全套振动事故原因分析书

1、第五章振动事故原因分析当机组振动值超过一定限度后，在短时间或经一段时间运行后，对机组部件将形成损伤或损坏，严重时形成事故。为了防止事故再次发生，必须查明事故原因，找出对策，这是编写本章的主要目的；另外，从这些事故调查分析中，可以看到过大振动对机组造成的直接危害，以此引起运行，维修及有关人员对机组振动的进一步关注。第一节概述第二章在讨论振动故障，机理和诊断步骤之前，首先讨论了振动故障诊断思路和方法。振动事故分析思路和方法与振动故障诊断基本相同，也必须通过事故现象，过程，特征的分析，才能对事故原因作出判断。在比较分析过程中采取的主要手段是演绎推理，使用方法详见第四章第一节。在事故原因分析中查明事故

2、机理是十分重要的，只有这样才能获得确切的事故原因，制定合理有效的防治对策。但是，振动事故分析毕竟与振动故障诊断不同，其主要差别有：1.对象有所不同。振动故障诊断开始时，对象很明确，就是机组振动，但振动事故分析开始时并不能肯定振动就是事故唯一的原因，因此排除非振动事故，也是振动事故原因分析的一项重要内容。2.振动故障可以多次再现，但振动事故一般不能或不容许再现，从而获得事故过程，现象，特征，只能从有关人员口述，记录，事故后留下的损坏部件，碎片中去分析，寻找，其难度和对分析人员的专业知识，经验的依赖性，要比振动故障诊断大得多。鉴于上述的事故分析思路，本章介绍的振动事故分析与一般事故分析不同，它不是

3、振动，事故现象和可能原因的罗列，归纳，推测，得到的仅仅是可能原因。本章所述的振动事故分析，是在振动故障诊断知识和经验基础上，具体介绍如何从事故损坏部件，碎片和有关纪录中寻找证据，提炼成特征，结合事故前机组运行状况，机组结构，经归纳整理，将现象和特征串起来，采用演绎推理手段，查明事故机理，从根本上认识事故起因和主导原因，找出合理有效的防治对策。因此简单地说，振动事故分析是寻找证据，提炼成特征，应用专业知识和经验，让不能再现的事情用文字描述下来，以便找出薄弱环节，制定防治对策。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坏的直接原因。例如某起轴系破坏事故，因甩负荷，段抽汽逆止门

4、卡涩超速至4800r/min,引起发电机转子外伸端滑环碎裂飞脱，造成轴系破坏。这起事故的起因是超速，事故主导原因是滑环碎裂引起大不平衡。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，本章具体讨论这些事故起因，主导原因，机理和防治对策第二节 转轴碰磨引起的弯轴事故据1989年国内大机组弯轴事故统计表明，其中86%是由转轴径向碰磨引起，因此分析，研究转轴碰磨引起的弯轴事故，对于防止电厂重大恶性事

5、故，有着重要的意义。本书第二章第九，十两节，对机组启停过程中和工作转速下转轴碰磨振动特征，诊断作了详细介绍，本节讨论的是转子已经发生了永久弯曲，如何分析弯轴事故起因，主导原因，弯轴形成机理及其防治。现场发生的弯轴事故概况 转子碰磨从方向分，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。第二章第九节已经指出，碰磨引起弯轴，其碰磨必须进入晚期。转子碰磨进入晚期首先要经过早期和中期，

6、从直观分析，运行人员应有较充分的时间进行纠正性操作。正是由于这一原因，对弯轴事故调查时，有关人员普遍反映当时机组振动不大。现场检测到的振动结果表明，某些新机或大修后启动，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

7、，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。不仅如此，即使对于装有跳闸保护的机组，当跳闸值设置不当，或升速率过高，也难免弯轴事故的发生。因此转轴碰磨引起的弯轴事故防治，较其他事故防治要困难的多。从事故后叶片围带和气缸上阻汽片间隙及围带上留下的磨痕深度测算，一般弯轴事故转子中部振动和弯曲值（双幅）将超过6-8mm，轴承振幅将超过600um；对于某些严重的弯曲事故，动静部件会产生更大的磨损，而且还会造成气缸法兰螺栓振松和咬扣或滑扣。转轴碰磨引起的弯轴事故机理及特征 转轴碰磨进入晚期后会形成弯轴事故，是由于晚期碰磨振动增长速率比中期更高。在一定转速下，振动增长率直接反映了转子热弯

8、曲增长率，即反映了转轴径向，轴向温度梯度（热应力值）。当弯曲高点处热应力（挤压）超过材料屈服限时，晶体产生塑性变形，所以当转子冷却至常温后，原来弯曲高点变成了弯曲的凹点。基于这种弯曲机理，转轴碰磨引起弯轴主要特征，有以下三点： 1.在永久弯曲凹点方向留下碰磨重点庄轴径向碰磨时重点处温度高于另一端，当转子转速在一阶临界转速以下或附近时，转子热弯曲高点又是碰磨重点，因此使转轴越磨越弯，所以在热弯曲高点上留下十分显著的磨痕重点。当碰磨严重时，在叶顶，围带上在这一方向也会留下明显磨痕和沟槽，以至这一方向上铆接围带被汽缸上阻汽片切断而飞脱。 当转轴热弯曲高点处引起挤压应力过大，超过材料屈服极限时，便产生

9、塑性变形；转子冷却至常温时，原弯曲高点出纤组变短而成为凹点。 2.转子弯曲成折线 图5-1是一台国产125MW机组汽轮机高中压转子转轴碰磨后引起弯轴典型曲线。由图可见，转子只是局部产生了永久弯曲，因此从弯曲形状看像是折线。这是由于转轴碰磨在大多数情况下，转子只是在轴向长度不大的一段上碰磨进入了晚期，其他轴段上虽也发生了碰磨，但因转子结构，径向间隙不同，碰磨仍处在早期或中期，因此转轴塑性变形只发生在轴向不长的一段，所以弯曲成折线。 该轴段碰磨较早的进入晚期，主要由当时转速，即转子挠曲形状，轴封间隙值，汽封块退让量及弹性力所决定。所以对某一种形式汽轮机转子来说，在绝大多数情况下碰磨引起的弯轴总是发

