林燕彬 方友錫 謝仁輝

摘 要：汽輪機(jī)大軸彎曲一直被列入二十五項(xiàng)反措之一，是典型的汽輪機(jī)惡性事故。本文針對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)大軸彎曲的表現(xiàn)及形成的主要原因，并提出了防止轉(zhuǎn)子大軸彎曲的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；轉(zhuǎn)子大軸；防止措施

1 引言

汽輪機(jī)大軸彎曲和嚴(yán)重超速、軸系斷裂事故一樣， 是火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組惡性事故中最為突出的一種。對(duì)火力發(fā)電廠安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成重大危害， 給企業(yè)造成巨大損失。汽輪機(jī)大軸彎曲是汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)由于缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得汽缸的熱膨脹和熱變形變得復(fù)雜，增大了汽輪機(jī)大軸彎曲的危險(xiǎn)性。

2 汽輪機(jī)大軸彎曲的原因

造成轉(zhuǎn)子彎曲的原因多而復(fù)雜，針對(duì)目前汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中已發(fā)生的彎曲事故，我們對(duì)產(chǎn)生大軸彎曲的原因經(jīng)過全面分析，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲原因的主要有以下幾種：

2.1 動(dòng)靜摩擦

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)，通流部分動(dòng)靜間隙消失產(chǎn)生摩擦引起轉(zhuǎn)子永久性彎曲。間隙的消失可能是啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子受熱不均勻引起熱彎曲或者自身不平衡產(chǎn)生振動(dòng)，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(dāng)轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，大軸的彎曲方向與轉(zhuǎn)子不平衡離心力的作用方向一致，振動(dòng)就會(huì)急劇增大，同時(shí)轉(zhuǎn)子的撓度是隨轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子摩擦部位的熱應(yīng)力超過轉(zhuǎn)子材料屈服極限時(shí)，使產(chǎn)生塑性變形。

2.2 汽缸進(jìn)水或冷汽

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

2.3 運(yùn)行條件及操作不當(dāng)影響大軸彎曲

（1）大軸彎曲事故多發(fā)生在極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，由于熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，汽缸及轉(zhuǎn)子在停機(jī)后冷卻過程中，不可能絕對(duì)均勻，汽缸有上下溫差，轉(zhuǎn)子有一定熱彎曲。若操作不當(dāng)，使汽輪機(jī)進(jìn)了冷氣水，則會(huì)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(zhuǎn)速影響：汽輪機(jī)在啟動(dòng)過程中，若發(fā)生碰摩，其可能引起的損傷程度與當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)速高低友有關(guān)。

（3）汽機(jī)上下缸溫差在汽輪機(jī)啟停及低負(fù)荷時(shí)，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(dòng)時(shí)與冷空氣相接觸，汽缸易上彎曲，汽封下部間隙變小，此時(shí)沖轉(zhuǎn)，易造成大軸彎曲。

（4）運(yùn)行人員沒有按照規(guī)程規(guī)定投入盤車，運(yùn)行監(jiān)視不足或其它原因造成汽輪機(jī)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(dòng)、汽缸膨脹，軸向位移及金屬溫度計(jì)等工作異常，導(dǎo)致了運(yùn)行人員判斷的失誤。

3 防止汽輪機(jī)發(fā)生大軸彎曲的技術(shù)措施

3.1 在啟停機(jī)過程中

（1）在啟、停及正常運(yùn)行過程中監(jiān)視汽輪機(jī)上、下缸溫差正常；（2）首次啟動(dòng)過程中，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)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(jī)的監(jiān)測(cè)儀表如轉(zhuǎn)速表、偏心、振動(dòng)表、汽缸金屬溫度表、軸向位移表、差 脹表等必須齊全、完好、準(zhǔn)確、可靠；（4）沖轉(zhuǎn)前，偏心、盤車必須符合條件，否則禁止啟動(dòng)；（5）專人監(jiān)測(cè)振動(dòng)，嚴(yán)禁在臨界轉(zhuǎn)速下停留；（6）疏水系統(tǒng)應(yīng)保證疏水暢通；（7）機(jī)組在啟、停和變工況運(yùn)行時(shí)，應(yīng)按規(guī)定和技術(shù)指標(biāo)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(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù)正常，各抽汽逆止門、危急疏水門應(yīng)正常；（9）防止各級(jí)噴水減溫閥門不嚴(yán)導(dǎo)致減溫水進(jìn)入蒸汽管道；（10）防止凝汽器滿水進(jìn)入汽缸；（11）停機(jī)后轉(zhuǎn)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(jìn)入汽缸；（12）停機(jī)時(shí)，惰走時(shí)間比正常值明顯減少時(shí)，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的處理措施。

3.2 正常運(yùn)行中

（1）汽輪機(jī)變工況時(shí)，加強(qiáng)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(yīng)及時(shí)聯(lián)系鍋爐恢復(fù)正常，并按規(guī)定減負(fù)荷，開啟各級(jí)疏水；（3）如果10分鐘內(nèi)急劇下降50℃，應(yīng)緊急故障停機(jī)；（4）汽輪機(jī)因主再熱蒸汽引起發(fā)生水沖擊時(shí)嚴(yán)禁采用主、再熱蒸汽向軸封供汽；（5）凝結(jié)器、除氧器，各高低壓加熱器水位正常；（6）低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，防投入再熱器減溫水引起再熱蒸汽帶水；（7）甩負(fù)荷、爐熄火后應(yīng)及時(shí)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(dòng)各主汽門、高中壓調(diào)門、各抽汽逆止門，保證其可靠，定期試驗(yàn)熱工報(bào)警信號(hào)正常，各監(jiān)視儀表正常，有缺陷及時(shí)聯(lián)系檢修處理；（9）加強(qiáng)設(shè)備巡查，對(duì)通流部分異音應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視分析，防止動(dòng)靜摩擦造成大軸彎曲；（10）加強(qiáng)潤(rùn)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(xì)致，加強(qiáng)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(jī)停機(jī)后

（1）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子靜止后應(yīng)立即投入連續(xù)盤車，如盤車無(wú)法投入或中斷時(shí)應(yīng)進(jìn)行手動(dòng)盤車，重新投入盤車前應(yīng)檢查大軸偏心正常方可進(jìn)行；（2）汽輪機(jī)大軸撓曲度超過規(guī)定值、盤車電流擺動(dòng)大時(shí)不得強(qiáng)行盤車；（3）停機(jī)后至高壓內(nèi)上缸溫度低于150℃時(shí)方可停用盤車；（4）停機(jī)后應(yīng)對(duì)汽輪機(jī)本體進(jìn)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(jī)后仍應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視除氧器、凝汽器、各加熱器水位，檢查關(guān)嚴(yán)各抽氣電動(dòng)門、逆止門；（6）滑參數(shù)停機(jī)解列后不得進(jìn)行超速試驗(yàn)。

4 結(jié)論

隨著大型機(jī)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(gè)刻不容緩的重大研究課題。由于發(fā)生事故的復(fù)雜性和突然性，該故障既可能由許多其它故障造成，例如：質(zhì)量不平衡，熱彎曲，軸系不對(duì)中，以及油膜、密封渦動(dòng)等所引起，又往往是其它故障的誘發(fā)因素，造成轉(zhuǎn)子振動(dòng)增大、磨損、轉(zhuǎn)軸永久熱彎曲。所以難以作出全面的描述和總結(jié)。所以，一方面，理論方面的研究應(yīng)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(yīng)急處理措施，為現(xiàn)場(chǎng)故障診斷和處理決策提供參考。

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