汽輪機轉(zhuǎn)子的熱彎曲問題

王仲平

摘 要：汽輪機轉(zhuǎn)子彎曲是一個常見問題，也是一個難點問題，在過去有過大量的研究。引起汽輪機轉(zhuǎn)子彎曲的原因很多，其彎曲問題也變得更加復雜多樣。文章闡述了汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲形成原因、引起的振動問題、熱彎曲的識別方法和處理辦法。

關鍵詞：汽輪機轉(zhuǎn)子；熱彎曲；識別；處理

中圖分類號：TM311 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0183-02

1 概述

轉(zhuǎn)子熱彎曲是指轉(zhuǎn)子在受熱后出現(xiàn)溫度分布不均而發(fā)生的變形，這種彎曲變形會導致機組的振動過大，轉(zhuǎn)子熱彎曲會使得轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)發(fā)生變化，所以又叫做熱不平衡。汽輪機轉(zhuǎn)子彎曲是電廠常見故障，熱態(tài)彎曲問題更是由于難以被察覺變的更加復雜。由于汽輪機轉(zhuǎn)子彎曲會導致強烈振動，振動會增加摩擦，而摩擦又會加深轉(zhuǎn)子的彎曲程度，最終迫使停機。如果不及時處理，可能會產(chǎn)生更加嚴重的后果。要解決汽輪機轉(zhuǎn)子為何發(fā)生會發(fā)生熱彎曲，必須要知道轉(zhuǎn)子熱彎曲的形成原因，轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲后會引起什么問題，如何對轉(zhuǎn)子熱彎曲進行識別，再對已經(jīng)發(fā)生的問題進行處理。

2 轉(zhuǎn)子形成熱彎曲的原因

汽輪機轉(zhuǎn)子的工作介質(zhì)是高溫高壓蒸汽，轉(zhuǎn)子在投入勵磁電流后就會被加熱，正常情況下，轉(zhuǎn)子的溫度均勻增加只會使轉(zhuǎn)子長度增加，之所以會造成轉(zhuǎn)子彎曲變形，是由于轉(zhuǎn)子上存在著不均勻?qū)ΨQ的因素，這種因素包括材質(zhì)、溫度和受力等方面。經(jīng)過對大量案例的整理發(fā)現(xiàn)，汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲故障可能出現(xiàn)在機組啟動過程中，也可能發(fā)生在機組運行過程中。通過分析，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲的主要原因有轉(zhuǎn)子制造原因、轉(zhuǎn)子熱不平衡原因和轉(zhuǎn)子受阻力較大原因三個方面。

2.1 轉(zhuǎn)子制造原因

在制造階段，汽輪機轉(zhuǎn)子會有均勻材質(zhì)和不均勻材質(zhì)兩種情況。當轉(zhuǎn)子由均勻材質(zhì)制作時，但是在機加工前沒有將鍛造中產(chǎn)生的巨大的殘余應力進行釋放，這種情況下的轉(zhuǎn)子會在運行過程中釋放應力，造成轉(zhuǎn)子彎曲。當制作轉(zhuǎn)子的材質(zhì)是不均勻材質(zhì)時，則相當于轉(zhuǎn)子各部分膨脹系數(shù)都不同，而汽輪機工作的環(huán)境溫度很高，使得轉(zhuǎn)子各部分受熱后產(chǎn)生的膨脹不均勻，會導致汽輪機轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲。

2.2 轉(zhuǎn)子熱不平衡原因

在機組運行過程中，轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲的原因主要有以下五方面。

（1）溫差大。汽輪機在啟動時會有參數(shù)不穩(wěn)的情況，這時汽缸的上下缸溫差會變大，變大的溫差會導致汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲問題的發(fā)生。

（2）轉(zhuǎn)子中心孔進油。汽輪機轉(zhuǎn)子在軸向方向上會有較大的溫差，潤滑油液會在孔內(nèi)進行熱交換，交換的熱量不同，會造成轉(zhuǎn)子溫差變大，并隨著轉(zhuǎn)子溫度的增加而變大，這樣會使得轉(zhuǎn)子在兩端和中間的溫差變大，出現(xiàn)熱彎曲。轉(zhuǎn)子中心孔是轉(zhuǎn)子釋放應力的裝置，在運行過程中中心孔堵頭應嚴密。如果中心孔堵頭不嚴或者中心孔與外界有孔或者縫隙會造成潤滑油進入孔內(nèi)。如果中心孔的進油越來越多，會使得汽輪機轉(zhuǎn)子的熱彎曲越來越嚴重。