10、生在同一轴段上。 3.退火后转子弯曲值明显减小 由转轴碰磨引起弯轴机理可知，转子弯曲凹点的形成是由于该方向材料在热状态下产生过大的挤压应力所致。当转子冷却后，过大挤压应力处又产生了拉应力，这种应力与转子永久弯曲方向一致，故使转子永久弯曲值增大。所以直轴之前对该轴段退火内应力消除后，永久弯曲值会减少。一般碰磨引起的弯曲，退火后永久弯曲值将减少20%-30%，如图5-1所示。 转子永久弯曲的确认 运行机组因转轴碰磨或其他原因，转子已经发生了永久弯曲，目前现场大多数采用多次启动的办法，企图冲过去。实在无法冲过去，便揭缸寻找大振动的原因，有时发现转子已经发生永久弯曲，有时对机组造成更大的损坏。下面介绍

11、再不揭缸的情况下，确认转子永久弯曲与否及弯曲值的方法。 转子永久弯曲的最明显特征，一是大轴晃摆值经4h连续盘车不能复员；二是临界转速下振动较前显著增大，当大轴弯曲指示器原始晃摆值大于60um和转子永久弯曲小于0.30mm时，第一个特征往往不明显，因此需要通过第二个特征来确认转子永久弯曲。 .1临界转速下振动增大的故障原因 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

12、起的是稳定不平衡。通过下列工作再排除转动部件损坏飞脱。 .2测量转子外露处晃摆值 选取距轴瓦较远光滑的外露轴段，一般选在1.2瓦汽封挡圈处，也可选在1瓦外伸端，将径向分成8等分，转子经2h以上盘车之后，使用百分表测量每等分处晃摆值，求出180度晃摆值差。转子无明显弯曲时，其差值小于30um。由此表明，临界转速下振动增大，在排除不稳定不平衡故障情况下，它只能由转动部件损坏飞脱。 若晃摆值明显大于30um，说明转子已经产生了永久弯曲，转子最大弯曲值max由下式估算：max =L/L*A/2 式中 L-转子最大弯曲值距轴瓦中心距离，由同型机组弯轴普遍规律确定；    &

13、#160; L-外露轴晃摆值测点距轴瓦中心距离； A-    外露轴晃摆最大差值。 max精度是随外露轴测点处原始晃摆值减少和L增大而增高。因此选取外露轴应距轴瓦愈远和原始晃摆值愈小愈好。 .3依据临界转速下振动变化值估算转子弯曲 由事故前后临界转速下振幅变化，依据下式求出转子一阶不平衡重径积W*r的变化。 W*r=A/ 式中-一阶临界转速下影响系数，um/(kg.m)；     A-事故前后临界转速下振动矢量差，在未测振动相位时，近似取算数差，因为永久弯曲产生的不平衡与原始不平衡反相。 由转子平衡中取得。若无此数据，对于100-30

14、0MW汽轮机高压转子，近似取1=100-150um/(kg.m),根据转子重量，临界转速高低，支撑刚度，选其上限，下限或中间值。 由转子重量G和重径积W*r，可求出转子偏心距e的变化。 e= W*r/G 偏心距e沿转子长度分布构成一阶不平衡分量的连线，近似为三角形，则转子最大弯曲max3e。这里应指出，转子永久弯曲若是由碰磨引起，则在引起弯轴的同时转动部件损坏飞脱也可能发生，而且飞脱部件方向正好是转子弯曲凹点，使转子一阶不平衡进一步增大。 弯轴事故分析方法 近十几年来大机组弯轴事故频繁发生，从事故调查过程和结果来看，要获得明确的事故起因和弯轴的主导原因难度较大。下面针对目前弯轴事故调查中存在的

15、问题和事故分析思路，做简要的分析讨论。.1采用正向推理，首先排除非转轴碰磨引起的弯轴事故 采用正向推理的前提是事故原因范围必须明确。引起汽轮机弯轴的原因除转轴碰磨外，还有下列原因。为了正确和可靠的排除这些非转轴碰磨引起的弯轴，下面具体讨论这些故障引起弯轴的机理，特征。 1.高温转子被水浸泡 机组带负荷后停机，因凝汽器补给水或过热器减温水门未关，引起凝汽器汽侧满水进入气缸，使下汽缸温度急剧降低，轴封间隙消失，盘车跳闸，运行人员未能及时发现，致使汽缸中分面以下的转子被水浸泡而遭到骤然冷却，产生过大的收应力，引起塑性变形造成永久弯曲。这一过程往往被隐瞒，直至下次启动临界转速下振动过大无法升速，才引起

16、注意。这种故障引起弯轴的主要特征有： 1/转子弯曲曲线较为平滑 转轴下部遭到骤然冷却产生过大收缩应力，将发生在整个转子高温部分，所以在较大的轴段长度上存在弯曲，其弯曲曲线显得较平滑。2/转子弯曲高点处可能留下碰磨痕迹这是由于转子已经发生了永久弯曲，后来又经几次启动，因振动过大而发生转轴碰磨，从而在转轴弯曲高点留下碰磨痕迹。3/转子上存在明显的水迹因转子静止后被水浸泡，由于氧化，洗刷作用和水质不纯等原因，在水接触处和非接触处会留下明显的分界线。2.非同期合闸因严重的非同期合闸，引起轴系中某一个转子产生永久弯曲变形的事例，国内已发生过数起。在过大的扭应力冲击下，使转子产生横向弯曲变形的机理目前尚不

