第五章振動事故原因分析 當(dāng)機(jī)組振動值超過一定限度后在短時間或

1、第五章振動事故原因分析 當(dāng)機(jī)組振動值超過一定限度后，在短時間或經(jīng)一段時間運(yùn)行后，對機(jī)組部件將形成損傷或損壞，嚴(yán)重時形成事故。為了防止事故再次發(fā)生，必須查明事故原因，找出對策，這是編寫本章的主要目的；另外，從這些事故調(diào)查分析中，可以看到過大振動對機(jī)組造成的直接危害，以此引起運(yùn)行，維修及有關(guān)人員對機(jī)組振動的進(jìn)一步關(guān)注。第一節(jié)概述 第二章在討論振動故障，機(jī)理和診斷步驟之前，首先討論了振動故障診斷思路和方法。振動事故分析思路和方法與振動故障診斷基本相同，也必須通過事故現(xiàn)象，過程，特征的分析，才能對事故原因作出判斷。在比較分析過程中采取的主要手段是演繹推理，使用方法詳見第四章第一節(jié)。在事故原因分析中查明

2、事故機(jī)理是十分重要的，只有這樣才能獲得確切的事故原因，制定合理有效的防治對策。但是，振動事故分析畢竟與振動故障診斷不同，其主要差別有：1.對象有所不同。振動故障診斷開始時，對象很明確，就是機(jī)組振動，但振動事故分析開始時并不能肯定振動就是事故唯一的原因，因此排除非振動事故，也是振動事故原因分析的一項重要內(nèi)容。2.振動故障可以多次再現(xiàn)，但振動事故一般不能或不容許再現(xiàn)，從而獲得事故過程，現(xiàn)象，特征，只能從有關(guān)人員口述，記錄，事故后留下的損壞部件，碎片中去分析，尋找，其難度和對分析人員的專業(yè)知識，經(jīng)驗(yàn)的依賴性，要比振動故障診斷大得多。鑒于上述的事故分析思路，本章介紹的振動事故分析與一般事故分析不同，它

3、不是振動，事故現(xiàn)象和可能原因的羅列，歸納，推測，得到的僅僅是可能原因。本章所述的振動事故分析，是在振動故障診斷知識和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，具體介紹如何從事故損壞部件，碎片和有關(guān)紀(jì)錄中尋找證據(jù)，提煉成特征，結(jié)合事故前機(jī)組運(yùn)行狀況，機(jī)組結(jié)構(gòu)，經(jīng)歸納整理，將現(xiàn)象和特征串起來，采用演繹推理手段，查明事故機(jī)理，從根本上認(rèn)識事故起因和主導(dǎo)原因，找出合理有效的防治對策。因此簡單地說，振動事故分析是尋找證據(jù)，提煉成特征，應(yīng)用專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)，讓不能再現(xiàn)的事情用文字描述下來，以便找出薄弱環(huán)節(jié)，制定防治對策。所謂事故起因，是指事故的誘發(fā)因素，而主導(dǎo)原因才是造成事故損壞或破壞的直接原因。例如某起軸系破壞事故，因甩負(fù)荷，段抽汽逆

4、止門卡澀超速至4800r/min,引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外伸端滑環(huán)碎裂飛脫，造成軸系破壞。這起事故的起因是超速，事故主導(dǎo)原因是滑環(huán)碎裂引起大不平衡。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料介紹和國內(nèi)40年來電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納，在汽輪發(fā)電機(jī)組上因振動過大形成的事故有，轉(zhuǎn)軸徑向碰磨引起彎軸和軸封嚴(yán)重磨損，軸系破壞毀機(jī)，軸瓦烏金碾壓和碎裂，軸瓦緊力消失，轉(zhuǎn)動部件不均勻磨損，動靜件疲勞損壞，危急保安器及保護(hù)儀表誤動作等事故，本章具體討論這些事故起因，主導(dǎo)原因，機(jī)理和防治對策第二節(jié) 轉(zhuǎn)軸碰磨引起的彎軸事故 據(jù)1989年國內(nèi)大機(jī)組彎軸事故統(tǒng)計表明，其中86%是由轉(zhuǎn)軸徑向碰磨引起，因此分析，研究轉(zhuǎn)軸碰磨引起的彎軸事故，對于防止電廠重大

5、惡性事故，有著重要的意義。本書第二章第九，十兩節(jié)，對機(jī)組啟停過程中和工作轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)軸碰磨振動特征，診斷作了詳細(xì)介紹，本節(jié)討論的是轉(zhuǎn)子已經(jīng)發(fā)生了永久彎曲，如何分析彎軸事故起因，主導(dǎo)原因，彎軸形成機(jī)理及其防治。5.2.1現(xiàn)場發(fā)生的彎軸事故概況 轉(zhuǎn)子碰磨從方向分，可分為軸向和徑向；如從發(fā)生部位分，可分為轉(zhuǎn)軸，葉輪，葉片，圍帶等處與相對應(yīng)部件碰磨，引起彎軸事故的碰磨只有轉(zhuǎn)軸徑向碰磨一種。由于軸封徑向間隙是機(jī)組動靜間隙最小處，尤其是高壓汽輪機(jī)，因此機(jī)組運(yùn)行中轉(zhuǎn)軸徑向碰磨經(jīng)常發(fā)生，這種碰磨稍有疏忽，直接導(dǎo)致軸封嚴(yán)重磨損和彎軸事故。第二章第九節(jié)已經(jīng)指出，碰磨引起彎軸，其碰磨必須進(jìn)入晚期。轉(zhuǎn)子碰磨進(jìn)入晚期首先要

6、經(jīng)過早期和中期，從直觀分析，運(yùn)行人員應(yīng)有較充分的時間進(jìn)行糾正性操作。正是由于這一原因，對彎軸事故調(diào)查時，有關(guān)人員普遍反映當(dāng)時機(jī)組振動不大?，F(xiàn)場檢測到的振動結(jié)果表明，某些新機(jī)或大修后啟動，軸封間隙調(diào)整不當(dāng)或上下缸溫差過大，轉(zhuǎn)軸碰磨早期階段很不明顯，尤其是當(dāng)轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)軸碰磨由早期很快進(jìn)入中期和晚期。從實(shí)測結(jié)果來看，轉(zhuǎn)軸碰磨進(jìn)入中期時，軸瓦和軸振增長速率分別高達(dá)60-80um/min,150-200um/min,碰磨進(jìn)入晚期振動增長速率將幾倍于中期碰磨增長率，所以當(dāng)轉(zhuǎn)軸碰磨嚴(yán)重時，從振動開始增大，到碰磨進(jìn)入晚期，彎軸事故形成，前后不過2-3min或更短。所以一旦發(fā)現(xiàn)振動異常，除非

7、機(jī)組裝有跳閘保護(hù)，否則運(yùn)行人員尚無作出判斷，機(jī)組振動已經(jīng)失控，彎軸事故在所難免。不僅如此，即使對于裝有跳閘保護(hù)的機(jī)組，當(dāng)跳閘值設(shè)置不當(dāng)，或升速率過高，也難免彎軸事故的發(fā)生。因此轉(zhuǎn)軸碰磨引起的彎軸事故防治，較其他事故防治要困難的多。從事故后葉片圍帶和氣缸上阻汽片間隙及圍帶上留下的磨痕深度測算，一般彎軸事故轉(zhuǎn)子中部振動和彎曲值（雙幅）將超過6-8mm，軸承振幅將超過600um；對于某些嚴(yán)重的彎曲事故，動靜部件會產(chǎn)生更大的磨損，而且還會造成氣缸法蘭螺栓振松和咬扣或滑扣。5.2.2轉(zhuǎn)軸碰磨引起的彎軸事故機(jī)理及特征 轉(zhuǎn)軸碰磨進(jìn)入晚期后會形成彎軸事故，是由于晚期碰磨振動增長速率比中期更高。在一定轉(zhuǎn)速下，振

8、動增長率直接反映了轉(zhuǎn)子熱彎曲增長率，即反映了轉(zhuǎn)軸徑向，軸向溫度梯度（熱應(yīng)力值）。當(dāng)彎曲高點(diǎn)處熱應(yīng)力（擠壓）超過材料屈服限時，晶體產(chǎn)生塑性變形，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子冷卻至常溫后，原來彎曲高點(diǎn)變成了彎曲的凹點(diǎn)。基于這種彎曲機(jī)理，轉(zhuǎn)軸碰磨引起彎軸主要特征，有以下三點(diǎn)： 1.在永久彎曲凹點(diǎn)方向留下碰磨重點(diǎn)莊軸徑向碰磨時重點(diǎn)處溫度高于另一端，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速以下或附近時，轉(zhuǎn)子熱彎曲高點(diǎn)又是碰磨重點(diǎn)，因此使轉(zhuǎn)軸越磨越彎，所以在熱彎曲高點(diǎn)上留下十分顯著的磨痕重點(diǎn)。當(dāng)碰磨嚴(yán)重時，在葉頂，圍帶上在這一方向也會留下明顯磨痕和溝槽，以至這一方向上鉚接圍帶被汽缸上阻汽片切斷而飛脫。 當(dāng)轉(zhuǎn)軸熱彎曲高點(diǎn)處引起擠壓應(yīng)力過大，

