转子弯曲 转子热弯曲故障案例分析

转子热弯曲故障案例分析：

1、高压给水泵长轴弯曲案例（摩擦热弯曲导致）：

故障简介：

该给水泵每次大修后，只能运行7-20天，刚大修完时，振动幅度一般在0.04-0.06mm ，运行一段时间后，振动值达到1.17mm ，轴瓦巴氏合金磨损严重。

故障特点及检查情况：

泵启动后联轴器端轴瓦振动，2h 内从0.38mm 升至0.76mm 。最初怀疑是对中不良引起，经重新对中并更换联轴器弹性胶圈后，两端轴瓦振动都降到0.45mm 以下。但运行4h 后，两端轴瓦振动值又升到0.7mm 以上。反复调整后，振动问题仍无法消除，而且每次都有随运行时间增加而增大的情况。振动频谱显示振动以工频为主，引起振动的可能原因是：轴弯曲或动不平衡。

将转子组装后进行外观检查，各级口环及导叶套处轴套磨损均在同一相位处，每处宽度25mm ，共10处(每级叶轮对应一处) ，磨损的沟槽深者达0.8mm 以上，磨损处的金属呈受热后的蓝色，磨损弧长约1/2圆周长度。各段的静口环及导叶套顶部磨损偏轻，底部磨损偏重，测量与其对应的转动部件配合间隙都在

1.1mm 以上。转子径向最大跳动值为0.13mm ，且最大值在3、7级轴套处，5、6级间轴套(轴长中点) 径向跳动值为0.07mm 。

故障分析：

由测量的数据可以知道，泵转子有一定径向跳动存在，转子在冷态情况下动静碰磨也比较小。转子冷态的弯曲，不足以产生运行时的剧烈振动和拆检后观察到的磨损情况。可假设如下：泵在运行的情况下，由于导叶套处轴套的偏磨，轴套局部发热，当产生的热量较大而无法被介质及时带走时，偏磨处发蓝。轴套碰磨与不碰磨处的两侧，由于温度差而产生不一致的热膨胀使轴弯曲，轴弯向原来转子已经碰磨的一侧。这样就出现了碰磨、发热、弯曲、碰磨加剧、轴进一步发热弯曲的恶性循环。这种假设与叶轮口环及导叶套处实际偏磨、发蓝，振动值随时间加大，主要分量为工频的现象相吻合。

解决办法：

减小转子初始弯曲；减小转子动不平衡量，使转子在运行时离心力引起的转子弯曲尽量小；销定轴承座，使运行中转子不变位；提高转子初始中心找正精度；大修时适当修改规程，加大导叶套与导叶挡套之间的间隙，一般取叶轮口环磨损后允许最大间隙的1.3倍。对DG270-140B 高压锅炉给水泵取1.3mm 。

效果：

加大导叶套与导叶挡套之间的间隙(1.3mm)，不影响泵的压力、流量、效率。增大间隙后，即使由于各种原因造成泵转子轻微摩擦，也只发生在叶轮口环上，

不会引起转子热弯曲。而经短时间运行磨合后，振动情况好转。目前，给水泵连续运行中两轴瓦振动值都在0.01mm 以下。

2、上海石化公司热电总厂25MW 背压式机组振动加剧案例（转子中心孔进油导致转子热弯曲）

故障简介：

该机组（0号机）自1992年10月安装、投运以来，相继发现一些缺陷，其中机组振动超标尤为突出，最大达190μm 。经多方努力，暂时解决了振动问题。但1998年11月机组在停运半年后重新启动，发现振动加剧，无法正常投运。

图1 轴系的支承示意图

故障特点及检查情况：

（1）1998年发生转子热弯曲前的振动及处理情况：

0号机于1992年10月28日投入运行，当时发现机组振动值偏大，但未超出标准。1993年2月和7月，0号机在冲转并网后发现2、3号轴承(见图1) 振动相当剧烈(横向振动最高达190μm) 。为此，曾对该机组的1~6号轴承、滑销系统、汽缸疏水系统等进行了全面检查和抢修，但始终未能彻底消除振动的严重超标。

