汽轮机大轴弯曲的原因及预防措施研究

林燕彬 方友锡 谢仁辉

摘 要：汽轮机大轴弯曲一直被列入二十五项反措之一，是典型的汽轮机恶性事故。本文针对汽轮机转子大轴弯曲事故频发的现状，主要介绍了火力电厂汽轮机大轴弯曲的表现及形成的主要原因，并提出了防止转子大轴弯曲的预防措施。

关键词：汽轮机；转子大轴；防止措施

1 引言

汽轮机大轴弯曲和严重超速、轴系断裂事故一样， 是火力发电厂汽轮机组恶性事故中最为突出的一种。对火力发电厂安全生产、经济运行构成重大危害， 给企业造成巨大损失。汽轮机大轴弯曲是汽轮发电机组恶性事故中最为突出的事故，必须引起足够重视。特别是大容量汽轮机由于缸体结构复杂，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危险性。

2 汽轮机大轴弯曲的原因

造成转子弯曲的原因多而复杂，针对目前汽轮发电机在运行中已发生的弯曲事故，我们对产生大轴弯曲的原因经过全面分析，汽轮机转子产生弯曲原因的主要有以下几种：

2.1 动静摩擦

汽轮机转子振动，通流部分动静间隙消失产生摩擦引起轉子永久性弯曲。间隙的消失可能是启动过程中转子受热不均匀引起热弯曲或者自身不平衡产生振动，也可能是汽缸受热不均，上下缸温差大，引起汽缸热变形或拱背弯曲。当转速低于一阶临界转速时，大轴的弯曲方向与转子不平衡离心力的作用方向一致，振动就会急剧增大，同时转子的挠度是随转速升高而增大的，大轴表面轴套与汽封齿相磨，造成局部发热，转子摩擦部位的热应力超过转子材料屈服极限时，使产生塑性变形。

2.2 汽缸进水或冷汽

冷汽冷水进入汽缸，汽缸和转子由于上下缸温差过大而产生很大的热变形。转子热应力超过转子材料屈服极限，造成大轴弯曲。如果在盘车状态下进冷汽冷水，造成盘车中断，将加速大轴弯曲，严重时将使大轴永久弯曲。高温转子下半部分浸泡在水中，受到冷却，转子表面急剧冷却收缩，产生弯曲，轴封间隙消失，转子无法转动，盘车被迫停止，转子冷却部位为凹面，冷却部位热应力超过屈服应力极限，产生拉伸塑性变形。

2.3 运行条件及操作不当影响大轴弯曲

（1）大轴弯曲事故多发生在极热态启动时，由于热态启动时，汽缸及转子在停机后冷却过程中，不可能绝对均匀，汽缸有上下温差，转子有一定热弯曲。若操作不当，使汽轮机进了冷气水，则会使气缸产生大变形，汽封位置及间隙将发生改变，从而引起碰摩发生大轴弯曲事故。

（2）转速影响：汽轮机在启动过程中，若发生碰摩，其可能引起的损伤程度与当时的转速高低友有关。

（3）汽机上下缸温差在汽轮机启停及低负荷时，汽缸上下因外界条件不同，下缸与很多管道相连，散热面积大，保温困难，加上空气流动时与冷空气相接触，汽缸易上弯曲，汽封下部间隙变小，此时冲转，易造成大轴弯曲。