9、超過材料屈服極限時，便產(chǎn)生塑性變形；轉(zhuǎn)子冷卻至常溫時，原彎曲高點(diǎn)出纖組變短而成為凹點(diǎn)。 2.轉(zhuǎn)子彎曲成折線 圖5-1是一臺國產(chǎn)125MW機(jī)組汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸碰磨后引起彎軸典型曲線。由圖可見，轉(zhuǎn)子只是局部產(chǎn)生了永久彎曲，因此從彎曲形狀看像是折線。這是由于轉(zhuǎn)軸碰磨在大多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)子只是在軸向長度不大的一段上碰磨進(jìn)入了晚期，其他軸段上雖也發(fā)生了碰磨，但因轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，徑向間隙不同，碰磨仍處在早期或中期，因此轉(zhuǎn)軸塑性變形只發(fā)生在軸向不長的一段，所以彎曲成折線。 該軸段碰磨較早的進(jìn)入晚期，主要由當(dāng)時轉(zhuǎn)速，即轉(zhuǎn)子撓曲形狀，軸封間隙值，汽封塊退讓量及彈性力所決定。所以對某一種形式汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來說，在絕大多數(shù)

10、情況下碰磨引起的彎軸總是發(fā)生在同一軸段上。 3.退火后轉(zhuǎn)子彎曲值明顯減小 由轉(zhuǎn)軸碰磨引起彎軸機(jī)理可知，轉(zhuǎn)子彎曲凹點(diǎn)的形成是由于該方向材料在熱狀態(tài)下產(chǎn)生過大的擠壓應(yīng)力所致。當(dāng)轉(zhuǎn)子冷卻后，過大擠壓應(yīng)力處又產(chǎn)生了拉應(yīng)力，這種應(yīng)力與轉(zhuǎn)子永久彎曲方向一致，故使轉(zhuǎn)子永久彎曲值增大。所以直軸之前對該軸段退火內(nèi)應(yīng)力消除后，永久彎曲值會減少。一般碰磨引起的彎曲，退火后永久彎曲值將減少20%-30%，如圖5-1所示。 5.2.3轉(zhuǎn)子永久彎曲的確認(rèn) 運(yùn)行機(jī)組因轉(zhuǎn)軸碰磨或其他原因，轉(zhuǎn)子已經(jīng)發(fā)生了永久彎曲，目前現(xiàn)場大多數(shù)采用多次啟動的辦法，企圖沖過去。實(shí)在無法沖過去，便揭缸尋找大振動的原因，有時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子已經(jīng)發(fā)生永久彎曲

11、，有時對機(jī)組造成更大的損壞。下面介紹再不揭缸的情況下，確認(rèn)轉(zhuǎn)子永久彎曲與否及彎曲值的方法。 轉(zhuǎn)子永久彎曲的最明顯特征，一是大軸晃擺值經(jīng)4h連續(xù)盤車不能復(fù)員；二是臨界轉(zhuǎn)速下振動較前顯著增大，當(dāng)大軸彎曲指示器原始晃擺值大于60um和轉(zhuǎn)子永久彎曲小于0.30mm時，第一個特征往往不明顯，因此需要通過第二個特征來確認(rèn)轉(zhuǎn)子永久彎曲。 5.2.3.1臨界轉(zhuǎn)速下振動增大的故障原因 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振動增大，不一定就是轉(zhuǎn)子永久彎曲所致，因?yàn)榕R界轉(zhuǎn)速下振動值只反映了轉(zhuǎn)子一階不平衡量。引起運(yùn)行機(jī)組轉(zhuǎn)子一階不平衡變化原因有：連續(xù)盤車時間不夠，轉(zhuǎn)子殘留熱彎曲，轉(zhuǎn)軸與水接觸，轉(zhuǎn)軸徑向碰磨，轉(zhuǎn)動部件損壞飛脫，轉(zhuǎn)子永久彎曲等

12、。前三個故障引起的是不穩(wěn)定不平衡，后兩個故障引起的是穩(wěn)定不平衡。通過下列工作再排除轉(zhuǎn)動部件損壞飛脫。 5.2.3.2測量轉(zhuǎn)子外露處晃擺值 選取距軸瓦較遠(yuǎn)光滑的外露軸段，一般選在1.2瓦汽封擋圈處，也可選在1瓦外伸端，將徑向分成8等分，轉(zhuǎn)子經(jīng)2h以上盤車之后，使用百分表測量每等分處晃擺值，求出180度晃擺值差。轉(zhuǎn)子無明顯彎曲時，其差值小于30um。由此表明，臨界轉(zhuǎn)速下振動增大，在排除不穩(wěn)定不平衡故障情況下，它只能由轉(zhuǎn)動部件損壞飛脫。 若晃擺值明顯大于30um，說明轉(zhuǎn)子已經(jīng)產(chǎn)生了永久彎曲，轉(zhuǎn)子最大彎曲值max由下式估算：max =L/L*A/2 式中 L-轉(zhuǎn)子最大彎曲值距軸瓦中心距離，由同型機(jī)組彎

13、軸普遍規(guī)律確定；      L-外露軸晃擺值測點(diǎn)距軸瓦中心距離； A-    外露軸晃擺最大差值。 max精度是隨外露軸測點(diǎn)處原始晃擺值減少和L增大而增高。因此選取外露軸應(yīng)距軸瓦愈遠(yuǎn)和原始晃擺值愈小愈好。 5.2.3.3依據(jù)臨界轉(zhuǎn)速下振動變化值估算轉(zhuǎn)子彎曲 由事故前后臨界轉(zhuǎn)速下振幅變化，依據(jù)下式求出轉(zhuǎn)子一階不平衡重徑積W*r的變化。 W*r=A/ 式中-一階臨界轉(zhuǎn)速下影響系數(shù)，um/(kg.m)；     A-事故前后臨界轉(zhuǎn)速下振動矢量差，在未測振動相位時，近似取算數(shù)差，因?yàn)橛谰脧澢a(chǎn)生的不平衡

14、與原始不平衡反相。 由轉(zhuǎn)子平衡中取得。若無此數(shù)據(jù)，對于100-300MW汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子，近似取1=100-150um/(kg.m),根據(jù)轉(zhuǎn)子重量，臨界轉(zhuǎn)速高低，支撐剛度，選其上限，下限或中間值。 由轉(zhuǎn)子重量G和重徑積W*r，可求出轉(zhuǎn)子偏心距e的變化。 e= W*r/G 偏心距e沿轉(zhuǎn)子長度分布構(gòu)成一階不平衡分量的連線，近似為三角形，則轉(zhuǎn)子最大彎曲max3e。這里應(yīng)指出，轉(zhuǎn)子永久彎曲若是由碰磨引起，則在引起彎軸的同時轉(zhuǎn)動部件損壞飛脫也可能發(fā)生，而且飛脫部件方向正好是轉(zhuǎn)子彎曲凹點(diǎn)，使轉(zhuǎn)子一階不平衡進(jìn)一步增大。 5.2.4彎軸事故分析方法 近十幾年來大機(jī)組彎軸事故頻繁發(fā)生，從事故調(diào)查過程和結(jié)果來看，要

15、獲得明確的事故起因和彎軸的主導(dǎo)原因難度較大。下面針對目前彎軸事故調(diào)查中存在的問題和事故分析思路，做簡要的分析討論。5.2.4.1采用正向推理，首先排除非轉(zhuǎn)軸碰磨引起的彎軸事故 采用正向推理的前提是事故原因范圍必須明確。引起汽輪機(jī)彎軸的原因除轉(zhuǎn)軸碰磨外，還有下列原因。為了正確和可靠的排除這些非轉(zhuǎn)軸碰磨引起的彎軸，下面具體討論這些故障引起彎軸的機(jī)理，特征。 1.高溫轉(zhuǎn)子被水浸泡 機(jī)組帶負(fù)荷后停機(jī)，因凝汽器補(bǔ)給水或過熱器減溫水門未關(guān)，引起凝汽器汽側(cè)滿水進(jìn)入氣缸，使下汽缸溫度急劇降低，軸封間隙消失，盤車跳閘，運(yùn)行人員未能及時發(fā)現(xiàn)，致使汽缸中分面以下的轉(zhuǎn)子被水浸泡而遭到驟然冷卻，產(chǎn)生過大的收應(yīng)力，引起塑

