探究汽轮机转子弯曲原因分析及预控措施

探究汽轮机转子弯曲原因分析及预控措施
摘要：汽轮机转子是关键的核心部件，在汽轮机运行中经常会出现转子弯曲的
现象，增大了汽轮机的振动频率，甚至造成汽轮机无法使用的情况，一旦停运检
修将会延长工期并增加检修成本。

当转子弯曲严重时，如无法及时解决转子的直
轴与配重问题还会导致永久性弯曲，对转子造成无法挽救的损伤。

关键词：汽轮机；转子弯曲；预控
1 转子弯曲分类与原理
1.1 分类
通常转子弯曲分为三种情况，分别是热弹性弯曲、临时性弯曲、以及永久性弯曲。

其中
热弹性弯曲的含义是，当转子受到静态径向载荷时，载荷尚未大于转子自身的屈服强度就会
出现热弹性弯曲的情况。

临时弯曲主要是由于转子表面受热不均匀或材料的热属性较差造成的。

永久性弯曲是指转子受到某些因素的影响，转子的部分应力超越自身屈服强度，从而发
生了严重的变形现象，需通过先进的科学技术才能恢复原状。

1.2 机理
当机组停止工作时，由于汽缸的温度较高，一旦没有及时进行系统隔离就会使部分水分
进入其中，在汽缸内部将会形成较大的温度差异、产生变形的情况，逐渐减小汽轮机轴封之
间的间隙甚至是消失不见，对转子的运行情况产生影响。

通常情况下温度是引起转子弯曲的
主要因素，汽轮机不论是在启动阶段还是终止阶段转子都会出现不同的温度变化，从而使内
外部的应力也出现不同变化，导致温度应力出现变形现象。

当汽轮机结束运行后机械也停止运行，转子自身的温度逐渐降低，在汽轮机的表面和内
部会形成一定的温差使转子慢慢冷却，在温度分层过程中，在转子表面会形成从上到下的温
度梯度使转子出现差异情况，对于下部而言上部要更加膨胀，如果转子出现向上的趋势就会
导致临时弯曲的现象，从而消除转子自身的重力载荷作用，同时转子的上部也会产生压力，
上部和下部分别受到不同的作用力。

当汽缸和转子触碰时，由于约束力的作用下将会加快转
子的膨胀现象，转子无法通过自身的移动方式减轻负面影响，加大上部和下部的轴向作用力、转子的轴向应力与自重应力及产生的温度梯度，三者之间产生了约束热应力，一旦热应力受
力不均匀，就会产生变形现象。

2 汽轮机转子弯曲原因分析
汽轮机在长期运行中振动过大，转子长期处于高温高压的环境下，受到反复的振动影响，容易造成永久性弯曲变形，从而导致转子弯曲现象；第二，汽轮机紧急停机后不能盘车，由
于不及时进行人工盘车将会导致转子弯曲现象，其中包括汽轮机断油烧瓦、油泵启动失误、
部件脱落出现强烈的振动现象，以及汽轮机出现氢爆紧急停机状况，导致不能一直盘车等，
严重时还会不能进行直轴，从而造成转子永久性弯曲的情况；第三，在机组运行过程中，不
论是检修后启动还是正常启动时，主要有三种因素容易引起汽轮机的振动，分别是调整检修
安装间隙，以及转子中心与启动操作等原因，严重时还会造成冲转失败，由于冲转时的振动
较大，经常造成部件出现磨损情况，使转子产生热弯曲现象，当振动符合跳闸要求时，可能
会增大振动。

3 汽轮机转子弯曲的预控措施
3.1 汽轮机启动前
针对汽轮机转子弯曲的问题，以下列举了汽轮机转子弯曲的预控措施：第一，对汽轮机
的操作人员严格要求，需掌握有关于转子弯曲的知识，其中包括转子弯曲的最大晃动范围、
正常状态下盘车的电流摆动范围与具体数值、正常停机和突然破坏真空时汽轮机转子的惰走
时间、以及汽轮机在通流时轴向与径向的间隙，建议在停机时保存相关的数据进行备案；第二，需要提前制定安全的措施，其中包括汽轮机系统、对设备合理的改造，以及汽轮机运行
时重要操作实验，经过相关的管理部门允许后才可以开始进行。

