汽轮机转子的热弯曲问题

王仲平

摘 要：汽轮机转子弯曲是一个常见问题，也是一个难点问题，在过去有过大量的研究。引起汽轮机转子弯曲的原因很多，其弯曲问题也变得更加复杂多样。文章阐述了汽轮机转子热弯曲形成原因、引起的振动问题、热弯曲的识别方法和处理办法。

关键词：汽轮机转子；热弯曲；识别；处理

中图分类号：TM311 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）27-0183-02

1 概述

转子热弯曲是指转子在受热后出现温度分布不均而发生的变形，这种弯曲变形会导致机组的振动过大，转子热弯曲会使得转子平衡状态发生变化，所以又叫做热不平衡。汽轮机转子弯曲是电厂常见故障，热态弯曲问题更是由于难以被察觉变的更加复杂。由于汽轮机转子弯曲会导致强烈振动，振动会增加摩擦，而摩擦又会加深转子的弯曲程度，最终迫使停机。如果不及时处理，可能会产生更加严重的后果。要解决汽轮机转子为何发生会发生热弯曲，必须要知道转子热弯曲的形成原因，转子发生热弯曲后会引起什么问题，如何对转子热弯曲进行识别，再对已经发生的问题进行处理。

2 转子形成热弯曲的原因

汽轮机转子的工作介质是高温高压蒸汽，转子在投入励磁电流后就会被加热，正常情况下，转子的温度均匀增加只会使转子长度增加，之所以会造成转子弯曲变形，是由于转子上存在着不均匀对称的因素，这种因素包括材质、温度和受力等方面。经过对大量案例的整理发现，汽轮机转子熱弯曲故障可能出现在机组启动过程中，也可能发生在机组运行过程中。通过分析，转子产生热弯曲的主要原因有转子制造原因、转子热不平衡原因和转子受阻力较大原因三个方面。

2.1 转子制造原因

在制造阶段，汽轮机转子会有均匀材质和不均匀材质两种情况。当转子由均匀材质制作时，但是在机加工前没有将锻造中产生的巨大的残余应力进行释放，这种情况下的转子会在运行过程中释放应力，造成转子弯曲。当制作转子的材质是不均匀材质时，则相当于转子各部分膨胀系数都不同，而汽轮机工作的环境温度很高，使得转子各部分受热后产生的膨胀不均匀，会导致汽轮机转子发生热弯曲。

2.2 转子热不平衡原因

在机组运行过程中，转子发生热弯曲的原因主要有以下五方面。

（1）温差大。汽轮机在启动时会有参数不稳的情况，这时汽缸的上下缸温差会变大，变大的温差会导致汽轮机转子热弯曲问题的发生。

（2）转子中心孔进油。汽轮机转子在轴向方向上会有较大的温差，润滑油液会在孔内进行热交换，交换的热量不同，会造成转子温差变大，并随着转子温度的增加而变大，这样会使得转子在两端和中间的温差变大，出现热弯曲。转子中心孔是转子释放应力的装置，在运行过程中中心孔堵头应严密。如果中心孔堵头不严或者中心孔与外界有孔或者缝隙会造成润滑油进入孔内。如果中心孔的进油越来越多，会使得汽轮机转子的热弯曲越来越严重。

（3）暖机时间不足。汽轮机经过停机和大修等设备停运

后，由于转子上下缸的温度有差值，会使转子发生不同程度的热弯曲，如果停运后再启动时机组暖机时间不足，会引起汽轮机转子在启动时受热不匀，出现热不平衡，最终导致转子热弯曲问题的发生。因此在汽轮机运行规程中规定汽轮机转子在冲转前需连续盘车不小于4小时。

（4）转轴存在漏气。如果汽轮机转轴在轴向方向存在一侧漏气或者是不对称的两侧漏气问题，转轴就会因为漏气部位产生不同程度的被加热或者被冷却，也就是沿轴向方向产生温度差异，这种温差会随着漏气的严重程度而增加，使转子产生热弯曲并加剧弯曲程度，还会导致振动的增大。

（5）转轴套装部件松。汽轮机在运行时，转轴的套装部分和轴之间会有温度差异，如果套装部分变松，转轴就会由产生很大的不均匀温差，导致转子热弯曲发生。

2.3 转子受到阻力较大

（1）膨胀受阻。套装部件和转轴之间有一定的间隙，套装部分和转轴部分会因温度升高受热发生膨胀，但是这两部分温升速率不同，使得这两部分膨胀程度也不同，这就使得这两部分之间的会因间隙变小发生被顶死现象，导致转子热弯曲发生。

（2）静动摩擦。静止部分和转子也存在一定的间隙，当转子与静止部件见间隙变小甚至消失，就会发生动静摩擦，摩擦会使转子和静止部分相互接触处温度升高，导致转子的温度分布不均，转子发生热弯曲。