16、性變形造成永久彎曲。這一過程往往被隱瞞，直至下次啟動臨界轉(zhuǎn)速下振動過大無法升速，才引起注意。這種故障引起彎軸的主要特征有： 1/轉(zhuǎn)子彎曲曲線較為平滑 轉(zhuǎn)軸下部遭到驟然冷卻產(chǎn)生過大收縮應(yīng)力，將發(fā)生在整個轉(zhuǎn)子高溫部分，所以在較大的軸段長度上存在彎曲，其彎曲曲線顯得較平滑。2/轉(zhuǎn)子彎曲高點(diǎn)處可能留下碰磨痕跡這是由于轉(zhuǎn)子已經(jīng)發(fā)生了永久彎曲，后來又經(jīng)幾次啟動，因振動過大而發(fā)生轉(zhuǎn)軸碰磨，從而在轉(zhuǎn)軸彎曲高點(diǎn)留下碰磨痕跡。3/轉(zhuǎn)子上存在明顯的水跡因轉(zhuǎn)子靜止后被水浸泡，由于氧化，洗刷作用和水質(zhì)不純等原因，在水接觸處和非接觸處會留下明顯的分界線。2.非同期合閘因嚴(yán)重的非同期合閘，引起軸系中某一個轉(zhuǎn)子產(chǎn)生永久彎曲變

17、形的事例，國內(nèi)已發(fā)生過數(shù)起。在過大的扭應(yīng)力沖擊下，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生橫向彎曲變形的機(jī)理目前尚不清楚。這一故障引起轉(zhuǎn)子彎曲一般發(fā)生在汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接處附近，或軸系扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度薄弱處。對于汽輪機(jī)高，中壓轉(zhuǎn)子來說，不僅具有較大的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，而且在非同期合閘的情況下，此處扭應(yīng)力也較小，因此非同期合閘在這些轉(zhuǎn)子上形成永久彎曲的可能性較小。3.轉(zhuǎn)軸上內(nèi)應(yīng)力釋放由于轉(zhuǎn)軸制造加工，運(yùn)行中嚴(yán)重碰磨，直軸后退火不徹底等原因，在轉(zhuǎn)軸上殘留了較大的內(nèi)應(yīng)力，機(jī)組運(yùn)行一段時間后，其內(nèi)應(yīng)力會釋放，使轉(zhuǎn)子彎曲增大或減小。這種現(xiàn)象往往是在某次停機(jī)或啟動，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振動顯著增大，甚至不能升速，診斷其故障原因時才被發(fā)現(xiàn)。這種故障引

18、起轉(zhuǎn)子彎曲的主要特征為：1/轉(zhuǎn)子彎曲曲線較為平緩由于轉(zhuǎn)軸上殘留的內(nèi)應(yīng)力是在一定軸段長度內(nèi)，因此當(dāng)內(nèi)應(yīng)力釋放后，彎曲在這一軸段上形成，其彎曲曲線較碰磨引起的彎軸要平緩，但沒有像被水浸泡引起的彎軸那樣平滑。2/轉(zhuǎn)子彎曲高點(diǎn)可能會留下碰磨重點(diǎn)內(nèi)應(yīng)力釋放，如果轉(zhuǎn)子彎曲減少而使轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振動增大，因后來啟動轉(zhuǎn)軸發(fā)生碰磨，則轉(zhuǎn)軸上留下的碰磨重點(diǎn)與轉(zhuǎn)子不平衡方向有關(guān)；如果轉(zhuǎn)子彎曲增大，則在后來啟動中轉(zhuǎn)軸發(fā)生碰磨，則在轉(zhuǎn)子彎曲高點(diǎn)出會留下碰磨重點(diǎn)。3/轉(zhuǎn)子彎曲變化常常發(fā)生子在轉(zhuǎn)子原來彎曲同一徑向平面內(nèi)當(dāng)轉(zhuǎn)子上留下過大內(nèi)應(yīng)力與轉(zhuǎn)子原來彎曲直接有關(guān)時，其內(nèi)應(yīng)力釋放后，轉(zhuǎn)子彎曲高點(diǎn)與轉(zhuǎn)子原來彎方向相同或差180

19、度，即在一個徑向平面內(nèi)，而且發(fā)生在同一軸段上。4/退火后轉(zhuǎn)子彎曲會增大轉(zhuǎn)軸上內(nèi)應(yīng)力雖釋放，但沒有釋放完，因退火后內(nèi)應(yīng)力獲得進(jìn)一步釋放，從而造成轉(zhuǎn)子彎曲值進(jìn)一步增大。4.轉(zhuǎn)子材料蠕變轉(zhuǎn)子材料蠕變產(chǎn)生永久彎曲，大多發(fā)生在運(yùn)行多年的舊機(jī)上，而且轉(zhuǎn)子彎曲值增大是一個緩慢增大的過程，這從歷年來轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振動和大修中轉(zhuǎn)子彎曲測量記錄逐漸變化得到證明。5.軸上套裝零件熱套方法不當(dāng)向軸上套裝零件時，當(dāng)轉(zhuǎn)軸存在靜撓曲時，在套裝零件冷卻過程中，部分靜撓曲貯存下來，使轉(zhuǎn)子形成暫時性永久彎曲。在制造廠平衡時，將其彎曲產(chǎn)生的不平衡采用加重方法獲得補(bǔ)償，因此機(jī)組運(yùn)行中振動正常。但是轉(zhuǎn)子經(jīng)一段時間運(yùn)行或某次大修后，貯存

20、靜撓曲逐漸或突然釋放，使轉(zhuǎn)子彎曲減少，造成機(jī)組啟停通過臨界轉(zhuǎn)速時發(fā)生強(qiáng)烈振動。通過診斷振動故障原因，可查明臨界轉(zhuǎn)速下振動增大是由于轉(zhuǎn)子彎曲減少。機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，這種故障不僅可使轉(zhuǎn)子永久彎曲經(jīng)運(yùn)行后減少，有時也能在運(yùn)行和檢修中使轉(zhuǎn)子彎曲增大。例如轉(zhuǎn)子起吊不當(dāng)，運(yùn)行中發(fā)生強(qiáng)烈振動，可使套裝零件在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生徑向不對稱的軸向位移，使轉(zhuǎn)子彈性撓曲貯存下來，在冷態(tài)或靜態(tài)下成為永久彎曲。這種故障引起轉(zhuǎn)子彎曲變化的主要特征，有以下三點(diǎn)：1/只能發(fā)生在套裝轉(zhuǎn)子上。另外，由運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)指出，凡是轉(zhuǎn)軸上套有葉輪，軸封套的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸徑向碰磨引起的彎軸的機(jī)率很小。2/若轉(zhuǎn)子彎曲減少，振動反而增大，轉(zhuǎn)子經(jīng)平衡后，只要將制造

21、廠加重全部或大部拿掉即可。3/轉(zhuǎn)子彎曲變化往往是在無異常情況下突然發(fā)生。5.2.4.2查明碰磨引起彎軸的大振動原因當(dāng)已確認(rèn)轉(zhuǎn)子存在永久彎曲，而且通過揭缸檢查和轉(zhuǎn)子彎曲測量，已經(jīng)明確轉(zhuǎn)子永久彎曲原因是由轉(zhuǎn)軸徑向碰磨引起的，為了明確事故起因，必須進(jìn)一步查明大振動的原因，由此才能制定具有針對性的防范對策。造成轉(zhuǎn)軸碰磨引起彎軸的大振動大振動可歸納為三類，一類是轉(zhuǎn)軸振動較大而發(fā)生徑向碰磨引起彎曲；第二類是軸封間隙減少或消失，轉(zhuǎn)軸首先發(fā)生碰磨才引起大振動造成彎軸；第三類是介于兩者之間，因認(rèn)識和操作不當(dāng)，使振動擴(kuò)大引起碰磨加重，造成彎軸。下面分別討論這三類情況的具體原因。1.轉(zhuǎn)軸振動過大引起轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)

