淺談汽輪發電機組轉子熱彎曲故障研究與分析

辛金明

摘 要：電站汽輪發電機組是火力發電主要設備，安全運行關系整個機組問題。轉子是汽輪發電機組的關鍵組成部件，其狀態關系著發電機組的整體運行狀態，轉子的熱彎曲將導致機組運行故障。對此，本文就汽輪發電機組轉子熱彎曲故障特征、原因及具體處理措施展開分析。

關鍵詞：汽輪發電組；轉子；故障

中圖分類號：TU996.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0149-01

轉子熱彎曲將對汽輪發電組正常運行產生影響，因此對轉子熱彎曲故障的形成原因進行分析，并針對具體的故障類型，制定相應的處理措施就顯得尤為重要。

1 汽輪發電機組轉子熱彎曲故障特征診斷分析

因為汽輪機組轉子客觀存在溫度、材質、受力等不平衡因素，所以轉子熱不平衡問題幾乎不可避免，由熱不平衡引起的經典故障就是汽輪機組轉子的熱彎曲。轉子熱彎曲故障特征因具體情況而有所區別，且當轉子熱彎曲故障發生后，機組的運行參數也將發生改變，從而進一步改變轉子的振動特征。

汽輪發動機組轉子熱彎曲發生于機組啟動過程中以及運行過程中。熱彎曲發生于啟動過程中往往是因為機組暖機不充分或參數不穩定，出現上下缸溫差；運行過程中的熱彎曲則通常是由于轉子受熱不均衡或受到較強的軸向力。

2 汽輪發電機組轉子熱彎曲原因

造成汽輪發電機組轉子熱彎曲的原因多種多樣，并且可能發生于機組啟動或運行的任何階段，通過大量項目實例的分析，筆者認為導致汽輪機組轉子熱彎曲的原因如下：

（1）轉子制造階段問題。如果汽輪機轉子在制造階段所用材質不均勻，將直接導致轉子各部分的膨脹系數不同，從而使轉子在汽輪機的高溫工作環境中產生不同程度的膨脹，進而產生轉子的熱彎曲故障。盡管大部分轉子材質均勻，但轉子在毛培鍛造過程中產生的殘余應力卻幾乎是不可避免的，需要通過“時放”或“熱跑”釋放殘余應力后再進行加工。若轉子的殘余應力沒有進行有效釋放就進行加工，那么轉子就會在汽輪機組運行過程中會不斷釋放應力，從而導致轉子彎曲。

（2）轉子熱不平衡。導致轉子發生熱不平衡的原因主要有以下5個方面：①汽輪機組啟動階段由于各項參數還不穩定而產生上下缸溫差，從而引起轉子熱彎曲?？梢酝ㄟ^在汽輪機組運行前進行充分暖機進行合理控制進行預防；②轉子中心孔進油。當轉子在高轉速的運行狀態下時，中心孔的油受離心力的作用被甩向內腔壁。因為轉子中心孔和轉軸中心不重疊，導致內腔壁上油膜厚度不均。由于轉子在轉軸方向客觀存在溫差，所以油液必將在中心孔內進行熱交換，但是內腔壁上油膜的厚度不均將導致熱交換的傳遞不均，從而進一步導致轉子出現不對稱的溫差，并且此不對稱的程度與有功負荷成正比變化；③汽輪機組在啟動時必須進行充分暖機，否則轉子將因為受熱不均勻導致熱不平衡，從而進一步演變成熱彎曲。大型汽輪機組通常規定連續盤車時間不低于四小時；④轉軸存在軸向不對稱漏氣，將導致轉軸收到不均勻的加熱或冷卻，產生徑向的不對稱溫差，并且溫差隨漏氣量同方向變化；⑤轉子轉軸上的套裝部件失去緊力，轉軸將出現很大的不對稱溫差，從而導致轉子熱彎曲。

（3）轉子受到較大阻力。膨脹受阻，主要由間隙不合適或不均勻引起。機組負荷的不斷增加使轉子各部件之間形成了暫態溫度場，由于轉軸和套裝部件之間的溫度變化速度不一致（通常表現為套裝部件的膨脹程度大于轉軸），所以如果套裝部件和轉軸之間的間隙不合適就會出現頂死現象，產生很大的軸向作用力，進而使轉子發生熱彎曲故障?？赡苡膳蛎浭茏枰鸬霓D子熱彎曲故障可以通過定期檢查輪轂和其他部件與軸凸臺之間的間隙是否存在積灰、銹蝕來進行預防。

動靜摩擦，主要發生于轉子和靜止部件間的間隙消失時。一旦產生動靜摩擦，轉子和靜止部件接觸處溫度升高，從而使轉子溫度分布不均勻，產生熱彎曲。另外，如果動靜摩擦過大，將對轉子產生軸向力，加劇轉子熱彎曲程度。可以通過嚴格按照升速曲線進行發電機組操作，將軸封溫度控制在規定范圍之內來預防動靜摩擦問題的出現。

3 結論與總結

造成汽輪機組轉子熱彎曲的原因多種多樣，針對不同原因引起的熱彎曲故障必須采用不同的處理方法，盡量將轉子熱彎曲引起的故障損失降低到最少。

（1）由于轉子自身原因導致的熱彎曲問題，應當在投入使用之前進行動平衡實驗，若多次動平衡的結果不符合預期，可以采取更換轉子的措施進行處理，直到新更換轉子的動平衡實驗符合預期。

（2）由轉子熱不平衡造成的熱彎曲處理措施應當視具體情況進行具體分析：轉子與靜止部件之間的動靜摩擦引起的熱彎曲可以采取控制轉子，使轉子磨合到適當的間隙后再升速帶負荷的措施進行處理，這樣就能避免摩擦-熱彎曲-更嚴重的摩擦的惡性循環；由中心孔進油引起的轉子熱彎曲應當立即放出多余的油，并且重新進行轉子的動平衡實驗；轉子存在軸向不對稱漏氣則應當立即檢查漏氣部位并進行調整修補；由于套裝部件失去緊力而造成的熱彎曲在查明故障原因后對相應套裝部件進行緊固或更換，并修復損壞部位，最后進行動平衡再次檢查。

（3）如果膨脹受阻是導致轉子熱彎曲的原因，則應當檢查汽輪機葉輪的輪轂或軸上其他套裝部件與軸凸臺之間的間隙中是否存在積灰或銹蝕現象；如果動靜摩擦是導致轉子熱彎曲的原因，應立即修補磨損部位，調整轉子和靜止部件之間的間隙。

參考文獻

[1]曹根芝.汽輪發電機組轉子熱彎曲故障研究與分析[D].華北電力大學，2014.

[2]孔祥渠.汽輪發電機組轉子熱彎曲故障分析及診斷方法研究[D].華北電力大學，2012.