转子大不平衡振动的研究

第52卷第1期20LO年2月汽轮机技术TURBINETECHNOL0GYV0152NO1FEB2010转子大不平衡振动的研究施维新西安热工研究院，西安710032摘要为使轴系破坏事故调查、寻找转子大不平衡振动摆脱困境，历经近20年的研究，查明了引起轴系破坏的转子各种大不平衡振动原因及形成机理。在阐述研究结果的同时，分析了国内5起破坏原因最为复杂的毁机事故。研究结果表明，造成轴系破坏的大不平衡振动原因有，转动部件飞脱、转轴碰磨、转轴刚度降低、扭矩冲击，其中转动部件飞脱引起的瞬态响应和扭矩冲击产生的大不平衡振动造成毁机事故机理，在国内外尚属首次提出。对查明轴系破坏真正原因和提高机组振动故障诊断水平有较大的帮助。关键词转子大不平衡振动；瞬态响应；扭矩冲击；毁机分类号TK2681文献标识码A文章编号1001588420100L005146LARGEIMBALANCEINTHEROTORVIBRATIONRESEARCHSHIWEIXINXIANTHEITILOSPOWERRESEARCHINSTITUTE，XIAN710032，CHINAABSTRACTINORDERTOUNDERMINETHESHAFTDAMAGEACCIDENTANDTOFINDTHELARGEIMBALANCE，AFTER20YEARSOFRESEARCH，ITCANBEIDENTIFIEDTHATTHEDAMAGEFORMATIONMECHANISMOFTHEVIBRATIONCAUSEDBYTHEROTORSHAFTOFLARGEIMBALANCESINTHISPAPER，STUDYOFTHEBIGIMBALANCEINTHEROTORVIIRATIONREASONISSHOWED，THEFIVEMAJORDOMESTICSHAFTDAMAGEACCIDENTSISALSOANALYZED，ASARESULT，IDENTI“THEREALCAUSEOFTHESHAFTDAMAGETHERESEARCHSHOWSTHATTHEREASONOFTHESHAFTDAMAGEDUETOLARGEIMBALANCEISCAUSEDBYSPINNINGOFFPARTS，SHAFTRUB，SHAFTSTIFFNESSREDUCEANDTHEIMPACTOFTORQUEITISFIRSTTIMETOPOINTOUTTHATTHEDAMAGEFORMATIONMECHANISMOFTHETRANSIENTRESPONSECAUSEDBYSPINNINGOFFPANSANDVIBRATIONOFLARGEIMBALANCESPRODUCEDBYTHEIMPACTOFTORQUEINDOMESTICTHISRESEARCHISMOREHELPFULTOIDENTIBTHEREALREASONOFTHESHAFTDAMAGEACCIDENTANDTOIMPROVETHEVIBRATIONFAULTDIAGNOSISKEYWORDSLARGEIMBALANCEINTHEROTORVIBRATION；TRANSIENTRESPONSE；TORQUEIMPACT；SHAFTDAMAGE1999年8月，阜新8号机发生了严重的轴系破坏事故，O前言轴系破坏时间历程仅为3S5S，轴系中各转轴断口是典型的由转子大不平衡振动引起，但为寻找转子大不平衡振源又一转子不平衡不仅是运行机组振动最主要的激振力，而且次陷入了困境。也是引起轴系破坏的主要原因，据2000年国内发生的毁机在这起破坏事故中，由事故追忆装置和DCS系统，精确事故统计，由转子大不平衡振动引起的占80，但是每次毁地记录了事故过程中机组运行主要参数，时间历程精确到机事故调查为寻找转子大不平衡振动原因，程度不同地都会“秒”，为研究这起毁机事故真正原因提供了充分证据。