22、軸振動過大，有下列三個原因：1/轉(zhuǎn)子存在穩(wěn)定的一階不平衡。轉(zhuǎn)子原來不平衡較大，或存在彎曲，轉(zhuǎn)動部件損壞飛脫等，機(jī)組每次啟停，在臨界轉(zhuǎn)速下都會產(chǎn)生顯著振動，這種不平衡量值和方向雖是穩(wěn)定的，但當(dāng)軸封間隙較小時，會引起轉(zhuǎn)軸徑向碰磨，而使轉(zhuǎn)子一階不平衡顯著增大。如果轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速附近，引起共振放大，轉(zhuǎn)軸碰磨迅速加重，若處理不當(dāng)，碰磨很快會進(jìn)入晚期。2/轉(zhuǎn)子殘留熱彎曲。機(jī)組啟動前和運(yùn)行中轉(zhuǎn)子都可能產(chǎn)生明顯的熱彎曲，原因詳見本書第二章第六節(jié)。前者啟動中發(fā)生較大振動，后者在帶負(fù)荷和停機(jī)過程中發(fā)生較大振動，兩者都會使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生碰磨而形成彎軸。沖轉(zhuǎn)前轉(zhuǎn)子存在的熱彎曲本應(yīng)通過一定時間連續(xù)盤車獲得消除，并由大軸彎

23、曲指示器指示值，可以確定轉(zhuǎn)子是否殘留熱彎曲。但因目前國內(nèi)大多數(shù)彎曲指示器原始晃擺值過大和指示點(diǎn)靈敏太低，即使轉(zhuǎn)子存在較顯著的熱彎曲，在不測量高點(diǎn)方向的情況下，指示值無明顯的反映。轉(zhuǎn)子殘留熱彎曲啟動，一方面使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生顯著的一階不平衡，另一方面使轉(zhuǎn)子中部晃擺值增大，在正常的軸封間隙下，也會使轉(zhuǎn)軸發(fā)生碰磨，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速時，因共振放大和碰磨重點(diǎn)與熱彎曲高點(diǎn)相同，可使轉(zhuǎn)子中部撓曲迅速擴(kuò)大，使轉(zhuǎn)軸碰磨很快進(jìn)入晚期。轉(zhuǎn)子殘留熱彎曲啟動純屬操作不當(dāng)，但是分析尋找轉(zhuǎn)軸碰磨大振動的原因時，從運(yùn)行記錄和有關(guān)人員了解中不會得到真實(shí)情況，主要應(yīng)查明沖轉(zhuǎn)前2h之內(nèi)，機(jī)組作了哪些操作，檢查和檢修。如果在這段時間內(nèi)停止

24、過盤車，由停盤車時間和距沖轉(zhuǎn)時間，采用估算或試驗(yàn)的方法求得當(dāng)時轉(zhuǎn)子殘留的熱彎曲量值。3/轉(zhuǎn)子與水接觸。轉(zhuǎn)軸與水接觸引起強(qiáng)烈振動，在冷態(tài)啟動中較容易發(fā)生，其振動特征，機(jī)理和診斷方法，見第二章第六節(jié)。2.軸封間隙過小或消失造成軸封間過小或消失的原因有。1/上下缸溫差過大：這是運(yùn)行中常見的故障絕大多數(shù)是上缸溫度高于下缸，造成汽缸向上彎曲（貓背），使軸封間隙減少或消失，引起轉(zhuǎn)軸碰磨。在轉(zhuǎn)軸碰磨熱彎曲增大過程中，上下缸溫差繼續(xù)增加，軸封間隙進(jìn)一步減少，又加重碰磨，在雙重作用下碰磨發(fā)展更快。造成上下缸溫差過大的原因，主要是氣缸進(jìn)冷汽或進(jìn)水；其次原因是下缸保溫不良和調(diào)節(jié)門開啟程序不合理。2/汽缸與法蘭溫差過

25、大：這是機(jī)組啟動中常見的現(xiàn)象，它不僅使法蘭產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，而且還會引起汽缸彎曲，使兩端軸封上下方向間隙減少（成橫橢圓），使隔板軸封兩側(cè)間隙減少（成立橢圓）。3/軸瓦烏金磨損和燒瓦：在機(jī)組啟停和運(yùn)行中，由于種種原因，軸瓦烏金嚴(yán)重磨損，碾壓或燒瓦，造成轉(zhuǎn)子下落，使軸封下部間隙消失，引起轉(zhuǎn)軸徑向碰磨。4/安裝和檢修時軸封間隙調(diào)的過?。河捎谵D(zhuǎn)軸晃擺，振動，汽缸彎曲和膨脹歪斜，在冷態(tài)下軸封間隙不能調(diào)的過小。制造廠設(shè)計時為了獲得較高的經(jīng)濟(jì)性，高壓缸要求較小的軸封間隙，但在實(shí)際運(yùn)行中難以保證。大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，不同形式的機(jī)組軸封間隙值要求也不同，如國產(chǎn)200MW和125MW機(jī)組，高壓缸端部軸封間隙不宜小

26、于0.7-0.9mm。5/汽缸膨脹偏斜：汽缸膨脹偏斜是運(yùn)行機(jī)組常見的現(xiàn)象，由前箱兩側(cè)軸向膨脹差和前箱左右膨脹差的增大，可以斷定汽缸膨脹發(fā)生偏斜，揭缸后可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，汽缸上的軸封會留下明顯的單側(cè)磨跡。一般前箱軸向膨脹左右兩側(cè)差應(yīng)小于0.4-0.5mm。造成汽缸膨脹偏斜的主要原因是縱銷，立銷磨損，立銷座剛度不足，銷座固定不牢，汽缸承受過大的側(cè)向力等，少數(shù)機(jī)組運(yùn)行中立銷脫落和立銷座開焊，使汽缸嚴(yán)重偏斜，造成轉(zhuǎn)軸碰磨引起彎軸。6/軸封殼體變形：因汽缸受熱膨脹和隔板兩側(cè)蒸汽壓差作用，引起軸封殼體變形，位移和汽缸變形，引起軸封殼體變形，兩者都可使軸封間隙減少或消失。這種故障主要是由機(jī)組設(shè)計不良引起的，因

27、此同型機(jī)組帶有普遍性，在運(yùn)行機(jī)組消除這一缺陷難度較大。3.認(rèn)識和操作不當(dāng)近十幾年來大機(jī)組彎軸事故屢禁不止的重要原因之一，是運(yùn)行及有關(guān)人員對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速和大不平衡危害性認(rèn)識不足。早在60年代以前，因當(dāng)時轉(zhuǎn)子平衡技術(shù)十分落后，機(jī)組每次啟停通過臨界轉(zhuǎn)速時都要發(fā)生強(qiáng)烈共振，因此當(dāng)時普遍認(rèn)為轉(zhuǎn)子不能在臨界轉(zhuǎn)速下停留，否則會造成機(jī)毀人亡的事故，所以機(jī)組每次啟動通過臨界轉(zhuǎn)速都十分小心。隨著轉(zhuǎn)子平衡技術(shù)的發(fā)展，一般轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下軸承振動可以降到50um以下，機(jī)組啟停已感覺不到轉(zhuǎn)子有臨界轉(zhuǎn)速存在，給人們造成了轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下停留并無危害的錯覺，由此形成了下列兩種錯誤做法而誘發(fā)彎軸：1/轉(zhuǎn)速較長時間停留在臨界轉(zhuǎn)

28、速下。中速暖機(jī)的轉(zhuǎn)速往往靠近汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子一階臨屆轉(zhuǎn)速，當(dāng)手動控制暖機(jī)轉(zhuǎn)速時，真空，新汽壓力變化會使轉(zhuǎn)速進(jìn)入高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速，運(yùn)行人員不作及時調(diào)整，如果這時上下缸差增大或由于其他原因，即使轉(zhuǎn)軸發(fā)生輕微的碰磨，也會使高壓轉(zhuǎn)子撓曲顯著增大而引起強(qiáng)烈共振，致使轉(zhuǎn)軸碰磨很快進(jìn)入晚期。2/不測量振動即升速。大機(jī)組熱態(tài)啟動一般將在10min之內(nèi)，轉(zhuǎn)速升至3000r/min,瞬間升速速率高達(dá)300-400r/min/min。在這樣高的升速率下，當(dāng)轉(zhuǎn)子一旦存在較顯著一階不平衡時，例如轉(zhuǎn)子殘留熱彎曲，轉(zhuǎn)軸與水接觸，轉(zhuǎn)軸碰磨，在未進(jìn)入高壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速之前，轉(zhuǎn)軸碰磨可能已進(jìn)入中，晚期，即使機(jī)組裝有跳閘保護(hù)，彎軸

29、事故也難避免。由上述兩種情況可知，單純的臨界轉(zhuǎn)速并無危害，一般的轉(zhuǎn)子不平衡與臨界轉(zhuǎn)速也無大的危害，可怕的是轉(zhuǎn)子較大的不平衡，特別是轉(zhuǎn)軸碰磨引起的不穩(wěn)定不平衡與臨界轉(zhuǎn)速結(jié)合，會產(chǎn)生強(qiáng)烈共振，是轉(zhuǎn)子不平衡進(jìn)一步擴(kuò)大，輕者引起彎軸事故，嚴(yán)重時引起軸系破壞。5.2.4.3對彎軸事故起因，過程，主導(dǎo)原因作系統(tǒng)的推理和論證由上述正向推理排除或肯定了非轉(zhuǎn)軸碰磨引起的彎軸，查明了引起轉(zhuǎn)軸碰磨振動的原因，明確了事故起因，主導(dǎo)原因及彎軸機(jī)理，結(jié)合事故前機(jī)組運(yùn)行工況，對彎軸主要過程作系統(tǒng)的演繹推理，將彎軸事故主要過程作出合理描述，對不合情理處或無法解說的問題，重新取證分析研究，直至獲得圓滿和合理的解釋為止。5.2.

