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[摘 要]南宁电厂给水泵驱动汽轮机为上海汽轮机厂生产的ND（Z）84/79/07- 1型变转速变参数的单缸、冲动、单流纯凝式汽轮机。机组首次启动时在汽轮机后轴承箱产生了异常声音，由于在分析过程中未对原因进行逐项清理检查，导致在第二次启动时发生了轴振异常的发生。揭开轴承箱盖后检查，发现在#2轴承测量轴振的轴阶表面有很多毛刺且轴承箱内有几片铜屑。经过分析是由于在第一次启动时油封间隙过小导致油封与转子发生摩擦造成油封齿尖磨损飞溅的铜屑附在#2轴承测量轴振的轴阶表面。当机组转速较高时，铜屑由于离心力的作用而克服粘力作用脱离轴表面，并由于高速运转的轴表面有空气涡流从而对轴表面造成破坏，进一步影响到轴振的测量数据变化，造成机组的假振现象。经过此次事件的分析让我们认识到在汽轮机的安装试运行中，要求对发现的问题要进行逐项仔细疏理，消除一切可能的隐患以保证后续工作的顺利开展。
[关键词]汽轮机 轴振 原因 离心力 分析
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-586-02
1 概述
南宁电厂2X660MW超临界机组给水泵驱动汽轮机为2台上海汽轮机厂生产的ND（Z）84/79/07- 1型变转速变参数带高排汽内切换的单缸、冲动、单流纯凝式汽轮机。汽轮机为单缸单转子结构，转子由1个单列调节级和6个压力级组成。机组连续运行调速范围2800 r/min～6000 r/min，从机头向机尾方向看该机转向为顺时针方向。给水泵驱动汽轮机有2个径向轴承，采用轴振信号监测机组振动，每个轴承上半部相互垂直的方向布置了X方向与Y方向振动测点，厂家推荐振动值为80μm时报警，125μm时跳闸。汽轮机盘车转速100 r/min，危急保安器动作转速6300±50 r/min，转子一阶临界转速2540 r/min，二阶临界转速9944 r/min。机组最大功率13.5MW，额定功率8.372MW。机组额定工况下：汽动给水泵效率84%，转速5343r/min，蒸汽参数（低压蒸汽压力0.891MPa，温度362.60℃；高压蒸汽压力3.7839MPa，温度*301.20℃），排汽压力6.28KPa。
2 试运行过程介绍
在机组安装完毕具备条件后首先进行A给水泵驱动汽轮机的试转。第一次升速设定目标转速是500 r/ min，转速升至400r/ min时调试人员进行了打闸试验，机组一打闸后在后轴承箱发出了尖锐的啸叫声音，但是机柤振动正常、轴承温度也无明显变化。停机投盘车后对油质进行了检查、并倾听了机组的声音、监测了振动后发现并无异常，并在24h后再次进行了复查。之后进行了此次故障的分析：调试单位认为是盘车装置未完全脱扣，在机组打闸后产生了擦挂造成了异响，作为安装单位代表，笔者认为是汽轮机轴与后轴承箱的油封产生摩擦所致，但大家都一致认为机组内部未受到损伤，同意不经处理再次进行冲转。之后由于要进行B给水泵驱动汽轮机的试冲转，A给水泵驱动汽轮机的启动延后了一段时间进行。在第二次A给水泵驱动汽轮机启动后按要求进行了500 r/ min时的打闸试验及各相应转速的暖机工作，且过一阶临界转速的振动等都正常，在确认没有问题后向额定转速升速，当转速升至5100r/ min时机组#2轴承处X方向和Y方向的轴振急剧升高，#1轴承的轴振在正常范围內，马上对机组进行打闸停机，轴振最高窜升至300μm，转子在惰走过程中 #2轴承轴振一直较高，#1轴振在正常范围内，停机投盘车后机组#2轴承X方向和Y方向的轴振都在140μm～150μm间波动，#1轴承的轴振没有异常变化。