汽轮机转子大轴弯曲计算方法探讨

王东东

摘 要：火力发电厂最重要的三大主力设备：锅炉、汽轮机和发电机，其中汽轮机起到中间的衔接作用，接收锅炉产生的高压高温蒸汽，冲动汽轮机转子运转，从而带动发电机进行发电。作为衔接的汽轮机内部最重要的便是汽轮机转子，因此转子的检查就尤为重要。

本片论文综述了汽轮机转子检查的一个重要指标：汽轮机转子大轴弯曲检查。

关键词：汽轮机，转子，大轴弯曲，检查

1绪论

1.1汽轮机简介

汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动能机械，主要用作发电机的原动机。

汽轮机起源于公元1世纪，当时的汽转球，是最啊哦的反动式汽轮机雏形，目前世界各国都在进行大容量、高参数汽轮机的研究和开发。

中国汽轮机发展起步比较晚。1955年上海汽轮机厂制造出第一台6MW汽轮机。1964年哈尔滨汽轮机厂第一台100MW机组在高井电厂投入运行；1972年第一台200MW汽轮机在朝阳电厂投入运行；1974年第一台300MW机组在望亭电厂投入运行；1987年采用引进技术生产的300MW机组在石横电厂投入运行；1989年采用引进技术生产的600MW机组在平圩电厂投入运行；2000年从俄罗斯引进两台超临界800MW机组在绥中电厂投入运行。

1.2汽轮机转子概括

汽轮机是由转动部分和静止部分组成。转动部分包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等；静止部分包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。

针对安装过程中对转子要进行相应的检查，包括转子外观、转子轴径不柱度和椭圆度、转子端面飘偏以及转子大轴弯曲等等，转子大轴弯曲是汽轮发电机机组恶性事故中最为突出的事故，必须引起足够重视。特别是大容器量汽轮机由于缸内结构复杂，使得汽缸的热膨胀和热变形变得复杂，增大了汽轮机大轴弯曲的可能性。因此安装过程中对转子大轴弯曲测量尤为重要。

2转子大轴弯曲

2.1汽轮机大轴弯曲原因

（1）通流部分产生动静摩擦，使转子本身局部过热。此时摩擦部分的屈服极限τ降低，并且局部过热产生的热膨胀在周伟材料的限制下会产生极大的应力τ1，当时τ1>τ，会发生塑性变形，当转子温度逐渐均匀后，此部位会呈现凹面，即永久性变形。

（2）汽缸内部进去冷气或冷水。当因某种原因发生此现象时，转子和汽缸会因为上下缸温差过大，产生很大的热变形，造成汽轮机转子大轴弯曲，甚至会导致盘车中断使其变成永久性变形。

（3）汽轮机转子在生产过程中由于某种原因使其内部存在较大的内应力。转子在一定的环境下运行一段时间，其内应力会逐渐的释放出来，从而导致转子变形弯曲。

（4）转子上部件偏斜、卡涩和产生相对位移；汽轮机震动强力等原因使部件与转子发生位移，均可以使转子变形弯曲。

（5）运行人员在机组启动或运行中由于未严格执行规程规定的启动条件、紧急停机规定等，硬撑硬顶也会造成大轴弯曲。

2.2防止安装过程中汽轮机大轴弯曲措施

（1）记录转子原始弯曲的最大晃度值，最大转子大轴弯曲点的轴向位移和相位。

（2）记录转子的轴向通流间隙和径向通流间隙数据。

（3）记录汽轮发电机组启动运行情况下各轴的振动值。

（4）记录投盘车时电流和电压的摆动值。

（5）记录正常停机使转子的惰走曲线和紧急破坏真空使机组停机的惰走曲线。

（6）记录在停机以后缸体主要部件的温度下降曲线。

这些记录要在机组安装和调试过程中进行，并且在投运后要对其进行核对、修正。

2.3汽轮机大轴弯曲的计算方法

针对汽轮机大轴弯曲的计算方法网络上有很多种不同的算法，本论文大轴弯曲计算是将转子平均取八个方位（00、400、900、1350、1800、2250、2700、3150、3600），在某一时间段、转子的某一方位架设多个百分表，百分表调零后对转子进行均速盘动，记录八个方位的百分表读数，得到八组数据，然后对角相减得四组数据，画出其曲线图，若百分表足够多即可得出同一方位的无穷多个数据，那么就可以画出此方位转子大轴的弯曲变化情况，其对角偏离零位的两个绝对值最大点相加，（例如00-1800）：

取四组数据最大值，即汽轮机转子大轴最大弯曲值。

3转子大轴弯曲计算

3.1转子大轴弯曲基本要求

根据DL 5190.3-2012 《电力建设施工技术规范 第3部分-汽轮发电机组》规定：六级以上的套装叶轮转子中部的最大弯曲度差值应小于0.06mm。

3.2转子大轴弯曲计算过程

本工程为北京XX区域能源中心项目，汽轮发电机组型号，

下面以汽轮机低压转子为例进行转子大轴弯曲计算。

（1）原始记录数据

测量时间：2017-04-15下午（16：00）气温：31°C状态：0°朝下

（2）将转子平均取八个方位，并架设百分表，如图1所示：

（3）转子进行均速盘动，记录八个方位的百分表读数，见表1。

（5）画出转子大轴弯曲曲线图

（6）由（5）转子大轴弯曲曲线图可以算出：（单位：0.01mm）

因此低压转子大轴弯曲为4.5，朝0°方向弯曲。

（7）结论

因为 ，所以此汽轮机低压转子符合技术规范，满足安装要求。

4结束语

汽轮机大轴弯曲是导致汽轮机恶性事故最典型的一种现象，破坏性极其严重，因此对汽轮机转子进行安装前檢查是尤为重要的，对不合格的设备要进行确认，严重的返厂处理，在运行过程中，操作人员更要掌握安装过程中的基础技术资料，做好基础技术工作，更重要的是在操作过程中不要误操作，这样才可以有效的预防转子大轴弯曲。

参考文献：

[1]姚磊. 汽轮机系统简介.

[2]宋涛.汽轮机转子发生永久性弯曲事故的原因及预防.山东电力科学研究院. 250021

[3]范幼林，崔育奎，闫子政.电力建设施工技术规范 第3部分-汽轮发电机组.国家能源局.DL 5190.3-2012