汽輪機轉子大軸彎曲計算方法探討

王東東

摘 要：火力發電廠最重要的三大主力設備：鍋爐、汽輪機和發電機，其中汽輪機起到中間的銜接作用，接收鍋爐產生的高壓高溫蒸汽，沖動汽輪機轉子運轉，從而帶動發電機進行發電。作為銜接的汽輪機內部最重要的便是汽輪機轉子，因此轉子的檢查就尤為重要。

本片論文綜述了汽輪機轉子檢查的一個重要指標：汽輪機轉子大軸彎曲檢查。

關鍵詞：汽輪機，轉子，大軸彎曲，檢查

1緒論

1.1汽輪機簡介

汽輪機是將蒸汽的能量轉換成為機械功的旋轉式動能機械，主要用作發電機的原動機。

汽輪機起源于公元1世紀，當時的汽轉球，是最啊哦的反動式汽輪機雛形，目前世界各國都在進行大容量、高參數汽輪機的研究和開發。

中國汽輪機發展起步比較晚。1955年上海汽輪機廠制造出第一臺6MW汽輪機。1964年哈爾濱汽輪機廠第一臺100MW機組在高井電廠投入運行；1972年第一臺200MW汽輪機在朝陽電廠投入運行；1974年第一臺300MW機組在望亭電廠投入運行；1987年采用引進技術生產的300MW機組在石橫電廠投入運行；1989年采用引進技術生產的600MW機組在平圩電廠投入運行；2000年從俄羅斯引進兩臺超臨界800MW機組在綏中電廠投入運行。

1.2汽輪機轉子概括

汽輪機是由轉動部分和靜止部分組成。轉動部分包括主軸、葉輪、動葉片和聯軸器等；靜止部分包括進汽部分、汽缸、隔板和靜葉柵、汽封及軸承等。

針對安裝過程中對轉子要進行相應的檢查，包括轉子外觀、轉子軸徑不柱度和橢圓度、轉子端面飄偏以及轉子大軸彎曲等等，轉子大軸彎曲是汽輪發電機機組惡性事故中最為突出的事故，必須引起足夠重視。特別是大容器量汽輪機由于缸內結構復雜，使得汽缸的熱膨脹和熱變形變得復雜，增大了汽輪機大軸彎曲的可能性。因此安裝過程中對轉子大軸彎曲測量尤為重要。

2轉子大軸彎曲

2.1汽輪機大軸彎曲原因

（1）通流部分產生動靜摩擦，使轉子本身局部過熱。此時摩擦部分的屈服極限τ降低，并且局部過熱產生的熱膨脹在周偉材料的限制下會產生極大的應力τ1，當時τ1>τ，會發生塑性變形，當轉子溫度逐漸均勻后，此部位會呈現凹面，即永久性變形。

（2）汽缸內部進去冷氣或冷水。當因某種原因發生此現象時，轉子和汽缸會因為上下缸溫差過大，產生很大的熱變形，造成汽輪機轉子大軸彎曲，甚至會導致盤車中斷使其變成永久性變形。

（3）汽輪機轉子在生產過程中由于某種原因使其內部存在較大的內應力。轉子在一定的環境下運行一段時間，其內應力會逐漸的釋放出來，從而導致轉子變形彎曲。

（4）轉子上部件偏斜、卡澀和產生相對位移；汽輪機震動強力等原因使部件與轉子發生位移，均可以使轉子變形彎曲。

（5）運行人員在機組啟動或運行中由于未嚴格執行規程規定的啟動條件、緊急停機規定等，硬撐硬頂也會造成大軸彎曲。

2.2防止安裝過程中汽輪機大軸彎曲措施

（1）記錄轉子原始彎曲的最大晃度值，最大轉子大軸彎曲點的軸向位移和相位。

（2）記錄轉子的軸向通流間隙和徑向通流間隙數據。

（3）記錄汽輪發電機組啟動運行情況下各軸的振動值。

（4）記錄投盤車時電流和電壓的擺動值。

（5）記錄正常停機使轉子的惰走曲線和緊急破壞真空使機組停機的惰走曲線。

（6）記錄在停機以后缸體主要部件的溫度下降曲線。

這些記錄要在機組安裝和調試過程中進行，并且在投運后要對其進行核對、修正。

2.3汽輪機大軸彎曲的計算方法

針對汽輪機大軸彎曲的計算方法網絡上有很多種不同的算法，本論文大軸彎曲計算是將轉子平均取八個方位（00、400、900、1350、1800、2250、2700、3150、3600），在某一時間段、轉子的某一方位架設多個百分表，百分表調零后對轉子進行均速盤動，記錄八個方位的百分表讀數，得到八組數據，然后對角相減得四組數據，畫出其曲線圖，若百分表足夠多即可得出同一方位的無窮多個數據，那么就可以畫出此方位轉子大軸的彎曲變化情況，其對角偏離零位的兩個絕對值最大點相加，（例如00-1800）：

取四組數據最大值，即汽輪機轉子大軸最大彎曲值。

3轉子大軸彎曲計算

3.1轉子大軸彎曲基本要求

根據DL 5190.3-2012 《電力建設施工技術規范 第3部分-汽輪發電機組》規定：六級以上的套裝葉輪轉子中部的最大彎曲度差值應小于0.06mm。

3.2轉子大軸彎曲計算過程

本工程為北京XX區域能源中心項目，汽輪發電機組型號，

下面以汽輪機低壓轉子為例進行轉子大軸彎曲計算。

（1）原始記錄數據

測量時間：2017-04-15下午（16：00）氣溫：31°C狀態：0°朝下

（2）將轉子平均取八個方位，并架設百分表，如圖1所示：

（3）轉子進行均速盤動，記錄八個方位的百分表讀數，見表1。

（5）畫出轉子大軸彎曲曲線圖

（6）由（5）轉子大軸彎曲曲線圖可以算出：（單位：0.01mm）

因此低壓轉子大軸彎曲為4.5，朝0°方向彎曲。

（7）結論

因為 ，所以此汽輪機低壓轉子符合技術規范，滿足安裝要求。

4結束語

汽輪機大軸彎曲是導致汽輪機惡性事故最典型的一種現象，破壞性極其嚴重，因此對汽輪機轉子進行安裝前檢查是尤為重要的，對不合格的設備要進行確認，嚴重的返廠處理，在運行過程中，操作人員更要掌握安裝過程中的基礎技術資料，做好基礎技術工作，更重要的是在操作過程中不要誤操作，這樣才可以有效的預防轉子大軸彎曲。

參考文獻：

[1]姚磊. 汽輪機系統簡介.

[2]宋濤.汽輪機轉子發生永久性彎曲事故的原因及預防.山東電力科學研究院. 250021

[3]范幼林，崔育奎，閆子政.電力建設施工技術規范 第3部分-汽輪發電機組.國家能源局.DL 5190.3-2012