3 汽轮机转子热弯曲引起的振动问题

汽轮机转子在运行时出现的热弯曲会引起振动。汽轮机转子的振动幅度会受到机组负荷大小的影响。在机组冷态运行时，振动较小，但是随着机组负荷的不断增大，振动幅度也会随之增大，相反，随着机组负荷的减小，振动幅度也会随之减小。

在日常运行过程中，不管是启停过程还是运行过程中，通常通过使用测振仪测量轴承座的振动，使用听针来就地听瓦盖或轴承座里是否有异常声音来判断转子的振动状态和是否发生摩擦。但是轴承盖的振动并不完全是由转子的热弯曲和质量偏心决定的，它还与轴承和座的刚度、油膜的刚度及转速等因素有关。如果汽轮机在转速很低的情况下运行，这时转子的离心力就会很小，但是轴承座的刚度很大，若此时转子有热弯曲问题发生，但是通过测量轴承座的振动值并不大。如果这种情况下继续升速，会发生严重摩擦，导致转子热弯曲更加恶化。

通常情况下，转子热弯曲都是暂时发生，在投入一段时间的盘车后，转子可以恢复到正常状态，但是如果再次启动时，由于汽轮机汽封非常小，汽缸内的温差会引起转子的热弯曲，进而引起振动，随着热弯曲程度的增大，振动的幅度就会更大，如此往复，可能导致转子的永久性弯曲。

汽轮机转子还可能因为水或者油的温度差异造成弯曲，这种弯曲会在几十分钟或者一到两个小时达到极限，在这种情况下使用测振仪测量振动会受到限制。在机组大修后启动时可能会出现这种情况，如果转子有热弯曲，最初几次启动可能现象不明显，几次启动后会表现的越来越明显。endprint

4 转子弯曲的识别方法

汽轮机转子热弯曲的表现形式有很多种，其中包括振动、温度、压力和声音等，只依靠转子波形、轴心轨迹等手段是很难达到检测目的。由于对转子部位的振动分析可以更加准确的确定热弯曲的部位，因此我们对转子热弯曲的监测主要依赖于振动监测，同时结合听声音、测温度、测压力等措施，综合判断找到弯曲部位，并对造成热弯曲的原因进行系统分析。

判斷汽轮机转子是否发生热弯曲，要对下面几方面进行密切观察：

（1）在机组运行过程中要密切监测机组振动与负荷、温

度、压力、油温等参数间的变化关系。

（2）在汽轮机转速增加时，机组振动值是否会随着转速的增加而增大，在增大的同时振动值是否会在某一个转速时出现凹谷。

（3）汽轮机转子的时域波形是否为正弦波。

（4）转子轴心轨迹是否为椭圆，是否为正进动方向。

5 处理方法

转子热弯曲可能发生在机组启停机和运行的各个阶段，并且有多种原因引起，因此对不同状况下的热弯曲就有不同的处理方法。

（1）转子在制造阶段由于材质或应力问题引起的热弯曲，需先进行转子动平衡试验，如果多次试验结果不符合要求，必须更换或者返厂。

（2）转子因热不平衡问题导致的热弯曲，应查明原因处理完毕后再进行动平衡试验，直至转子恢复正常。在汽轮机启动阶段容易发生因为暖机时间不足、上缸下缸温度差值很大等原因导致的转子热弯曲，这时就需要保证足够的暖机时间。如果由于中心孔进油而发生的转子热弯曲，处理时需要打开中心孔放油，再将中心孔堵死保证没有缝隙。如果由于转轴部分存在不均匀分布的漏气而形成的不均匀温差导致的热弯曲，要先确定故障部位，然后对故障处进行处理，并对损坏处修复。

（3）转子受到的大阻力主要是膨胀和摩擦引起的。如果是膨胀受阻引起的，需要检查发生膨胀的部位如叶轮和轮毂或轴上套装部分和周凸起间隙之间是否有结垢或者锈蚀等问题发生，检查完毕后打磨处理。如果是动静摩擦引起的，首先要判断摩擦发生的部位，然后调整动静摩擦部位的间隙，再对摩擦部件进行修复。

6 结束语

转子热弯曲是非常常见的汽轮机事故，对汽轮机的影响也很大，如果不能及时处理往往还会引起其他的故障。我们需要在工作实践中不断的发现总结问题、分析处理问题，具体问题具体分析，确保可以短时有效的解决问题，保证汽轮机的正常运行。

参考文献：

[1]魏振全，毕晓峰，闫绍玲.高压电动机机械振动故障分析与处理方法[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2013（12）.

[2]韩丁.汽轮机非稳定性振动诊断与分析[J].价值工程，2011（30）.

[3]蒋伟康，骆振黄.含横向裂纹转子的瞬态振动[J].机械强度，2011（04）.

[4]陈婴.核电汽轮机的现状[J].热力透平，2006，6.

[5]刘路明，靖长财.600MW汽轮机振动故障分析及改进[J].河北电力技术，2012，2.

[6]雷建文，唐文志.汽轮机振动原因分析及处理[J].贵州化工，2013，8.

[7]李刚.电厂汽轮机振动的原因分析及保护措施[J].硅谷，2012，9.endprint