汽轮机轴系损坏事故案例分析
【事故机组概况】
阜新电厂01号汽轮机CCl140／N200一12.7／535／535型超高压一次中间再热两段抽汽凝汽式机组，由哈尔滨汽轮机厂制造，出厂日期96年，出厂编号72N9；发电机型号．QFSN一200—2，出厂编号3—60237，出厂日期为95年10月，由哈尔滨电机厂制造；锅炉型号为HG一670／13．7一YMl6，出厂编号2339，出厂日期1995年3月，由哈尔滨锅炉厂制造。
该机组1996年3月安装，96年11月2日首次并网发电，同年12月18日正式移交生产；到8月19日事故时止，累计运行15151小时，发电量27．06亿千瓦时。
【事故经过】
1999年8月19日0时20分，运行五值接班，机组负荷为155MW运行；零时30分，值长令加负荷到165MW；1时整，值长令加负荷到170MW，主蒸汽压力为12．6Mpa，主蒸汽温度535℃，蒸汽流量536．9吨／时。
47分30秒，“高、中压主汽门关闭”、“抽汽逆止门关闭“光字牌报警，监盘司机喊“机跳了”。47分32秒，交流、直流润滑油泵联动良好。47分37秒，发电机出口开关5532跳闸，有功负荷到“0”，6KV厂用电备用电源联动成功。
值长来电话向单元长询问情况，单元长告：“01号机、发电机跳闸”。值长当即告：“立即查明保护动作情况，对设备详细检查；有问题向我汇报“。单元长令：“汽机、电气人员检查保护及设备情况。”司机助手到保护盘检查本特利保护，回来后向单元长汇报：“没有发现异常。”汽机班长检查完设备汇报单元长说：“设备检查没问题。”电气班长确认后汇报：“发电机跳，6KV厂用正常联动备用电源，电气保护无动作，只有‘热工保护动作’光字牌来信号。”
单元长向值长汇报：“检查保护和设备都没发现问题。”值长告：“如无异常，可以恢复。”随即单元长告汽机班长：“汽机挂闸，保持机3000转／分。”汽机班长到就地机头处操作，手摇同步器由30mm退至到“0’’位，同时令司机助手去检查设备情况，助手回来后汇报：“机组检查正常，主轴在转动中。”这时班长操作同步器增加行程时发现高、中压主汽门未开，告助手去复归“热工保护动作自保持复归按钮”，当检查就地压力表立盘时发现调速油压很低，对从控制室返回来的助手说：“把调速油泵转起来。”
调速油压恢复后，汽机班长到机头再次挂闸，逐步增加同步器行程，高、中压主汽门开启，行程达8mm时回到主控制室，准备用电调升速，设定目标转速3000r／min，升速率为300r／min／min，按进行键，此时转速实际值未能跟踪目标值，同时“高、中压主汽门关闭”信号光字牌亮，汽机班长根据经验分析认为电调不正常，向单元长汇报，并请示切液调运行，单元长同意。
汽机班长到机头处将同步器退到“0“位，通知司机将电调切为液调运行，挂闸后同步器行程为8mm时，高压主汽门已开启，达11 mm时，转速表显示100r／min左右。1时56分30秒，当准备检查调速汽门开度时，听到主汽门关闭声，同时一声巨响，发电机后部着火，机组严重损坏。
【设备损坏情况】
1.轴系
1)轴系断为11段，10个断裂面，其中5处为轴断裂，4处为对轮螺栓断裂，l处为齿型联轴器失效。
2)中压转子电侧轴端在轴封。R角处断裂，断轴长约1.8m，飞出距离llm。
3)低压转子机侧轴端在轴颈与油挡过渡处断裂，断轴长约lm。发电机机侧轴端在轴颈处断裂，断轴长约1．5m。飞落约35m远。
4)中、低压转子半挠性波纹联轴器两端断裂并成碎块。
