4/转轴直径方向热阻不均匀。由于直径方向热阻不均而引起转子热弯曲的机理及振动特点与发电机转子相同。

5/轴上磁装零件失去紧内。有可能失去紧力的汽轮机转子套装零件一般包括封套、叶轮、联轴器等。由于汔轮机转轴上套装零件一般与轴之间存在较大的温差，所以当这些零件（联轴器除外）失去紧力是时，产生的转轴不对称温差的影响较发电机转子要大得多，特别是冷态启动，将会引起汽轮机转子显著弯曲。

6/分析了汽轮机转子热弯曲的原因、机理和特点后，就应确定故障的具体原因，像诊断发电机转子热弯曲一样，也是先采用正向推理，逐个排除，对于不能排除的故障，再采用反向推理逐个求证，依据求证结果先易后难，必要是可做进一步测试或对故障直接检查。

第九节 机组启停中转轴碰磨的诊断

碰磨是机组启动和正常运行中振动突然增大的主要故障之一，而且据国内汽轮机弯轴事故统计表明，其中的86％是由转轴碰磨引起的，转轴碰磨严重进还会引起轴系破坏事故，因此为了诊断振动故障，防止弯轴和轴系破坏事故的发生，正确地诊断机组启停中转轴碰磨具有非常重大的意义。本节将详细讨论机组启停中转轴碰磨振动的特征，机理及诊断方法。

2.9.1 转轴径向碰磨振动特征

由现场振动测试结果表明，启停中转轴径向碰磨振动特征与传统概念有着较大的差异，下面列举两台不同形式、容量差别较大但转轴碰磨特征十分相似的机组，其振动特征为：

某厂一台12MW凝汽式机级组，汽轮机转子第一临界转速为1750r/min(实测值),由于轴封和油挡间隙严重偏小，所以新机第一次启动十分小心，首先在400r/min下经较长时间暖机，多人用听棒检测碰磨音，但都未能听到有异音，车速升至500r/min以上后严密临视1、2、3瓦振动，每升100r/min，稳定10-30min,在不同转速下轴瓦振幅和相位与时间的关系如图示；

由图可见，随转轴碰磨严重程度的不同，振幅变化特征有显著的差别，根据这些变化特征可把该机转轴碰磨分为两个阶段。 2.9.1.1 早期碰磨

有碰磨时较无碰磨时轴承振幅有明显增大，当转速一定时，随运行是境的增长，振幅和相位发生明显的波动，这种波动在升速后60min，1瓦水平振动表现最为明显，波动幅值为20-96μm,波动周期10-20min,波动幅值和波动周期都是随机性的；冲转后不久，2瓦垂直振动也发生了明显波动，波动幅值为4-40μm，95min后，振幅波动更明显，波动幅值为16-50μm。在这期间，1瓦水平和2瓦垂直振动相位也发生了较明显的波动，但没有1瓦振幅明显。

这次启动的转轴碰磨是由于上下缸温差过大，因此，在16：35将上下缸温差降至15°C，此时振幅开始明显下降，说明转轴碰磨已经消除；16：40温差降至6°C时，振幅已不再波动；17：00后，以200r/min/分的升速率通过高压转子一阶临界转速，2瓦最大振幅为80μm，与历次启动相比，无大变化。 2.9.1.2 中期碰磨

在转速不变或降速时，随运行时间的增长，振幅迅速增大，振幅和相位不再进入发生波动，若这时不迅速采取措施，碰磨很快就进入晚期。 2.9.1.3 晚期碰磨

据国内多台机组弯轴事故的振动分析知，转轴晚期碰磨时的振动特征为：转速一定时轴承或转轴振动增长速率中期更快，而且振幅已超过转轴形成永久弯曲的上限值，振动失控，即使采取降速措施，振幅还会急剧增大，弯轴事故不可避免；若振动继续发展，不仅会对动静部件造成更大的损坏，还有可能形成 轴系破坏事故，详见第五章第二节。

