〔摘 要〕 針對50MW汽輪機轉子中心孔進油的故障事件，通過對汽輪機振動特點的描述，分析了汽輪機振動和轉子中心孔進油的原因以及引起振動的機理，提出了該故障的診斷方法和防止轉子中心孔進油的措施。
〔關鍵詞〕 汽輪機；轉子；振動
2004年河南省電力系統連續出現2起汽輪機轉子中心孔進油的故障，1台為125 MW機組，1台為50 MW機組。本文針對其中的1台50 MW汽輪機轉子中心孔進油原因進行了分析，並提出該故障的診斷方法和解決問題的途徑。
1 振動特點
汽輪機型號為C50-8.83/0.981，發電機型號為QF-60-2。如圖1所示，1，2號軸承支承汽輪機轉子，1號軸承為座落前箱內的落地軸承，2號軸承座落在排汽缸上，3，4號軸承支承發電機轉子，均為落地軸承。汽輪機和發電機轉子以剛性聯軸器連接。
1.1 配重前啟動
2004-06-26，啟動升速至過臨界轉速的過程中，2號軸承最大振動為39.1 ?，其它軸承振動均小於30 ?，說明汽輪機轉子和發電機轉子的平衡狀態良好。
空載3 000 r/min下，除了2號軸承垂直振動39 ?外，其它軸承振動均在30 ?以下。帶負荷到48 MW，2號軸承振動從60 ?很快升至84.5 ?，被迫打閘停機。降速過臨界轉速2號軸承垂直振動達125 ?。盤車時，大軸撓度比開機增大40 ?。從3 000 r/min→帶負荷→停機過程的軸承垂直振動趨勢圖可知，振動增大的部位主要是2號軸承，發電機的2個軸承振動基本不變，因而可以判定故障存在於汽輪機側。
根據以往經驗，一般存在轉子熱變形的機組，只要把空載3 000 r/min時的下軸承基頻振動降低到20 ?以下，帶負荷后的振動就能維持在50 ?以內的合格範圍。所以停機后在汽輪機末級葉輪進行配重，以降低2號軸承的垂直振動。
1.2 配重后啟動
2004-06-27，機組配置后再次啟動，在空載3 000 r/min下，2號軸承的垂直振動為15 ?，其它均小於15 ?。帶負荷20 MW時振動基本不變，負荷增到30 MW，2號軸承振動增大至40 ?，穩定一段時間后，振動稍有降低。接著開始升負荷至35 MW，振動升至46.8 ?。立刻減負荷至30 MW，振動突升至54.1 ?，又升負荷至37 MW，振動繼續升高。隨即減負荷，當振動升到91.7 ?時，打閘停機。降速過臨界轉速2號軸承垂直振動達8 ?。盤車時大軸撓度比開機增大100 ?。
1.3 第3次啟動
前2次啟動過程中，后汽封溫度達300℃，而該汽封設計汽源為除氧器汽平衡供汽，溫度在150℃左右，顯然後汽封溫度偏高；另外，前2次啟動過程中，本體疏水沒有打開。
為了排除這2個因素的影響，2004-06-29又開一次機。在這一次啟動過程中，本體疏水全部打開，后汽封溫度控制在160℃以下。這次從啟動升速過程到20 MW負荷，2號軸承振動與上一次差別不大。負荷到24 MW，2號軸承振動開始快速突升到
90.7 ?，被迫打閘停機。
3次啟動過程的振動特點為：
(1) 振動主要是基頻成份，其它分量很少，因此屬於不平衡激起的強迫振動；
(2) 振動隨時間和啟停機的次數增多而顯著增大，振動突增負荷點一次比一次小，說明振動故障逐次惡化；
(3) 當振動突增后，即使減負荷到0，振動亦不會降低而是繼續增加。停機過程中過臨界轉速的振動值比開機過程大；
(4) 2號軸承振動一旦開始爬升很快發散至報警值，並且沒有盡頭，在這種振動狀態下機組是無法運行的。
2 振動原因分析