17、清楚。这一故障引起转子弯曲一般发生在汽轮机和发电机转子连接处附近，或轴系扭转强度薄弱处。对于汽轮机高，中压转子来说，不仅具有较大的扭转强度，而且在非同期合闸的情况下，此处扭应力也较小，因此非同期合闸在这些转子上形成永久弯曲的可能性较小。3.转轴上内应力释放由于转轴制造加工，运行中严重碰磨，直轴后退火不彻底等原因，在转轴上残留了较大的内应力，机组运行一段时间后，其内应力会释放，使转子弯曲增大或减小。这种现象往往是在某次停机或启动，发现转子临界转速下振动显著增大，甚至不能升速，诊断其故障原因时才被发现。这种故障引起转子弯曲的主要特征为：1/转子弯曲曲线较为平缓由于转轴上残留的内应力是在一定轴段长度

18、内，因此当内应力释放后，弯曲在这一轴段上形成，其弯曲曲线较碰磨引起的弯轴要平缓，但没有像被水浸泡引起的弯轴那样平滑。2/转子弯曲高点可能会留下碰磨重点内应力释放，如果转子弯曲减少而使转子临界转速下振动增大，因后来启动转轴发生碰磨，则转轴上留下的碰磨重点与转子不平衡方向有关；如果转子弯曲增大，则在后来启动中转轴发生碰磨，则在转子弯曲高点出会留下碰磨重点。3/转子弯曲变化常常发生子在转子原来弯曲同一径向平面内当转子上留下过大内应力与转子原来弯曲直接有关时，其内应力释放后，转子弯曲高点与转子原来弯方向相同或差180度，即在一个径向平面内，而且发生在同一轴段上。4/退火后转子弯曲会增大转轴上内应力虽释

19、放，但没有释放完，因退火后内应力获得进一步释放，从而造成转子弯曲值进一步增大。4.转子材料蠕变转子材料蠕变产生永久弯曲，大多发生在运行多年的旧机上，而且转子弯曲值增大是一个缓慢增大的过程，这从历年来转子临界转速下振动和大修中转子弯曲测量记录逐渐变化得到证明。5.轴上套装零件热套方法不当向轴上套装零件时，当转轴存在静挠曲时，在套装零件冷却过程中，部分静挠曲贮存下来，使转子形成暂时性永久弯曲。在制造厂平衡时，将其弯曲产生的不平衡采用加重方法获得补偿，因此机组运行中振动正常。但是转子经一段时间运行或某次大修后，贮存静挠曲逐渐或突然释放，使转子弯曲减少，造成机组启停通过临界转速时发生强烈振动。通过诊断

20、振动故障原因，可查明临界转速下振动增大是由于转子弯曲减少。机组运行经验证明，这种故障不仅可使转子永久弯曲经运行后减少，有时也能在运行和检修中使转子弯曲增大。例如转子起吊不当，运行中发生强烈振动，可使套装零件在转轴上产生径向不对称的轴向位移，使转子弹性挠曲贮存下来，在冷态或静态下成为永久弯曲。这种故障引起转子弯曲变化的主要特征，有以下三点：1/只能发生在套装转子上。另外，由运行经验指出，凡是转轴上套有叶轮，轴封套的转子，转轴径向碰磨引起的弯轴的机率很小。2/若转子弯曲减少，振动反而增大，转子经平衡后，只要将制造厂加重全部或大部拿掉即可。3/转子弯曲变化往往是在无异常情况下突然发生。.2查明碰磨引

21、起弯轴的大振动原因当已确认转子存在永久弯曲，而且通过揭缸检查和转子弯曲测量，已经明确转子永久弯曲原因是由转轴径向碰磨引起的，为了明确事故起因，必须进一步查明大振动的原因，由此才能制定具有针对性的防范对策。造成转轴碰磨引起弯轴的大振动大振动可归纳为三类，一类是转轴振动较大而发生径向碰磨引起弯曲；第二类是轴封间隙减少或消失，转轴首先发生碰磨才引起大振动造成弯轴；第三类是介于两者之间，因认识和操作不当，使振动扩大引起碰磨加重，造成弯轴。下面分别讨论这三类情况的具体原因。1.转轴振动过大引起转子临界转速下转轴振动过大，有下列三个原因：1/转子存在稳定的一阶不平衡。转子原来不平衡较大，或存在弯曲，转动部

22、件损坏飞脱等，机组每次启停，在临界转速下都会产生显著振动，这种不平衡量值和方向虽是稳定的，但当轴封间隙较小时，会引起转轴径向碰磨，而使转子一阶不平衡显著增大。如果转速在一阶临界转速附近，引起共振放大，转轴碰磨迅速加重，若处理不当，碰磨很快会进入晚期。2/转子残留热弯曲。机组启动前和运行中转子都可能产生明显的热弯曲，原因详见本书第二章第六节。前者启动中发生较大振动，后者在带负荷和停机过程中发生较大振动，两者都会使转轴产生碰磨而形成弯轴。冲转前转子存在的热弯曲本应通过一定时间连续盘车获得消除，并由大轴弯曲指示器指示值，可以确定转子是否残留热弯曲。但因目前国内大多数弯曲指示器原始晃摆值过大和指示点灵

23、敏太低，即使转子存在较显著的热弯曲，在不测量高点方向的情况下，指示值无明显的反映。转子残留热弯曲启动，一方面使转子产生显著的一阶不平衡，另一方面使转子中部晃摆值增大，在正常的轴封间隙下，也会使转轴发生碰磨，当转速接近临界转速时，因共振放大和碰磨重点与热弯曲高点相同，可使转子中部挠曲迅速扩大，使转轴碰磨很快进入晚期。转子残留热弯曲启动纯属操作不当，但是分析寻找转轴碰磨大振动的原因时，从运行记录和有关人员了解中不会得到真实情况，主要应查明冲转前2h之内，机组作了哪些操作，检查和检修。如果在这段时间内停止过盘车，由停盘车时间和距冲转时间，采用估算或试验的方法求得当时转子残留的热弯曲量值。3/转子与水

