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[摘 要]简单介绍了我公司汽轮发电机组的基本情况，阐述了汽轮机大轴弯曲对汽轮机安全经济运行的危害，针对汽轮机大轴弯曲的问题，从各个方面进行分析，找出大轴弯曲的原因，并提出相应的事故处理及预防措施。
[关键词]汽轮机；大轴弯曲；原因；现象；处理
中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0042-01
汽轮机是火力发电厂的主要设备之一，其利用锅炉来的蒸汽热能转化为转子的机械能，从而带动发电机发电，完成燃料的化学能到电能的转变。我公司选用的2×135MW汽轮机是上海汽轮机厂制造的超高压、一次中间再热、单轴、双缸双排汽反动式凝汽式机组，其特点是高中压汽缸合缸布置，蒸汽流向反向布置，高中压转子合用一根大轴，为双流结构，为平衡轴向推力，高压与中压反流布置，转子支撑于1#、2#径向轴承上；低压缸为径向扩压双排汽结构，低压转子为双流对称结构，保证了通流部分的推力平衡，低压转子支撑于2#、3#径向轴承上，高中压转子通过刚性联轴器连接。
汽轮机大轴弯曲事故，一直是汽轮发电机组恶性事故中最为突出的一种，在国家电力生产25项重大事故中就有防止大轴弯曲事故。这种事故多数发生在高压、大容量、高参数的汽轮机中。一旦大轴发生弯曲，轻者汽轮机振动增大、动静部分摩擦，重者发生大轴断裂，轴瓦烧瓦事故。它不仅增加机组的非计划停运时间、耗用相当多的检修费用，而且还可能对人身设备造成很大的伤害，是火力发电厂绝对不愿发生的事。因此无论在运行还是在平时操作时，都要避免发生大轴弯曲事故。
汽轮机大轴弯曲的现象：
（1） 汽轮机多个轴承发生异常振动，轴承箱晃动；
（2） 轴端汽封冒火花或形成火环；
（3） 停机后转子惰走时间明显缩短；
（4） 停机后盘车投不上或盘车电流较正常值大，且周期性变化；
（5） 停机后大轴偏心值大。
大轴弯曲通常分为热弹性弯曲和永久性弯曲。热弹性弯曲即热弯曲，是指转子内部温度不均匀，转子受热或受冷后膨胀不均或受阻造成转子的弯曲，这时转子所受热应力未超过材料在该温度下的屈服极限。所以，通过延长盘车时间，当转子内部温度均匀后，这种弯曲会自行消失，恢复正常。永久弯曲则不同，转子局部受到急剧加热或冷却，产生非常大的热冲击，而受热部位膨胀受到约束，产生很大的热应力，其应力值超过转子材料在该温度下的屈服极限，使转子局部产生压缩性变形，当转子温度均匀后，该部位将有残余拉应力，塑性变形并不消失，造成转子的永久弯曲。汽轮机大轴弯曲的原因是多方面的，在运行中造成的大轴弯曲主要有几种情况：
（1）启动时上下缸温差大。启动前，由于上下缸保温条件不同、质量不同，疏水条件不同，造成上汽缸比下汽缸温度高，大轴存在暂时热弯曲。机组强行启动引起强烈震动，使得动静间隙消失，引起动静部分发生摩擦，从而使摩擦部分的转子局部过热。由于转子的局部过热，使过热部分的金属膨胀受到周围材质的约束，从而产生压缩应力。如果这种压缩应力超过了材料的屈服极限，就将产生塑性变形。在转子冷却以后，摩擦的局部材料受冷变短，故又受到残余拉应力的作用，从而造成大轴弯曲变形。当转速低于第一临界转速时，大轴的弯曲方向和转子不平衡离心力的方向基本一致，所以往往产生越摩越弯，越弯越摩的恶性循环，以致使大轴产生永久弯曲。当转子转速大于第一临界转速时，大轴的弯曲方向和转子的离心力方向趋于相反，故又摩擦面自动脱离接触的趋向，所以高速时，引起大轴弯曲的危害性比低速时要小得多。大轴永久弯曲后，往往可以发现在事故过程中，转子热弯曲的高位恰好是永久弯曲后的低位，其间有180°的相位差，这也说明了因热弯曲摩擦而发热的部位，恰好是受周围温度低的金属挤压产生塑性变形的部位。
