摘要：文章先分析了汽轮机转子产生永久性弯曲问题的原因，随后介绍了汽轮机转子永久性弯曲的检测，最后介绍了汽轮机直轴方法以及适用范围，希望能给相关人士提供有效参考。
关键词：汽轮机转子；永久弯曲；原因分析
引言：汽轮机转子出现永久性弯曲问题属于发电厂中的恶性事故，其不但会导致机组非计划停运时间增加，同时还需要投入大量检修费用，是发电厂极力避免的事件，但因为运行启停过程中出现操作失误、检修、安装、设计等方面的不当措施，导致经常出现汽轮机转子弯曲的问题，严重影响机组的运行稳定性和安全性。
一、汽轮机转子出现永久性弯曲的原因
（一）强烈振动
在实际运行过程中，机组会因为各种原因产生振动，当振动较为强烈时会导致动静部位发生摩擦，使摩擦部位金属温度升高，而摩擦产生的热量主要是顺着转子进行传导的，热量聚集无法散出，会降低材料屈服强度并产生热应力，而热应力过高还会导致转子产生变形问题，朝着摩擦的一侧弯曲凸起，使变形和摩擦问题加重。转子发热区域的金属在温度升高的背景下会朝着四周膨胀，但周围冷金属会在一定程度上抑制该种膨胀问题的出现，最终在发热区域的金属会形成一种压力，在相应的温度状态下，该种压力会进一步超越金属材料屈服点，转子冷却后，便会朝着摩擦区域反方向弯曲，导致出现转子永久性弯曲。如果摩擦部位应力尚未超出其弹性极限，则在转子冷却后依然可以恢复到原来的状态。
（二）对轴封、隔板汽封调整不合理
在检修安装过程中，对轴封、隔板汽封调整操作不够合理，使汽封块的退让间隙不满足基本要求，发生动静摩擦，摩擦部位温度持续升高，转子发生弯曲。因为大汽轮机内的高、中压转子上的汽封齿是通过整体锻造方式直接塑造成型的，汽封齿结实耐磨，所以高、中压轴封、隔板汽封部位间隙不合适会使转子弯曲。部分高中压汽缸和轴承之间主要是通过下缸猫爪搭在轴承箱的方式进行连接的，该种结构条件下，汽封洼窝找正中需要考虑到猫爪温度升高条件下汽封洼窝中心变化特征。
（三）汽缸保温效果较差
如果汽缸保温效果差，则汽轮机启停中，上下缸之间便会产生巨大的温差，大部分情况下，上缸的温度远远超出下缸温度，导致上缸膨胀效果远远超出下缸，使上缸产生拱起现象，这种问题也可以称作是猫拱背。拱背问题出现后，下汽缸的径向间隙减小，产生动静摩擦问题，从而使下汽缸的隔板汽封、围带汽封出现损坏，叶轮偏离正常垂直平面，轴向间隙减小，部分机组停止运行后，增加了盘车的难度。上下缸的最大温差值大都发生于速度级区域，因此上下缸拱背通常也在速度级周围，通常情况下，速度级上下温差值每提高10摄氏度，围带动静间隙便会缩减0.1毫米，隔板汽封间隙降低0.4到0.7毫米，为此规定上下缸之间的温差应该低于50摄氏度。上下缸温差产生的动静摩擦所导致的转子弯曲问题属于一种暂时性弯曲问题，但如果继续产生失误操作，还会使摩擦问题进一步恶化，严重的情况下还会产生永久弯曲问题。
（四）转子热弯曲
汽轮机中的套装叶轮以及其他元件如果出现轴向膨胀间隙不均匀的问题，在轴受热后，还会使膨胀受阻，从而出现一种暂时弯曲问题，该种现象只是在转子达到某种温度后才会产生，但一旦暂时弯曲引发动静摩擦，弯曲加剧还会产生永久性弯曲问题[1]。
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图1 高中压转子弯曲
二、汽轮机转子出现永久性弯曲的检测
（一）不揭缸检修转子弯曲
在检修实践操作过程中，可以在检修记录和机组安装中查到上次的瓢偏值，比如在转子弯曲的条件下，其对推力盘和叶轮的瓢偏值也会相继增加，通过对比分析瓢偏状况，便能够将转子弯曲位置以及弯曲值准确推导出来。比如图1是高中压转子弯曲实例：
通过图1可以得到：ΔOEF≌ΔACD,ΔO1GH≌ΔBCD，
因此 AC/OE
已知量如下：对轮瓢偏变化值EF=ΔX,半径OE=d/2；推力盘瓢偏变化值为GH=ΔY，半径O1G=D/2；
两转子轴颈之间的距离是L=AC+BC。
把已知量代入上述公式解方程便能够得到AC和CD。
通过分析能够发现CD便是最大的转子弯曲值，而最大的弯曲点和A轴承之间的距离是AC。