24、接触。转轴与水接触引起强烈振动，在冷态启动中较容易发生，其振动特征，机理和诊断方法，见第二章第六节。2.轴封间隙过小或消失造成轴封间过小或消失的原因有。1/上下缸温差过大：这是运行中常见的故障绝大多数是上缸温度高于下缸，造成汽缸向上弯曲（猫背），使轴封间隙减少或消失，引起转轴碰磨。在转轴碰磨热弯曲增大过程中，上下缸温差继续增加，轴封间隙进一步减少，又加重碰磨，在双重作用下碰磨发展更快。造成上下缸温差过大的原因，主要是气缸进冷汽或进水；其次原因是下缸保温不良和调节门开启程序不合理。2/汽缸与法兰温差过大：这是机组启动中常见的现象，它不仅使法兰产生较大的热应力，而且还会引起汽缸弯曲，使两端轴封上下

25、方向间隙减少（成横椭圆），使隔板轴封两侧间隙减少（成立椭圆）。3/轴瓦乌金磨损和烧瓦：在机组启停和运行中，由于种种原因，轴瓦乌金严重磨损，碾压或烧瓦，造成转子下落，使轴封下部间隙消失，引起转轴径向碰磨。4/安装和检修时轴封间隙调的过小：由于转轴晃摆，振动，汽缸弯曲和膨胀歪斜，在冷态下轴封间隙不能调的过小。制造厂设计时为了获得较高的经济性，高压缸要求较小的轴封间隙，但在实际运行中难以保证。大量的运行经验证明，不同形式的机组轴封间隙值要求也不同，如国产200MW和125MW机组，高压缸端部轴封间隙不宜小于0.7-0.9mm。5/汽缸膨胀偏斜：汽缸膨胀偏斜是运行机组常见的现象，由前箱两侧轴向膨胀差和

26、前箱左右膨胀差的增大，可以断定汽缸膨胀发生偏斜，揭缸后可以进一步发现，汽缸上的轴封会留下明显的单侧磨迹。一般前箱轴向膨胀左右两侧差应小于0.4-0.5mm。造成汽缸膨胀偏斜的主要原因是纵销，立销磨损，立销座刚度不足，销座固定不牢，汽缸承受过大的侧向力等，少数机组运行中立销脱落和立销座开焊，使汽缸严重偏斜，造成转轴碰磨引起弯轴。6/轴封壳体变形：因汽缸受热膨胀和隔板两侧蒸汽压差作用，引起轴封壳体变形，位移和汽缸变形，引起轴封壳体变形，两者都可使轴封间隙减少或消失。这种故障主要是由机组设计不良引起的，因此同型机组带有普遍性，在运行机组消除这一缺陷难度较大。3.认识和操作不当近十几年来大机组弯轴事故

27、屡禁不止的重要原因之一，是运行及有关人员对转子临界转速和大不平衡危害性认识不足。早在60年代以前，因当时转子平衡技术十分落后，机组每次启停通过临界转速时都要发生强烈共振，因此当时普遍认为转子不能在临界转速下停留，否则会造成机毁人亡的事故，所以机组每次启动通过临界转速都十分小心。随着转子平衡技术的发展，一般转子在临界转速下轴承振动可以降到50um以下，机组启停已感觉不到转子有临界转速存在，给人们造成了转子在临界转速下停留并无危害的错觉，由此形成了下列两种错误做法而诱发弯轴：1/转速较长时间停留在临界转速下。中速暖机的转速往往靠近汽轮机高压转子一阶临届转速，当手动控制暖机转速时，真空，新汽压力变化

28、会使转速进入高压转子一阶临界转速，运行人员不作及时调整，如果这时上下缸差增大或由于其他原因，即使转轴发生轻微的碰磨，也会使高压转子挠曲显著增大而引起强烈共振，致使转轴碰磨很快进入晚期。2/不测量振动即升速。大机组热态启动一般将在10min之内，转速升至3000r/min,瞬间升速速率高达300-400r/min/min。在这样高的升速率下，当转子一旦存在较显著一阶不平衡时，例如转子残留热弯曲，转轴与水接触，转轴碰磨，在未进入高压转子临界转速之前，转轴碰磨可能已进入中，晚期，即使机组装有跳闸保护，弯轴事故也难避免。由上述两种情况可知，单纯的临界转速并无危害，一般的转子不平衡与临界转速也无大的危害

29、，可怕的是转子较大的不平衡，特别是转轴碰磨引起的不稳定不平衡与临界转速结合，会产生强烈共振，是转子不平衡进一步扩大，轻者引起弯轴事故，严重时引起轴系破坏。.3对弯轴事故起因，过程，主导原因作系统的推理和论证由上述正向推理排除或肯定了非转轴碰磨引起的弯轴，查明了引起转轴碰磨振动的原因，明确了事故起因，主导原因及弯轴机理，结合事故前机组运行工况，对弯轴主要过程作系统的演绎推理，将弯轴事故主要过程作出合理描述，对不合情理处或无法解说的问题，重新取证分析研究，直至获得圆满和合理的解释为止。 防止大轴弯曲的对策自1984年以来，国内大机组弯轴事故频繁发生，为此电力部各网省局及各个电厂都先后制定了防止汽轮

30、机大轴弯曲事故措施，后来又三令五申的强调并下达了补充措施，在此期间弯轴事故有所下降。但据不完全统计，自1990年以来，每年仍有5-10台容量为100MW以上机组发生弯轴事故，可见防止汽轮机弯轴事故的难度。不过由于直轴技术逐渐成熟，被较多的人掌握，因此弯轴事故的影响已较前显著淡化，但是弯轴事故毕竟对机组损坏，寿命损伤和由此造成直接经济损失都很大，故属严重的恶性事故，所以目前还很有必要对防止弯轴事故对策作进一步的研究。.1 防止弯轴事故对策的思路和要点由引起运行中汽轮机弯轴的原因可知，除转轴碰磨外，还有其他五种原因。这些原因涉及制造，运行，检修，安装等多个方面。但是作为防范对策，必须针对当前弯轴主

