1、关于转子动平衡试验事故分析摘 要: 对国产小汽轮机转子动平衡试验事故事故的进行了全面分析, 确定了转子传动轴断裂的原因, 做出了准确的判断, 为机组抢修恢复争取了时间, 为同类型机组在诊断和防范类似故障方面提供参考。 关键词: 汽轮机;转子; 碰摩; 断裂 中图分类号：U464.331+.1 文献标识码： A 文章编号： 1.设备概况 该机组冲动式冷凝式汽轮机，用于驱动风机，额定转速为 5850 r/min。转子为整锻转子结构，通过膜片柔性联轴器与风机连接。转子上位于前汽封高压段部位做成台阶结构，构成平衡活塞，以平衡转子的部分轴向力。转子通过两个径向轴承支承。 该试验设备为德国申克 DH8 高
2、速动平衡机。高速动平衡机 DH8 是德国申克公司最新产品，采用各向等刚度硬支撑。支承采用球面弹性对中，装有轴承座振动阻尼装置以及摆架变刚度装置，可用于转子的低速动平衡，高速动平衡及超速试验 。该动平衡机配有密闭性好，安全性高的真空防爆舱，高速动平衡及超速试验在20mbar 的真空环境下下进行。 2.试验概况 事故次试验由 CABFLEX 记录历时 1211.9s。试验前，根据前次试验记录做过如下调整：将真空油站油温由 30 升至 34，1 号摆架的进油油压由1.9 下调至 1.5（流量由 36 下降至 25）. 2 号摆架油压由 2.7 升至 3.0，电机扭矩由 30%下调为 10%。做出以上
3、调整的理由是：在高速 5500-5700间，摆架 1、2 出现疑是油膜失稳的现象。操作员查看电脑监控，发现无异常，操作员连接上电机主驱动，开始试验，操作员将电机转速设为 600 rpm，查看转子低速情况，电脑显示两个轴承处测得的剩余不平衡质量为5-6g 之间，为正常值（10g 以内为正常值） 。故操作员将转速升至 4000 rpm，转子稳定，此时，操作员觉得 1 号摆架油流量过大（30） ，故将油压下调至 1.0,油流量降至 15，之后操作员将转速缓慢升至 5000 rpm，转子稳定，将转速升至 5300 rpm，转子振型有少许波动但 10s 后稳定，过了 40s，转子振型不再变化。操作员将转
4、速升至 5500 rpm，转子振型有少许波动但 5s 后稳定，过了 30s，转子振型不再变化。由于前次试验转子在 5500-5800 之间振动很大，操作员开启了加刚度系统。随后操作员将转速升至 5850 rpm，此时转子振动烈度虽然超出标准值，但仍是稳定的，故进行超速试验，转速升至 6727.5 rpm，按试验要求，准备停两分钟，但是在超速十五秒开始，轴承振动急剧增大，操作员立马降速，但是当转速降到 5619 rpm 时，发生了连接轴断裂的事故（试验记录见图一、图二） ，监控显示主驱动停止，仓内失去真空。 图一图二 3.事故分析 所谓事故起因，是指事故的诱发因素，而主导原因才是造成事故损坏或破
5、坏的直接原因。 根据国内外有关资料介绍和国内 40 年来电厂运行经验总结归纳，在汽轮发电机组上因振动过大形成的事故有，转轴径向碰磨引起弯轴和轴封严重磨损，轴系破坏毁机，轴瓦乌金碾压和碎裂，轴瓦紧力消失，转动部件不均匀磨损，动静件疲劳损坏，危急保安器及保护仪表误动作等事故。 转子临界转速下振动增大，不一定就是转子永久弯曲所致，因为临界转速下振动值只反映了转子一阶不平衡量。引起运行机组转子一阶不平衡变化原因有：连续盘车时间不够，转子残留热弯曲，转轴与水接触，转轴径向碰磨，转动部件损坏飞脱，转子永久弯曲等。前三个故障引起的是不稳定不平衡，后两个故障引起的是稳定不平衡。下面分析一下转轴径向碰磨： 转子
6、碰磨从方向分，可分为轴向和径向；如从发生部位分，可分为转轴，叶轮，叶片，围带等处与相对应部件碰磨，引起弯轴事故的碰磨只有转轴径向碰磨一种。 由于轴封径向间隙是机组动静间隙最小处，尤其是高压汽轮机，因此机组运行中转轴径向碰磨经常发生，这种碰磨稍有疏忽，直接导致轴封严重磨损和弯轴事故。 某些新机启动，轴封间隙调整不当或上下缸温差过大，转轴碰磨早期阶段很不明显，尤其是当转速接近转子一阶临界转速时，转轴碰磨由早期很快进入中期和晚期。从实测结果来看，转轴碰磨进入中期时，轴瓦和轴振增长速率分别高达 60-80um/min,150-200um/min,碰磨进入晚期振动增长速率将几倍于中期碰磨增长率，所以当转
