0 引言

汽轮机打闸后，转子在惯性作用下仍会持续转动一段时间，从机组主汽阀和调速汽阀关闭开始，转子由额定转速下降至完全静止所需时间称为转子惰走时间^[1]。描述转速下降趋势与转子惰走时间关系的曲线，称为转子惰走曲线。生产过程中经常利用转子惰走曲线来分析判断转子惰走情况。一般来讲，转子惰走时间过长，可能是由于汽轮机供汽管道或抽汽管道上阀门严密性差，有蒸汽漏入汽轮机内；转子惰走时间过短，则可能是机组发生动静碰摩或轴瓦磨损等，造成机械摩擦力增大。本文以某电厂2号机组为例，对其出现的转子惰走时间异常情况进行分析，为解决类似问题提供参考。

1 设备概况

某电厂2号机组汽轮机为东方汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、直接空冷、CZK300/259-16.67/0.4/538/538型抽汽凝汽式汽轮机，发电机为东方电机有限公司生产的水—氢—氢冷却汽轮发电机，励磁方式为静态励磁。整个汽轮发电机组轴系由高中压转子、低压转子和发电机转子组成，各段转子以刚性联轴器连接，汽轮机转子由1号—4号轴承支撑，发电机转子由5号、6号轴承支撑，3号—6号轴承配备顶轴油泵。依据厂家提供的主机说明书及同类型机组运行经验判断，机组正常停运情况下转子惰走时间应不小于40 min^[2]。

2 转子惰走的一般性规律

转子惰走曲线一般呈两端较陡而中间相对平坦的趋势（见图 1），曲线可以分为3个阶段。

（1）初始阶段：转子转速下降速率较快，曲线斜率较大。这是因为汽轮机刚刚停止进汽，转子转速较大，从而造成鼓风摩擦损失（与转速的三次方成正比）较大，因此转子惰走曲线斜率较大。该阶段转子动能消耗主要为转子鼓风摩擦损失^{[1, 3]}。

（2）中间阶段：转子转速下降趋势较为平缓，下降速率较慢。该阶段影响转子转速的主要因素为轴承等部件的机械摩擦阻力，鼓风摩擦损失明显降低，各项损失之和最小^{[1, 3]}，因此该阶段曲线斜率较小，所用时间较长。

（3）最后阶段：转子转速下降速率较快，曲线斜率较大。这是因为转速下降到某一数值时，轴承润滑油膜发生振荡或破坏，机械摩擦阻力迅速增大，转速快速降至0 r/min，转子惰走曲线斜率较大，所用时间较短。

3 机组惰走情况

2016-05-28T15：10：16，2号机组在完成首次启动各项空负荷试验后，启动交流润滑油泵，油压稳定后打闸停机；直流润滑油泵联启，润滑油压0.21 MPa，主汽阀、调速汽阀动作正常。15：14：20转子惰走至1600 r/min，投入A顶轴油泵联锁，A顶轴油泵非正常联启，启动原因为A顶联锁启动逻辑中将B顶轴油泵跳闸信号误取为B顶轴油泵未运行信号，运行人员手动停运A顶轴油泵。15：17：14转速降至1200 r/min，A顶轴油泵正常联锁启动，顶轴油母管压力15.22 MPa。15：21：54转子转速降至698 r/ min，切换至B顶轴油泵运行，2号轴承轴振爬升至171 μm，3号轴承轴振为168 μm，1号轴承振动上扬。15：31：42转子转速降至0 r/min，盘车正常投入运行。转子惰走全程时间为21 min26 s。机组转子惰走曲线见图 2。

4 惰走时间异常原因排查

依据厂家说明书及同类型机组运行经验判断，2号机组转子惰走时间偏短^[2]，汽轮机可能存在动、静部分摩擦或轴承工作状况恶化等情况。因此从机组真空，主、再热蒸汽温度，润滑油压力等参数是否异常进行原因排查。

4.1 机组真空

汽轮机转子惰走时间与机组真空有密切关系。在转子惰走过程中，特别是高速惰走阶段，通常希望能够维持较高的真空，以便降低汽轮机转子的鼓风摩擦损失^[4]，因此在分析转子惰走曲线时必须考虑机组真空的变化情况。图 3为2号机组转子惰走过程中的背压变化曲线（背压测点3取3），可以看出，在2号机组打闸至转子静止阶段，机组背压维持在18~22 kPa，未发生明显变化，因此真空不是致使本次转子惰走时间异常的因素。

4.2 主、再热蒸汽温度

机组运行工况下如果主、再热蒸汽温度发生骤降，会导致汽轮机组各部件温差增大。由于动、静部分收缩速度不一，胀差会向负方向增大，严重时甚至引起汽轮机动、静部分之间发生摩擦。图 4是转子惰走阶段主、再热蒸汽温度及轴封温度变化曲线，可以看出，转子惰走阶段主、再热蒸汽温度及轴封温度均未发生明显变化。

4.3 润滑油压力

此次停机过程中，交、直流润滑油泵工作正常，润滑油压力、温度均在正常范围内，润滑油系统运行工况良好。

4.4 轴承温度

表 1记录了转子惰走阶段各个轴承温度变化情况，各轴承温度最高点均出现在额定转速时，转子惰走阶段各轴承温度状况良好，轴承温度变化趋势见图 5。

5 原因分析

综合对比图 1—图 5可以看出，在停机过程中机组真空、蒸汽温度、轴封温度、轴承温度、润滑油压力及温度等参数均在正常范围内。观察转子惰走曲线发现，本次停机转子惰走并未呈现转子惰走的一般规律，即两端较陡而中间相对平坦的趋势，在惰走全过程中转子转速降低速率均较大，尤其在曲线中间阶段，这说明轴系存在大于正常情况下的机械阻力。对机组惰走过程中上下缸温差、绝对膨胀、胀差等参数分析均未发现异常。分析其他因素时发现，在顶轴油泵启动后4号、5号、6号轴承顶轴油压均未能正常建立，因此极有可能在转子惰走的第2阶段由于顶轴油工作状况不理想，轴承润滑油膜形成情况较差，润滑能力降低或失去^[5-6]，导致轴承工作状况恶化，从而产生较大的机械阻力，致使转子惰走时间缩短。

对2号机组转子惰走过程中各个轴承振动变化情况（见表 2）进行分析，发现2号轴承在转子转速为1200 r/min时振动开始增大，1号、3号轴承振动也相继爬升，这可能是因为进入临界转速^[2]区域；转速在698 r/min时2号、3号轴承轴振均已超过报警值且转子偏心值明显增大，可能在油档或轴封处发生了碰摩，但经停机检查，未发现明显碰摩痕迹。

在电动盘车投入约110 min后转子偏心值恢复到原始值，各轴承顶轴油压力较冲车前均降低了2~3 MPa，在转子惰走过程中4号、6号轴承顶轴油压力低报警开关分别在400 r/min和100 r/min附近复位，5号轴承顶轴油压力低报警开关一直处于动作状态，顶轴油母管压力波动幅度为2 MPa（正常情况下不超过1 MPa），顶轴油泵出力异常。停机检修时对3号轴承进行检查，发现轴承有轻微磨损情况。

6 结语

通过以上分析，判断该机组此次停机转子惰走时间异常的主要原因为顶轴油泵出力异常，由于顶轴油压建立情况不良，在3号轴承处发生轻度磨损，导致轴系机械阻力增大，转速快速下降，转子惰走时间缩短。理论上分析转子偏心值增大及2号、3号轴承振动现象的产生可能是在油档或轴封处发生了碰摩，但实际检查并未发现异常，在今后机组启停过程中可加强监视。