31、要原因，才能提出切实有效的对策，其思路要点是：1/主要针对碰磨引起的弯轴由上述弯轴原因分析指出，对电厂运行，检修，安装来说，弯轴原因可分为可克服和不可克服两类。不可克服的原因有，转轴材料蠕变，转轴上内应力释放，转轴上零件套装工艺不当；可克服的原因有，转轴径向碰磨，高温转子被水浸泡，严重的非同期合闸。而目前现场发生的弯轴事故近90%是由转轴径向碰磨引起的，因此防止弯轴对策要点应主要针对转轴碰磨引起的弯轴。2/避免转轴碰磨进入晚期是防止弯轴对策的关键运行中的汽轮机转轴径向碰磨是很难避免的，而引起弯轴的碰磨只是碰磨进入晚期才发生，因此不论何种原因引起的转轴碰磨，只要防止碰磨进入晚期，转轴碰磨引起的弯

32、轴即可避免，所以防止弯轴对策的关键是防止碰磨进入晚期。3/应着眼于防止启动中转轴碰磨尽管转轴径向碰磨不仅在机组启停过程中发生，而且在工作转速下也会发生，但据现场大量实测结果表明，转轴碰磨容易进入晚期的只是启停中转轴碰磨，工作转速下转轴碰磨很少进入晚期。机组启停对运行机组来说，只是一个短暂时间，在这个短暂时间防止转轴碰磨进入晚期，只要措施具体，明确，对一般运行人员来说在劳动强度，精力消耗，技术水平等方面是可以胜任。4/机组启动中振动监测重点是汽机高压转子的两个轴瓦目前机组启动运行人员习惯于监测机组振动最大的一个轴瓦，这对防止弯轴事故非常不利。不论使用携带式振动表，还是机组上装有固定式振动表手动切

33、换显示，或在CRT上直接显示各瓦振动，为了防止转轴碰磨进入晚期，振动监测重点应放在1，2瓦或1，2瓦轴振上。机组启动中运行人员要关注的数据很多，而且防止转轴碰磨进入晚期，不单涉及允许振动值，还涉及振动波动值，这就需要与前面的振动值进行比较。如果将8-9个轴瓦，以至十几个轴瓦振动等同看待，运行人员是无法胜任的。.2 防止转轴碰磨引起弯轴事故的对策上述已经指出，防止弯轴事故的关键是防止碰磨进入晚期，尽管运行中汽轮机转轴径向碰磨难以避免，但是从机组运行安全和措施完整性考虑，首先还得尽最大可能防止转轴碰磨的发生。因此防止转轴碰磨引起的弯轴对策，实际上设置了两道防范，第一道是防止转轴碰磨；第二道，也是关

34、键的一道，是及早发现转轴碰磨，将它控制在早，中期以前给于消除。这两道防范具体措施如下：1.防止转轴发生径向碰磨这里防止转轴碰磨是针对上述.2碰磨引起弯轴的大振动原因而制定的，这些措施有：1/新安装和大修中的汽轮机高压转子隔板和端部轴封间隙，不应片面的追求经济效益，将其间隙调的过小。对于高中压合缸的汽机转子，其轴封间隙不宜小于0.7-0.9mm。2/防止气缸跑偏。防止气缸跑偏除消除纵销，主销过大的间隙外，还应防止机组运行中立销脱落和立销座开焊引起气缸严重跑偏。3/防止上下缸温差过大。这是机组运行和启动中最容易发生的故障，而且在启动和运行中随时都可能发生，所以凡是上下缸温度测点误差过大或损坏的机组

35、不容许启动。4/降低汽轮机高压转子一阶不平衡。目前投运的新机高压转子一阶临界转速下轴瓦振动一般小于50um；轴振小于120um,但有些新机和旧机，其临界转速下轴瓦振动超过100um。转子在一阶临界转速下转子中部挠曲和振动将几倍和十多倍于这个振幅值，因此很容易造成径向碰磨。为此，应减少转子一阶不平衡量。5/冲转时避免转子残留热弯曲。由于目前国内大多数弯轴指示器或偏心仪灵敏度较低，测点处原始晃度过大，为了可靠，不论热态或冷态启动，转子必须连续盘车2h以上，方可冲转启动。6/防止汽轮机高压转子与水接触。及时开启汽缸，轴封，主蒸汽管，抽汽管上的疏水阀，不要过早地关闭这些阀，在机组启动中应防止这些疏水管

36、不畅或堵塞。2.防止转轴碰磨进入晚期防止转轴碰磨进入晚期的主要内容包括碰磨振动监测，诊断，振动控制和碰磨消除。按转轴碰磨发生几率和严重性，将振动监测分为新机安装和大修后首次启动和一般的冷热态启动两类，具体措施有：1/不论是新安装的机组和大修后首次启动还是一般的冷热态启动，凡装有振动报警和跳闸装置的机组，报警和跳闸必须投入。报警和跳闸值的制定请见第一章第十节。2/冲转前首先确认上下缸温差值。3/新机安装和大修后首次启动的振动监测。由于动静间隙未经启停和运行的考验，碰磨的几率较高，而且发生碰磨往往较为严重，因此振动监测应从较低转速开始，这时转子尚未产生明显挠曲，碰磨不易进入中，晚期。（1）从600

37、r/min开始连续监测1，2瓦振动，持续时间不少于15min,在相同转速下振幅波动值若大于15um,视波动值大小将转速降至400-500r/min或更低。（2）若振幅波动小于15um，1，2瓦振幅小于50um,以每分钟100-150r/min升速率将转速升至0.6-0.8nk1（高压转子一阶临界转速，以实测值为准）。在升速中连续监测振动，在0.8nk1转速下连续监测1，2瓦振动，1-3min记录一次振动，总时间不少于10min。若振幅波动（相同转速）大于15um,将转速降至0.5-0.6nk1；若波动仍大于15um，再降低转速。只有当转速升至0.9nk1下连续监测10min，振幅波小于15um

