运行温度高，不仅引起低周疲劳损伤，而且还要引起高温蠕变损伤；另外，转子旋转速度高，应力集中部位多，一旦出现裂纹既不能用改变运行方式来阻止裂纹的继续扩展又不易修复，还容易造成转子转动的不平衡，因此转于是整个机组中最危险的部件，它的寿命决定了整台汽轮机的寿命。
汽轮机寿命指的就是转子寿命，一般分为无裂纹寿命和剩余寿命两种。所谓无裂纹寿命是转子从第一次投运开始直到产生第一条工程裂纹(约0．5mm长，0．15mm深)为止所经历的运行时间，无裂纹寿命又称致裂寿命。根据断裂力学分析，当出现了第一条裂纹时并不意味着转子寿命的终结，还有一定的剩余寿命，而且这一部分寿命在总寿命中占有相当大的比例，只有当裂纹扩展超过临界裂纹时才会出现裂纹失稳扩展造成转子断裂。所以剩余寿命是指从产生第一条工程裂纹开始直到裂纹扩展到临界裂纹为止所经历的安全工作时间。无裂纹寿命和剩余寿命之和就是转子的总寿命。
汽轮机寿命管理的任务就是正确评价汽轮机部件的寿命(包括无裂纹寿命和剩余寿命)，合理分配机组服役期内各种．工况下的寿命损耗率，延长汽轮机的使用寿命。做好机组寿命管理工作，有助于合理使用材料，充分利用设备潜力，避免灾难性事故的发生。
汽轮机寿命管理包含两层内容：第一是国家宏观指定的服役年限内，如何合理分配、有效使用汽轮机寿命，制定汽轮机寿命分配表，指导运行，以取得最大的经济效益；第二是进行汽轮机寿命的离线或在线监测，对汽轮机寿命和实际损耗做到心中有数，保证汽轮机的安全运行。
1．汽轮机寿命分配
目前通常认为汽轮机的服役年限为30年。在这30年里的时间内，如何合理分配汽轮机寿命，充分利用汽轮机的寿命，以取得最大的经济效益是汽轮机寿命分配的出发点。
汽轮机寿命分配与机组接带负荷的性质有密切的关系。对于带基本负荷的机组，汽轮机寿命的损耗主要为高温蠕变和正常检修而需要的启、停的低周疲劳对汽轮机寿命的损耗。若年平均运行以7000h计算，30年内共计蠕变寿命损耗约占总寿命的25％。此外，考虑不定因素(如负荷、蒸汽参数波动，事故带厂用电运行等)的损耗后，剩余小于75％的寿命可分配给汽轮机启、停时使用。接带基本负荷的机组，终生启、停次数少，因此，每次启、停的寿命损耗率可以分配得较大，可选用较高的升温率启动和快速冷却法停机，以缩短机组启、停过程的时间，提高机组运行时间，多发电。
对调峰机组，除检修、维护需要的正常启、停机以外，还应根据电网的要求安排一定次数的热态启动和一定范围内的负荷变动。负荷变化量(率)和热态启、停次数(速度)应视电网的要求而定。如果一味追求汽轮机寿命而减少负荷变化量(率)或减少热态启、停次数(速度)则失去了调峰机组的意义。
(1) 带厂用电和极热态启动应力水平最高，每次寿命损耗都在0．03％左右。因此，大容量机组从高负荷突变成低负荷运行，或者在高负荷下突然停机再立即启动接带较低负荷时，易形成很大的温差，故尽可能避免这种方式运行，或者尽量缩短这种方式的运行时间，在30年内运行期间仅允许出现10次。
(2)在正常负荷变化工况下，尽管应力水平不高，疲劳寿命损伤也较小，但由于次数多，所以30年内寿命损耗达30％，计划30年内发生12000次变化，每年平均400次。这个数据应很好掌握，对于各种机组应加以控制，否则将可能缩短使用寿命。
(3)热态和温态启动共损耗寿命47．3％，两者的应力水平相近，每次的寿命损耗率在0．01％左右，计划安排在30年内分别启动3000次和1000次，即每年100次和30次，按目前我国的实际情况，三菱机组的调峰性能较强。
2．汽轮机寿命监测
汽轮机寿命分配虽然为运行人员预先给定了运行方案及寿命损耗率，但是，在实际工作过程中，由于不可预测的因素存在，可能导致实际寿命损耗率与预测值有较大偏差，因此，有必要对汽轮机寿命进行监测。
汽轮机寿命监测就是定期或不定期(每次启、停中或启停后)地对汽轮机寿命的实际损耗情况进行核算，以确保机组的安全运行。 监测的方法有两种：离线监测与在线监测。
离线监测：一方面定期地对汽轮机转子的蠕变损耗进行统计计算；另一方面在每次启、停机之后或负荷大幅度(或快速)变动之后，根据调节级出口的蒸汽温度变化曲线，查取各个阶段的温度变化量和温度变化率(或经历时间)，计算其热应力以及寿命的损耗率或直接在转子寿命曲线上查取极限疲劳循环周次，从而计算出寿命的损耗率。
在线监测：则是将调节级出口蒸汽压力、温度、汽轮机转速等相关参数转化为数字信号输入微机，微机按预先给定的数学模型以时间为第二变量进行追踪计算，求出监督部位的热应力及相应的寿命损耗率，随时将计算结果输送到终端或进行显示和打印，实时指导运行人员进行参数的调整，为汽轮机的寿命管理描绘了一个美好的前景。
3．汽轮机寿命诊断方法
(1)根据部件材料使用条件下的温度、应力分布用有限元进行寿命诊断分析，在该材料特性中的循环应力、应变关系需要考虑时效老化的影响。用软化检查结果进行修正。
(2)在计算寿命损耗时，要考虑过去运行历史的积累损伤，时效老化的影响，在其材料主要特性中的蠕变断裂特性、低周疲劳特性用软化检查结果进行修正。
(3)剩余寿命的计算应结合将来运行计划，以循环周次满足由蠕变损伤和疲劳损伤综合作用下开始产生裂纹为计算依据。
(4)将来的材料劣化情况可以依靠以往测量数据的趋势来预测。
(5)对于现在已经有裂纹或缺陷的部位或判断不久将会发生裂纹的部位，要进行裂纹扩展计算。在此也要考虑时效老化的影响，用脆化检查的结果对材料特性中的裂纹扩展特性和断裂韧性进行修正。
以上评价的结果，如果与过去大修记录相对照无矛盾或遗漏的话，那么就可以决定机组的某一部件或部位是需要补修还是更换或是限制运行等措施。
