0  概述
　　秦山核电站的汽轮发电机组是第一台国产300MW饱和蒸汽轮机（HN310－54．5型），型式为单轴、三缸、反动式、凝汽式、带中间汽水分离再热。其轴系由一个中压转子、2个低压转子、一个发电机转子和一个励磁机转子组成，每个转子由两个轴承支撑。
　　2001年1月15日4：40，汽轮发电机组大修后首次冲转至3000 r／min，进行空载状态下的各项功能性试验。6：00凝汽器真空降至－0．094 MPa（表压）时投入第2台主抽，6：15凝汽器真空回升至－0．1 MPa（表压）。当凝汽器真空上升时汽轮机低压缸轴承的振动出现明显的上升趋势。6：35汽轮机低压缸4、5、6号轴承的振动持续上升，都出现高报警（＞125μm）。由于运行人员对振动故障产生原因没有正确的判断，未能及时处理，造成振动持续上升。6：44 5号轴承的振动升至240μm，汽轮机1、2号低压缸轴承振动变化趋势图见图1，立即手动脱扣停机。对事件进行分析后，将凝汽器真空维持稳定在－0．095 MPa（表压）左右，再次冲转至3000 r／min），冲转过程中无异常振动出现。14：584号轴振开始出现异常波动（在95～115μm之间），10 min后波动停止，4号轴振稳定在85μm左右。机组在50％负荷下运行时出现4号轴承的振动随真空的变化而异常变化，但在75％以上负荷时凝汽器维持高真空运行机组各轴承振动都正常。

1  振动故障原因分析
　　机组大修后冷态启动冲转过程和带负荷运行中，若凝汽器真空保持稳定，机组低压缸各轴承的振动没有异常的变化。这可以说明：一是轴系平衡较好；二是轴承座支承动刚度正常。
　　根据事件过程的参数记录，可以确定机组振动异常和真空变化有直接关系。在空载和低负荷运行时，1号低压缸后轴承（4号轴瓦）的振动对真空变化特别敏感。在第2次启动后的空载运行中出现过轴振波动，持续时间约10 min左右，振幅上下波动约20μm，表现出典型的转轴碰磨的特征。在50％额定负荷运行中凝汽器真空从－0．094 MPa（表压）上升至－0．1 MPa（表压）时，4号轴承的轴振由85μm升至105μm，真空上下变化时，4号轴振也跟随上下变化。当负荷升到75％额定负荷以上时上述现象消失。
　　汽轮发电机组冷态启动过程中，汽轮机的各轴承座的热态标高相对冷态时标高会发生较大的变化，特别是机组抽真空过程对各轴承标高变化影响最大。由于低压缸轴承座与低压外缸座架为一体结构，两者一起支承于基础台板上。当低压缸轴承座的位置标高改变时直接影响到低压转子的中心和低压缸各轴承的负载分配，同时使低压缸动静部分间隙发生了变化。汽轮机的低压缸采用了双层内缸加外缸的三层缸结构，汽缸和转子的膨胀关系比较复杂，运行参数的变化势必会引起汽缸膨胀或收缩。若汽缸和转子受到不均匀加热或冷却，将会引起动静部分的间隙减少。
　　由于发电机空载试验的需要，汽轮机在空转工况下长时间运行（约2 h），汽轮机转子叶片磨擦鼓风所消耗的功变为热量被蒸汽吸收，会使蒸汽温度上升，出现过热现象。转子高速旋转时汽流对其冲刷速度大，相互之间的传热也大，这样促使转子温度上升。当凝汽器真空从－0．094 MPa（表压）上升至－0．1 MPa（表压）时，低压排汽缸温度从46℃下降到23℃，低压缸进口金属温度降低了2℃。此时，汽缸被冷却，使通流部分的动静间隙减小。
 　　由于汽轮发电机组解体大修中，重新按出厂标准调整了汽缸汽封间隙，低压缸更换了新轴承，并重新调整了轴系中心。汽轮机低压缸动静部分径向间隙最小的部位是汽封（如低压端轴封间隙为0．46～0．56 mm，低压缸各级静叶汽封径向间隙为0．02～2．54 mm）。若轴封径向间隙消失，会出现转轴与轴封齿碰磨。在机组起动过程中，汽缸与转子的相对胀差变化在正常值范围内，即表示汽轮机动静部分轴向间隙的变化情况正常，没有发生汽轮机动静部分的轴向碰磨，只可能发生径向的摩擦。
