楊忠亮，李明，任建春，楊紅軍

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661699）

汽輪機(jī)也稱蒸汽透平發(fā)動(dòng)機(jī)，是能將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的回轉(zhuǎn)式機(jī)械，是一種旋轉(zhuǎn)式蒸汽動(dòng)力裝置，來(lái)自鍋爐的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，依次經(jīng)過(guò)一系列環(huán)形配置的噴嘴和動(dòng)葉，高溫高壓蒸汽穿過(guò)固定噴嘴成為加速的氣流后噴射到葉片上，使裝有葉片排的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。同時(shí)，對(duì)外做功。在運(yùn)行過(guò)程中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子一方面需要承受汽流的作用力和葉輪本身離心力所引起的應(yīng)力，另一方面，承受由蒸汽溫差所引起的熱應(yīng)力等，檢維修或操作不當(dāng)容易引起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲變形。

1 轉(zhuǎn)子變形

紅磷化工80萬(wàn)噸/年硫酸裝置（以下簡(jiǎn)稱裝置）2009年配套安裝一臺(tái)B6-3.3/0.6型、6KW背壓式汽輪機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)AV80-4軸流壓縮機(jī)以提供裝置升溫、焚硫爐燃燒等生產(chǎn)用氣。2019年6月25日，因裝置酸泵電機(jī)出現(xiàn)故障而使裝置停車，裝置停車時(shí)并未將汽輪機(jī)進(jìn)行停車處理，而是將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?950轉(zhuǎn)/分鐘逐步降至1000轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)行。約3小時(shí)后裝置恢復(fù)開(kāi)車時(shí)同步提高汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)車運(yùn)行，轉(zhuǎn)速提升過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)進(jìn)汽測(cè)、排汽測(cè)轉(zhuǎn)子振動(dòng)大。趨勢(shì)圖上顯示機(jī)組振動(dòng)逐步上升，轉(zhuǎn)速提升20分鐘時(shí)，汽輪機(jī)排汽側(cè)和進(jìn)汽側(cè)振動(dòng)值升至500μm，于是，于當(dāng)天22:03分緊急停下汽輪機(jī)后盤(pán)車。

由于機(jī)輪機(jī)機(jī)組在1000轉(zhuǎn)/分鐘狀態(tài)下運(yùn)行約3小時(shí)未出現(xiàn)振動(dòng)情況，緊急停車后盤(pán)車期間也沒(méi)有找到振動(dòng)大的原因，為進(jìn)一步查找汽輪機(jī)振動(dòng)大的原因，緊急停車30分鐘后于22:35分再次沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)至500～600轉(zhuǎn)/分鐘，此時(shí)汽輪機(jī)振動(dòng)在18～51μm，振動(dòng)值明顯高于大修后開(kāi)車時(shí)10～15μm的振動(dòng)值，為避免汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子變形，汽輪機(jī)在500～600轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)行30分鐘后停機(jī)進(jìn)入盤(pán)車狀態(tài)。經(jīng)技術(shù)人員分析，汽輪機(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子、汽缸膨脹不同步,引起局部動(dòng)靜摩擦,產(chǎn)生振動(dòng)大，于是，決定將機(jī)組盤(pán)車3小時(shí)后再?zèng)_轉(zhuǎn)觀察。

汽輪機(jī)于6月26日1:55分再次沖轉(zhuǎn)至500轉(zhuǎn)/分鐘，振動(dòng)值在18～51μm，將轉(zhuǎn)速升至1000轉(zhuǎn)/分鐘，振動(dòng)值最高到110μm，3:30分左右振動(dòng)值降至100μm，機(jī)組運(yùn)行了近1.5小時(shí)振動(dòng)值無(wú)降低趨勢(shì)，決定將轉(zhuǎn)速升速過(guò)臨界轉(zhuǎn)速作進(jìn)一步觀察，過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)振動(dòng)超過(guò)250μm時(shí)，及時(shí)停機(jī)，避免給機(jī)組帶來(lái)更大的損害。于6月26日3:30分對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行提升轉(zhuǎn)速操作，3:35分轉(zhuǎn)速升到1600轉(zhuǎn)/分左右，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值快速上升，進(jìn)氣側(cè)B點(diǎn)軸振動(dòng)值為480μm左右時(shí)，立即按下緊急停車按鈕停車，機(jī)組停車后隨即盤(pán)車。在停車過(guò)程中，聽(tīng)見(jiàn)汽輪機(jī)后軸承方向有金屬摩擦聲音，聲音隨即消失，為找到聲音發(fā)出的位置，在停機(jī)過(guò)程中，聽(tīng)見(jiàn)后汽封處有汽體往外噴出的聲音，用聽(tīng)棒測(cè)聽(tīng)沒(méi)有明顯的金屬摩擦聲，只發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)軸靠近后軸承座擋汽板處有明顯的亮點(diǎn)。

