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1、设备概述
该合成气机组由汽轮机拖动压缩机。其中，汽轮机振动的报警门限为70μm，联锁门限为100μm，机组总貌图如下图所示：
图8-1 合成气机组总貌图
2、故障现象
2017年8月24日11:29分，合成气汽轮机四个通道在转速未做调整的情况下，汽轮机进汽侧两通道振值突然出现大幅跳变，从稳定运行时的30μm，变化至60μm左右，变化时间在2s以内；排汽侧也同步小幅变化了10μm左右。随后机组运行过程中，汽轮机各通道振值随转速变化始终比较同步；运行至11月30日21:20时，汽轮机四个通道振值再次出现大幅跳变，表现为进汽侧两个通道下降，排汽侧两个通道大幅上升，最大达到80μm，随后机组降转速运行，振值最大达到95μm，不得不停机检修。
 图8-2 8月24日振动通频趋势图
 图8-3 11月30日振动通频趋势图
3、故障分析
8月24日汽轮机第一次出现振值跳变时刻，各通道GAP电压趋势稳定，说明传感器系统正常，为真实信号；对比相关工艺量数据，均无明显同步关系，因此可排除工艺调整方面的原因；结合振动图谱，发现引起振值变化的主要特征频率为1X，且1X相位同步发生大幅变化，在振值突变时刻，波形图清晰地记录了这一时刻的突变过程，频谱图上丰富、活跃的低频成分表征了断叶片的过程中出现了碰摩。波形随后趋于稳定，频谱图中频率成分仍以1X为主，其它频率成分幅值很低，进汽侧轴心轨迹呈椭圆形，但涡动的范围与之前比较显著增大。
 图8-4 第一次突变时1X幅值趋势
 图8-5 第一次突变时1X相位趋势
 图8-6 发生变化时刻波形频谱图
 图8-7 变化后的波形频谱图
图8-8 变化后轴心轨迹图 综合以上图谱及现象分析，导致汽轮机振值发生突变的原因为转子突发性不平衡，推测该转子叶片出现了损坏的情况，一般比较常见的现象包括：叶片断落、裂纹、围带飞脱、拉筋开焊或断裂、叶片水蚀等。以往我们曾遇到过汽轮机叶片断裂的故障案例，在机组正常运行中，突然出现叶片断裂，断落的叶片夹在间隙很小的动静部分中，造成碰磨；断落的叶片在本级碰磨后，其残骸沿汽流进入后几级造成动静部分碰磨，造成设备严重损环，其破坏力极大。幸运的是，在机组随后的运行过程中，其振动趋势较为平稳，振值稳定在60μm左右，仅随转速调整小幅波动。由于当时现场不具备停机和抢修条件，建议机组可继续运行，但应尽量避免转速及负荷的频繁波动，若再次出现振值大幅波动现象时，需立即停机检修。
机组运行至11月30日21:20分时，汽轮机四个通道振值再次出现大幅突变，同样为1X为主的变化，且1X相位再次改变。
 图8-9 第二次突变时1X幅值趋势
 图8-10 第二次突变时1X相位趋势
由于该汽轮机组已经第 2 次出现振值突变的情况，且振动水平较高，降转速/负荷运行时，振动趋势反而有明显的增加趋势，建议用户立即停车检修，避免因振动高或叶片的再次脱落对转子和机组造成更大的损伤。
随后现场组织机组停车，在通过临界转速区间时，汽轮机振动值高达185μm。
 图8-11 停机过程振动趋势图
4、故障验证
机组停机后，用户组织对该汽轮机进行拆解，发现汽轮机转子在进汽侧叶片围带位置和排汽侧叶片和拉筋位置均出现了损伤和脱落的现象，验证诊断结论准确！
图8-12 汽轮机叶轮转子图片 叶片损坏事故在汽轮机故障中占的比例较大，给设备的安全、经济运行带来一定影响。为防止叶片损坏，在机组设计和运行时需密切注意以下几点：
(1)核算转子和叶片的固有频率，避免叶片的共振频率与转速频率相近或重合造成共振；
(2)运行中保持蒸汽参数和各监视段压力、真空等在正常范围内，避免超负荷、超极限值运行；
(3)加强汽、水的化学监督，避免叶片出现腐蚀；
(4)运行中加强对振动的监视，防止汽机因进冷水、冷汽或其他原因导致受热不均变形、动静间隙减小引起局部碰磨；
(5)机组大修中，应对通流部分损伤情况进行全面细致地检查，做好叶片、围带、拉筋的损伤记录，做好叶片的调频工作。
本文为沈鼓云服务原创诊断案例，
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