38、,表明转轴无碰磨或原来碰磨已经消除。如此时1，2瓦振动小于80um，可以以每分钟200-250r/min升速率通过汽轮机高于转子一阶临界转速。（3）若轴瓦振动波动小于15um或轴振波小于30um，但在0.9nk1，1，2瓦振动或其中之一大于80um,说明汽轮机高压转子存在较大的稳定一阶不平衡，建议查明原因和消除后再升速。4/一般冷，热态启动的振动监测。（1）1200r/min开始监测1，2瓦振动，连续监测时间不少于5min，在相同转速下振幅波动大于15um，应降低转速。（2）振幅波动小于15um,以每分钟150-200r/min升速率升至0.6-0.8nk1,振动监测和碰磨诊断与上述3/中（2

39、），（3）同。3.转轴碰磨的消除通过上述监测和诊断，发现转轴存在径向碰磨。若碰磨是由上下缸温差过大，转轴振动过大引起的，则可以采取相应的对策加以消除；如果是轴封间隙过小，汽缸跑偏过大引起的，则一般不容许采用揭缸重调轴封间隙来消除，而是采用磨大轴封间隙。磨大轴封间隙的关键是通过振动监测，控制转速及振动，将转轴碰磨控制在早期和中期以前。具体地说，将振动控制在容许的情况下，将转速逐步接近高压转子的一阶临界转速，使转子产生较显著的挠曲，借助转轴与轴封磨擦和挤压，将轴封间隙扩大，一般经1-2次升降速，即可使轴封间隙磨到合适的数值。.3 振动容许值在电厂运行规程和目前防弯轴措施中，对振动容许值都作了明确规

40、定，多年来运行经验证明，它不能有效地防止弯轴事故的发生，因此应制定新的振动容许值。1.目前规定的振动容许值存在问题大机组弯轴事故屡禁不止的另一个重要原因，是机组启动中振动容许值不合理。一般运行规程和防弯轴措施规定，“在转子临界转速以下，轴瓦振动应小于30um，通过临界转速时轴瓦振动超过150um，应立即打闸停机”。各厂规程和防弯轴措施对振动容许值规定虽有些差别，但方法未变，这些规定存在的主要问题是：（1）就目前机组振动水平而言，在临界转速以下和接近转子临界转速，轴瓦振动小于30um的机组很少，因而大多数机组无法执行这一规定。（2）在支承动刚度一定的情况下，转子通过临界转速时轴瓦振幅决定于转子一

41、阶不平衡量和过临界转速时升速率（角加速度），在相同的一阶不平衡量下，升速率不同，轴瓦振幅有1-2倍之差，由此使人获得错误的结论，冲临界转速是避免过大振动和转轴碰磨的一个措施。（3）转子不平衡原因不同，统一规定转子临界转速下振动容许值是不合理的。大量的运行经验证明，当转子存在稳定的一阶不平衡时，通过转子一阶临界转速，轴瓦振动即使超过150um，一般不会引起转轴径向碰磨和弯轴事故。但是当转轴存在碰磨时，在临界转速下轴瓦振动既使小于100um，也将会使振动失控，发生弯轴事故。（4）将机组各轴瓦振动等效看待，即相同的振幅发生在不同的轴瓦上，有着相等的危害。一般振动标准都存在这个缺点，但作为防弯轴措施的

42、一个特殊规定，应考虑到相同的振幅发生在不同的轴瓦上，有着不同的危害。（5）引导运行人员作错误的操作。因为通过临界转速时升速率一般每分钟高于250r/min,因此一旦检测到轴瓦振动大于150um，转子实际转速已远远超过临界转速，即使接近临界转速，再打闸，实际转速也已通过临界转速，在降速时因角加速度减少，振幅将比升速时增大几倍，从而使转轴碰磨加重进入晚期。2.建议的振动容许值为了区分转子不平衡原因，将振动容许值分为波动值和绝对值两个部分。（1）转速为600-0.9nk1，在相同的转速下，轴瓦振动波动小于15um，说明转轴无径向碰磨；当轴瓦振动小于80um或轴振小于150um，可以通过高压转子一阶临

43、界转速。（2）转速为600-0.9nk1，若轴瓦振动波动大于15um，说明转轴存在径向碰磨，这时不问轴瓦振动如何，都不容许通过转子临界转速。只有当转速在0.9nk1下，连续监测1，2瓦振动10min，其振幅波动小于15um，轴瓦振动小于80um，才容许通过高压转子一阶临界转速。（3）转速为（0.7-0.9）nk1，轴瓦振动波小于15um，但1，2瓦或其中一个瓦振动大于80um，说明振动是由转子稳定的一阶不平衡引起的，建议消除后再升速。（4）上述振动容许值只是针对防止转轴径向碰磨进入晚期的一个特殊的规定，具体地说只是对汽轮机高压转子1，2瓦而言。对机组其他瓦轴，可将振动容许绝对值放大1.2-1.

44、3倍，但波动值不宜放大。（5）上述的振动容许值已考虑到振动达到这一数值后，运行人员采取纠正性操作过程中，振动有可能还将继续增大2-3倍，此时转轴碰磨还能控制在中期以前。（6）考虑转子转速在一阶临界转速以下及附近，除转子不稳定的和稳定的不平衡，能引起显著的轴瓦振动外，其他振动故障不会引起明显的轴瓦振动，因此对振动监测和转轴径向碰磨诊断，使用不带滤波器和无测相功能的一般简单式振动表，即可满足要求。第三节 轴系破坏和毁机事故国外早在20年代初就已发生过多起轴系破坏和毁机事故。50年代以来，美国和西欧等国家对轴系破坏事故有较多的报导，据不完全统计的测算，除原苏联和东欧外，在美国、英国、法国、德国、日本