7、轴碰磨严重时，从振动开始增大，到碰磨进入晚期，弯轴事故形成，前后不过 2-3min 或更短。所以一旦发现振动异常，除非机组装有跳闸保护，否则运行人员尚无作出判断，机组振动已经失控，弯轴事故在所难免。 从上面分析以及现场设备测量结果来看，该动平衡试验事故发生的原因如下： 轴承与转子间隙不够，在试验过程中，油无法持续润滑，轴承与转子发生碰摩。在实验过程中，轴承与转子之间的油膜首先破裂，继而整个真空仓失去真空，动平衡机保护装置产生作用，主机停机，导致传动轴断裂，转子在此过程没有发生弯轴事故。 从上述数据以及分析来看，动平衡试验时，当转速从 4000rpm 升至5500 rpm 时，属于转轴碰磨早期和
8、中期，故转子的振动并不明显，但是转速从 5850rpm 升至超速试验时，转速接近一阶临界转速，转轴碰磨已经进入到晚期，转子在短短的 15S 内发生剧烈转动，但在动平衡机的保护装置作用下，转子并没有发生弯轴，仅是传动轴发生断裂。 4.防止事故发生措施 从上面的事故概述以及分析来看，该类事故产生的后果非常严重，如何防止该类事故产生成为日常工作一个重要的方面。下面简单介绍一下采取何种措施： （1）防止汽轮机大轴弯曲应具备和熟悉掌握的资料 1)转子原始弯曲和最大弯曲在轴向、圆周的位置，大轴弯曲表的原始晃动值及最高点的相位等都应有原始记录； 2)大轴弯曲表测点安装的位置、转子的原始晃动值（双幅）以及圆周
9、方向上最高点的相位； 3)轴系临界转速及正常运行中各轴承振动值，机组中速暖机时振动值及冷、热态启、停机组通过临界转速时的振动值； 4)正常情况盘车电流及电流摆动值（注明油温、油膜压力或顶轴油压） ；5)正常停机惰走曲线和破坏真空紧急停机惰走曲线； 5)通流部分轴向、径向间隙最小值，汽缸膨胀值及运行中开停机时的胀差值。 6）应根据制造厂的规定及各型机组的运行经验制定出机组各状态下的典型启动曲线和停机曲线，经实践检验后认为可行，便可纳入运行规程。 7）新机组启动前，应制定专门的启动方案和安全、技术措施及开机工作票，并有指挥启动的组织机构，机组启动由值长统一指挥。 以上数据、资料，在机组安装、调试过
10、程中应测取并在投运后经常进行核对和修正。如发生异常情况，应及时汇报、分析和处理。 （2）机组启、停和运行中的监测 必须符合以下条件，汽轮机组方可冲转，否则禁止启动： 1)大轴晃动值不超过原始值 0.02mm； 2）冲转前，转子连续盘车时间应足够，一般不少于 24h（热态启动取大值） ，并应尽可能避免中间停止盘车。如发生盘车短时间中断，则要延长盘车时间。机组启动中因振动异常而停止启动后，必须经全面检查并确认机组已符合启动条件后，再连续盘车不少于 4h，才能再次启动，严禁盲目启动。无论何种原因停机时，必须立即投入盘车，这是减小大轴弯曲值的重要措施。若故障停机盘不动车，则应用各种有效手段盘车或手动盘
11、车。此时，应正确判断轴弯曲是否可能造成动、静碰磨。若转子热弯曲较大时，应先盘车 180，待转子热弯曲消失后再投入连续盘车。3）大轴原始晃动值大于 0.07mm（弯曲 0.035mm 时，每次启动需测高点相位，只有高点相位相同，与原始晃动值相比不超过 0.02mm 时，才能启动。热态启动转子晃动值大于原始值 0.02mm 不能启动。在转速1200r/min 时，振动偏离原始值 0.02mm（或超过各机组的制造厂家的单独规定）应停机处理。 4）启动升速过程中，应有专人监测振动，如有异常，应查明原因，并进行处理。机组在转速 1500r/min 以下中速暖机和升速过程中，轴承振动超过 0.03mm 时
12、，应立即打闸停机；过临界转速中，轴承振动超过0.01mm 时，也应立即打闸停机，以减小过临界转速时的摩擦振动。严禁硬闯临界转速或降速暖机。这是因为在低转速下机组无明显振动，不等于转子无弯曲，这个问题的误判断曾经导致多起大轴弯曲事故。一般来说，转速低于第一临界转速时，转子的弯曲方向和大轴的不平衡离心力方向基本一致，振动就会急剧增大，往往产生愈磨愈弯、愈弯愈磨的恶性循环，此时切不可降速暖机，应立即停机。否则，在更低转速下动静继续摩擦是很危险的。 5.结语 通过对该转子动平衡试验事故事故的进行分析, 确定了转子传动轴断裂的原因，给其他类似事故提供参考意见。 1 龙劲强.国产 300 MW 汽轮机组高中压转子弯轴事故分析. 北京: 江 苏 电 机 工 程社 ,2008. 2 宋涛. 汽轮机转子发生永久性弯曲事故的原因及预防.山东: 山东电力技术 ,1999. 作者简介：司徒胜裕（1985 -） ，男，广东江门人，广重企业集团有限公司助理工程师，主要从事热能动力设备设计方面的工作。 黄永昌（1982 -） ，男，广东广州人，广重企业集团有限公司助理工程师，主要从事热能动力设备设计方面的工作。