针对上述问题，进行了多次分析和讨论，认为引起机组振动超标原因主要有三个方面：汽缸疏水不畅；汽轮机转子质量不平衡；油膜振荡。为此拟订了相应的处理方案。并在1995年3月21日到5月9日进行的第一次大修期间得到实施。

此后逐一解决了汽缸疏水不畅问题，消除转子质量不平衡缺陷，解决油膜振荡问题。

（2）1998年11月发生强烈振动的初步分析及处理情况

1998年11月，0号机因外界热负荷需要而开车，发现振动加剧，主要是1，2，3号轴瓦横向振动剧烈。小修后，振动问题没有解决。此后又进行了数次冲转，振动依然很剧烈。华东电试院进行了振动测试。

经过频谱分析得出以下结论：

启动过程中运行操作正常。

机组在升速过程中，刚至3 000 r/min时，振动良好。过了2~3 h，随着汽缸温度升高，振动逐渐加大，当下缸内壁温度接近400℃时，振动加剧。说明振动与温度有关。

振动主要为工频分量，占总振动量90%以上，且相位变化不大，说明振动性

质为普通强迫振动。

排除了发电机引起振动的因素。因为虽然这台机组最大振动发生在发电机前轴承(3号瓦) ，但没有并网，发电机的状态是稳定的，不存在使温度上升的因素。由于2、3号轴承在同一箱体内，汽轮机的原因使3号瓦一侧振动大些也是可能的。

之后有请西安热研所对机组振动进行了测量得出结论：定速之后振动随着缸温的升高和时间的延续而增大。300℃时，振动变化不大；高于350℃时，振动的上升呈加快的趋势；停机过程的振动明显比升速时大；停机后的大轴弯曲比开机前大；汽缸膨胀正常，初定速时接近5 mm，符合运行规程的要求。

故障分析：

经过分析，振动由转子热弯曲引起。因为运行过程中，汽缸膨胀量一直在增大，没有发现停滞或突跳的现象，所以可以排除汽缸的因素。发电机的因素也可排除。另外，停机过程中由于热弯曲尚未恢复，振动明显比升速时大，而且停机后的偏心比开机前大，说明汽转子发生热变形。而引起转子热弯曲的原因有多种，比如：转轴上内应力过大、转轴材质不均、汽缸进水、转子部件失去紧力或有裂纹、动静摩擦、暖机不充分、转子中心孔内有油或水等。经分析、排除，最有可能是转子中心孔进油或水。转子中心孔进油、水引起振动的原因是：当中心孔内存有液体而未充满时，在高速下腔内的液体便贴向内腔四壁，由于中心孔的几何中心和转轴的旋转中心不重合，贴向内壁上的液体膜厚度在圆周方向是不相同的，转轴在轴向又存在着较大的温差。温度较高的一端足以使液体汽化，温度较低的一端又可能使液体凝结，液体在孔内存在着热交换。当贴在内腔壁上的液膜厚度不相同时，这种热交换在直径方向就不均匀，从而使转子产生不对称温差，其值随着转子本身温度的升高而增大。

解决办法：

打开转子中心孔闷头，发现中心孔内确有油水混合液体，约250g ，另外，还有锈渣在里面，中心孔内锈蚀严重。清理干净中心孔后，由上汽厂对中心孔内充氮气保护气体，堵头重新配置，浸入液态氮冷却后打进中心孔，装复，0号机再次冲转，在各种工况下振动均低于40μm ，正常。

3、镇江谏壁发电厂8号发电机振动加剧案例（发电机冷却水回路堵塞导致转子热弯曲）

故障简介：

1999年4月6日，4月6日，我厂8号发电机组因锅炉缺陷停机，处理后，于4月9日发电机带初负荷20 MW/40 MW 暖机时，发现发电机两侧轴承座(9号、10号) 的振动比并网前明显增大，估计是电气方面的原因，因此，做了以下