但在整个过程中机组无异常声音，给水泵驱动汽动汽轮机静止部分无异常抖动。之后进行了96h盘车，轴振无明显变化，经参建单位分析讨论大家最终得出了一致意见：从机组运行的情况分析，汽轮机内部通流部分没有问题，此次的振动应该是后轴承箱内测轴振处的轴上有什么异物造成了轴振的异常，但是是什么物质，大家都觉得很奇怪，因为在扣装轴承箱盖时对轴承箱内进行了仔细的清理，内部应该没有杂质并且油质检查也没有发现有问题，于是大家就决定打开后轴承箱进行检查。打开轴承箱后，首先对测振探头进行检查未发现有与转子摩擦痕迹且测量装置无松动现象，并对其信号进行检测，与初始安装值相吻合，其次对盘车装置进行了检查，未发现损伤和有摩擦等异常痕迹，当检查到测轴振处的轴阶时，发现该轴阶处整圈被异物划伤，形成了很多毛刺，并在轴承箱顶壁和油膛底部找到几片与轴封齿一样的铜屑。在测轴振处轴阶打磨后重新进行了A给水泵驱动汽轮机试运，再没出现异常状况。
3 对故障的分析
从A给水泵驱动汽轮机组的整个试运行过程来看，机组在第一次启动时发出的啸叫声音应该是汽轮机转轴与轴承箱的油封发生摩擦而产生的。为什么这么说呢？首先我们得从厂家的技术要求说起，由于机组在制造厂内已进行组装完毕，汽轮机各部间隙也已调整完毕，厂家在质量证明文件中也明确要求不允许作现场调整，我们在进行现场检查时发现油封间隙过小也曾联系厂家，厂家明确回复不允许调整；其次就是在经过仔细清理检查验收并经过油质化验合格的油膛内发现了轴承箱油封齿的铜屑也证明铜屑是在转轴与油封齿发生摩擦时擦掉的，因为该铜屑的材质在轴承箱内只有油封及油封齿采用，同时该处油膛腔室就依靠油封与外界隔绝即该腔室与轴承箱油封处于同一空间内，且该处油膛内几乎没有润滑油流过。
第二次启动发生的轴振笔者认为应该从两个方面来进行分析：第一个就是振动是由于什么引起的是什么性质的振动，第二就是振动为什么在汽轮机运行到高转速时发生。
第一个问题我们从安装施工及试运行整个过程中的情况来看，轴承箱盖是在油循环合格后对油箱进行仔细清理检查并经验收合格后再进行的，在机组试运行后也曾对油质进行了检查，发现油质符合要求，轴承箱盖揭开后对振动测量探头检查未发现松动及摩擦痕迹，探头与轴的间隙也与初始安装值相符，仅在没有润滑油流动的轴承箱顶壁与箱底发现几片与油封齿材质一样的铜屑，这就说明这次的振动与这几片铜屑有关。此次的振动转速5100r/min远离转子的一阶临界转速2540 r/min和二阶临界转速9944 r/min，其值也远大于过一阶临界转速的振动值，且振动现象未对机组其它部位造成任何影响，因此此次振动现象应该属于假振现象。 机组在第二次启动过程中为什么在转速较低时未出现振动，而在转速达到5100r/min这一较高速度时才出现振动呢？我们首先来看一下离心力公式：
F=mω2 r =m v 2/r
F—离心力
m—质量
ω—角速度
r—半径
v—线速度
平方及旋转半径成正比，线速度v=ω r。