汽輪機(jī)6月26日3:35分開(kāi)始升轉(zhuǎn)速情況見(jiàn)曲線圖：

圖1 升轉(zhuǎn)速情況曲線圖

注：根據(jù)曲線圖顯示：2019年6月26日3:35分20秒時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為1632.893轉(zhuǎn)/分鐘，氣輪機(jī)進(jìn)氣側(cè)B點(diǎn)軸振動(dòng)值為483.076μm、進(jìn)氣側(cè)A點(diǎn)軸振動(dòng)值為406.222μm，氣輪機(jī)排氣側(cè)A點(diǎn)軸振動(dòng)值為417.740μm。

考慮到再繼續(xù)升速將對(duì)汽輪機(jī)產(chǎn)生破壞性作用，于是，放棄過(guò)臨界轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速1906轉(zhuǎn)/分鐘）的計(jì)劃，停機(jī)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行檢查。汽輪機(jī)盤(pán)車?yán)鋮s至7月1日，拆除汽輪機(jī)上蓋，吊出轉(zhuǎn)子檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子及缸體多處擦傷。對(duì)轉(zhuǎn)子做低速動(dòng)平衡檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)第6組葉輪圍帶處彎曲值達(dá)到0.55mm，判斷轉(zhuǎn)子已產(chǎn)生變形。

汽輪機(jī)磨損情況見(jiàn)圖2。

下汽缸磨損情況：

圖2 汽輪機(jī)磨損情況

2 轉(zhuǎn)子變形原因分析

（1）轉(zhuǎn)子在低轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分中運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，運(yùn)行時(shí)蒸汽處于放空狀態(tài)，蒸汽管道因熱膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力作用于氣缸上，使缸體變形、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱變形，汽輪機(jī)動(dòng)靜部分的同心度及間隙受到破壞，造成缸體和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生動(dòng)靜碰擦、轉(zhuǎn)子局部過(guò)熱，汽輪機(jī)振動(dòng)加劇，是造成轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲變形的直接原因。

（2）操作人員對(duì)汽輪機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱變形帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估不足，汽輪機(jī)進(jìn)汽測(cè)、排汽測(cè)振動(dòng)大時(shí)未停機(jī)查找原因并采取有效措施消除振動(dòng)，而是多次強(qiáng)行沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)，從而引起強(qiáng)烈振動(dòng)，使得汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙消失，引起轉(zhuǎn)子與靜止部分發(fā)生摩擦，摩擦部分的轉(zhuǎn)子局部過(guò)熱，以致使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生永久性彎曲變形，這是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲變形的又一直接原因。

（3）裝置聯(lián)鎖未按規(guī)程投用，管理不完善，設(shè)備異常時(shí)未起到保護(hù)作用，導(dǎo)致了事故進(jìn)一步擴(kuò)大，是造成產(chǎn)生彎曲變形的間接原因：汽輪機(jī)減轉(zhuǎn)速過(guò)程中解除汽輪機(jī)振動(dòng)聯(lián)鎖，在提升轉(zhuǎn)速過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)未投入聯(lián)鎖,導(dǎo)致汽輪機(jī)機(jī)組振動(dòng)值超過(guò)設(shè)定100μm的聯(lián)鎖跳停值時(shí)汽輪機(jī)未及時(shí)聯(lián)鎖停機(jī)。

3 轉(zhuǎn)子修復(fù)