电气检查：在零转速下测发电机转子交流阻抗，与以前无多大变化；拆发电机两侧端盖，检查转子平衡块、风扇的紧固情况，未发现松动；打开转子出水支座盖，观察发电机转子各出水孔，出水均正常。

以上检查均未发现问题，机组再次点火启动，于4月11日19：10并网，为了查明振动原因，江苏省电力试验研究所汽机室及谏壁电厂生计部热试组在机组整个启动过程，对9号、10号轴承座的振动情况进行了监测。并网前振动不大，并网后振动缓慢上升，尤以10号瓦振动变化较大，9号、10号瓦轴向振动相位反相，频谱显示9号、10号瓦轴向振动相位反相，瓦振分别为工频和倍频，10号瓦垂直振动并网前为17μm ，并网后为22.4μm ，近1 h后振动达72μm ，初步估计发电机转子存在由于热不平衡引起的轴弯曲，造成瓦座的振动。为了进一步查找转子热变形的原因，特进行发电机水温试验。从试验表明，提高转子进水温度能使轴承座的振动减小，反之，降低水温，振幅直线上升，表明发电机冷却水回路有堵塞现象。

故障特点及检查情况：

4月13日，8号发电机组转小修，利用转子水冷泵对发电机转子水回路做流量试验， 从流量试验的结果分析，出水编号为“32”的水回路流量偏小，明显有堵塞现象，拆下了转子进水弯管，并用铜布包扎管口，对转子水回路用压缩空气反冲，发现转子出水很脏，除黑色的粉末外，还存在大量的石棉丝，团成小拳头大的一团。用6 mm的纤维内窥镜检查汽侧水管，未发现异物。打开转子进水箱盖，用内窥镜检查励侧水管，发现转子金属编织管壁较脏。

为清理发电机转子水回路的脏物，从发电机转子出水口用高压氮气反冲，直至出气流畅为止，如出现“扑”的一声，说明有东西冲出，从冲出的东西看，为石棉搅在一起的团状物，而且具有一定的硬度。对所有的水回路都用高压氮气反冲后，用6 mm的纤维内窥镜检查励侧水管，基本干净。最后对转子重做流量试验，各水回路流量基本相等，同时对转子水回路进行泵压。8号机组经处理后，于4月27日并网，带满负荷300 MW下，振动情况正常。

故障分析及对策：

（1）由于对石棉盘根压力的加大和转子水封处动静间隙的存在，造成了石棉密封材料大量进入发电机转子水回路，同时因受转子进水箱处进水孔内径、金属编织管内径、转子线棒正方形铜管内径的不同，拐脚焊接工艺等等原因的影响，在转子水回路内势必形成一系列小台阶，由于机组长期运行，脏物日积月累，造成了水回路的部分堵塞。在这次小修时，对进水短轴磨损处进行了堆焊处理，更换了石棉盘根，减小了动静部分的配合间隙。

（2）发电机两侧轴承座的振动，不仅仅与瓦座本身有关，而发电机转子电

气故障及水回路的堵塞也会造成轴承座的振动。由于发电机转子线圈无测温元件，为预防水回路发生堵塞。应利用机组小修的机会，用高压气体对转子水回路进行反冲、同时进行流量试验。事实证明，用高压氮气对转子水回路进行反冲，能冲出转子水回路中堵塞的脏物。另外，要提高对设备的检修质量，对发现的缺陷及时认真处理。