（3）暖機時間不足。汽輪機經(jīng)過停機和大修等設備停運

后，由于轉(zhuǎn)子上下缸的溫度有差值，會使轉(zhuǎn)子發(fā)生不同程度的熱彎曲，如果停運后再啟動時機組暖機時間不足，會引起汽輪機轉(zhuǎn)子在啟動時受熱不勻，出現(xiàn)熱不平衡，最終導致轉(zhuǎn)子熱彎曲問題的發(fā)生。因此在汽輪機運行規(guī)程中規(guī)定汽輪機轉(zhuǎn)子在沖轉(zhuǎn)前需連續(xù)盤車不小于4小時。

（4）轉(zhuǎn)軸存在漏氣。如果汽輪機轉(zhuǎn)軸在軸向方向存在一側(cè)漏氣或者是不對稱的兩側(cè)漏氣問題，轉(zhuǎn)軸就會因為漏氣部位產(chǎn)生不同程度的被加熱或者被冷卻，也就是沿軸向方向產(chǎn)生溫度差異，這種溫差會隨著漏氣的嚴重程度而增加，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲并加劇彎曲程度，還會導致振動的增大。

（5）轉(zhuǎn)軸套裝部件松。汽輪機在運行時，轉(zhuǎn)軸的套裝部分和軸之間會有溫度差異，如果套裝部分變松，轉(zhuǎn)軸就會由產(chǎn)生很大的不均勻溫差，導致轉(zhuǎn)子熱彎曲發(fā)生。

2.3 轉(zhuǎn)子受到阻力較大

（1）膨脹受阻。套裝部件和轉(zhuǎn)軸之間有一定的間隙，套裝部分和轉(zhuǎn)軸部分會因溫度升高受熱發(fā)生膨脹，但是這兩部分溫升速率不同，使得這兩部分膨脹程度也不同，這就使得這兩部分之間的會因間隙變小發(fā)生被頂死現(xiàn)象，導致轉(zhuǎn)子熱彎曲發(fā)生。

（2）靜動摩擦。靜止部分和轉(zhuǎn)子也存在一定的間隙，當轉(zhuǎn)子與靜止部件見間隙變小甚至消失，就會發(fā)生動靜摩擦，摩擦會使轉(zhuǎn)子和靜止部分相互接觸處溫度升高，導致轉(zhuǎn)子的溫度分布不均，轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲。

3 汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的振動問題

汽輪機轉(zhuǎn)子在運行時出現(xiàn)的熱彎曲會引起振動。汽輪機轉(zhuǎn)子的振動幅度會受到機組負荷大小的影響。在機組冷態(tài)運行時，振動較小，但是隨著機組負荷的不斷增大，振動幅度也會隨之增大，相反，隨著機組負荷的減小，振動幅度也會隨之減小。

在日常運行過程中，不管是啟停過程還是運行過程中，通常通過使用測振儀測量軸承座的振動，使用聽針來就地聽瓦蓋或軸承座里是否有異常聲音來判斷轉(zhuǎn)子的振動狀態(tài)和是否發(fā)生摩擦。但是軸承蓋的振動并不完全是由轉(zhuǎn)子的熱彎曲和質(zhì)量偏心決定的，它還與軸承和座的剛度、油膜的剛度及轉(zhuǎn)速等因素有關。如果汽輪機在轉(zhuǎn)速很低的情況下運行，這時轉(zhuǎn)子的離心力就會很小，但是軸承座的剛度很大，若此時轉(zhuǎn)子有熱彎曲問題發(fā)生，但是通過測量軸承座的振動值并不大。如果這種情況下繼續(xù)升速，會發(fā)生嚴重摩擦，導致轉(zhuǎn)子熱彎曲更加惡化。