45、等国家，到目前为止，已发生的轴系破坏事故近百起，事故涉及单机容量由50MW（更小的容量，未统计在内）到800MW。我国从1984年以来，已发生过8起轴系破坏事故，涉及单机容量由50MW至200MW。轴系破坏事故不同于发电厂其他恶性事故，它是一个灾难性事故，一般将造成整套机组毁灭性破坏，而且还会造成人员伤亡。因此调查轴系破坏事故，制定防范对策，不仅有着十分重大的经济和社会价值，而且对机组设备和人身安全都有着十分重要的意义。下面就轴系破坏事故一般概况及分析方法、转子大不平衡引起轴系破坏的原因及机理和防治对策作详细讨论。 轴系破坏事故概况及原因分类据1992年不完全统计，美国、英国、法国、德国、日本

46、、中国等国家，在近30年内，发生的轴系破坏事故主导原因分类如表5-1。由于各个国家和生产厂家，为了商业名誉等原因，对这种灾难性事故报导很小，因此难以作出全面的统计分类。尽管这次共搜集到有关轴系破坏事例共80多起，但真正属于轴系破坏事故的只有39起。这些事故不仅使机组造成毁灭性破坏，而且造成近百人的伤亡典型的是1970年日本三菱重工的一台330MW汽轮机低压转子，在做超速试验时，当转速刚升至3600r/min（额定转速3000r/min）时，转子突然爆炸，当场死亡4人，25人重伤，26人轻伤。表5-1是一个很不完全的统计，从分类原因来看，各个国家差别较大，美国、德国材质占第一们，中国、法国、日本

47、转子大不平衡事第一位。从总的来看，转子大不平衡事第一位，材质占第二位。国内发生的轴系破坏事故较为特殊，75是由转子大不平衡引起的，还有两起因技术上等原因，未能深入查明，其中还不能排除引起轴系破坏的主导原因也是转子大不平衡。下面就表5-1轴系破坏主导原因作简要的说明。.1转子材质缺陷这种事故大多发生在60年代以前，因受当时炼钢技术和锻造能力的限制，转子锻件中夹杂、裂纹、氢脆、热处理不当等原因较为严重和普遍，因此在新机投运，甚至在制造厂超速试验和组装试车时，就发生了转子爆炸和轴系破坏事故，也有少数机组在现场运行数年后才发生，这是由夹杂、裂纹发展所致。这种故障造成轴系破坏事故的最大特征，是起始断口呈

48、明显的脆性断口，从断口表面可以发现明显的材质缺陷。事故往往是无任何起因的情况下突然发生的。破坏起始往往是在正常超速试验或工作转速下发生的，由于起始破坏转速较高，因此二次在于能量很大，因而往往会造成整个机组毁灭性破坏。.2转子大不平衡转子大不平衡引起轴系破坏，不仅因为转子产生了巨大的不平衡量，而且还必须存在共振，才能构成轴系破坏和毁机事故。这种事故在旧机组上都可能发生，而且一旦发生，往往造成机组毁灭破坏。这种故障引起轴系破坏的最明显特征，是轴系破坏起始断口存在十分显著的大弯曲塑性变形。.3进水这里所说的进水不是一般汽轮机进水和冷汽，引起汽缸不均匀收缩变形。这里进水是指汽缸大量进水，使转子紧急制动

49、，引起轴系破坏。例如1992年英国一台500MW机组在带负荷运行中，因混合低压加热器满水，倒入低压缸引起紧急制动，使低压转子和励磁机转子断成六段。起始断口具有扭应力过大的明显特征。.4严重超速在这次统计中只有一台是1965年英国制造的60MW机组，因Fe3O4在油动机活塞和缸体上沉积引起卡涩，甩负荷年主汽门和调速汽门均未关，超速至5000r/min以上，低压转子叶轮、发电机转子护环全部碎裂飞散，当场死亡2人，9人受伤。现场因机组严重超速引起损坏事故时有时有发生，但绝大多数是转动部件强度薄弱处首先损坏飞脱，例如叶片，但不一定构成轴系破坏，真正因严重超速，单纯因离心力过大造成轴系破坏事故十分罕见。

50、严重超速造成的轴生活费破坏的最典型特征是轴系破坏起始断口明显的径向撕裂。.5非同期合闸现场严重的非同期合闸时有发生，但造成轴系破坏的国内还没有发生过。这次统计只搜集到原西德1973年10月在一台600MW机组上发生过，使该机发电机转子端部线包、护环严重损坏，汽轮机低压转子和发电机转子联轴器处断裂。.6原因不明对于轴系破坏特别严重，事故特征不明显的，由于当时技术力量和经费及其他一些原因，而未能作深入的调查。不过就表5-1归纳的引起轴系破坏的五个主导原因来说，除转子大不平衡外，其他四个原因造成破坏特征都很明显，而且破坏机理也较直观，具有一定专业水平和分析事故经验的专家查明相应的破坏主导原因并不困难

51、。因此有理由推论认为，原因不明大部分是由复杂的转子大不平衡引起的。 轴系破坏事故分析途径和方法轴系破坏事故在汽轮发电机组各种事故分析中是难度最大的一种事故。这不仅因为机组破坏最为严重，在事故中往往会形成一些直观无法理解的奇怪现象，给事故分析带来神秘感，而且由于事故起因、破坏主导原因及机理往往很复杂，是跨学科、跨专业的问题，主要涉及金属材料、振动强度、转子平衡、机组运行、调节、电气等专业。通过近几年来轴系破坏事故调查，在这一方面积累了较为丰富的经验。这些经验的要点是:不论何种原因引起的轴系破坏，首先应全面地掌握事故前机组运行状态、事故详细的全过程、该机和同型机组运行情况、机组结构特点及其在结构上

52、所呈现的缺陷；其次，也是最关键的一步，有着手调查和在破坏废墟及碎片中寻找证据时，应着重抓住下列几个关键问题，由此才能使事故分析深入，取得确切的事故起因、破坏主导原因和查明事故机理。.1事故最高转速这是涉及轴系破坏的关键因素之一，因此不能从机组破坏严重性直观臆断为超速所致。实际上恰恰相反，有许多造成毁灭性的轴系破坏事故，其破坏起始转速低于转子工作转速。确定事故最高转速，可采用下列方法：（1）由自动记录和事故记忆装置提供国内有些机组转子转速采用打点记录，但由于记录时间间隔较长，在事故过程中一般不能捕捉到事故最高转速。如果采用模拟量记录，则可以捕捉到事故前期最高转速。若机组上装有事故记忆装置，也可获

