汽輪機轉子熱態彎曲特點及處理

摘要：在運行過程中，汽輪機一方面需要承受汽流的作用力和葉輪本身離心力所引起的應力，另一方面承受由溫度差所引起的熱應力等作用力。為了獲得正確的振動故障的診斷，本文通過對振動的發展和特點進行闡述，同時分析振動的原因，并提出處理方法，進而對汽輪機的振動故障做出明確的選擇。

關鍵詞：熱態彎曲 轉子 振動

汽輪機轉子熱態彎曲會引起強烈振動，威脅安全運行。熱彎曲有多種原因，一種是轉子在停止時受到不均勻的冷卻或加熱，以致產生徑向溫差；另一種是所謂熱敏感轉子，即在不同溫度下會自動形成不同程度彎曲的轉子；第三種是由于輕度的幅向摩擦，使轉子出現局部溫度上升；第四種是中心孔有水或有油引起的。本文通過本電廠機組振動消除的實例，來探討第四種振動的特點及處理。這種振動有某特殊的規律與特點，分析與掌握這些規律與特點，對于運行中機組振動的分析與判斷，具有一定的指導意義與借鑒作用。本電廠一號機C15-3.43/0.49型單缸直連中壓調整抽汽冷凝式汽輪機，額定功率為15MW。該機于2012年10月建成投產，能帶滿負荷，經歷過多次開停，運行情況一直很正常。

1 振動生產情況

2012年10月4日，一號機因氣溫急劇下降100℃而故障停機。恢復時機組發生強烈振動，啟動未成功。次日再次啟動時，前箱振動達70μm（規程規定不得超過50μm），經過延長暖機時間，恢復正常，并帶滿負荷。從此，一號機每次啟動都發生振動，造成開機困難。因此，不得不修改運行規程，做出臨時規定：在5MW和10MW工況下暖機時間，由原來的30分鐘延長為8小時。這樣，從12年12月到13年3月機組大修為止，機組出現了不正常情況，開機時發生振動。盡管如此，由于執行臨時規定，適當延長暖機時間，仍然可以并網加滿負荷。

2 振動的發展與特點

2013年12月一號機進行投產后的首次大修。大修后，用兩星期時間，先后進行5次起動，均為成功，每次由于振動超標而停機。機關采取了各種措施，均無效果。說明一號機大修后振動情況惡化了，執行臨時規定也不能維持運行。通過大修后5次起動情況的分析，發現振動有如下特點：①啟動過程中振動正常。由沖轉到定速，振動不超過30μm，并能順利通過臨界轉速。②并列后隨著負荷的增加，振動逐漸增大。當負荷加到10MW左右時，發生強烈振動，前箱達123μm，一瓦57μm，二瓦74μm。③機組發生振動時，氣缸膨脹、差脹及串軸均正常。④振動發生后，減負荷無效，必須打閘停機。⑤振動與操作方法無關。這5次起動當中，有冷態起動，熱態起動和半熱態起動，并延長暖機時間，結果都無效。

3 振動的原因分析

①機組大修剛完，轉子經過除垢，排除了轉子不平衡。②轉子測量彎曲合格，動靜間隙符合要求，中心無偏差，不存在動靜摩擦而導致振動。③軸承安裝正確，油溫油壓符合規定，潤滑良好，排除了油膜振蕩的可能性。④機組膨脹正常，排除了由于膨脹不均而引起振動。⑤經測振分析，機組為工頻振動。

通過以上分析，從七號機振動的產生及發展情況來看，機組振動是由于轉子熱彎曲引起的。如上所述，造成轉子熱彎曲的原因很多，從一號機具體情況分析，大軸中心孔進油造成振動的可能性最大。該機大軸全長5.7m，中心孔直徑Φ100mm，前端用絲堵封死，后端在靠背輪處用悶頭堵死，悶頭上有一Φ5小孔，在機組開停過程中，透平油通過Φ5小孔進入大軸。機組在起動加負荷過程中，轉子溫度升高，大軸中心孔內的空氣受熱膨脹，從Φ5小孔排出。停機冷卻過程中，中心孔內形成負壓，通過Φ5小孔將潤滑油（即透平油）吸入大軸內。隨著開停次數的增加，吸入的油量便增多。當中心孔內的油達到一定數量時（3公斤以上），在機組起動過程中負荷加到某一數值（10MW左右）隨著轉子溫度的升高，油被加熱，并在離心力的作用下在中心孔內進行不規則的流動，形成不均勻的布置。其結果，一是使整個轉子質量不均勻，出現偏心；二是熱油對大軸進行不均勻的加熱。

4 處理方法

處理方法有兩個，一是揭缸吊出轉子，將大軸中心的油倒出。這種方法費時、費力，需要15-20天，影響生產。簡易方法是打開前箱，拆下調速器與主油泵，拆開絲堵將中心孔內的油放出。本廠采用了后一種方法，只用三天就處理完畢，一次啟動成功，順利地帶滿負荷，未出現任何異常現象。這樣，就證實了上述關于大軸進油引起轉子熱彎曲造成振動的分析與判斷是完全正確的，符合客觀規律。

由于大軸進油的通道未切斷，所以運行一段時間，隨著開停次數增加，機組還會出現振動。后來的事實證實了這一點。因此，徹底的處理方法是切斷大軸進油通道，杜絕進油。經與制造廠聯系并取得同意，利用小修機會，將大軸后端悶頭上的Φ5小孔焊死，從此振動就不再發生了。

5 結束語

汽輪機在運行過程中不僅要承受汽流的作用力和葉輪本身離心力所引起的應力，而且還承受由溫度差所引起的熱應力等多種作用力。因此汽輪機的振動在所難免，要獲得正確的振動故障的診斷，首先要認識機組振動的特征規律，輔以搜集的振動數據和測試結果，進行仔細的分析和推理，才能對汽輪機的振動故障做出明確的選擇。

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