通常情況下，轉(zhuǎn)子熱彎曲都是暫時發(fā)生，在投入一段時間的盤車后，轉(zhuǎn)子可以恢復到正常狀態(tài)，但是如果再次啟動時，由于汽輪機汽封非常小，汽缸內(nèi)的溫差會引起轉(zhuǎn)子的熱彎曲，進而引起振動，隨著熱彎曲程度的增大，振動的幅度就會更大，如此往復，可能導致轉(zhuǎn)子的永久性彎曲。

汽輪機轉(zhuǎn)子還可能因為水或者油的溫度差異造成彎曲，這種彎曲會在幾十分鐘或者一到兩個小時達到極限，在這種情況下使用測振儀測量振動會受到限制。在機組大修后啟動時可能會出現(xiàn)這種情況，如果轉(zhuǎn)子有熱彎曲，最初幾次啟動可能現(xiàn)象不明顯，幾次啟動后會表現(xiàn)的越來越明顯。endprint

4 轉(zhuǎn)子彎曲的識別方法

汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲的表現(xiàn)形式有很多種，其中包括振動、溫度、壓力和聲音等，只依靠轉(zhuǎn)子波形、軸心軌跡等手段是很難達到檢測目的。由于對轉(zhuǎn)子部位的振動分析可以更加準確的確定熱彎曲的部位，因此我們對轉(zhuǎn)子熱彎曲的監(jiān)測主要依賴于振動監(jiān)測，同時結(jié)合聽聲音、測溫度、測壓力等措施，綜合判斷找到彎曲部位，并對造成熱彎曲的原因進行系統(tǒng)分析。

判斷汽輪機轉(zhuǎn)子是否發(fā)生熱彎曲，要對下面幾方面進行密切觀察：

（1）在機組運行過程中要密切監(jiān)測機組振動與負荷、溫

度、壓力、油溫等參數(shù)間的變化關系。

（2）在汽輪機轉(zhuǎn)速增加時，機組振動值是否會隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，在增大的同時振動值是否會在某一個轉(zhuǎn)速時出現(xiàn)凹谷。

（3）汽輪機轉(zhuǎn)子的時域波形是否為正弦波。

（4）轉(zhuǎn)子軸心軌跡是否為橢圓，是否為正進動方向。

5 處理方法

轉(zhuǎn)子熱彎曲可能發(fā)生在機組啟停機和運行的各個階段，并且有多種原因引起，因此對不同狀況下的熱彎曲就有不同的處理方法。

（1）轉(zhuǎn)子在制造階段由于材質(zhì)或應力問題引起的熱彎曲，需先進行轉(zhuǎn)子動平衡試驗，如果多次試驗結(jié)果不符合要求，必須更換或者返廠。

（2）轉(zhuǎn)子因熱不平衡問題導致的熱彎曲，應查明原因處理完畢后再進行動平衡試驗，直至轉(zhuǎn)子恢復正常。在汽輪機啟動階段容易發(fā)生因為暖機時間不足、上缸下缸溫度差值很大等原因?qū)е碌霓D(zhuǎn)子熱彎曲，這時就需要保證足夠的暖機時間。如果由于中心孔進油而發(fā)生的轉(zhuǎn)子熱彎曲，處理時需要打開中心孔放油，再將中心孔堵死保證沒有縫隙。如果由于轉(zhuǎn)軸部分存在不均勻分布的漏氣而形成的不均勻溫差導致的熱彎曲，要先確定故障部位，然后對故障處進行處理，并對損壞處修復。

（3）轉(zhuǎn)子受到的大阻力主要是膨脹和摩擦引起的。如果是膨脹受阻引起的，需要檢查發(fā)生膨脹的部位如葉輪和輪轂或軸上套裝部分和周凸起間隙之間是否有結(jié)垢或者銹蝕等問題發(fā)生，檢查完畢后打磨處理。如果是動靜摩擦引起的，首先要判斷摩擦發(fā)生的部位，然后調(diào)整動靜摩擦部位的間隙，再對摩擦部件進行修復。

6 結(jié)束語

轉(zhuǎn)子熱彎曲是非常常見的汽輪機事故，對汽輪機的影響也很大，如果不能及時處理往往還會引起其他的故障。我們需要在工作實踐中不斷的發(fā)現(xiàn)總結(jié)問題、分析處理問題，具體問題具體分析，確保可以短時有效的解決問題，保證汽輪機的正常運行。

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