研究陷入困境。例如，分宜电厂6号机、秦岭电厂5号机、大同电结果表明，造成这起毁机事故的转子大不平衡振动，是由扭厂2号机、新乡电厂2号机、阜新电厂8号机这些机组轴系矩冲击引起，这是迄今为止还未见有人提出过的新的大不平破坏真正原因，是后来通过转子大不平衡振动的研究才得到衡振动，由此也就解开了长期以来轴系破坏后继过程中造成查明。转轴快速断裂的大不平衡振动从何而来的迷团。为了摆脱这种困境，在90年代初，将转子大不平衡振本文是针对目前国内外轴系破坏主要原因，转子大不平动，作为国家重点课题进行了研究。从国外关于毁机事故研衡振动的产生及形成机理，做了近2O年的研究。现将研究究情况来看，除对转子材质、运行工况关注外，开始对轴系破结果简述如下，为分析毁机事故寻找转子大不平衡振动原因坏主要原因，转子大不平衡振动进行了研究。及机理，可以摆脱困境，并为提高运行机组振动故障诊断水经过5年的研究基本查明了，国内外在上世纪90年代平提供帮助。初以前，历次发生的轴系破坏时转子产生大不平衡振动的原因及机理，但是对于严重的非同期合闸和轴系破坏起始断K1L转动部件飞脱发生之后，轴系破坏后继过程中，转轴快速断裂的大不平衡振动的厦国还是丕明。转动部件损坏飞脱，是转子产生不平衡振动直观可见故收稿日期2009107作者简介施维新1937，男，江苏南通人，高级工程师，从事汽轮发电机组振动研究。52汽轮机技术第52卷障，但是即使飞脱的转动部件质量足够大，未必能产生破坏性大不平衡振动，它主要由飞脱部件质量、所处轴向位置和当时转速、飞脱部件结构3个因素决定。下面对这些因素作进一步分析讨论。11飞脱部件的质量足够大由现场大量实测不平衡响应统计得知，在较灵敏的轴系和轴向位置上，所处半径为03M1OM，对于50MW以上的机组，飞脱部件质量至少在15KG以上，才能产生快速破坏的大不平衡振动。12所处轴向位置和当时转速同一台机组不平衡所处轴向位置和当时转速不同，产生的不平衡振动有很大差别，对于50MW以上轴系，工作转速下在主跨内即使飞脱了15KG以上的转动部件，也不会产生破坏性大不平衡振动，这已被大量运行经验证明，如果不平衡量进一步增大，在工作转速下仍然不会发生快速破坏的大不平衡振动，但降速通过转子一阶临界转速时，将会引起破坏性大不平衡振动，例如1989年10月2EL，海口电厂2号机国产50MW因不对称负载两相短路持续时间过长，引起发电机转子槽楔铝过热软化，造成槽楔和转子导线局部飞脱产生大不平衡，降速通过发电机转子一阶临界转速耐，产生了大不平衡振动引起了轴系破坏。如果飞脱的转动部件处在转子外伸端，当转速接近转子二阶临界转速、飞脱部件超过15KG时，即使所处半径只有025M030M，不论飞脱部件结构如何，都将会产生破坏性大不平衡振动。13飞脱部件结构转动部件飞脱首先对转子产生不平衡力的冲击，激起瞬态响应自由振动，如果当时转速接近某一阶临界转速，会产生显著的拍振，依据试验室实验得知，部件飞脱后经一个振动周期后，振幅轴振、瓦振达到稳态不平衡振幅值，再经23个振动周期后，拍振幅值达到最大，幅值将比稳态不平衡振幅增大24倍与临界转速接近程度有关，拍振消失后，转子能否形成稳态的大不平衡振动，由飞脱的转动部件结构决定，如果飞脱的是汽机叶片，在瞬态响应和拍振消失后，还会产生稳态的不平衡振动；如果飞脱的是套装在轴上的部件，例如汽机叶轮、发电机和励磁机转子的护环、滑环，在瞬态响应还没有完全消失之前，残留在转轴上的另一部份，在强大离心力作用下，会全部碎裂飞脱，不平衡自动消失。