（二）汽缸内转子弯曲测量和校正
偏心圆法是一种有效判断弯曲数值的办法，利用相关计算机软件，进行精确制图，可以为准确辨别数据真伪提供可靠的参考依据。其相关原理是在转子产生弯曲问题后，几何中心便会进一步偏离正常中心，如果能够发现偏离圆心，并制作出偏心圆，量出偏心值，便可以对弯曲数值和方向进行准确判断，具体操作方法如下：第一是利用传统方式将数值准确测量出来，并绘制记录圆，计算同直径的两侧读数代数差值，并按照同一比例在直径辐射线中进行描点操作。第二是结合代数差点和记录圆的圆心制作偏心圆，明确圆心所在。第三是连接记录圆的圆心O以及偏心圆的圆心O1，并进行延长和偏心圆相交于点M，偏心距O、O1便是横断面的最高弯曲值，而M点则是转子弯曲主要方向。具体实例如下所示：某发电厂中的5号机组高中压转子相关调速级区域的弯曲检测记录圆如图2所示;
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图2 高中压转子调速级区域弯曲测量值
绘制偏心圆，检测O、O1距离，具体如图3所示：
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图3 偏心圆法测量弯曲数值和方向
通过图3判断分析能够发现，测量出来的转子弯曲数值结果正确，除了④点之外，其他各个点都准确分布在偏心圆中。偏心距是0.062毫米，而M最大的弯曲点位置主要是在1、2点之间，接近2点的四分之一位置。
三、汽轮机直轴方法和适用范围
（一）捻打法
捻打法相关技术原理是把主轴的凹面进行朝上设置，并通过锤捻打凹处区域，缩减了金属分子间内聚力，使纤维伸长，实现直轴的目标。该种方法在实际操作过程，经过直轴后，依然存在一定的残余应力，整体稳定性相对较差。捻打法适合发电机转子以及低参数转子，尤其是发电机转子出现弯曲问题后，通过局部加热以及松弛法处理电气绝缘问题十分不合理，为此应该选择捻打法实施相关操作。
（二）局部加热法
局部加热法具体原理即收缩突出区域相关金属纤维，伸长凹入一端的金属纤维，从而实现伸直主轴的目标。为此应该针对轴弯曲的突出部位实施局部加热操作，确保金属纤维能够随着整体温度的提升朝金属周围膨胀，而冷金属纤维还能够有效阻碍膨胀作用，促进加热部位出现金属压应力。在一定温度条件下，该应力还会超出金属屈服点，从金属内部形成一种残余变形的问题。在轴冷却后，便会朝着原弯曲部位反方向弯曲，实现直轴目标。在实际应用过程中，应确保轴的校正稍有过弯，待轴退火处理后，这一弯曲即可消失。
（三）动平衡补偿
除了上述方法外，还可以应用其他方法进行处理。部分产生转子弯曲问题的主要原因是因为生产制造过程中没有科学进行热处理而产生热应力残留所产生的问题，大部分条件下弯曲程度较小，同时在整个转子跨度中进行均匀分布。由于是应力释放所产生的转子弯曲问题，为此应该禁止使用热加工方式实施直轴处理，在发生该种问题后，可以针对较大的转子弯曲区域实施机加工车削操作，随后实施动平衡处理。比如某个发电厂中的2号机组汽轮机高中压转子的进汽平衡环区域附近的弯曲最大值是0.13毫米，针对该种问题采用该种措施进行处理，最后得到了良好的应用效果[2]。
结语：综上所述，通过对汽轮机转子的永久性弯曲问题进行深入探究，能够为后期检修工作进行准确判断提供可靠依据，同时在实际运行、检修过程中能够及时避免更正各种问题的出现。
参考文献
[1]从继庆,荆建平.汽轮机转子碰摩热弯曲动力特性研究[J].动力学与控制学报,2018,16(03):272-280.
[2]姜广政,张学延.发生永久弯曲的某350MW汽轮机转子振动故障治理[J].电站系统工程,2017,33(03):51-52+55.
论文作者:贺雅鑫
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/16
标签：转子论文; 弯曲论文; 汽轮机论文; 偏心论文; 摩擦论文; 永久性论文; 汽缸论文; 《基层建设》2019年第28期论文;