30、5 防止大軸彎曲的對策自1984年以來，國內(nèi)大機(jī)組彎軸事故頻繁發(fā)生，為此電力部各網(wǎng)省局及各個電廠都先后制定了防止汽輪機(jī)大軸彎曲事故措施，后來又三令五申的強(qiáng)調(diào)并下達(dá)了補(bǔ)充措施，在此期間彎軸事故有所下降。但據(jù)不完全統(tǒng)計，自1990年以來，每年仍有5-10臺容量為100MW以上機(jī)組發(fā)生彎軸事故，可見防止汽輪機(jī)彎軸事故的難度。不過由于直軸技術(shù)逐漸成熟，被較多的人掌握，因此彎軸事故的影響已較前顯著淡化，但是彎軸事故畢竟對機(jī)組損壞，壽命損傷和由此造成直接經(jīng)濟(jì)損失都很大，故屬嚴(yán)重的惡性事故，所以目前還很有必要對防止彎軸事故對策作進(jìn)一步的研究。5.2.5.1 防止彎軸事故對策的思路和要點(diǎn)由引起運(yùn)行中汽輪機(jī)彎軸

31、的原因可知，除轉(zhuǎn)軸碰磨外，還有其他五種原因。這些原因涉及制造，運(yùn)行，檢修，安裝等多個方面。但是作為防范對策，必須針對當(dāng)前彎軸主要原因，才能提出切實(shí)有效的對策，其思路要點(diǎn)是：1/主要針對碰磨引起的彎軸由上述彎軸原因分析指出，對電廠運(yùn)行，檢修，安裝來說，彎軸原因可分為可克服和不可克服兩類。不可克服的原因有，轉(zhuǎn)軸材料蠕變，轉(zhuǎn)軸上內(nèi)應(yīng)力釋放，轉(zhuǎn)軸上零件套裝工藝不當(dāng)；可克服的原因有，轉(zhuǎn)軸徑向碰磨，高溫轉(zhuǎn)子被水浸泡，嚴(yán)重的非同期合閘。而目前現(xiàn)場發(fā)生的彎軸事故近90%是由轉(zhuǎn)軸徑向碰磨引起的，因此防止彎軸對策要點(diǎn)應(yīng)主要針對轉(zhuǎn)軸碰磨引起的彎軸。2/避免轉(zhuǎn)軸碰磨進(jìn)入晚期是防止彎軸對策的關(guān)鍵運(yùn)行中的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸徑向碰

32、磨是很難避免的，而引起彎軸的碰磨只是碰磨進(jìn)入晚期才發(fā)生，因此不論何種原因引起的轉(zhuǎn)軸碰磨，只要防止碰磨進(jìn)入晚期，轉(zhuǎn)軸碰磨引起的彎軸即可避免，所以防止彎軸對策的關(guān)鍵是防止碰磨進(jìn)入晚期。3/應(yīng)著眼于防止啟動中轉(zhuǎn)軸碰磨盡管轉(zhuǎn)軸徑向碰磨不僅在機(jī)組啟停過程中發(fā)生，而且在工作轉(zhuǎn)速下也會發(fā)生，但據(jù)現(xiàn)場大量實(shí)測結(jié)果表明，轉(zhuǎn)軸碰磨容易進(jìn)入晚期的只是啟停中轉(zhuǎn)軸碰磨，工作轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)軸碰磨很少進(jìn)入晚期。機(jī)組啟停對運(yùn)行機(jī)組來說，只是一個短暫時間，在這個短暫時間防止轉(zhuǎn)軸碰磨進(jìn)入晚期，只要措施具體，明確，對一般運(yùn)行人員來說在勞動強(qiáng)度，精力消耗，技術(shù)水平等方面是可以勝任。4/機(jī)組啟動中振動監(jiān)測重點(diǎn)是汽機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的兩個軸瓦目前機(jī)組

33、啟動運(yùn)行人員習(xí)慣于監(jiān)測機(jī)組振動最大的一個軸瓦，這對防止彎軸事故非常不利。不論使用攜帶式振動表，還是機(jī)組上裝有固定式振動表手動切換顯示，或在CRT上直接顯示各瓦振動，為了防止轉(zhuǎn)軸碰磨進(jìn)入晚期，振動監(jiān)測重點(diǎn)應(yīng)放在1，2瓦或1，2瓦軸振上。機(jī)組啟動中運(yùn)行人員要關(guān)注的數(shù)據(jù)很多，而且防止轉(zhuǎn)軸碰磨進(jìn)入晚期，不單涉及允許振動值，還涉及振動波動值，這就需要與前面的振動值進(jìn)行比較。如果將8-9個軸瓦，以至十幾個軸瓦振動等同看待，運(yùn)行人員是無法勝任的。5.2.5.2 防止轉(zhuǎn)軸碰磨引起彎軸事故的對策上述已經(jīng)指出，防止彎軸事故的關(guān)鍵是防止碰磨進(jìn)入晚期，盡管運(yùn)行中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸徑向碰磨難以避免，但是從機(jī)組運(yùn)行安全和措施完整

34、性考慮，首先還得盡最大可能防止轉(zhuǎn)軸碰磨的發(fā)生。因此防止轉(zhuǎn)軸碰磨引起的彎軸對策，實(shí)際上設(shè)置了兩道防范，第一道是防止轉(zhuǎn)軸碰磨；第二道，也是關(guān)鍵的一道，是及早發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸碰磨，將它控制在早，中期以前給于消除。這兩道防范具體措施如下：1.防止轉(zhuǎn)軸發(fā)生徑向碰磨這里防止轉(zhuǎn)軸碰磨是針對上述5.2.4.2碰磨引起彎軸的大振動原因而制定的，這些措施有：1/新安裝和大修中的汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子隔板和端部軸封間隙，不應(yīng)片面的追求經(jīng)濟(jì)效益，將其間隙調(diào)的過小。對于高中壓合缸的汽機(jī)轉(zhuǎn)子，其軸封間隙不宜小于0.7-0.9mm。2/防止氣缸跑偏。防止氣缸跑偏除消除縱銷，主銷過大的間隙外，還應(yīng)防止機(jī)組運(yùn)行中立銷脫落和立銷座開焊引起氣缸嚴(yán)

35、重跑偏。3/防止上下缸溫差過大。這是機(jī)組運(yùn)行和啟動中最容易發(fā)生的故障，而且在啟動和運(yùn)行中隨時都可能發(fā)生，所以凡是上下缸溫度測點(diǎn)誤差過大或損壞的機(jī)組不容許啟動。4/降低汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子一階不平衡。目前投運(yùn)的新機(jī)高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速下軸瓦振動一般小于50um；軸振小于120um,但有些新機(jī)和舊機(jī)，其臨界轉(zhuǎn)速下軸瓦振動超過100um。轉(zhuǎn)子在一階臨界轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子中部撓曲和振動將幾倍和十多倍于這個振幅值，因此很容易造成徑向碰磨。為此，應(yīng)減少轉(zhuǎn)子一階不平衡量。5/沖轉(zhuǎn)時避免轉(zhuǎn)子殘留熱彎曲。由于目前國內(nèi)大多數(shù)彎軸指示器或偏心儀靈敏度較低，測點(diǎn)處原始晃度過大，為了可靠，不論熱態(tài)或冷態(tài)啟動，轉(zhuǎn)子必須連續(xù)盤車2h以上