从前面的分析中我们得知本次振动是由于汽轮机轴与油封摩擦后产生了飞溅的铜屑，铜屑由于轴上有润滑油产生的粘性力而附着在汽轮机轴轴振测量位置的轴阶表面上。由于受现场条件限制，我们无法对铜屑的质量和粘力进行测量，因此我们无法对其进行定量分析，只能对其进行定性分析。同时为了分析的简单化，我们在分析中忽略了重力的影响。如图所示我们假设铜屑粘附在O′点，转子以圆心O为中心沿着顺时针旋转则会形成一个背向圆心向外的离心力F离，而相对离心力则有指向圆心的粘力F向，由于我们设备运转是以转速进行分析的，所以我们在这里不分析线速度，从离心力公式分析中我们得知离心力的大小与角速度、转动半径和质量有关，而在我们现场的事件中转动半径和质量是一定的，只有角速度随着转速的增加而增大，当转速较低时所产生的离心力较小，无法克服粘力时其无法影响到轴振的数值，而随着转速不断升高，所产生的离心力急剧增大，当所产生的离心力大到能够克服粘力作用而脱离轴的表面时，其对轴振测量探头信号产生干扰引起轴振数值的急剧变化，同时由于高速旋转的轴带动轴表面的空气高速旋转形成空气涡流，受离心力作用而脱离轴表面的铜屑在空气涡流影响下与轴表面形成剧烈的碰撞在轴的表面形成很多毛刺进一步影响轴振探测数据的加大。这就是为什么在A给水泵驱动汽轮机在低转速时未发生振动，而当转速升到5100r/ min轴振急剧增大的原因。
4 经验教训與小结
从这次汽轮机轴振现象发生的原因来看，其主要是在机组第一次启动过程中发生的异常情况后没有进行仔细的检查清理，给以后的试运行留下了隐患，从而在机组第二次启动过程中当转速升至5100r/ min造成了机组轴振过大的假象。
通过此次事件，让我们认识到在机组的启动过程中无论发生任何异常现象都要对任何影响要素进行仔细全面的分析，并按分析的可能原因进行逐项仔细地检查清理并消除隐患从而保证后续工作的顺利进行。经过此次事件同时也提醒我们在汽轮机组的安装过程中的工作要一丝不苟地进行，以保证机组的部件要安装完整，图纸中要求紧固和焊接的必须要牢固，并且因为汽轮机是高速运转的机械这就要求机组安装过程中的部件必须要清理干净不得遗留任何杂质。
参考文献：
[1] 刘威，贺向东 主编著.工程力学（I）.机械工业出版社，2012年3月1日第一版
[2] 肖增弘 等主编.汽轮机设备及系统.中国电力出版社，2008年11月第一版
[3] 杜广生 主编.工程流体力学.中国电力出版社，2007年8月第一版
[5] 郑体宽 主编.热力发电厂.中国电力出版社，2008年12月第二版
[6] 肖增弘，盛伟 主编.汽轮机设备及系统.中国电力出版社，2008年11月第一版
[7] 樊泉桂 主编.锅炉原理.中国电力出版社，2008年9月第一版
[8] DL5000- 2000.火力发电厂设计技术规程[S].中国电力出版社，2002年3月第一版
[关键词]汽轮机 轴振 原因 离心力 分析
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-586-02
1 概述
南宁电厂2X660MW超临界机组给水泵驱动汽轮机为2台上海汽轮机厂生产的ND（Z）84/79/07- 1型变转速变参数带高排汽内切换的单缸、冲动、单流纯凝式汽轮机。汽轮机为单缸单转子结构，转子由1个单列调节级和6个压力级组成。机组连续运行调速范围2800 r/min～6000 r/min，从机头向机尾方向看该机转向为顺时针方向。给水泵驱动汽轮机有2个径向轴承，采用轴振信号监测机组振动，每个轴承上半部相互垂直的方向布置了X方向与Y方向振动测点，厂家推荐振动值为80μm时报警，125μm时跳闸。汽轮机盘车转速100 r/min，危急保安器动作转速6300±50 r/min，转子一阶临界转速2540 r/min，二阶临界转速9944 r/min。机组最大功率13.5MW，额定功率8.372MW。机组额定工况下：汽动给水泵效率84%，转速5343r/min，蒸汽参数（低压蒸汽压力0.891MPa，温度362.60℃；高压蒸汽压力3.7839MPa，温度*301.20℃），排汽压力6.28KPa。