但是当转轴在瞬态响应冲击下，产生了塑性弯曲变形，当碎裂部件全部飞脱之后，飞脱部件产生的不平衡虽然随之消失，但由于转轴弹性和塑性变形的存在，作用在转子上不平衡力依然存在，如果转轴在这个不平衡力作用下，塑性弯曲变形继续增大，转子挠曲获得发散，轴系破坏就会发生。在以往轴系破坏事故调查中，只注意了稳态的不平衡响应，忽略了瞬态响应，由此为寻找转子大不平衡振动陷入了困境，例如秦岭电厂5号机国产200MW励侧滑环195碎裂飞脱，当时直观认为不可能产生大不平衡振动，但7瓦侧转轴断口起始断口是典型由转子大不平衡引起塑性弯曲断轴拼接后外伸端永久弯曲达210MM断裂。经后来取证分析研究才查明，7瓦外伸轴弯曲断裂是由励侧滑环碎裂飞出，激起瞬态响应和拍振当时转速接近发电机转子二阶临界转速3600RMIN冲击下，外伸轴已产生显著塑性弯曲变形。滑环碎裂飞出后经34振动周期005S007S，残留在转轴上滑环全部碎裂飞出，滑环碎裂飞脱产生的大不平衡虽然消失，但外伸轴永久弯曲产生的大不平衡已足以使其挠曲发散，引起不平衡急速增大，才导致外伸轴弯曲断裂。滑环碎裂飞脱的原因也得到查明，它主要存在较大内应力和超速时存在较大热应力，在3600RMIN下产生了较大离心力，三者共同作用下，导致碎裂飞出。由于当时事故调查组排除了滑环碎裂产生大不平衡振动的可能，所以再也无法找到引起七瓦外伸轴弯曲断裂的大不平衡振动，最后不得不归结为油膜振荡所致。现场大量消振和国内外毁机事故统计表明，油膜振荡能产生的最大振动与造成毁机事故需要的大振动，尚差23个数量级，所以毁机事故与油膜振荡没有直接和间接的关系。发电机转子外伸端的部件损坏飞脱引起毁机事故的还有，像1977年7月22日法国波什维尔电站1号机600MW，与国产引进型600MW结构相同，超速试验时励磁机转子护环碎裂飞出处在发电机转子外伸端，不平衡响应很高，在3S5S轴系断成9段。如果飞脱部件处在转子主跨内，在工作转速下则不会引发毁机事故，例如，1965年4月30日，郑州热电厂4号机国产25MW，运行中末级叶轮碎裂飞出、1967年5月枣庄电厂5号机6MW，烟台海军工厂造，正常运行中发电机转子护环磷青铜碎裂飞出，1974年7月加拿大南地考克电站2号机600MW，运行中发电机转子励端护环碎裂飞出，这3台机组均未引起轴系破坏事故。2转轴刚度降低运行中机组转轴刚度降低，除转轴横向纹扩展外，还有三支撑轴系和组合式转子轴向连接螺栓失效断裂、塑性变形、滑扣，使转轴刚度降低，造成转子挠曲不平衡量快速增大。从轴系破坏事故统计来看，国外不少机组从事故起因来说，是转子材质缺陷引起裂纹扩大，削弱了转轴弯曲刚度，使不平衡量急速增大，转轴裂纹进一步扩大，转子挠曲增大，形成恶性循环，造成转轴快速断裂，其断口因应力集中、材质脆等原因，转轴不会产生塑性弯曲变形，如果从破坏机理来说，是转轴刚度急速降低，造成转子挠曲发散产生大不平衡振动所致。在统计轴系破坏事故时还观察到，有些机组转轴因疲劳应力腐蚀，形成较严重的横向裂纹，造成转轴刚度降低，但这种裂纹扩展不是突然发生，而是有一个逐渐发展过程，往往由振动不断增大，后经检查发现了严重的横向裂纹，由此避免了毁机事故的发生。组合式转子的轴向连接螺栓、国产200MW机组接长轴和三支撑轴系的联轴器连接螺栓失效，引起转轴刚度降低，造成不平衡振动增大的机理，可分为以下两个过程。1预紧力减小引起连接螺栓预紧力减小的原因，除转子弯曲振动过大，使螺栓承受过大的轴向拉力而失效外，还有螺栓材质、加工缺陷使连接螺栓局部断裂，引起转子挠曲第1期施维新转子大不平衡振动的研究53增大，不平衡振动增大，但不一定就会引起转轴断裂，在较大弯曲振动下仍能继续运行，例如，1957年7月齐齐哈尔电厂5号机ET本辐流式75MW和1968年4月枣庄5号机济南新生发电设备厂造6MW，发电机转子均为组合式，转子轴向连接螺栓局部断裂；还有像1987年5月神头电厂3号机国产200MW汽机高、中压转子联轴器螺栓局部断裂，均引起了轴瓦振动不断增大，但未断裂的螺栓承受轴向拉应力还没有超过它的屈服极限，所以转子在较大挠曲变形情况下，仍能继续运行。