36、，方可沖轉(zhuǎn)啟動。6/防止汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子與水接觸。及時開啟汽缸，軸封，主蒸汽管，抽汽管上的疏水閥，不要過早地關(guān)閉這些閥，在機(jī)組啟動中應(yīng)防止這些疏水管不暢或堵塞。2.防止轉(zhuǎn)軸碰磨進(jìn)入晚期防止轉(zhuǎn)軸碰磨進(jìn)入晚期的主要內(nèi)容包括碰磨振動監(jiān)測，診斷，振動控制和碰磨消除。按轉(zhuǎn)軸碰磨發(fā)生幾率和嚴(yán)重性，將振動監(jiān)測分為新機(jī)安裝和大修后首次啟動和一般的冷熱態(tài)啟動兩類，具體措施有：1/不論是新安裝的機(jī)組和大修后首次啟動還是一般的冷熱態(tài)啟動，凡裝有振動報警和跳閘裝置的機(jī)組，報警和跳閘必須投入。報警和跳閘值的制定請見第一章第十節(jié)。2/沖轉(zhuǎn)前首先確認(rèn)上下缸溫差值。3/新機(jī)安裝和大修后首次啟動的振動監(jiān)測。由于動靜間隙未經(jīng)啟停和

37、運(yùn)行的考驗(yàn)，碰磨的幾率較高，而且發(fā)生碰磨往往較為嚴(yán)重，因此振動監(jiān)測應(yīng)從較低轉(zhuǎn)速開始，這時轉(zhuǎn)子尚未產(chǎn)生明顯撓曲，碰磨不易進(jìn)入中，晚期。（1）從600r/min開始連續(xù)監(jiān)測1，2瓦振動，持續(xù)時間不少于15min,在相同轉(zhuǎn)速下振幅波動值若大于15um,視波動值大小將轉(zhuǎn)速降至400-500r/min或更低。（2）若振幅波動小于15um，1，2瓦振幅小于50um,以每分鐘100-150r/min升速率將轉(zhuǎn)速升至0.6-0.8nk1（高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速，以實(shí)測值為準(zhǔn)）。在升速中連續(xù)監(jiān)測振動，在0.8nk1轉(zhuǎn)速下連續(xù)監(jiān)測1，2瓦振動，1-3min記錄一次振動，總時間不少于10min。若振幅波動（相同轉(zhuǎn)速）

38、大于15um,將轉(zhuǎn)速降至0.5-0.6nk1；若波動仍大于15um，再降低轉(zhuǎn)速。只有當(dāng)轉(zhuǎn)速升至0.9nk1下連續(xù)監(jiān)測10min，振幅波小于15um,表明轉(zhuǎn)軸無碰磨或原來碰磨已經(jīng)消除。如此時1，2瓦振動小于80um，可以以每分鐘200-250r/min升速率通過汽輪機(jī)高于轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速。（3）若軸瓦振動波動小于15um或軸振波小于30um，但在0.9nk1，1，2瓦振動或其中之一大于80um,說明汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子存在較大的穩(wěn)定一階不平衡，建議查明原因和消除后再升速。4/一般冷，熱態(tài)啟動的振動監(jiān)測。（1）1200r/min開始監(jiān)測1，2瓦振動，連續(xù)監(jiān)測時間不少于5min，在相同轉(zhuǎn)速下振幅波動大于1

39、5um，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速。（2）振幅波動小于15um,以每分鐘150-200r/min升速率升至0.6-0.8nk1,振動監(jiān)測和碰磨診斷與上述3/中（2），（3）同。3.轉(zhuǎn)軸碰磨的消除通過上述監(jiān)測和診斷，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸存在徑向碰磨。若碰磨是由上下缸溫差過大，轉(zhuǎn)軸振動過大引起的，則可以采取相應(yīng)的對策加以消除；如果是軸封間隙過小，汽缸跑偏過大引起的，則一般不容許采用揭缸重調(diào)軸封間隙來消除，而是采用磨大軸封間隙。磨大軸封間隙的關(guān)鍵是通過振動監(jiān)測，控制轉(zhuǎn)速及振動，將轉(zhuǎn)軸碰磨控制在早期和中期以前。具體地說，將振動控制在容許的情況下，將轉(zhuǎn)速逐步接近高壓轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生較顯著的撓曲，借助轉(zhuǎn)軸與軸封磨擦和擠

40、壓，將軸封間隙擴(kuò)大，一般經(jīng)1-2次升降速，即可使軸封間隙磨到合適的數(shù)值。5.2.5.3 振動容許值在電廠運(yùn)行規(guī)程和目前防彎軸措施中，對振動容許值都作了明確規(guī)定，多年來運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，它不能有效地防止彎軸事故的發(fā)生，因此應(yīng)制定新的振動容許值。1.目前規(guī)定的振動容許值存在問題大機(jī)組彎軸事故屢禁不止的另一個重要原因，是機(jī)組啟動中振動容許值不合理。一般運(yùn)行規(guī)程和防彎軸措施規(guī)定，“在轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速以下，軸瓦振動應(yīng)小于30um，通過臨界轉(zhuǎn)速時軸瓦振動超過150um，應(yīng)立即打閘停機(jī)”。各廠規(guī)程和防彎軸措施對振動容許值規(guī)定雖有些差別，但方法未變，這些規(guī)定存在的主要問題是：（1）就目前機(jī)組振動水平而言，在臨界轉(zhuǎn)速以

41、下和接近轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速，軸瓦振動小于30um的機(jī)組很少，因而大多數(shù)機(jī)組無法執(zhí)行這一規(guī)定。（2）在支承動剛度一定的情況下，轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時軸瓦振幅決定于轉(zhuǎn)子一階不平衡量和過臨界轉(zhuǎn)速時升速率（角加速度），在相同的一階不平衡量下，升速率不同，軸瓦振幅有1-2倍之差，由此使人獲得錯誤的結(jié)論，沖臨界轉(zhuǎn)速是避免過大振動和轉(zhuǎn)軸碰磨的一個措施。（3）轉(zhuǎn)子不平衡原因不同，統(tǒng)一規(guī)定轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振動容許值是不合理的。大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)轉(zhuǎn)子存在穩(wěn)定的一階不平衡時，通過轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速，軸瓦振動即使超過150um，一般不會引起轉(zhuǎn)軸徑向碰磨和彎軸事故。但是當(dāng)轉(zhuǎn)軸存在碰磨時，在臨界轉(zhuǎn)速下軸瓦振動既使小于100um，也

42、將會使振動失控，發(fā)生彎軸事故。（4）將機(jī)組各軸瓦振動等效看待，即相同的振幅發(fā)生在不同的軸瓦上，有著相等的危害。一般振動標(biāo)準(zhǔn)都存在這個缺點(diǎn)，但作為防彎軸措施的一個特殊規(guī)定，應(yīng)考慮到相同的振幅發(fā)生在不同的軸瓦上，有著不同的危害。（5）引導(dǎo)運(yùn)行人員作錯誤的操作。因?yàn)橥ㄟ^臨界轉(zhuǎn)速時升速率一般每分鐘高于250r/min,因此一旦檢測到軸瓦振動大于150um，轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過臨界轉(zhuǎn)速，即使接近臨界轉(zhuǎn)速，再打閘，實(shí)際轉(zhuǎn)速也已通過臨界轉(zhuǎn)速，在降速時因角加速度減少，振幅將比升速時增大幾倍，從而使轉(zhuǎn)軸碰磨加重進(jìn)入晚期。2.建議的振動容許值為了區(qū)分轉(zhuǎn)子不平衡原因，將振動容許值分為波動值和絕對值兩個部分。（1）

43、轉(zhuǎn)速為600-0.9nk1，在相同的轉(zhuǎn)速下，軸瓦振動波動小于15um，說明轉(zhuǎn)軸無徑向碰磨；當(dāng)軸瓦振動小于80um或軸振小于150um，可以通過高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速。（2）轉(zhuǎn)速為600-0.9nk1，若軸瓦振動波動大于15um，說明轉(zhuǎn)軸存在徑向碰磨，這時不問軸瓦振動如何，都不容許通過轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速。只有當(dāng)轉(zhuǎn)速在0.9nk1下，連續(xù)監(jiān)測1，2瓦振動10min，其振幅波動小于15um，軸瓦振動小于80um，才容許通過高壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速。（3）轉(zhuǎn)速為（0.7-0.9）nk1，軸瓦振動波小于15um，但1，2瓦或其中一個瓦振動大于80um，說明振動是由轉(zhuǎn)子穩(wěn)定的一階不平衡引起的，建議消除后再升速。（4）