5)主油泵与主轴间齿型联轴器内、外齿损坏失效脱开。
6)低压转子与发电机间、发电机与励磁机间对轮螺栓断裂。
2.轴瓦
1)3、4瓦瓦体、瓦盖打坏，轴承箱上部破裂移位。 2)5、6瓦瓦体、瓦盖，轴承箱全部损坏。 3)6、7瓦全部破裂、移动。 4)励磁机前瓦损坏，后瓦瓦盖损坏，瓦体损坏。
隔板、叶轮及叶片
1）高压缸叶顶汽封磨损，隔板和轴端汽封严重磨损。 2)中压缸第21级叶片复环局部脱落，第22级全级叶片叶顶磨损约10mm。 3)低压缸转子27级叶片距叶顶断掉约200mm，32级叶片有27片距叶型底部15mm处断。
主、辅设备
高、中缸猫爪横销翘起，立销不同程度损坏，缸体位移。
低压缸逆流侧上缸左侧破裂为100X300mm的孔洞，排汽缸上缸右侧破裂约为300X 700mm的孔洞，下缸右侧中分面下部破裂约为1000X1000mm孔洞。
低压缸顺流侧下缸左侧破裂约为150X300mm孔洞。
发电机定子底部局部扫膛，转子槽楔全部磨损，发电机励侧上端盖破损。
中、低压缸导汽管机侧左部被击穿约300X1000mm的孔洞，中部右侧断裂约1000mm，电侧左部被击穿约为300X1000mm的孔洞。
盘车装置损坏，定子线圈飞出A排墙外，齿形圈飞出约25m。
中压调速汽门操纵座折断倾倒。
设备损坏的经济损失超过千万元。
【事故原因分析】
齿型联轴器失效是事故的起因。
齿型联轴器由左、右外齿轴套和左、右内齿套筒构成。
事故机组在98年8月25日进行第一次大修，发现主油泵齿型联轴器外齿的齿宽磨损严重，对齿型联轴器进行了更换。
根据中国科学院金属研究所对事故齿型联轴器材质的检测：左、右内齿和左外齿材料为38CrMoAI，基体热处理和表面渗氮处理均不合格，齿表面渗氮缺陷严重超标；右外齿错用材料为32Cr3MoV，使右内、外齿材料不相匹配，是齿型联轴器低寿命失效的主要原因，结构设计造成的润滑不良，加速了齿型联轴器的低寿命失效。此外，齿型联轴器装配的实际尺寸与图纸有偏差，可能使内外齿更易磨损。
齿型联轴器的失效，在运行中造成主油泵小轴与汽轮机主轴脱开，主油泵停止工作、转速失去监测、调节系统失控。
几种因素偶合的特殊工况致使低压缸铸铁隔板在压力波冲击作用下碎裂是轴系损坏的主要原因。
由于主油泵不能工作，调速油压低、中压主汽门前压力高、转速失去监测、调节系统失控等条件的偶合，导致机组起动时中压汽门迟后于高压汽门而突然全开的特殊工况。根据清华大学应用振荡流体力学原理的计算结果：在中、低压缸瞬时进入300t／h一600t／h蒸汽所产生的压力波冲击下，低压各级隔板级间最大压差均为设计压差的10倍以上。
通过对低压铸铁隔板破坏性试验结果表明，导叶屈服时的加载力约为设计压差的6.5倍；隔板损坏时的加载力约为设计压差的10倍；试验与计算结果相一致。因此，低压缸铸铁隔板的碎裂损坏，使静、动部件严重碰磨，机组发生强烈振动，是转子断裂、轴系破坏的主要原因。
运行人员缺乏正确的判断能力，是偶发中压缸瞬时进入大量蒸汽特殊工况的主要原因之一。
齿型联轴器的失效，导致转速失去监测、调节系统失控，中压缸瞬时进入大量蒸汽特殊工况，这种情况在国内从未发生过，现场运行人员对此缺乏正确的判断能力，对转速表的异常指示没能做出全面的综合分析,运行人员认为“无异常”，仍按正常操作程序进行起动，是发生中、低压缸瞬时进入大量蒸汽特殊工况的条件之一。
【事故性质和责任分析】