2转子挠曲发散当转子挠曲进一步增大，将会使连接螺栓失效，此时转子挠曲在不平衡力作用下会急速增大，这和整体式转子在大不平衡振动作用下，引起塑性弯曲变形，造成转子挠曲急速发散的原理相同。1985年L2月29日大同电厂2号机国产200MW发生的轴系破坏事故，前后虽派去几批专家到现场取证分析，但均没有找到引起轴系破坏的大振动源。当时分析主要难点有两个，一是大振动源找不到；二是引起接长轴连接螺栓断裂，如此大的轴向拉力从何而来。在目前看来这起毁机事故原因与国内其它几起相比，是较为简单的一起。该起事故起因是油动机卡涩，引起超速至3800RMIN，落人接长轴一阶临界转速，在工作转速下接长轴与油挡已发生碰磨该型机组通病，在接长轴一阶临界转速下，产生大不平衡共振，使其挠曲急剧增大，碰磨加重，使热弯曲和挠曲两者同相再次急剧增大，造成接长轴法兰连接螺栓产生过大的轴向拉力而失效事故后螺栓主要是滑扣，少数在退刀槽处拉断，接长轴挠曲急速发散而断裂。接长轴断裂后使高中压转子的转速进一步飞升至4500RMIN。由于这起毁机事故中没有产生大的扭矩冲击轴系中各转子支撑均未丧失，尽管在国内几起主要、重大毁机事故中，破坏起始转速是最高的，但轴系破坏是最轻的。3转轴碰磨转轴碰磨引起转子热弯曲产生不平衡振动，在运行机组上是常见故障。据统汁，现场弯轴事故86是由转轴碰磨引起，但转轴碰磨引起大不平衡振动，造成毁机事故，在上世纪90年代前还没有被人认同，目前已被大多数人接受。转轴碰磨引起不平衡振动增长速率主要由下列3个因素决定。31碰磨严重程度显然转轴与静止部件碰磨愈是严重，不平衡振动增长速率和增长量愈大，这是由于接触面粗糙度一定时，摩擦发热量与正压力成正比，所以碰磨引起大不平衡振动主要危害是对于动静问隙较小的汽机转子。从毁机事故统计来看，除国产200MW机组接长轴外，在发电机、励磁机转子还未发生过因转轴碰磨，引起大不平衡振动造成毁机事故。32转轴挠曲和振动碰磨引起转子热弯曲机理，是碰磨时对转轴产生了不均衡加热，造成转轴横断面上径向不对称温差所致，而这种不均衡加热程度主要由碰磨点转子挠曲、振动决定，显然挠曲和振动愈大，转轴不均衡加热愈是严重，转子热弯曲增长速率愈大。由现场振动测试得知，即使较远的偏离转子一阶临界转速碰磨振动最灵敏转速，转子在较大挠曲和振动情况下，轴振增长速率高达7501MMIN9001MMIN。33转子碰磨转速转轴碰磨引起转子热弯曲其不平衡主要是一阶，由于转子工作转速已远离一阶临界转速，热弯曲引起的不平衡力将自动校直转子热弯曲，当然转轴碰磨弓L起的热弯曲还含有二阶、三阶不平衡，这些不平衡在工作转速下将会产生振动，但对机组危害要小得多，所以工作转速下转轴碰磨一般不会发生弯轴事故，更不会产生引起轴系破坏的大不平衡振动，因此转轴碰磨引起的轴系破坏必须在一阶临界转速下才会发生，例如，国内因转轴严重碰磨造成3起毁机事故，都是发生在转子一阶临界转速附近。