44、上述振動容許值只是針對防止轉(zhuǎn)軸徑向碰磨進(jìn)入晚期的一個特殊的規(guī)定，具體地說只是對汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子1，2瓦而言。對機(jī)組其他瓦軸，可將振動容許絕對值放大1.2-1.3倍，但波動值不宜放大。（5）上述的振動容許值已考慮到振動達(dá)到這一數(shù)值后，運(yùn)行人員采取糾正性操作過程中，振動有可能還將繼續(xù)增大2-3倍，此時轉(zhuǎn)軸碰磨還能控制在中期以前。（6）考慮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速以下及附近，除轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定的和穩(wěn)定的不平衡，能引起顯著的軸瓦振動外，其他振動故障不會引起明顯的軸瓦振動，因此對振動監(jiān)測和轉(zhuǎn)軸徑向碰磨診斷，使用不帶濾波器和無測相功能的一般簡單式振動表，即可滿足要求。第三節(jié) 軸系破壞和毀機(jī)事故國外早在20年代初就已

45、發(fā)生過多起軸系破壞和毀機(jī)事故。50年代以來，美國和西歐等國家對軸系破壞事故有較多的報導(dǎo)，據(jù)不完全統(tǒng)計的測算，除原蘇聯(lián)和東歐外，在美國、英國、法國、德國、日本等國家，到目前為止，已發(fā)生的軸系破壞事故近百起，事故涉及單機(jī)容量由50MW（更小的容量，未統(tǒng)計在內(nèi)）到800MW。我國從1984年以來，已發(fā)生過8起軸系破壞事故，涉及單機(jī)容量由50MW至200MW。軸系破壞事故不同于發(fā)電廠其他惡性事故，它是一個災(zāi)難性事故，一般將造成整套機(jī)組毀滅性破壞，而且還會造成人員傷亡。因此調(diào)查軸系破壞事故，制定防范對策，不僅有著十分重大的經(jīng)濟(jì)和社會價值，而且對機(jī)組設(shè)備和人身安全都有著十分重要的意義。下面就軸系破壞事故一

46、般概況及分析方法、轉(zhuǎn)子大不平衡引起軸系破壞的原因及機(jī)理和防治對策作詳細(xì)討論。5.3.1 軸系破壞事故概況及原因分類據(jù)1992年不完全統(tǒng)計，美國、英國、法國、德國、日本、中國等國家，在近30年內(nèi)，發(fā)生的軸系破壞事故主導(dǎo)原因分類如表5-1。由于各個國家和生產(chǎn)廠家，為了商業(yè)名譽(yù)等原因，對這種災(zāi)難性事故報導(dǎo)很小，因此難以作出全面的統(tǒng)計分類。盡管這次共搜集到有關(guān)軸系破壞事例共80多起，但真正屬于軸系破壞事故的只有39起。這些事故不僅使機(jī)組造成毀滅性破壞，而且造成近百人的傷亡典型的是1970年日本三菱重工的一臺330MW汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子，在做超速試驗(yàn)時，當(dāng)轉(zhuǎn)速剛升至3600r/min（額定轉(zhuǎn)速3000r/m

47、in）時，轉(zhuǎn)子突然爆炸，當(dāng)場死亡4人，25人重傷，26人輕傷。表5-1是一個很不完全的統(tǒng)計，從分類原因來看，各個國家差別較大，美國、德國材質(zhì)占第一們，中國、法國、日本轉(zhuǎn)子大不平衡事第一位。從總的來看，轉(zhuǎn)子大不平衡事第一位，材質(zhì)占第二位。國內(nèi)發(fā)生的軸系破壞事故較為特殊，75是由轉(zhuǎn)子大不平衡引起的，還有兩起因技術(shù)上等原因，未能深入查明，其中還不能排除引起軸系破壞的主導(dǎo)原因也是轉(zhuǎn)子大不平衡。下面就表5-1軸系破壞主導(dǎo)原因作簡要的說明。5.3.1.1轉(zhuǎn)子材質(zhì)缺陷這種事故大多發(fā)生在60年代以前，因受當(dāng)時煉鋼技術(shù)和鍛造能力的限制，轉(zhuǎn)子鍛件中夾雜、裂紋、氫脆、熱處理不當(dāng)?shù)仍蜉^為嚴(yán)重和普遍，因此在新機(jī)投運(yùn)，

48、甚至在制造廠超速試驗(yàn)和組裝試車時，就發(fā)生了轉(zhuǎn)子爆炸和軸系破壞事故，也有少數(shù)機(jī)組在現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)年后才發(fā)生，這是由夾雜、裂紋發(fā)展所致。這種故障造成軸系破壞事故的最大特征，是起始斷口呈明顯的脆性斷口，從斷口表面可以發(fā)現(xiàn)明顯的材質(zhì)缺陷。事故往往是無任何起因的情況下突然發(fā)生的。破壞起始往往是在正常超速試驗(yàn)或工作轉(zhuǎn)速下發(fā)生的，由于起始破壞轉(zhuǎn)速較高，因此二次在于能量很大，因而往往會造成整個機(jī)組毀滅性破壞。5.3.1.2轉(zhuǎn)子大不平衡轉(zhuǎn)子大不平衡引起軸系破壞，不僅因?yàn)檗D(zhuǎn)子產(chǎn)生了巨大的不平衡量，而且還必須存在共振，才能構(gòu)成軸系破壞和毀機(jī)事故。這種事故在舊機(jī)組上都可能發(fā)生，而且一旦發(fā)生，往往造成機(jī)組毀滅破壞。這種故障

49、引起軸系破壞的最明顯特征，是軸系破壞起始斷口存在十分顯著的大彎曲塑性變形。6.3.1.3進(jìn)水這里所說的進(jìn)水不是一般汽輪機(jī)進(jìn)水和冷汽，引起汽缸不均勻收縮變形。這里進(jìn)水是指汽缸大量進(jìn)水，使轉(zhuǎn)子緊急制動，引起軸系破壞。例如1992年英國一臺500MW機(jī)組在帶負(fù)荷運(yùn)行中，因混合低壓加熱器滿水，倒入低壓缸引起緊急制動，使低壓轉(zhuǎn)子和勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子斷成六段。起始斷口具有扭應(yīng)力過大的明顯特征。5.3.1.4嚴(yán)重超速在這次統(tǒng)計中只有一臺是1965年英國制造的60MW機(jī)組，因Fe3O4在油動機(jī)活塞和缸體上沉積引起卡澀，甩負(fù)荷年主汽門和調(diào)速汽門均未關(guān)，超速至5000r/min以上，低壓轉(zhuǎn)子葉輪、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)全部碎裂飛

50、散，當(dāng)場死亡2人，9人受傷?，F(xiàn)場因機(jī)組嚴(yán)重超速引起損壞事故時有時有發(fā)生，但絕大多數(shù)是轉(zhuǎn)動部件強(qiáng)度薄弱處首先損壞飛脫，例如葉片，但不一定構(gòu)成軸系破壞，真正因嚴(yán)重超速，單純因離心力過大造成軸系破壞事故十分罕見。嚴(yán)重超速造成的軸生活費(fèi)破壞的最典型特征是軸系破壞起始斷口明顯的徑向撕裂。5.3.1.5非同期合閘現(xiàn)場嚴(yán)重的非同期合閘時有發(fā)生，但造成軸系破壞的國內(nèi)還沒有發(fā)生過。這次統(tǒng)計只搜集到原西德1973年10月在一臺600MW機(jī)組上發(fā)生過，使該機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子端部線包、護(hù)環(huán)嚴(yán)重?fù)p壞，汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器處斷裂。5.3.1.6原因不明對于軸系破壞特別嚴(yán)重，事故特征不明顯的，由于當(dāng)時技術(shù)力量和經(jīng)費(fèi)及

51、其他一些原因，而未能作深入的調(diào)查。不過就表5-1歸納的引起軸系破壞的五個主導(dǎo)原因來說，除轉(zhuǎn)子大不平衡外，其他四個原因造成破壞特征都很明顯，而且破壞機(jī)理也較直觀，具有一定專業(yè)水平和分析事故經(jīng)驗(yàn)的專家查明相應(yīng)的破壞主導(dǎo)原因并不困難。因此有理由推論認(rèn)為，原因不明大部分是由復(fù)雜的轉(zhuǎn)子大不平衡引起的。5.3.2 軸系破壞事故分析途徑和方法軸系破壞事故在汽輪發(fā)電機(jī)組各種事故分析中是難度最大的一種事故。這不僅因?yàn)闄C(jī)組破壞最為嚴(yán)重，在事故中往往會形成一些直觀無法理解的奇怪現(xiàn)象，給事故分析帶來神秘感，而且由于事故起因、破壞主導(dǎo)原因及機(jī)理往往很復(fù)雜，是跨學(xué)科、跨專業(yè)的問題，主要涉及金屬材料、振動強(qiáng)度、轉(zhuǎn)子平衡、機(jī)