該機組振動的基本特點是，隨著時間增加，不穩定強迫振動增加。造成這種振動的故障缺陷可能是：
(1) 汽缸膨脹受阻,使軸承支承剛度降低；
(2) 轉子熱彎曲。
通過檢查沒有發現絕對膨脹、脹差在啟動過程中出現異常，軸承座與台板接觸面也沒有出現間隙，膨脹也沒有卡澀跡象，所以可以排除第一項缺陷，因而轉子熱彎曲成為主要懷疑對象。
造成轉子熱彎曲的原因如下：
(1) 轉軸內應力過大；
(2) 轉軸材質不均；
(3) 轉軸套裝部件失去緊力；
(4) 高溫轉子與冷水、冷汽接觸；
(5) 動靜摩擦；
(6) 轉子中心孔進油。
根據振動的變化特點，可以排除第1～3個原因，因為這3個原因引起的振動均變化緩慢，而該機的振動會出現突變，且隨啟停次數的增加，一次比一次嚴重。
因試運過程中未發現汽缸和本體疏水情況出現異常，可以排除第4個原因。
因摩擦振動的相位變化較大，而該機振動的相位變化較小(20。左右)，所以可以排除第5個原因。只有第6個原因不能排除，有必要對轉子中心孔進行檢查。
3 轉子中心孔進油原因及其引起振動的機理
打開汽輪機前箱，拆掉調速器小軸，這時就從孔中流出重約1 kg的黑色油，經化驗，與該機組使用的潤滑油相同，說明油是從孔外吸入的。清理乾淨孔內進油，將轉子中心孔堵頭上的排氣孔堵死後，重新啟動，機組在50 MW負荷下長時間運行，1～4號軸承振動均在10 ?左右。
3.1 汽輪機轉子中心孔進油原因
轉子中心孔進油的原因，一是探傷時中心孔內塗的油沒有清理乾淨。就該機而言，安裝前已對中心孔進行檢查，未發現存油。另一個原因是中心孔端部堵頭上的排氣孔未封嚴，運行中，孔內的空氣受熱膨脹逸出，停機後轉子冷卻，孔內的空氣也冷卻收縮，外界的空氣就會通過鍵與聯軸器的間隙和中心孔堵頭上的排氣孔進入轉子中心孔。停機后機組進行盤車，來自噴油管的潤滑油對盤車大齒輪進行潤滑，此時，該股潤滑油也隨外界空氣進入轉子中心孔。隨著機組啟停次數增加，進入中心孔的潤滑油也越積越多。
3.2 轉子中心孔進油引起振動的機理
在汽輪機轉子中心孔內存油而未充滿時，在高速旋轉的離心力作用下，油被甩到孔壁上形成油膜。由於轉子存在一定的撓度，致使中心孔的幾何中心和轉子的旋轉中心不重合，因而孔壁上的油膜厚度不同，當轉子溫度升高時，油與孔壁間產生熱交換，油吸熱而氣化。由於不同厚度的油膜與孔壁間的熱交換的程度不同，使轉子徑向產生溫差，引起轉子熱彎曲。熱彎曲不但隨著機組有功負荷的增大而加大，而且在暖機和升速過程中也能明顯反映出來。暖機時間較長會引起過大振動，甚至使機組不能升速到滿轉。並且，開停機次數愈多，被吸進轉子中心孔的油愈多，振動現象愈明顯。根據經驗，轉子中心孔進油達0.15 kg，就會使機組振動發生明顯的變化。
氣化的油有2種去向：一是逸出轉子中心孔外，二是在轉子低溫段凝結，放出凝結熱，這同樣會引起不均勻的熱交換。
油與孔壁的熱交換隨著轉子溫度的升高而加快，使轉子熱彎曲逐漸增大，由於汽輪機缸內動靜間隙小，還可能引起動靜摩擦，導致振動持續增加或突變。
4 防止轉子中心孔進油的措施
(1) 對轉子中心孔探傷時，裡面塗的油一定要清理乾淨，並把堵頭堵好。
(2) 由於汽輪機轉子中心孔堵頭上的排氣孔與外界相通是發生轉子中心孔進油的主要原因，因此在安裝時應進行檢查，若發現有排氣孔就應把它堵死。製造廠應取消汽輪機轉子中心堵頭的排氣孔或者採用實心轉子。
(3) 有些轉子中心孔進油是從轉子前面吸入的，所以安裝時還要檢查調速器小軸是否存在進油的隱患。
