汽輪機轉子的熱彎曲問題

王仲平

摘 要：汽輪機轉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

轉子熱彎曲是指轉子在受熱后出現溫度分布不均而發生的變形，這種彎曲變形會導致機組的振動過大，轉子熱彎曲會使得轉子平衡狀態發生變化，所以又叫做熱不平衡。汽輪機轉子彎曲是電廠常見故障，熱態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，而摩擦又會加深轉子的彎曲程度，最終迫使停機。如果不及時處理，可能會產生更加嚴重的后果。要解決汽輪機轉子為何發生會發生熱彎曲，必須要知道轉子熱彎曲的形成原因，轉子發生熱彎曲后會引起什么問題，如何對轉子熱彎曲進行識別，再對已經發生的問題進行處理。

2 轉子形成熱彎曲的原因

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

2.1 轉子制造原因

在制造階段，汽輪機轉子會有均勻材質和不均勻材質兩種情況。當轉子由均勻材質制作時，但是在機加工前沒有將鍛造中產生的巨大的殘余應力進行釋放，這種情況下的轉子會在運行過程中釋放應力，造成轉子彎曲。當制作轉子的材質是不均勻材質時，則相當于轉子各部分膨脹系數都不同，而汽輪機工作的環境溫度很高，使得轉子各部分受熱后產生的膨脹不均勻，會導致汽輪機轉子發生熱彎曲。

2.2 轉子熱不平衡原因

在機組運行過程中，轉子發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不穩的情況，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子熱彎曲問題的發生。

（2）轉子中心孔進油。汽輪機轉子在軸向方向上會有較大的溫差，潤滑油液會在孔內進行熱交換，交換的熱量不同，會造成轉子溫差變大，并隨著轉子溫度的增加而變大，這樣會使得轉子在兩端和中間的溫差變大，出現熱彎曲。轉子中心孔是轉子釋放應力的裝置，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。如果中心孔的進油越來越多，會使得汽輪機轉子的熱彎曲越來越嚴重。

（3）暖機時間不足。汽輪機經過停機和大修等設備停運

后，由于轉子上下缸的溫度有差值，會使轉子發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，會引起汽輪機轉子在啟動時受熱不勻，出現熱不平衡，最終導致轉子熱彎曲問題的發生。因此在汽輪機運行規程中規定汽輪機轉子在沖轉前需連續盤車不小于4小時。

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

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

2.3 轉子受到阻力較大

（1）膨脹受阻。套裝部件和轉軸之間有一定的間隙，套裝部分和轉軸部分會因溫度升高受熱發生膨脹，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生被頂死現象，導致轉子熱彎曲發生。

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

3 汽輪機轉子熱彎曲引起的振動問題

汽輪機轉子在運行時出現的熱彎曲會引起振動。汽輪機轉子的振動幅度會受到機組負荷大小的影響。在機組冷態運行時，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子的振動狀態和是否發生摩擦。但是軸承蓋的振動并不完全是由轉子的熱彎曲和質量偏心決定的，它還與軸承和座的剛度、油膜的剛度及轉速等因素有關。如果汽輪機在轉速很低的情況下運行，這時轉子的離心力就會很小，但是軸承座的剛度很大，若此時轉子有熱彎曲問題發生，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升速，會發生嚴重摩擦，導致轉子熱彎曲更加惡化。

通常情況下，轉子熱彎曲都是暫時發生，在投入一段時間的盤車后，轉子可以恢復到正常狀態，但是如果再次啟動時，由于汽輪機汽封非常小，汽缸內的溫差會引起轉子的熱彎曲，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，可能導致轉子的永久性彎曲。

汽輪機轉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這種情況，如果轉子有熱彎曲，最初幾次啟動可能現象不明顯，幾次啟動后會表現的越來越明顯。endprint

4 轉子彎曲的識別方法

汽輪機轉子熱彎曲的表現形式有很多種，其中包括振動、溫度、壓力和聲音等，只依靠轉子波形、軸心軌跡等手段是很難達到檢測目的。由于對轉子部位的振動分析可以更加準確的確定熱彎曲的部位，因此我們對轉子熱彎曲的監測主要依賴于振動監測，同時結合聽聲音、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分析。

判斷汽輪機轉子是否發生熱彎曲，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測機組振動與負荷、溫

度、壓力、油溫等參數間的變化關系。

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

（3）汽輪機轉子的時域波形是否為正弦波。

（4）轉子軸心軌跡是否為橢圓，是否為正進動方向。

5 處理方法

轉子熱彎曲可能發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）轉子在制造階段由于材質或應力問題引起的熱彎曲，需先進行轉子動平衡試驗，如果多次試驗結果不符合要求，必須更換或者返廠。

（2）轉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，直至轉子恢復正常。在汽輪機啟動階段容易發生因為暖機時間不足、上缸下缸溫度差值很大等原因導致的轉子熱彎曲，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生的轉子熱彎曲，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垢或者銹蝕等問題發生，檢查完畢后打磨處理。如果是動靜摩擦引起的，首先要判斷摩擦發生的部位，然后調整動靜摩擦部位的間隙，再對摩擦部件進行修復。

6 結束語

轉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現總結問題、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。

參考文獻：

[1]魏振全，畢曉峰，閆紹玲.高壓電動機機械振動故障分析與處理方法[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2013（12）.

[2]韓丁.汽輪機非穩定性振動診斷與分析[J].價值工程，2011（30）.

[3]蔣偉康，駱振黃.含橫向裂紋轉子的瞬態振動[J].機械強度，2011（04）.

[4]陳嬰.核電汽輪機的現狀[J].熱力透平，2006，6.

[5]劉路明，靖長財.600MW汽輪機振動故障分析及改進[J].河北電力技術，2012，2.

[6]雷建文，唐文志.汽輪機振動原因分析及處理[J].貴州化工，2013，8.

[7]李剛.電廠汽輪機振動的原因分析及保護措施[J].硅谷，2012，9.endprint