52、組運(yùn)行、調(diào)節(jié)、電氣等專業(yè)。通過近幾年來軸系破壞事故調(diào)查，在這一方面積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)的要點(diǎn)是:不論何種原因引起的軸系破壞，首先應(yīng)全面地掌握事故前機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、事故詳細(xì)的全過程、該機(jī)和同型機(jī)組運(yùn)行情況、機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其在結(jié)構(gòu)上所呈現(xiàn)的缺陷；其次，也是最關(guān)鍵的一步，有著手調(diào)查和在破壞廢墟及碎片中尋找證據(jù)時，應(yīng)著重抓住下列幾個關(guān)鍵問題，由此才能使事故分析深入，取得確切的事故起因、破壞主導(dǎo)原因和查明事故機(jī)理。5.3.2.1事故最高轉(zhuǎn)速這是涉及軸系破壞的關(guān)鍵因素之一，因此不能從機(jī)組破壞嚴(yán)重性直觀臆斷為超速所致。實(shí)際上恰恰相反，有許多造成毀滅性的軸系破壞事故，其破壞起始轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速。確

53、定事故最高轉(zhuǎn)速，可采用下列方法：（1）由自動記錄和事故記憶裝置提供國內(nèi)有些機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速采用打點(diǎn)記錄，但由于記錄時間間隔較長，在事故過程中一般不能捕捉到事故最高轉(zhuǎn)速。如果采用模擬量記錄，則可以捕捉到事故前期最高轉(zhuǎn)速。若機(jī)組上裝有事故記憶裝置，也可獲得事故前期最高轉(zhuǎn)速，這是由于事故后期因大振動的發(fā)生，可能將轉(zhuǎn)速傳感器打壞，而此時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速仍可能在加速之后。（2）目擊者提供轉(zhuǎn)速指示值 這是由于目前大多數(shù)機(jī)組就地和控制室都裝有轉(zhuǎn)速指示表，一般電廠都配備了較多的運(yùn)行人員。當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)異常時，運(yùn)行人員首先關(guān)心的是機(jī)組與電網(wǎng)是否解列，其習(xí)慣動作是一看負(fù)荷，二看轉(zhuǎn)速，因此在事故發(fā)生時總有幾個或個別人看到了事故中轉(zhuǎn)

54、速最高指示值。當(dāng)然這個轉(zhuǎn)速指示，因后來傳感器或傳動裝置損壞，不一定是事故中最高轉(zhuǎn)速。但是，要想目擊者真實(shí)地講出見到的轉(zhuǎn)速最大指示值，困難較大，這主要是運(yùn)行人員怕負(fù)責(zé)任，因此不是把轉(zhuǎn)速說低了，就是說沒有見到。（3）由葉根斷面和葉片材料強(qiáng)度極限，求出斷裂時拉力，甚至使用材料試驗(yàn)機(jī)，實(shí)驗(yàn)求出葉根拉斷時總拉力，以此拉力作為離心力，反復(fù)算出葉根斷裂時轉(zhuǎn)速。根據(jù)各級葉根不同的拉斷強(qiáng)度和事故后葉根斷裂狀況，求得事故最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)子損壞不嚴(yán)重時，使用這種方法求得吾輩了高轉(zhuǎn)速比較可靠。但在大多數(shù)軸系破壞中，由于軸承失去功能，或轉(zhuǎn)子斷裂，葉輪、葉片在二次損壞過程中承受了很大撞擊，雖然從葉根斷面來看，具有典型的離心

55、過大拉斷特征，但以此求得事故最高轉(zhuǎn)速較實(shí)際高得多，這主要是葉根斷裂過程中承受較大的外加撞擊力，因而對計算值要作修正，但修正系數(shù)主要憑經(jīng)驗(yàn)和直觀估計，因此求出最高轉(zhuǎn)速可靠性也不高。（4）由能量平衡推算根據(jù)流入汽缸的蒸汽流量、參數(shù)、軸系轉(zhuǎn)動慣量、能量損失等，可以大致估算出轉(zhuǎn)子能夠達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速。這種估算方法誤差相當(dāng)大，因此計算結(jié)果可靠性也不高。（5）由事故前機(jī)組運(yùn)行工況估算事故轉(zhuǎn)速如果事故前機(jī)組是并網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行，因甩負(fù)荷，調(diào)速器存在卡澀，則有可能超速。依據(jù)當(dāng)時負(fù)荷值，估算出調(diào)門開度，并根據(jù)后來事故發(fā)展和事故后檢查飛錘飛出與否，可大致估算出超速范圍。如果機(jī)組正在做超速試驗(yàn)發(fā)生軸系破壞事故，依據(jù)當(dāng)時操

56、作、機(jī)組保安和調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及飛錘動作與否，也可判斷出超速范圍。這種估算轉(zhuǎn)速的方法，雖然不能獲得確切的事故最高轉(zhuǎn)速數(shù)值，但就估算的范圍來說是較為可靠的。（6）由軸系破壞機(jī)理反推事故轉(zhuǎn)速不論采用何種方法確定事故最高轉(zhuǎn)速，最后應(yīng)與軸系破壞機(jī)理統(tǒng)一；若不統(tǒng)一，兩者之中必然有一個不符合實(shí)際。因此當(dāng)軸系破壞特征和機(jī)理比較明確時，在此基礎(chǔ)上反推事故破壞轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速。例如由起斷口特征指出，軸系破壞主導(dǎo)原因是轉(zhuǎn)子大不平衡。而引起軸系破壞的大不平衡是由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外伸端的勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)飛脫引起的。由此可此肯定，引起軸系破壞轉(zhuǎn)速是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階臨界轉(zhuǎn)速附近，則事故最高轉(zhuǎn)速應(yīng)高于或等于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階臨界轉(zhuǎn)速。高

57、出數(shù)值可由上述五種方法估算。綜合以上所述，在軸系破壞事故分析中，確定事故最高轉(zhuǎn)速不是一個具體數(shù)值，而是一個轉(zhuǎn)速范圍，但軸系破壞的起始轉(zhuǎn)速應(yīng)明確。5.3.2.2軸系破壞起始斷口在確定事故最高轉(zhuǎn)速的同時，應(yīng)積極尋找和分析軸系破壞的起始斷口，而且這一工作必須在破壞現(xiàn)場沒有遭到人為破壞的情況下完成。破壞起始斷口是直接關(guān)系到事故起因、破壞主導(dǎo)原因最關(guān)鍵性的一個因素，因?yàn)楹髞淼妮S系斷口、破壞方式及機(jī)理，主要由起始斷口軸向位置、起始斷裂時產(chǎn)生的振動、斷裂后軸系形狀和當(dāng)時轉(zhuǎn)速決定，作為軸系破壞事故調(diào)查分析，是查明軸系破壞起始斷口斷裂起因和破壞的主導(dǎo)原因，對于后來軸系破壞方式及原理，一般不作分析研究。確定軸系破

58、壞起始斷口有下列方法：（1）由目擊者提供在軸系破壞發(fā)生過程中，尤其是機(jī)組異常出現(xiàn)在破壞發(fā)生之前和開始時，在機(jī)組近處、不遠(yuǎn)處一般總有人注視機(jī)組，盡管大多數(shù)情況下注視的人還沒有看清發(fā)生了什么事，爆炸隨即發(fā)生，但是他目睹了爆炸首先是在機(jī)組頭部、低壓缸處，還是在發(fā)電機(jī)后端或勵磁機(jī)處，目睹爆炸現(xiàn)場的不止一人。讓目擊者提供這種證據(jù)，一般不難，而且較為客觀。（2）殘骸散落分布由于轉(zhuǎn)子斷裂，支承功能失去，轉(zhuǎn)速很快降低，因此軸系破壞的起始轉(zhuǎn)速一般也是軸系破壞的最高轉(zhuǎn)速但不等于事故最高轉(zhuǎn)速，所以起始斷口處碎片飛得較遠(yuǎn)，附近殘骸散落不多，在起始斷口處附近，由于這時轉(zhuǎn)速還較高，仍能造成嚴(yán)重的破壞，但撞擊能量較起始斷口處小得多，因此碎片飛得較近，周圍的殘骸散落較多。但對于某些轉(zhuǎn)子支承功能未失去的軸系破壞，例如聯(lián)軸器、接長軸斷裂，汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支承依然完好，如果這時進(jìn)汽仍未切斷，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子斷開之后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速會進(jìn)一步飛升，致使汽輪機(jī)葉片大量損壞飛脫，產(chǎn)生大振動，此時往往會自動切斷汽源，并由于轉(zhuǎn)動部件飛脫撞擊，引起制動而終止破壞。事故后從汽缸外和運(yùn)行平臺上殘骸散落分布來看，還是起始斷口處飛得較遠(yuǎn)，起始斷口附