汽輪機大軸彎曲的原因及預防措施研究

林燕彬 方友錫 謝仁輝

摘 要：汽輪機大軸彎曲一直被列入二十五項反措之一，是典型的汽輪機惡性事故。本文針對汽輪機轉子大軸彎曲事故頻發(fā)的現(xiàn)狀，主要介紹了火力電廠汽輪機大軸彎曲的表現(xiàn)及形成的主要原因，并提出了防止轉子大軸彎曲的預防措施。

關鍵詞：汽輪機；轉子大軸；防止措施

1 引言

汽輪機大軸彎曲和嚴重超速、軸系斷裂事故一樣， 是火力發(fā)電廠汽輪機組惡性事故中最為突出的一種。對火力發(fā)電廠安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行構成重大危害， 給企業(yè)造成巨大損失。汽輪機大軸彎曲是汽輪發(fā)電機組惡性事故中最為突出的事故，必須引起足夠重視。特別是大容量汽輪機由于缸體結構復雜，使得汽缸的熱膨脹和熱變形變得復雜，增大了汽輪機大軸彎曲的危險性。

2 汽輪機大軸彎曲的原因

造成轉子彎曲的原因多而復雜，針對目前汽輪發(fā)電機在運行中已發(fā)生的彎曲事故，我們對產(chǎn)生大軸彎曲的原因經(jīng)過全面分析，汽輪機轉子產(chǎn)生彎曲原因的主要有以下幾種：

2.1 動靜摩擦

汽輪機轉子振動，通流部分動靜間隙消失產(chǎn)生摩擦引起轉子永久性彎曲。間隙的消失可能是啟動過程中轉子受熱不均勻引起熱彎曲或者自身不平衡產(chǎn)生振動，也可能是汽缸受熱不均，上下缸溫差大，引起汽缸熱變形或拱背彎曲。當轉速低于一階臨界轉速時，大軸的彎曲方向與轉子不平衡離心力的作用方向一致，振動就會急劇增大，同時轉子的撓度是隨轉速升高而增大的，大軸表面軸套與汽封齒相磨，造成局部發(fā)熱，轉子摩擦部位的熱應力超過轉子材料屈服極限時，使產(chǎn)生塑性變形。

2.2 汽缸進水或冷汽

冷汽冷水進入汽缸，汽缸和轉子由于上下缸溫差過大而產(chǎn)生很大的熱變形。轉子熱應力超過轉子材料屈服極限，造成大軸彎曲。如果在盤車狀態(tài)下進冷汽冷水，造成盤車中斷，將加速大軸彎曲，嚴重時將使大軸永久彎曲。高溫轉子下半部分浸泡在水中，受到冷卻，轉子表面急劇冷卻收縮，產(chǎn)生彎曲，軸封間隙消失，轉子無法轉動，盤車被迫停止，轉子冷卻部位為凹面，冷卻部位熱應力超過屈服應力極限，產(chǎn)生拉伸塑性變形。

2.3 運行條件及操作不當影響大軸彎曲

（1）大軸彎曲事故多發(fā)生在極熱態(tài)啟動時，由于熱態(tài)啟動時，汽缸及轉子在停機后冷卻過程中，不可能絕對均勻，汽缸有上下溫差，轉子有一定熱彎曲。若操作不當，使汽輪機進了冷氣水，則會使氣缸產(chǎn)生大變形，汽封位置及間隙將發(fā)生改變，從而引起碰摩發(fā)生大軸彎曲事故。

（2）轉速影響：汽輪機在啟動過程中，若發(fā)生碰摩，其可能引起的損傷程度與當時的轉速高低友有關。

（3）汽機上下缸溫差在汽輪機啟停及低負荷時，汽缸上下因外界條件不同，下缸與很多管道相連，散熱面積大，保溫困難，加上空氣流動時與冷空氣相接觸，汽缸易上彎曲，汽封下部間隙變小，此時沖轉，易造成大軸彎曲。