經(jīng)聯(lián)系汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家，要求將變形轉(zhuǎn)子返該公司檢測(cè)后才能確定是否具有修復(fù)價(jià)值。變形轉(zhuǎn)子裝車返汽輪機(jī)生產(chǎn)廠檢測(cè)，軸彎曲最大值為0.7mm，汽輪機(jī)聯(lián)軸器端有扭曲，轉(zhuǎn)子材質(zhì)具備應(yīng)有的強(qiáng)度，具有修復(fù)價(jià)值。修復(fù)方法為采用加工高點(diǎn)的方法來(lái)修復(fù)轉(zhuǎn)子，修復(fù)時(shí)固定兩端頂針孔來(lái)加工轉(zhuǎn)子高點(diǎn)，并通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡試驗(yàn)、臨界轉(zhuǎn)速試驗(yàn)和超高轉(zhuǎn)速飛錘試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，測(cè)量前軸瓦軸頸跳動(dòng)值為0.005mm，后軸瓦（聯(lián)軸器端）軸頸跳動(dòng)值為0.045mm。修復(fù)后的轉(zhuǎn)子運(yùn)回裝置安裝使用，運(yùn)行一年，未出現(xiàn)轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)情況。

4 防范措施

4.1 優(yōu)化工藝操作

（1）裝置停車時(shí)，汽輪機(jī)同步停車，嚴(yán)禁汽輪機(jī)在低轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

（2）優(yōu)化汽輪機(jī)開(kāi)車：

①汽輪機(jī)暖管、暖機(jī)沖轉(zhuǎn)前，開(kāi)機(jī)時(shí)進(jìn)汽溫度應(yīng)不低于425℃；

②嚴(yán)格控制上下缸溫差小于50℃，最佳控制小于35℃以下；

③汽輪機(jī)嚴(yán)禁在低轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)時(shí)間暖機(jī)，暖機(jī)時(shí)間控制在態(tài)不能超過(guò)20分鐘，熱態(tài)不能超過(guò)10分鐘；

④重視汽輪機(jī)暖機(jī)排氣溫度變化情況，把汽輪機(jī)暖機(jī)排氣溫度納入操作管理。

4.2 優(yōu)化聯(lián)鎖設(shè)置

按轉(zhuǎn)速分段設(shè)置聯(lián)鎖控制，開(kāi)車前投用聯(lián)鎖。

4.3 技術(shù)措施

（1）汽輪機(jī)安裝或檢維修時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)參數(shù)調(diào)整動(dòng)靜部件間隙，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前的轉(zhuǎn)子振動(dòng)值、上下缸溫差、主蒸汽及再熱蒸汽的溫度等必須符合有關(guān)規(guī)定，否則，禁止啟動(dòng)。

（2）停機(jī)后應(yīng)立即投入盤(pán)車，當(dāng)盤(pán)車電流比正常值大，振動(dòng)或聲音異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析處理。自動(dòng)盤(pán)車當(dāng)軸封摩擦嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)先改為手動(dòng)方式盤(pán)車180°,待摩擦基本消失后，投入連續(xù)盤(pán)車。

（3）汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前應(yīng)進(jìn)行充分盤(pán)車,一般不少于4小時(shí)，盡可能避免中間停止盤(pán)車。若盤(pán)車中斷，應(yīng)重新計(jì)時(shí)。

（4）熱態(tài)啟動(dòng)前，應(yīng)檢查停機(jī)記錄并與正常停機(jī)曲線比較，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)處理。

（5）熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)先投軸封后抽真空，高壓軸封使用的高溫汽源需與軸封金屬溫度相匹配，軸封蒸汽管道應(yīng)充分暖管、疏水，防止水或冷氣從軸封進(jìn)入汽輪機(jī)。

（6）對(duì)操作規(guī)程和檢修維護(hù)規(guī)程進(jìn)行清理和完善，編制檢修和操作作業(yè)指導(dǎo)書(shū)指導(dǎo)作業(yè)。

5 結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)是現(xiàn)代火力發(fā)電廠的主要設(shè)備，也用于冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、艦船動(dòng)力裝置中，統(tǒng)計(jì)表明，86%的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子彎曲事故是由于轉(zhuǎn)子碰擦引起的，而其中80%以上是機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)發(fā)生的，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子一旦發(fā)生彎曲變形，將使企業(yè)和社會(huì)產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)損失。規(guī)范汽輪機(jī)檢維修和汽輪機(jī)操作，提高設(shè)備維修人員和操作人員的工作技能，能有效預(yù)防汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生變形事故，對(duì)企業(yè)維持正常的生產(chǎn)次序、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益起到積極的作用。