1.齿型联轴器的失效是事故的起因。 由于齿型联轴器质量低劣，材料处理工艺不合格及错用，导致齿牙严重磨损、折断、变形损伤.造成齿型联轴器低寿命失效；使主油泵轴与汽轮机主轴脱开，导致发电机跳闸、机组甩负荷转速失去监测、调节系统失控。因而制造厂家哈尔滨市汽轮机辅机工业公司对此负主要责任。
2.阜新发电有限责任公司对齿型联轴器的失效，导致转速失去监测、调节系统失控未能做出正确判断，对机组的再次启动应负直接责任。阜新发电有限责任公司，厂、分厂、生技处、安监处、值长组等相关领导应负领导责任；当班值长、单元长、汽札班长、汽机司机对机组启动应分别负指挥，操作的直接责任。 3.设计、制造、运行单位对这种特殊工况的产生条件研究不够，未能在现有技术水平上加以避免，从而发生隔板损坏、进而导致轴系破坏的严重后果，应承担一定的责任。 事故性质：阜新发电有限公司8．19轴系损坏事故是一起由设备质量、技术等综合原因偶合引发的重大责任事故。【暴露问题】
1.通过实际测量、解剖检查等表明，低压缸隔板大部分导叶插入深度不够或浇铸接合不好，尤为突出的是浇铸的静叶销钉充满度不好，降低了导叶与隔板和外环的连接强度，在事故中使导叶从叶根或叶顶处拔出、脱落。
2.中压转子表面存在加工缺陷和早期裂纹，导致应力集中，材料的抗疲劳能力及寿命大幅度降低，在机组异常工况下极易损坏，是事故的隐患。
3.汽机运行规程不严密。对齿形联轴器损坏脱开，导致转速失去监测、调节系统失控，从现象到判断处理，没有明确规定，使运行人员只能凭个人分析去处理。
4.培训工作不扎实，没有突出岗位培训的特点，缺乏相应的专业技术内容。造成运行人员经验不足，在紧急故障情况下应变能力差，综合分析、判断能力不够。
【防范措施】
1.齿型联轴器是汽轮机极为重要的部套，其磨损现象在国内较为普遍，对其设计、制造质量．必须高度重视。要认真总结设计中的问题，严格控制制造、加工质量；应有防止内齿套筒相对位移过大的措施、进一步改善齿的润滑状况；严禁错用材料、严格规范材料的处理工艺。确保齿型联轴器使用的安全性、可靠性。 2.加强备品配件的质量管理工作。按标准认真检验各项指标，严把备品配件及设备质量关，防止不合格的备品备件进厂，进而保证备品备件的安全可靠性。 3.铸铁隔板在国产200MW机组上被广走使用，其制造、加工工艺要求较高，尤其是导叶的插入深度、浇铸结合的程度以及设计的型线等，一般较难控制，在正常运行中虽未发生过大的问题，但在异常工况下容易损坏，为提高运行的安全性和经济性，建议制造厂在新造机组时考虑将铸铁隔板改为焊接隔板，以提高抗冲击能力。 4.加强技术培训、提高人员素质。人员素质与生产和技术的发展水平不相适应是普遍现象，尤其是青工较多、经验不足的现状。要加强人员的岗位技术培训，建立严格的技术考核制度，提高运行人员对一般事故和特殊事故的判断、应变能力和水平。 5.加强技术管理、杜绝事故隐患,设备的健康水平是保证机组安全运行的先决条件，无论大小缺陷均要查明原因、及时消除，决不可放过。要对200MW机组的齿形联轴器进行一次全面的检查，发现问题及时处理。按规定认真完成金属监督要求，对汽轮发电机转子进行金属检查。 6.完善运行规程,对现有200MW机组的运行、检修规程进行全面的审查，结合设备、系统的实际情况加以充实完善。如主油泵标高、低油压保护联动值、再热器压力的控制要求等，应进行深入研究，纳入规程。要针对电、液并存调节系统易发生的故障，编进运行规程的事故处理章节，以使运行、检修人员操作有章法、判断有依据。 7.就地增设在主轴侧取信号源的转速表，便于运行人员在冲转升速及事故处理过程的对照和分析。