2.9.2转轴径向碰磨的振动机理

转轴径向碰磨引起振动的机理，早在1926年被B.L.Newkirk首先发现，所以国外常将这种振动称作“Newkirk效应”，实际是指转轴因径向碰磨而产生的不平衡振动。传统概念认为启动中转轴碰磨时的机械滞后角小于90°，碰磨产生的不平衡与原始一平衡合成的总不平衡量急剧增大，因此越磨越厉害。实际上，不同阶段碰磨形成振动的特征和机理是不同的。 2.9.2.1 早期

在转轴碰磨的早期阶段，尽管也会引起转子热弯曲进而又 加重碰磨，但由于碰磨较轻，热弯曲量较小；另一方面接触部分的金属很快磨损，自动脱离接触，碰磨消失，碰磨使转轴热弯曲只发生在一个不长的轴段上，所以碰磨一旦停止，转轴上径向不对称温差在短时间内即可消失，转子变直，振动复原原。当转速升高，转轴振动增大，或其他原因使轴封间隙减少时，转轴又会发生碰磨早期转轴碰磨实际上是动静部件磨损量大于转轴碰磨点热弯曲增长量，从而形成间断性碰磨，这是振幅时大时小地随机波动，或维持在某一水平上的原因。 2.9.2.2 中期和晚期

转轴碰磨处在中期时，动静部件磨损量始终小于转子热弯曲和振动的增长量，所以振动便不再波动；如碰磨不断加重，就会使其热弯曲和振动进一步加，从而碰磨又 加重，这样就会形成恶性循环。如果这种碰磨振动发生在转子一阶临界转速以下，并能及时发现，而打闸停机，振动还是可以控制的，弯轴事故也可避免，因为转轴弯曲处挤压应力仍小于材料屈服极限。如果这种振动发生在转子一阶临界转速时，共振，还会使转轴碰磨急剧加重，碰磨很快进入晚期，所以尽管转速已降至一阶转速以下，振动还是会继续增大，振动事实上已经失控，弯轴事故不可避免。由现场测试结果证明，在转轴碰磨晚期的开始阶段，轴承振幅增长速率已达100μm/min以上，若晚期进一步发展，其增长速率将更高，由此可见，此时不论采取何种手段都无法控制振动的增长。

2.9.3 转轴碰磨诊断

由于机组启停过程中转轴碰磨引起的振动波动和急剧增大特征很明显，因此诊断这种故障并不困难，其诊断要点如下。 2.9.3.1 振动特征识别

振动特征识别主要涉及量值判别标准和区分机组其他故障引起的振动。

由图可以看出转轴早期碰磨时轴承振幅波动均大于15μm，这个量值与目前使用的一般振动表精确度相适应，而且转速一定时，一般机组正常的轴承振动变化量均小于这个数值，因此把轴承振幅波动15μm作为判别转轴碰磨的起点是可行的；转轴振幅波动起点标准可定为30μm。 根据目前振动故障诊断经验，转子在第一临界转速以下，除不平衡（包括转子热弯曲引起的不平衡）振动以外，还没在观察到较大振幅的其他性质的振动，因此不论是否测量频谱，只要依据转子在第一临界转速以下，机组存在较大振幅这一特征，即可判定引起振动的激振力是转子不平衡离心力。排除轴承座动刚度不足之后，其原因可诊断为转子不平衡过大。

如果轴承振幅波动大于15μm或转轴振幅波动大于30μm，即可判定转轴发生了早期碰磨；如果振幅随运行时间增长而迅速增大，则转轴碰磨已进入中期或晚期；如果振幅随运行时间的增长而缓慢地增大，则转子存在着其他原因（除转轴碰磨）引起的热弯曲；如果振幅虽较大，但波动幅值小于μm，则转子存在着过大的稳定不平衡。 2.9.3.2 振动检测

振动检测的关键是如何有效地转轴早期和中期碰磨振动特征，防止严重碰磨引起变轴事故，其检测要点有： 测点选取

在一定转速下转子碰磨产生热弯曲，引起的轴承振动刚度。从转轴碰磨诊断来说，希望在不大的转子热弯曲下能较在的振动，即要求轴承座有较低的动刚度且振动传感器置于碰磨点附近。对一般汽轮机高压转子来说，检测轴的振动较轴承振动容易，若承振动，其传感器置于1瓦水平方向和2瓦垂直方向上较好。