一起如已指出的大同电厂2号机，接长轴碰磨引起的轴系破坏，是发生在接长轴一阶临界转速3800RMIN下；还有一起是1984年7月8ET分宜电厂6号机国产50MW，因新汽温度突降，打闸停机，主汽门卡涩引起超速，汽缸变形引起转轴严重碰磨、降速因大振动将主汽门振落自动关闭通过汽机转子一阶临界转速产生大不平衡共振，造成汽发联轴器断开、汽缸法兰螺栓振松、断裂、滑扣，使汽缸法兰张口7MM，1号瓦飞脱、2号瓦轴承座中分面张口70MM，汽机转子弯曲050MM，如果主汽门再迟1MIN关闭上汽缸会飞出，轴系将会造成更为严重的破坏；转轴碰磨破坏最为严重的是，1990年1月25FT发生在新乡2号机国产50MW，次高压上，因新汽温度突降，操作迟缓，上下缸温差急剧增大，机组与电网解列之前，转轴已发生严重碰磨，打闸停机接近和通过汽机转子一阶临界转速时，转轴原先碰磨产生的热弯曲充分释放不平衡力与转子弯曲同相，加之临界转速下大不平衡共振，转轴碰磨急剧加重，此时转子热弯曲和振动值已大大超过汽封块退让量，转子与汽缸隔板之间发生了严重撞击，将汽缸法兰螺栓全部撞断，上汽缸飞出厂房从窗户3O多米。由于转轴与隔板严重撞击和碾压，使转轴上套装零件内孔增大J2MM60MM。由于汽缸、隔板的飞脱，汽机转子挠曲失去阻挡而急速发散，造成汽机转子本身断成5段，整个轴系断成11段4扭矩冲击在统计、分析了1992年前，国内外发生的一些轴系破坏事故的基础上，研究提出丫上述3种引起毁机事故的转子大不平衡原因及形成机理，由此也查明了当时国内已发生的11起还有两起未能深入调查，情况、原因不明毁机事故的真正原因，但还是不明白这些机组轴系破坏后继过程中，转轴断裂的大不平衡振动原因。又经8年的研究，才查明了这种巨大不平衡振动原因，是由扭矩冲击弓L起，这种不平衡振动能量之大、引起转轴断裂速度之快，直观难于想象，能将直径350MM一450MM的轴系在1S3S内断成L0段以上为了较全面地认识扭矩冲击产生大不平衡振动原因，首先应查明运行机组产生扭矩冲击的原因。41轴系产生扭矩冲击的原因运行机组轴系引起扭矩冲击的原因较多，对轴系扭矩冲击较大的有低压缸铸铁隔板破碎、轴瓦丧失支撑功能、低压汽轮机技术第52卷缸大量进水、非同期合闸、发电机各种短路、甩负荷、重合闸、负序电流、发电机失步等，但能够造成轴系振动明显恶化和轴系破坏的，只有前4种1隔板破碎机组运行中因转动部件飞脱、零件掉入汽缸内、上下缸温差大引起严重碰磨，都会使轴系产生一定的制动作用，但因制动力不大，在强大蒸汽推动下，转子转速并没有突降，故不会对轴系产生扭矩冲击。如果低压缸多级铸铁隔板同时破碎，将会对轴系产生巨大的制动力，引起大的扭矩冲击，使转速突降，例如阜新8号机国产200MW，因主油泵齿形联轴器磨损失效，导致转速控制开环调速系统失控，使低压缸瞬间进入大量蒸汽，造成低压缸隔板在大压差冲击下全部破碎，从3350RMIN左右，到整个轴系断成11段，时间历程仅有3S5S，若从隔板破碎到低压转子完全静止，时间历程仅有1S2S，可见转速瞬间突降速率之大。2轴瓦丧失支撑功能这里所说支撑功能是指因下瓦飞脱，或转轴断口处在主跨内，转子一端掉人汽缸或静子内，引起紧急制动，这种现象绝大多数是轴系破坏起始断口发生之后才会形成。上世纪8O年代国内接连发生多起轴系破坏事故，为寻找起始断口破坏主导原因陷入困境时，还观察到轴系破坏后继过程中形成的转轴断口形貌，明显属于转子大不平衡振动引起。转速已不高，大不平衡振动从何而来，更使人迷惑。经进一步的研究，才查明轴系破坏后继过程中，转轴快速弯曲断裂原因及机理，这种破坏与多米诺骨牌倾倒原理十分相似，即转子前一个轴瓦支撑功能丧失，正好为后一个转轴断口提供破坏性大不平衡振动的能量，在破坏进行过程中，只要有一个轴瓦支撑功能不丧失，扭矩冲击便可消失，轴系破坏即告终止。这种现象破坏起始断口不论发生在机头、中部还是机尾，都是如此，例如，国内发生的两起最为严重的轴系破坏事故，一起是秦岭5号机轴系断成L3段，起始断口在机尾；还有一起是阜新8号机轴系断成11段，起始断口在3、4瓦之间。