（4）運行人員沒有按照規(guī)程規(guī)定投入盤車，運行監(jiān)視不足或其它原因造成汽輪機漏入高溫蒸汽或冷汽、冷水。

2.4 熱工儀表誤指示

脹差、軸彎曲、振動、汽缸膨脹，軸向位移及金屬溫度計等工作異常，導致了運行人員判斷的失誤。

3 防止汽輪機發(fā)生大軸彎曲的技術措施

3.1 在啟停機過程中

（1）在啟、停及正常運行過程中監(jiān)視汽輪機上、下缸溫差正常；（2）首次啟動過程中，應適當延長暖機時間，以利于全面檢查，并避免潮濕的保溫造成汽缸 表面受熱不均而變形；（3）汽輪機的監(jiān)測儀表如轉速表、偏心、振動表、汽缸金屬溫度表、軸向位移表、差 脹表等必須齊全、完好、準確、可靠；（4）沖轉前，偏心、盤車必須符合條件，否則禁止啟動；（5）專人監(jiān)測振動，嚴禁在臨界轉速下停留；（6）疏水系統(tǒng)應保證疏水暢通；（7）機組在啟、停和變工況運行時，應按規(guī)定和技術指標控制參數(shù)平緩變化；（8）維持高、低壓加熱器及除氧器的水位正常，且水位高值報警及聯(lián)鎖保護正常，各抽汽逆止門、危急疏水門應正常；（9）防止各級噴水減溫閥門不嚴導致減溫水進入蒸汽管道；（10）防止凝汽器滿水進入汽缸；（11）停機后轉子惰走階段，真空未到零之前，不允許停止軸封供汽，防止冷氣進入汽缸；（12）停機時，惰走時間比正常值明顯減少時，應查明原因并采取相應的處理措施。

3.2 正常運行中

（1）汽輪機變工況時，加強狀態(tài)監(jiān)視，控制各參數(shù)在規(guī)定范圍；（2）主蒸汽、再熱蒸汽溫度下降，應及時聯(lián)系鍋爐恢復正常，并按規(guī)定減負荷，開啟各級疏水；（3）如果10分鐘內急劇下降50℃，應緊急故障停機；（4）汽輪機因主再熱蒸汽引起發(fā)生水沖擊時嚴禁采用主、再熱蒸汽向軸封供汽；（5）凝結器、除氧器，各高低壓加熱器水位正常；（6）低負荷運行時，防投入再熱器減溫水引起再熱蒸汽帶水；（7）甩負荷、爐熄火后應及時切斷主再熱蒸汽減溫水門，防止主再熱蒸汽溫度急降；（8）定期活動各主汽門、高中壓調門、各抽汽逆止門，保證其可靠，定期試驗熱工報警信號正常，各監(jiān)視儀表正常，有缺陷及時聯(lián)系檢修處理；（9）加強設備巡查，對通流部分異音應加強監(jiān)視分析，防止動靜摩擦造成大軸彎曲；（10）加強潤滑油溫、油壓、油位監(jiān)視，防止斷油燒瓦造成大軸彎曲；（11）切換冷油器小心細致，加強軸向位移、脹差、推力瓦溫度、軸瓦溫度及回油溫度監(jiān)視。

3.3 汽輪機停機后

（1）汽輪機轉子靜止后應立即投入連續(xù)盤車，如盤車無法投入或中斷時應進行手動盤車，重新投入盤車前應檢查大軸偏心正常方可進行；（2）汽輪機大軸撓曲度超過規(guī)定值、盤車電流擺動大時不得強行盤車；（3）停機后至高壓內上缸溫度低于150℃時方可停用盤車；（4）停機后應對汽輪機本體進行充分疏水，可靠的隔離所有可能倒入蒸汽和冷汽冷水的系統(tǒng)；（5）停機后仍應嚴格監(jiān)視除氧器、凝汽器、各加熱器水位，檢查關嚴各抽氣電動門、逆止門；（6）滑參數(shù)停機解列后不得進行超速試驗。

4 結論

隨著大型機組向著高性能、高效率、高參數(shù)發(fā)展，防止大軸彎曲問題是一個刻不容緩的重大研究課題。由于發(fā)生事故的復雜性和突然性，該故障既可能由許多其它故障造成，例如：質量不平衡，熱彎曲，軸系不對中，以及油膜、密封渦動等所引起，又往往是其它故障的誘發(fā)因素，造成轉子振動增大、磨損、轉軸永久熱彎曲。所以難以作出全面的描述和總結。所以，一方面，理論方面的研究應該繼續(xù)深入，另一方面是通過本文的論述，著重研究如何避免大軸產(chǎn)生彎曲事故及在發(fā)生事故后的應急處理措施，為現(xiàn)場故障診斷和處理決策提供參考。

參考文獻

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