2 试运行过程介绍
在机组安装完毕具备条件后首先进行A给水泵驱动汽轮机的试转。第一次升速设定目标转速是500 r/ min，转速升至400r/ min时调试人员进行了打闸试验，机组一打闸后在后轴承箱发出了尖锐的啸叫声音，但是机柤振动正常、轴承温度也无明显变化。停机投盘车后对油质进行了检查、并倾听了机组的声音、监测了振动后发现并无异常，并在24h后再次进行了复查。之后进行了此次故障的分析：调试单位认为是盘车装置未完全脱扣，在机组打闸后产生了擦挂造成了异响，作为安装单位代表，笔者认为是汽轮机轴与后轴承箱的油封产生摩擦所致，但大家都一致认为机组内部未受到损伤，同意不经处理再次进行冲转。之后由于要进行B给水泵驱动汽轮机的试冲转，A给水泵驱动汽轮机的启动延后了一段时间进行。在第二次A给水泵驱动汽轮机启动后按要求进行了500 r/ min时的打闸试验及各相应转速的暖机工作，且过一阶临界转速的振动等都正常，在确认没有问题后向额定转速升速，当转速升至5100r/ min时机组#2轴承处X方向和Y方向的轴振急剧升高，#1轴承的轴振在正常范围內，马上对机组进行打闸停机，轴振最高窜升至300μm，转子在惰走过程中 #2轴承轴振一直较高，#1轴振在正常范围内，停机投盘车后机组#2轴承X方向和Y方向的轴振都在140μm～150μm间波动，#1轴承的轴振没有异常变化。但在整个过程中机组无异常声音，给水泵驱动汽动汽轮机静止部分无异常抖动。之后进行了96h盘车，轴振无明显变化，经参建单位分析讨论大家最终得出了一致意见：从机组运行的情况分析，汽轮机内部通流部分没有问题，此次的振动应该是后轴承箱内测轴振处的轴上有什么异物造成了轴振的异常，但是是什么物质，大家都觉得很奇怪，因为在扣装轴承箱盖时对轴承箱内进行了仔细的清理，内部应该没有杂质并且油质检查也没有发现有问题，于是大家就决定打开后轴承箱进行检查。打开轴承箱后，首先对测振探头进行检查未发现有与转子摩擦痕迹且测量装置无松动现象，并对其信号进行检测，与初始安装值相吻合，其次对盘车装置进行了检查，未发现损伤和有摩擦等异常痕迹，当检查到测轴振处的轴阶时，发现该轴阶处整圈被异物划伤，形成了很多毛刺，并在轴承箱顶壁和油膛底部找到几片与轴封齿一样的铜屑。在测轴振处轴阶打磨后重新进行了A给水泵驱动汽轮机试运，再没出现异常状况。
3 对故障的分析
从A给水泵驱动汽轮机组的整个试运行过程来看，机组在第一次启动时发出的啸叫声音应该是汽轮机转轴与轴承箱的油封发生摩擦而产生的。为什么这么说呢？首先我们得从厂家的技术要求说起，由于机组在制造厂内已进行组装完毕，汽轮机各部间隙也已调整完毕，厂家在质量证明文件中也明确要求不允许作现场调整，我们在进行现场检查时发现油封间隙过小也曾联系厂家，厂家明确回复不允许调整；其次就是在经过仔细清理检查验收并经过油质化验合格的油膛内发现了轴承箱油封齿的铜屑也证明铜屑是在转轴与油封齿发生摩擦时擦掉的，因为该铜屑的材质在轴承箱内只有油封及油封齿采用，同时该处油膛腔室就依靠油封与外界隔绝即该腔室与轴承箱油封处于同一空间内，且该处油膛内几乎没有润滑油流过。
第二次启动发生的轴振笔者认为应该从两个方面来进行分析：第一个就是振动是由于什么引起的是什么性质的振动，第二就是振动为什么在汽轮机运行到高转速时发生。