第三，在汽轮机运行前，要先对大轴晃动的绝对值进行测量，判断能否开始启动，严格
按照相关的标准进行，一旦发现不符合条件时则禁止启动，当遇到特殊情况时还需请示相关
部门领导；第四，在启动前汽轮机必须正常盘车超过4小时，如出现中断情况还需重新计时；第五，在启动汽轮机前需严格进行保护试验，检查各个疏水门开关的紧密性与灵活性，确保
疏水门畅通无阻的开启。

3.2 汽轮机正常运行时
汽轮机正常运行时需注意以下几点：当打开各个疏水系统时，凝结器的水位需控制在700～900mm，低于扩容器下面到疏水管位置禁止扩容器起压，对减温水的压力需要控制在
超过1.5MPa；当汽轮机停机后操作人员需进行详细检查，其中包括凝结器的补水阀门、断开调节门与电动门的电源、检查高旁减温水阀门的紧密性，当发现未关严时及时打开高旁后疏
水门；当缸温大于150度需停止连续盘车时需要上报相关的部门主管，获得批准后做好人工
盘车的准备才可停运；需定期检查汽轮机的盘车装置，其中包括行程开关和指示灯的状态，
以及紧固各个压力开关的接线，避免造成接触不良的现象，导致在危机状态时无法正常进行
盘车装置。

在机组正常运行中，还需对轴承振动有较高的要求，轴承振动控制范围在≤0.03mm，而
相对轴振动的控制范围在≤0.08mm，一旦超过范围就需要进行相应的消除，当相对轴振
动>0.25mm时需立刻打闸停机，及时查明原因进行消除，而当相对轴振动突然出现剧烈的变化、达到报警值的100%，也需立刻打闸停机；在机组运行出现事故处理时需加强水位监视，当主、再热汽温突然剧烈的下降，下降到50℃/min时还需使其恢复正常，一旦达到
100℃/min时并出现水冲击情况还需紧急停机；当机组正常工作时需定期进行主汽门和调门
的试验，确保遇到突发事件时能正常运行，同时还需禁止运行加水位，确保其正常工作；在
汽轮机正常运行时还需及时检查汽轮机的轴承和发电机氢系统，以及高温部件附近区域的油
系统；在汽轮机热态状况下最好不要进行查漏试验，如必须进行时则需进行隔离，在锅炉侧
面进出口安装堵板，确保汽轮机的汽门和高排逆止门符合相关规定关闭到位。

3.3 汽轮机停机后
当汽轮机停机后需注意以下几点：工作人员在停机时需做好现场准备，如出现盘车无法
顺利进行时需及时处理，避免由于时间过长导致出现转子弯曲的现象；如发现停机后汽缸的
温度较高且蒸汽管道尚未进行疏放水时，需禁止打开高中压的主汽门，避免汽缸中进入冷水
和冷气，导致出现转子弯曲的现象。

在汽轮机启动送轴封汽时还需仔细确认盘车的运行情况，确保先送轴封后才可进行抽真空的工作，还需保证注意轴封气与金属的温度；当停机后进行
锅炉水压实验时，还需打开自动主汽门前和各个疏水门。

值得注意的是，当处于热态情况时
不能进行锅炉水压试验。

当汽轮机停机后，还需关闭隔离门与电动门并断开其电源，对于喷水阀门出现内漏的机组，在打闸后锅炉内还需加入水，进行补水工作开始前还需关闭相关的喷水阀门，监督汽机
侧高压缸排汽管道的上下壁温是否处于正常状态；当汽轮机停机后，汽缸温度最大值大于100℃时不能对真空系统灌水进行查漏，当出现特殊情况必须要进行灌水时需采取合理措施，关闭导气管疏水门、保证冷气和冷水不会进入导气管才可开始灌水；在停机后进行停运凝泵
前还需及时疏通系统内的水，当排汽温度保持平稳后才可开始停运凝泵。

汽轮机的转子在运行中至关重要，防止转子出现弯曲现象是所有工作人员的重要研究课题，需要不断的提高技术水平，及时诊断现场故障并采取有效预控措施，为汽轮机的运行提供可靠的基础，需采用科学合理的技术手段，严格按照汽轮机的相关标准执行，保持现场操作规范性与准确性，避免出现转子弯曲现象，从而提高汽轮机的安全性与可靠性。

参考文献：
[1]郑淑华.汽轮机转子弯曲原因分析及预控措施[J].现代制造技术与装备，2019，7.
[2]刘谢.汽轮机转子弯曲原因分析及预控措施[J].设备管理与维修，2019，6.。