两台机组3瓦侧转轴虽然都在主跨内断裂，但转子并没有掉入汽缸内，而是支撑在汽封壳体上继续旋转，没有对高中压转子产生大的扭矩冲击，轴系破坏再没有向前发展，高中压转子得到了保护。向后发展都因励磁机转子支撑没有失去，所以轴系破坏到此也就停止。3低压缸快速大量进水高压缸进水因汽化，只会引起上下缸温差急剧增大，转轴产生严重碰磨引起大不平衡振动，不会因进水对转子产生制动。但低压缸快速大量进水，低加满水倒人汽缸会对低压转子形成制动，例如，1992年2月英国ABERTHANB电站7号机500MW，因2号混合式低加满水倒人低压缸，造成低压、发电机转轴4处断裂，并使低发、励发联轴器断开。但国内还未发生过因低压缸满水，引发的毁机事故。4非同期合闸非同期合闸现场时有发生，据运行人员反映，非同期合闸除可听到转子沉闷的撞击声外，还观察到超速现象，例如，秦岭电厂6号机国产200MW，1989年4月一次严重的非同期合闸，观察到瞬间最高转速指示值达3600RMIN，与此同时3、4瓦振动由原来20M301XM，突然增大至80TM、601AXN。机组并入网后是不可能超速，超速是发生在并入电网之前的瞬间，转子回转不足13周范围内是超速了。由转速表原理可知，涡流传感器通过齿盘获得脉冲信号，经“与门”电路，在一个脉冲周期内导人频率已知的高频信号，由计数器读出进入高频信号数，乘于高频信号周期，即为齿盘发出的脉冲信号的周期，取其倒数即为转速。当转子瞬间突然加速时，齿盘产生的脉冲信号周期减小，导入高频信号数减少，一般转速表的显示周期为1S一15S，因而显示值采样平均值并不是采样的最大值，所以非同期合闸不是每次都能观察到转速异常升高的现象，而且实际瞬间采样最高转速要比显示值还要大。国内非同期合闸，引起轴系振动明显变化虽时有发生，但还未发生过轴系破坏事例。据1992年统计，国外只查阅到一例，德国尼德森电站7号机600MW，1973年1O月因非同期合闸，造成低发联轴器断开、发电机转子护环及端部线包严重损坏。5扭矩冲击产生大不平衡振动的机理非同期合闸引起转子永久弯曲，使轴系振动显著恶化，早在上世纪50年代中已观察到，但机理一直不明。51扭矩冲击引起大不平衡振动破坏特征为了能深入地认识扭矩冲击产生大不平衡振动的原因及机理，首先介绍扭矩冲击产生的大不平衡振动和破坏特征，现将目前已观察到的相关特征归纳如下1产生大不平衡振动的同时，转动部件必然会形成严重的离心力过载轴瓦丧失支撑功能、低压缸多级铸铁隔板同时破碎，转子在产生破坏性大不平衡振动的同时，转动部件还会呈现严重的离心力过载，这种现象在国内历次轴系破坏事故中程度不同的都存在，其中最为严重的有两起，一起是阜新8号机，因低压缸铸铁隔扳全部破碎和低压转子掉入汽缸内，产生了巨大的扭矩冲击。由各转轴断口形貌特征表明，是由转子大不平衡振动引起的快速弯曲断裂，与此同时低压转子两侧前三级叶片、叶根、铆钉、全部剪断，末级和次末级锁钉全部剪断，轮缘上锁钉孔产生了明显塑性变形和拉豁口；发电机转子槽楔全部飞出，有些转子线包飞出厂房25M之远，这些现象充分显示转动部件产生了严重的离心力过载，若以离心力推算，转子转速将超过9000RMIN；另一起是秦岭5号机，因只是轴瓦丧失支撑功能引起的扭矩冲击，扭矩冲击值要比阜新8号机小得多，只是将低压转子前几级叶根、锁钉剪断和拉变形，以离心力计算，转子转速也将超过6000RMIN。这些损坏特征只是转子瞬间加速度过大的一个可靠证据，若考虑叶根与轮缘之间的摩擦力，实际加速度还要大。