4、某热电公司9号机组发电机转子产生突发性振动现象（转子线圈冷却水管接头密封垫变形而导致转子冷却不均匀导致转子热弯曲）

故障简介：

2008年初，该机组在运行过程中，发电机转子振动突然增大，发电机端盖 有渗水。

故障特点及初步处理情况：

针对上述情况，首先消除转子线棒冷却水管的泄漏点。处理结束后对发电机过临界及首次冲转至3000r/min时的轴振及轴承振动情况进行了监测。监测后发现发电机转子及轴承振动均以工频分量为主。在排除了轴承座刚度及轴系连接的同心度、平直度偏差的影响后，推测主要是由于发电机转子存在较大的质量不平衡。根据初步诊断结论，采取高速平衡的方法在发电机前端及后端护环，各加重220g ∠0°，来平衡发电机转子一阶质量不平衡。平衡后轴振及轴承振动状况得到明显改善。

在改善发电机一阶质量平衡的基础上，进行第二次加重，以平衡发电机转子二阶质量不平衡。两次加重结束后，在额定转速下空转时，发电机的轴承振动值。降到40μm 以下，由于后端护环上的总加重量已达到制造厂规定的重量，不再继续通过高速平衡法降低6号轴振。

接着进行一次变励磁电流及负荷试验，试验中发现随着励磁电流及负荷的变化，发电机的振动发生较大变化，并且在振动发生变化时，仍以工频振动为主而且工频振动相位时稳定的。还发现在励磁电流增大后，发电机的振动并没有立即增大，而是稳定一段时间后才开始增大。上述现象说明，加励磁电流后，发电机转子受热，产生了热不平衡。可以初步确认：产生这种热不平衡的原因是发电机转子弯曲。

此后又进行了第二次变励磁电流及负荷试验确定转子是否发生了永久性弯曲，从此次停机时采用解列、灭磁、维持一段时间空转的方式过临界时的振动水平已恢复到第一次变励磁电流及负荷试验前的水平，说明发电机转子的弯曲状态已恢复，并未造成永久弯曲；并且此次变励磁电流及负荷试验的数据及趋势图也显示了试验现象有很好的重现性。

故障分析及处理：

经分析，能够造成该机组发电机转子热弯曲的主要原因是转轴存在径向不对称温差，由于在处理发电机转子线棒冷却水管漏水故障时，重点检查了转子线圈的短路情况，可以排除因发电机转子受热不均而导致径向不对称温差；但是很难在转子冷却水管路全部连接好后检查每一根线圈的通流情况，因此无法排除因转子冷却不均匀导致径向不对称温差。所以重点检查了转子线圈冷却水管的通流性及接头密封垫的使用情况。经检查，发现发电机转子的一根线棒冷却水管的进水接头处的密封垫发生了卷曲，使管路通流能力降低，导致转子冷却不均匀。消除缺陷后，机组第六次开机并进行第三次变励磁电流及负荷试验。试验结果显示，在励磁电流及负荷变化的情况下，发电机振动不再发生变化。至此，因发电机转子热弯曲导致的机组振动问题得到根除。

5、石家庄炼油厂燃气轮机转子热弯曲案例（汽封挡板偏离设计位置，高温烟气进入转子动叶片根冷却孔，导致转子受热不均匀发生热弯曲）

故障简介：

1995年秋，石家庄炼油厂大修期间，更换了烟气轮机的全部动静叶片，并先后做了两次高速动平衡，平衡精度达到了很高的目标，但多次启动均逼被迫停机，在最后一次启动中，对机组进行了连续、系统的监测。通过监测发现，机组的振动特点是，振动幅值随烟气量的增大而增大，振动值随昼夜温差而变化，润滑油温度及压力会影响振动值，气封压力直接影响机组的振动水平。

故障特点及诊断过程：

在机组工作状况下进行了针对性试验，润滑油温由43℃降为36℃，润滑油压力由0.2MPa 升至0.25MPa ，同时降低气封蒸汽压力，机组出口端振动报警。这说明转子振动受润滑油温及其压力的影响，同时气封蒸汽压力也影响转子的振动。振动报警后，通过减少烟气量，振动下降，报警停止。从上述的转子振动特征可见，该机组的振动具有热弯曲故障的典型特征。应用全息谱和时域分析技术，作出转子发生热弯曲故障的诊断结论。