53、得事故前期最高转速，这是由于事故后期因大振动的发生，可能将转速传感器打坏，而此时转子转速仍可能在加速之后。（2）目击者提供转速指示值这是由于目前大多数机组就地和控制室都装有转速指示表，一般电厂都配备了较多的运行人员。当机组出现异常时，运行人员首先关心的是机组与电网是否解列，其习惯动作是一看负荷，二看转速，因此在事故发生时总有几个或个别人看到了事故中转速最高指示值。当然这个转速指示，因后来传感器或传动装置损坏，不一定是事故中最高转速。但是，要想目击者真实地讲出见到的转速最大指示值，困难较大，这主要是运行人员怕负责任，因此不是把转速说低了，就是说没有见到。（3）由叶根断面和叶片材料强度极限，求出断

54、裂时拉力，甚至使用材料试验机，实验求出叶根拉断时总拉力，以此拉力作为离心力，反复算出叶根断裂时转速。根据各级叶根不同的拉断强度和事故后叶根断裂状况，求得事故最高转速。当转子损坏不严重时，使用这种方法求得吾辈了高转速比较可靠。但在大多数轴系破坏中，由于轴承失去功能，或转子断裂，叶轮、叶片在二次损坏过程中承受了很大撞击，虽然从叶根断面来看，具有典型的离心过大拉断特征，但以此求得事故最高转速较实际高得多，这主要是叶根断裂过程中承受较大的外加撞击力，因而对计算值要作修正，但修正系数主要凭经验和直观估计，因此求出最高转速可靠性也不高。（4）由能量平衡推算根据流入汽缸的蒸汽流量、参数、轴系转动惯量、能量损

55、失等，可以大致估算出转子能够达到的最高转速。这种估算方法误差相当大，因此计算结果可靠性也不高。（5）由事故前机组运行工况估算事故转速如果事故前机组是并网带负荷运行，因甩负荷，调速器存在卡涩，则有可能超速。依据当时负荷值，估算出调门开度，并根据后来事故发展和事故后检查飞锤飞出与否，可大致估算出超速范围。如果机组正在做超速试验发生轴系破坏事故，依据当时操作、机组保安和调速系统结构特点及飞锤动作与否，也可判断出超速范围。这种估算转速的方法，虽然不能获得确切的事故最高转速数值，但就估算的范围来说是较为可靠的。（6）由轴系破坏机理反推事故转速不论采用何种方法确定事故最高转速，最后应与轴系破坏机理统一；若

56、不统一，两者之中必然有一个不符合实际。因此当轴系破坏特征和机理比较明确时，在此基础上反推事故破坏转速和最高转速。例如由起断口特征指出，轴系破坏主导原因是转子大不平衡。而引起轴系破坏的大不平衡是由发电机转子外伸端的励磁机转子护环飞脱引起的。由此可此肯定，引起轴系破坏转速是在发电机转子二阶临界转速附近，则事故最高转速应高于或等于发电机转子二阶临界转速。高出数值可由上述五种方法估算。综合以上所述，在轴系破坏事故分析中，确定事故最高转速不是一个具体数值，而是一个转速范围，但轴系破坏的起始转速应明确。.2轴系破坏起始断口在确定事故最高转速的同时，应积极寻找和分析轴系破坏的起始断口，而且这一工作必须在破坏

57、现场没有遭到人为破坏的情况下完成。破坏起始断口是直接关系到事故起因、破坏主导原因最关键性的一个因素，因为后来的轴系断口、破坏方式及机理，主要由起始断口轴向位置、起始断裂时产生的振动、断裂后轴系形状和当时转速决定，作为轴系破坏事故调查分析，是查明轴系破坏起始断口断裂起因和破坏的主导原因，对于后来轴系破坏方式及原理，一般不作分析研究。确定轴系破坏起始断口有下列方法：（1）由目击者提供在轴系破坏发生过程中，尤其是机组异常出现在破坏发生之前和开始时，在机组近处、不远处一般总有人注视机组，尽管大多数情况下注视的人还没有看清发生了什么事，爆炸随即发生，但是他目睹了爆炸首先是在机组头部、低压缸处，还是在发电

58、机后端或励磁机处，目睹爆炸现场的不止一人。让目击者提供这种证据，一般不难，而且较为客观。（2）残骸散落分布由于转子断裂，支承功能失去，转速很快降低，因此轴系破坏的起始转速一般也是轴系破坏的最高转速但不等于事故最高转速，所以起始断口处碎片飞得较远，附近残骸散落不多，在起始断口处附近，由于这时转速还较高，仍能造成严重的破坏，但撞击能量较起始断口处小得多，因此碎片飞得较近，周围的残骸散落较多。但对于某些转子支承功能未失去的轴系破坏，例如联轴器、接长轴断裂，汽轮机、发电机转子支承依然完好，如果这时进汽仍未切断，当发电机转子断开之后，汽轮机转速会进一步飞升，致使汽轮机叶片大量损坏飞脱，产生大振动，此时往往会自动切断汽源，并由于转动部件飞脱撞击，引起制动而终止破坏。事故后从汽缸外和运行平台上残骸散落分布来看，还是起始断口处飞得较远，起始断口附近残骸散落较多。如果叶片大量飞脱之后汽源仍未切断，转速进一步飞升，最后因严重超速，首先使叶轮破碎，打碎汽缸而飞出，因大振动和紧急制动，可能使轴系再次发生断裂。这种轴系破坏实际上经历了两个过程。通过事故起因、叶轮和汽缸破碎情况及特征、事故最高转速、破坏