2大不平衡振动和离心力过载的破坏状况，是由扭矩冲击值决定从国内外轴系破坏统计来看，扭矩冲击引起的大不平衡振动，与转子原始不平衡大小无关，只与扭矩冲击值有关，这是因为在巨大的扭矩冲击下，首先使联轴器错位、损坏，在巨第1期施维新转子大不平衡振动的研究55大的加速度作用下，联轴器法兰单侧报口，外伸轴挠曲增大，新增不平衡量有几十至上百倍的增大，例如国内因扭矩冲击破坏最为严重的两起毁机事故，一起是阜新8号机轴系破坏主导原因，是低压缸铸铁隔板全部破碎，引起扭矩冲击产生大不平衡振动，造成4、5瓦侧转轴快速弯曲断裂；另一起是秦岭5号机，因7瓦侧转轴断裂滑环碎裂飞脱，激起瞬态响应产生的破坏，发电机转子一端掉入静子内引起扭矩冲击，使轴系破坏获得延伸。这两起事故破坏起始转速很接近，前者为3350RMIN，后者是3500RRAIN3600RMIN，但两个发电机转子离心力过载截然不同，前者发电机转子离心力过载如上所述，造成这种损坏按离心力计算，转速将超过9000RMIN；而秦岭5号机发电机转子离心力过载并不明显，转速不会超过4500RMIN，形成如此大差别的原因，是两个发电机转子承受扭矩冲击值不同，阜新8号机因5、6瓦之间联轴器强度很高，所以发电机转子首先承受了低压缸隔板破碎和4、5瓦侧转子掉入汽缸的两次扭矩冲击，后又承受它本身掉入静子内扭矩冲击，而且前两次中的每一次扭矩冲击都要比最后一次大；秦岭5号机的发电机转子，只承受了它本身掉入静子内扭矩冲击，当时转速虽然达3500RMIN，但发电机转子外圆和静子内孔都较光滑，转子掉人静子内引起扭矩冲击，要比低压缸多级隔板破碎、低压转子掉入汽缸内要小得多，所以秦岭5号机发电机转子未产生明显的离心力过载，但低压转子却产生了严重的离心力过载，上述已指出，以离心力反推转速将超过6000RMIN，而且低压转子断裂是发生在发电机转子之后，当时转速已明显降低。这种在较低转速下转动部件离心力过载，比较高转速下严重的原因，是由于4、5瓦侧转轴断裂，低压转子掉人汽缸内引起的扭矩冲击，要比发电机转子掉人静子内要大得多。3扭矩冲击下转子挠曲增大是转轴快速断裂的必要条件从国内外轴系破坏事故统计来看，除转子材质缺陷和上汽缸飞脱外，所有扭矩冲击下产生的大不平衡振动，引起轴系破坏的转轴断裂均发生在转子外伸端，这种现象充分说明能构成转轴快速断裂，除需要很大的加速度外，还必须使转轴产生足够大的挠曲变形，才能形成破坏性的大不平衡振动。能使转子外伸轴产生大的挠曲，联轴器必须首先断开。从秦岭5号机轴系破坏事故后，5、6瓦之间、接长轴联轴器螺栓拉伸变形拼接来看，这些联轴器断开时法兰单侧张口超过100MM，以相似三角形推算，转轴断裂之前转子外伸端挠曲变形已达150MM一200FF1TN，就外伸轴挠曲变形引起新增不平衡量已达115000KGMM160000KGMM，即相当于外伸端加重R350MM330KG一460KG。外伸转子呈悬臂状，以现场实测响应按线性计算因非线性的存在，实际还要大，在额定转速下，外伸轴振幅将达85MML15MM，这一振幅即使在额定转速所产生的加速度作用下，也将会使轴瓦当即振飞，何况扭矩冲击下负加速度还要增大数十倍。由此就不难理解，扭矩冲击下支撑转子的轴瓦所以能快速飞脱的真正原因。转子的支撑轴瓦振飞后，增大了外伸转轴悬臂长度，加速转轴弯曲断裂，所以扭矩冲击造成的轴系破坏，转轴断裂模式均为轴系扭矩冲击一产生大的负加速度一联轴器断开一外伸轴挠曲突然增大一大不平衡振动急速增大一支撑轴瓦振飞一外伸轴在轴颈内侧弯曲断裂一转子掉入汽缸静子内一又一轮扭矩冲击开始，由此轴系破坏获得延伸。这样一个复杂的连续过程，时间历程小于1S。扭矩冲击下在汽机、发电联转子主跨内，也可能会形成大的初始新增不平衡量，但由于汽缸内隔板、发电机静子的阻挡，转子不可能形成大的挠曲，所以扭矩冲击下在转子主跨内，不可能产生破坏性大不平衡振动造成弯曲断裂。