（4）运行人员没有按照规程规定投入盘车，运行监视不足或其它原因造成汽轮机漏入高温蒸汽或冷汽、冷水。

2.4 热工仪表误指示

胀差、轴弯曲、振动、汽缸膨胀，轴向位移及金属温度计等工作异常，导致了运行人员判断的失误。

3 防止汽轮机发生大轴弯曲的技术措施

3.1 在启停机过程中

（1）在启、停及正常运行过程中监视汽轮机上、下缸温差正常；（2）首次启动过程中，应适当延长暖机时间，以利于全面检查，并避免潮湿的保温造成汽缸 表面受热不均而变形；（3）汽轮机的监测仪表如转速表、偏心、振动表、汽缸金属温度表、轴向位移表、差 胀表等必须齐全、完好、准确、可靠；（4）冲转前，偏心、盘车必须符合条件，否则禁止启动；（5）专人监测振动，严禁在临界转速下停留；（6）疏水系统应保证疏水畅通；（7）机组在启、停和变工况运行时，应按规定和技术指标控制参数平缓变化；（8）维持高、低压加热器及除氧器的水位正常，且水位高值报警及联锁保护正常，各抽汽逆止门、危急疏水门应正常；（9）防止各级喷水减温阀门不严导致减温水进入蒸汽管道；（10）防止凝汽器满水进入汽缸；（11）停机后转子惰走阶段，真空未到零之前，不允许停止轴封供汽，防止冷气进入汽缸；（12）停机时，惰走时间比正常值明显减少时，应查明原因并采取相应的处理措施。

3.2 正常运行中

（1）汽轮机变工况时，加强状态监视，控制各参数在规定范围；（2）主蒸汽、再热蒸汽温度下降，应及时联系锅炉恢复正常，并按规定减负荷，开启各级疏水；（3）如果10分钟内急剧下降50℃，应紧急故障停机；（4）汽轮机因主再热蒸汽引起发生水冲击时严禁采用主、再热蒸汽向轴封供汽；（5）凝结器、除氧器，各高低压加热器水位正常；（6）低负荷运行时，防投入再热器减温水引起再热蒸汽带水；（7）甩负荷、炉熄火后应及时切断主再热蒸汽减温水门，防止主再热蒸汽温度急降；（8）定期活动各主汽门、高中压调门、各抽汽逆止门，保证其可靠，定期试验热工报警信号正常，各监视仪表正常，有缺陷及时联系检修处理；（9）加强设备巡查，对通流部分异音应加强监视分析，防止动静摩擦造成大轴弯曲；（10）加强润滑油温、油压、油位监视，防止断油烧瓦造成大轴弯曲；（11）切换冷油器小心细致，加强轴向位移、胀差、推力瓦温度、轴瓦温度及回油温度监视。

3.3 汽轮机停机后

（1）汽轮机转子静止后应立即投入连续盘车，如盘车无法投入或中断时应进行手动盘车，重新投入盘车前应检查大轴偏心正常方可进行；（2）汽轮机大轴挠曲度超过规定值、盘车电流摆动大时不得强行盘车；（3）停机后至高压内上缸温度低于150℃时方可停用盘车；（4）停机后应对汽轮机本体进行充分疏水，可靠的隔离所有可能倒入蒸汽和冷汽冷水的系统；（5）停机后仍应严格监视除氧器、凝汽器、各加热器水位，检查关严各抽气电动门、逆止门；（6）滑参数停机解列后不得进行超速试验。

4 结论

随着大型机组向着高性能、高效率、高参数发展，防止大轴弯曲问题是一个刻不容缓的重大研究课题。由于发生事故的复杂性和突然性，该故障既可能由许多其它故障造成，例如：质量不平衡，热弯曲，轴系不对中，以及油膜、密封涡动等所引起，又往往是其它故障的诱发因素，造成转子振动增大、磨损、转轴永久热弯曲。所以难以作出全面的描述和总结。所以，一方面，理论方面的研究应该继续深入，另一方面是通过本文的论述，着重研究如何避免大轴产生弯曲事故及在发生事故后的应急处理措施，为现场故障诊断和处理决策提供参考。

参考文献

[1]田丰，卢华伦.大型机组汽轮机大轴弯曲原因分析及防弯措施探讨[J].热力透平.2005（02）

[2]周琳.预防汽轮机大轴弯曲及常规处理要领[J].东方汽轮机.2011（03）

[3]王寓文.淺谈汽轮机大轴弯曲事故的预防[J].内蒙古石油化工，2012，（09）：68-70.

[4]吴庆生.汽轮机大轴弯曲诊断及其防范措施探讨[J].电力科学与工程，2006，（02）：71-75+78.