图1未带负荷时的三维全息谱 图2 带负荷时的三维全息谱

由图1、2可见, 烟气入口端与出口端振动值相差很大, 应用三维全息谱的动态模拟功能清晰地刻划出转子发生了弯曲, 而且在出口端的弯曲值大于入口端。由于转子发生弯曲, 使轴颈与轴瓦之间发生摩擦, 转子的热状况恶化, 同时润滑油温和压力的变化, 使轴颈和轴瓦之间的油膜发生变化, 破坏了油膜已经形成的动态平衡, 从而使转子振动增大。

停机后, 在检查转子时发现, 转子上二级气封挡板偏离了设计位置, 高温烟气进入转子一侧的动叶叶根冷却孔, 使转子发生受热不均, 从而导致了热弯曲。显然, 气封蒸汽压力越小, 进入冷却孔的烟气量越大, 则转子热弯曲也越严重, 转子的振动必然更大, 这与现场实验降低气封蒸汽压力的结果是一致的。

处理措施：

此次停机后, 专门加工了定位销用于挡板的装配。重新启动后转子工作正常, 在接近满负荷工作的情况下(烟气轮机蝶阀开度36%,风机进风量2100m3/min),转子振动值没有再升高。

从上述案例总结造成转子热弯曲的原因主要有：

1、材质缺陷：材质不均匀，受热后膨胀会不均匀，导致热弯曲，若在制造 阶段有残余应力，受热后应力释放，也会导致热弯曲。

2、暖机时间不够：上下缸会存在温差，使转子出现热弯曲，投盘车后需要 较长时间才能恢复。如果盘车时间短，热弯曲不能恢复，开机后就会出现振动。

3、转子与水或冷蒸汽接触：由于设计或操作方面的原因，水或冷蒸汽可以 从主蒸汽管道、再热蒸汽管道、抽汽管道、除氧器和汽封系统进入汽缸并与转子接触，引起局部温度降低，导致热弯曲。

4、动静摩擦：当转子与静止部件的间隙消失时，就会发生动静摩擦，使接 触处的温度升高，导致转子温度分布不均匀，发生热弯曲。

5、转子中心孔进油：转子中心孔进油后，如果油在孔内形成汽化——凝结 循环，将对转子产生不对称的冷却或加热，产生热弯曲。

6、套装叶轮松动：套装叶轮松动使热阻变化，导致转子与叶轮接触的部位 温度不均匀，产生热弯曲。

7、套装部件的间隙消失将转子蹩弯。

造成发电机转子热弯曲原因主要有：

1、材质问题

2、冷却系统故障：主要是由于出现冷却系统堵塞的故障导致冷却不均匀出现较大温差。

3、转子线圈膨胀受阻：也称为内摩擦效应，因为它与线圈膨胀受到的摩擦力有关。线圈膨胀是由于励磁电流通过绕组并使线圈被加热，线圈受热后向两端膨胀，由于旋转过程中线圈产生巨大离心力，这种离心力使它紧贴在槽楔和护环内壁，在结合面出现很大的摩擦力。这种摩擦力可能导致线圈膨胀受阻，而线圈的反作用力会使转子产生弯曲。

4、匝间短路：引起转子线圈匝间短路的原因很多。例如由于线圈热胀冷缩及振动的影响，使匝间绝缘被磨损、脱落、位移等；由于线圈与绝缘材料的膨胀系数不同，也会使匝间绝缘破裂；有的机组因为线圈产生永久变形或端部垫块配合不好，端部线圈变形严重，引起各匝线圈端部之间的相撞或端部线圈倒塌。匝间短路只有在比较严重时才会在振动上反映出来，轻微的匝间短路不一定影响到振动。