第一个问题我们从安装施工及试运行整个过程中的情况来看，轴承箱盖是在油循环合格后对油箱进行仔细清理检查并经验收合格后再进行的，在机组试运行后也曾对油质进行了检查，发现油质符合要求，轴承箱盖揭开后对振动测量探头检查未发现松动及摩擦痕迹，探头与轴的间隙也与初始安装值相符，仅在没有润滑油流动的轴承箱顶壁与箱底发现几片与油封齿材质一样的铜屑，这就说明这次的振动与这几片铜屑有关。此次的振动转速5100r/min远离转子的一阶临界转速2540 r/min和二阶临界转速9944 r/min，其值也远大于过一阶临界转速的振动值，且振动现象未对机组其它部位造成任何影响，因此此次振动现象应该属于假振现象。 机组在第二次启动过程中为什么在转速较低时未出现振动，而在转速达到5100r/min这一较高速度时才出现振动呢？我们首先来看一下离心力公式：
F=mω2 r =m v 2/r
F—离心力
m—质量
ω—角速度
r—半径
v—线速度
平方及旋转半径成正比，线速度v=ω r。
从前面的分析中我们得知本次振动是由于汽轮机轴与油封摩擦后产生了飞溅的铜屑，铜屑由于轴上有润滑油产生的粘性力而附着在汽轮机轴轴振测量位置的轴阶表面上。由于受现场条件限制，我们无法对铜屑的质量和粘力进行测量，因此我们无法对其进行定量分析，只能对其进行定性分析。同时为了分析的简单化，我们在分析中忽略了重力的影响。如图所示我们假设铜屑粘附在O′点，转子以圆心O为中心沿着顺时针旋转则会形成一个背向圆心向外的离心力F离，而相对离心力则有指向圆心的粘力F向，由于我们设备运转是以转速进行分析的，所以我们在这里不分析线速度，从离心力公式分析中我们得知离心力的大小与角速度、转动半径和质量有关，而在我们现场的事件中转动半径和质量是一定的，只有角速度随着转速的增加而增大，当转速较低时所产生的离心力较小，无法克服粘力时其无法影响到轴振的数值，而随着转速不断升高，所产生的离心力急剧增大，当所产生的离心力大到能够克服粘力作用而脱离轴的表面时，其对轴振测量探头信号产生干扰引起轴振数值的急剧变化，同时由于高速旋转的轴带动轴表面的空气高速旋转形成空气涡流，受离心力作用而脱离轴表面的铜屑在空气涡流影响下与轴表面形成剧烈的碰撞在轴的表面形成很多毛刺进一步影响轴振探测数据的加大。这就是为什么在A给水泵驱动汽轮机在低转速时未发生振动，而当转速升到5100r/ min轴振急剧增大的原因。
4 经验教训與小结
从这次汽轮机轴振现象发生的原因来看，其主要是在机组第一次启动过程中发生的异常情况后没有进行仔细的检查清理，给以后的试运行留下了隐患，从而在机组第二次启动过程中当转速升至5100r/ min造成了机组轴振过大的假象。
通过此次事件，让我们认识到在机组的启动过程中无论发生任何异常现象都要对任何影响要素进行仔细全面的分析，并按分析的可能原因进行逐项仔细地检查清理并消除隐患从而保证后续工作的顺利进行。经过此次事件同时也提醒我们在汽轮机组的安装过程中的工作要一丝不苟地进行，以保证机组的部件要安装完整，图纸中要求紧固和焊接的必须要牢固，并且因为汽轮机是高速运转的机械这就要求机组安装过程中的部件必须要清理干净不得遗留任何杂质。
参考文献：
[1] 刘威，贺向东 主编著.工程力学（I）.机械工业出版社，2012年3月1日第一版
[2] 肖增弘 等主编.汽轮机设备及系统.中国电力出版社，2008年11月第一版
[3] 杜广生 主编.工程流体力学.中国电力出版社，2007年8月第一版
[5] 郑体宽 主编.热力发电厂.中国电力出版社，2008年12月第二版
[6] 肖增弘，盛伟 主编.汽轮机设备及系统.中国电力出版社，2008年11月第一版
[7] 樊泉桂 主编.锅炉原理.中国电力出版社，2008年9月第一版
[8] DL5000- 2000.火力发电厂设计技术规程[S].中国电力出版社，2002年3月第一版