 　　从振动故障诊断系统监测到的数据中可以看出，本次振动故障的表现为基频振幅、相位随运行时间和运行工况的变化而变化的特征。利用汽轮发电机组振动分类方法，可确定这次振动是不稳定普通强迫振动，是由激振力变化引起。在运行中突然产生不平衡的原因有动静摩擦、发电机负序电流太大、转动部件飞脱、转轴与水接触等。因此，根据本次故障及运行的参数，可以排除其它原因引起的振动，从而确定振动是低压缸发生径向动静摩擦，造成转轴局部弹性热弯曲而引起的。
2  转轴碰磨引起振动故障的机理
　　转轴碰磨引起振动的主要分量是基频，且属于普通强迫振动。转轴径向碰磨之所以会引起振动是由于碰磨使转轴表面径向受热不均，引起热弯曲产生不平衡振动，振动频谱特征以基频为主，并含有2X、3X等高阶分量。
　　转轴因径向碰磨产生热弯曲而引起的振动，根据碰磨严重程度的不同，振幅变化特征的差别，可分为早期、中期和晚期碰磨3个阶段。在早期阶段由于碰磨较轻，热弯曲量较小，另外接触部分的金属很快被磨损，这时动静部件磨损量大于转轴碰磨点热弯曲增长量，从而形成间断碰磨，造成振动时大时小地随机波动，或维持在某一水平上。碰磨处于中期时，动静部件磨损量始终小于转子热弯曲的振动的增长量，碰磨会不断加重，使热弯曲和振动进一步加大，形成恶性循环。转轴碰磨进入中期时轴振增长率高达150～200μm／min，若不及时打闸停机控制振动，很快转轴碰磨会进入晚期，而晚期振动增长率将几倍于中期，会出现转轴弯曲处挤压应力大于材料屈服极限，将造成弯轴事故。
 　　从有关资料得知，由于高低压转子在结构和支承刚度等方面有很大不同，在启动过程中汽轮机高压转子易发生转轴碰磨，而在工作转速下低压转子易发生转轴碰磨。与多起空负荷或带负荷下因低压转子转轴碰磨造成轴振突然升高的典型事例来比较分析，这次在工作转速下汽轮机低压缸4、5号轴承的振动急剧升高，是由于低压转子发生了碰磨引起，且碰磨进入了中期。若在工作转速下发生碰磨不是很严重，没有进入晚期阶段，而且转轴热弯曲只局限在一个不长的轴段上，转轴上径向不对称温差不大，及时采取措施停止碰磨，在短时间内转子热弯曲即可消失，转子可变直。所以在停机惰走过程中，通过临界转速时振动并不大，在盘车状态下转子弯曲值也正常。
3  小结
　　（1）在机组启停过程中，往往只注意汽轮机冲转过临界时的共振，缺乏对工作转速下发生振动问题的了解，不清楚振动故障发生的原因和机理，不能及时分析出引起振动的原因，做出正确的判断处理。
　　（2）大修后机组的首次启动中发生动静碰磨的可能性较大，在冲转和空载运行时应保持运行参数的稳定，避免运行参数对机组状态的影响。应注意况，尽量维持参数的稳定，防止动静碰磨现象的发生。机组经过多次启停的考验后，可以消除因轴封间隙过小、汽缸跑偏过大引起的动静碰磨现象。
　　（4）在运行中发现机组振动有增大趋势时，要严密监视振动情况，并进行减负荷运行。如振动上升速度较快时，要严格按运行规程进行操作，必要时进行紧急停机，以防造成设备损坏和人员伤害事故。
　　（5）汽轮发电机振动故障原因诊断的难点是如何准确推断出故障点和故障产生的机理。应认真查找原因，在原因查明并作出防范措施后，才允许重新开机，避免再次造成设备事故。
参考文献：
［1］ 施维新．汽轮发电机组振动及事故［M］．北京：中国电力出版社，1999．
［2］ 顾晃．汽轮发电机的振动与平衡［M］．北京：中国电力出版社，1998．