如果转轴原始摆值大于50μm，在不测量振动相位的情况下，将影响测量精确度，此时建议以轴承振动为准。 监测方式

由碰磨振动特征可知，使用振动表或振动仪应连续观察1-2min振幅、相位（不测相位也可以）与时间的关系，才能捕捉到转轴碰磨振动特征。具体监测方法和防治对策，见第五章第二节。

第十节 工作转速下转轴碰磨振动诊断

第九节讨论了机组启停过程中转轴碰磨振动，其特征一般都有所了解，但工作转速下的转轴碰磨振动却一直未能引起人们的注意。传统概念认为转子工作转速已超过一阶临界转速，因此工作转速下转轴碰磨振动不会显著，而且接触部分会很快磨损而自动脱离，但事实上并非如此。据不完全统计，目前国内已有30多台机组在空负荷或带负荷下多次发生突发性振动或振幅长时间大幅度地波动，有些机组因振动过大而被迫打闸停机，有些机组投运2年内振动一直不稳定，故障原因也一直未能查明。

近几年来通过大量的现场振动测试结果的分析研究，已经查明：工作转速下振幅不规则地大幅波动是由转轴径向碰磨引起的。本节将详细讨论这种碰磨振动的特征、机理及诊断方法。

2.10.1 工作转速下转轴碰磨振动特征

工作转速下转轴碰磨振动特征较启停中转轴碰磨振动要复杂，表现形式也多变，有些特征与启停中转轴碰磨振动相同，有些则不同。对20多台机组工作转速下转轴碰磨振动现象的归纳总结后，其主要特征可概括为以下六个方面。 2.10.1.1 振动的基频分量波动和突变

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，因此转轴碰磨振动频谱特征是转子热弯曲振动，即以基频为主，并含有明显的2x、3x等高阶分量。高阶振动分量值一方面决定于转子热弯曲值，另一方面与振动系统相应频率下是否共振直接有关，若无高频共振趣在，使用振动仪测量，基频振幅与通频振幅差别小于5μm。 2.10.1.2 振幅波动和不稳定

在转轴碰磨早期阶段，不论是在启停中还是在工作转速下，产生的振动都具有波动特征，工作转速下转轴碰磨振动波动特征虽没有启停中碰磨振动明显，但波动持续时间要长得多，而且不同形式机组或同一台机组，都会产生不同的波动形式和不稳定形式。 1.振幅随时间波动

工作转速下轴转轴碰磨振动波动特征，有时与启停中转轴碰磨振动波动很相似，即振幅时高时低，呈明显的波动，这是早期碰磨最明显的特征。波动周期是随机的短者2-3min,长者30-50min,甚至更长。

波动幅值反映了转轴碰磨的严重程度和轴承支承的动刚度，一般波动为30-40μm，有时只有15-25μm，轴承最大单次（1d内）波动振幅150μm，发生在一台国产200MW机组的3瓦上。由多台机组振动测试结果来看，碰磨时振动相位变化不大。 2.振幅随机组运行时间增长而增大或减少

机组在空负荷或带负荷下，工况如不变，而轴瓦振动急剧增大或减少，或缓慢地连续增大，或维持在较高或较低的振幅状态下，这种暂时的稳定碰磨振动在启停中是不可能由转轴碰磨产生的。 3.启动定速后轴瓦振动平均值存在较大差别

在同样的转子平衡状态下，各次启动定速后，一方面轴瓦振动存在不稳定，另一方面其振幅平均值往往存在较大差别，有时相邻的两次启动，振动幅值会差1-2倍，振幅变化绝对值可达40-80μm，特别是在轴承座动刚度较低的情况下，这种现象更明显。 4.空负荷或带负荷下振动突然升高

图是华能岳阳电厂1号机（美国通用电气公司362MW），在空负荷和带负荷下调试时，低压转子三次碰磨时的轴瓦振动。