52扭矩冲击产生大不平衡振动的机理扭矩冲击引起大不平衡振动破坏特征充分表明，所以能产生破坏性大不平衡振动，必须具备两个条件，一是加速度要足够大；二是新增不平衡量足够大。大扭矩冲击下新增不平衡量的估算，在本节3已作了介绍。下面再进一步分析扭矩冲击下，加速度是如何增大。在振动故障诊断、转子和轴系平衡、轴系破坏事故分析中，以往只注意到一定转速下形成的加速度A，它所产生的不平衡力和离心力，FMRO，忽略了转速改变引起的加速度，这是由于运行机组启停或动静碰磨，转速变化率不高，但是在巨大扭矩冲击下，形成紧急制动使转速突降，它所产生的加速度将远远高于额定转速下加速度，由于扭矩冲击时间极短50MS200MS，尽管突降速率很高，但转速突降绝对值不大，所以在轴系破坏过程中可以多次、连续地产生扭矩冲击，引起大不平衡振动，轴系破坏获得延伸，而且只要转子不静止，在扭矩冲击下即可产生破坏性大不平衡振动。引起不平衡振动的大小与当时转速无关，主要决定于转速突降速率和新增不平衡量。由此也就解说了轴系破坏后期，转速已较低，为什么还能产生破坏性大不平衡振动，造成转轴快速断裂的原因。由秦岭电厂6号机严重非同期合闸，检测到超速值和阜新电厂8号机事故追忆装置精确记录了轴系破坏过程中振动变化，可以对扭矩冲击下，转速突降速率量值作出较为可靠的估算。1非同期合闸转速突降速率从秦岭电厂6号机严重非同期合闸，观察到转速指示值可以对转速突降速率，可作如下分析和估算。合闸前瞬间转速指示值为3600RRAIN，这是采样周期内平均值，假设瞬间采样最大值为4500RMIN，在强大电磁吸力下强制同步，转速突降为3000RMIN，但转子到达同步位置时，在强大轴系惯性力作用下，还会产生一定的相位移，如果经LOOMS完全同步，即在这个期间1OOMS转速突降了25RS这里因转速变化很快，不能用稳定转速值RMIN，即转速突降速率达250RS，它所产生的负加速度较额定转速下加速度增大25倍。但即使严重的非同期合闸，只能使联轴器产生一定的错位，联轴器不会断开，外伸转轴不会呈悬臂，转轴只能产生不大的挠曲变形，新增不平衡量不十分显著，所以只能在轴系薄弱处产生塑性弯曲变形使振动恶化，不会造成转轴弯曲断裂。2阜新电厂8号机低压缸隔板全部破碎时转速突降速室由事故追亿装置和DCS系统，精确地记录下事故前后和56汽轮机技术第52卷过程中振动、相关运行参数，由此可以确定低压缸隔板破碎的正确时间，再依据各瓦振动变化，可以较可靠地估算出低压转子瞬间转速突降速率。低压缸隔板破碎前后，各瓦振动变化如表1所示。表1低压缸隔板破碎前后各瓦振动变化M56MIN25S中压主汽门开启，27S全开，56MIN28S，第21、22级隔板差压大报警，当中压缸调门全开时，中压、低压缸进汽量为600TH。由表1序1、序2可见，此时机组各瓦振动正常，但经5S后，即56MIN25S时，各瓦轴振、瓦振明显增大，轴振增大最明显的是3、4、5瓦，瓦振是3、4增大明显，5瓦显著减小，如表1序3所示。振动增大故障原因明显是由于隔板差压大，轴封间隙改变，引起转轴碰磨。56MIN28S隔板差压大报警，说明此时隔板尚未破碎，56MIN30S轴系各瓦的轴振信号全部消失，说明轴系各瓦轴振幅值已超过25IBITI，涡流传感器被打坏；而且3、4、5、6、8瓦振动信号也消失，说明这些轴瓦上瓦已经飞脱，但1、2、7瓦速度传感器工作仍正常，瓦振幅值超过最大量程2001M，说明这3个轴瓦还没有飞脱。由表1序5可见，56MIN35S时7瓦振动信号也消失，说明这时7瓦上瓦也已飞脱，L、2瓦振动传感器工作仍正常。56MIN28S轴系工作基本正常，当时转速为57RS，56MIN29S一30S低压缸隔板全部破碎，在巨大扭矩冲击下4、5瓦转轴断裂，低压转子掉入低压缸内，只