振动故障诊断实例.doc

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讣表明，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5. 2.1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，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，转轴碰磨山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 速率将儿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，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6-8伽，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5. 2. 2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，品体产生塑性变形，所以当转了冷却至常温后, 原来弯曲高点变成了弯曲的I叫点。

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，以至这一方向上钏接围带被汽 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 了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，但因转了结构, 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生 在同一轴段上。

3. 退火后转子弯曲值明显减小山转轴碰磨引起弯轴机理可知，转子弯曲凹点的形成是山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，过大挤压应力处乂产生了拉应力，这种应力与转子永久弯曲方向一 致，故使转了永久弯曲值増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5. 2. 3转子永久弯曲的确认运行机组因转轴碰磨或其他原因，转子己经发生了永久弯曲，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・30nun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5. 2. 3. 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, 转轴与水接眦，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通过F列工作再排除转动部件损坏飞脱5. 2. 3. 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，--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，其茅值小于30umo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6 max由下式估算：S max =L/A L*A/2式中L-转了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；A I厂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靈轴应距轴乩愈远 和原始晃摆值愈小愈好5. 2. 3. 3依据临界转速卞振动变化值佔算转子弯曲山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/a式中a 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100-300MW汽轮机高压转子，近似取a l=100-150uin/(kg. m),根据转子重量，临界转速高低，支撐刚度，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二 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6 max^3eo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5. 2. 4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冃前弯轴事故调查中存在的问题和事故分析思路，做简要的分 析讨论5. 2.4. 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. 高温转了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，引起蜩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己经发生了永久弯曲，后來又经儿次启动，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/转子上冇在明显的水迹因转子静止后被水浸泡，山于氧化，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，国内己发生过数起在 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，而口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，因后來启动转轴发牛•碰磨，则转 轴上留下的碰磨重点与转了不平衡方向有关;如果转了弯曲增大，则在后來启动中转轴发牛碰磨, 则在转了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 来弯方向相同或羌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放，但没有釋放完，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. 转子材料端变转子材料嫦变产生永久弯曲，大多发生在运行多年的I口机上，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了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 转了弯曲减少，造成机组启停通过临界转速时发半强烈振动通过诊断振动故障原因，可查明临 界转速下振动増大是由于转了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，可使套装寥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，山运行经验指出，凡是转轴上套有叶轮，。