（2）气缸进冷水冷气。停机后在气缸温度较高时，操作不当会使冷水冷气进入气缸造成大轴弯曲。因为高温状态的转子，下侧接触到冷水时，会产生局部骤然冷却，这时转子将出现很大的上下温差，产生热变形。气缸和转子的热变形将很快使盘车中断，转子被冷却的局部在材料收缩时，因受到周围温度较高的材料的约束，从而产生很大的拉应力，造成大轴弯曲。
（3）轴封供汽操作不当。当汽轮机热态启动使用高温轴封蒸汽时，轴封蒸汽系统必须充分暖管，否则疏水将被带入轴封内，致使轴封体不对称地冷却，大轴产生热弯曲。
（4）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。
（5）停机后及抽真空时盘车装置不正常，未能及时投入。
（6）转子的原材料存在过大的内应力或转子自身不平衡，在较高的工作温度下经过一段时间的运行以后，内应力逐渐得到释放，从而使转子弯曲变形。
（7）轴瓦或推力瓦磨损，使轴系轴心不一致造成动静摩擦产生弯曲事故。
运行中大轴弯曲的处理：
（1） 机组出现轴承异常振动尤其是多个轴承异常振动时，应立即查找原因汇报值长，设法消除振动。
（2） 机组振动达到停机值或轴封冒火花时，应立即破坏真空紧急停机。
（3） 停机后立即投入盘车运行，开启汽机本体所有疏水，严密监视上、下缸温差及盘车电流、偏心值等参数，严防冷水、冷气进入汽轮机，将汽轮机与外界系统可靠隔离。
（4） 停机后，若轴封摩擦严重，应将转子高点置于最高位置，采取闷缸处理，关闭汽缸疏水，保持上、下缸温差、监视转子弯曲度正常后，再手动盘车180°，以确认转子弯曲度正常，投入连续盘车。当盘车盘不动时，严禁用吊车强行盘车。
（5） 停机后因盘车故障暂时不能投用，应监视转子弯曲度的变化情况，当弯曲度较大时，应采用定时手动盘车180°，待盘车正常后及时投入连续盘车。当盘车电机过流、汽缸上下温差超过规定或听到有明显的金属摩擦声应停止连续盘车，改为定期盘车。停机6小时内每20分钟盘车180°，6小时后每30分钟盘车180°，12小时后每小时盘车180°，并密切监视TSI偏心表中的数据，认真记录偏心度数值、盘车时间和次数。
（6） 停机后连续盘车不少于2小时，汽机上、下缸温差、盘车电流、转子偏心值达到启动条件，汇报值长方可重新启动，启动时严密监视转子振动、偏心值等参数，发现异常应立即打闸停机。
防止大轴弯曲的技术措施如下：
1）、汽缸应具有良好的保温条件，防止上下缸温差过大；
2）、考虑热状态变化的条件，合理调整汽轮机动静间隙；
3）、主蒸汽管道、旁路系统应有良好的疏水系统，主蒸汽导管和汽缸的级内外疏水符合要求，在机组启停时应充分疏水；
4）、隔板和轴端汽封弧段应有足够的退让间隙；
5）、汽缸各部位温度计齐全可靠；
6）、启动前必须测大轴晃动度，检查上、下汽缸温差，超过规定严禁启动；
7）、热态启动中要严格控制进汽温度和轴封供汽温度，切换轴封汽源时要谨慎，供汽压力要缓慢升高，一定要先送轴封汽再抽真空；
8）、加强振动监视，冲转过程中应严格监视机组振动。中速暖机前轴承振动不超过0.03mm，过临界转速时，当轴承振动超过0.1mm，或相对轴振动超过0.26mm应立即打闸停机。
9）、汽轮机停止后严防汽缸进冷水冷气。
10）、严格监视主、再热蒸汽温度的变化，当汽温在10分钟内下降50℃应打闸停机。
结论
在生产运行尤其是在启停机过程中，应严密监视TSI盘中的数据跟踪数据变化趋势，对大轴弯曲度、机组振动及时对比分析，查找原因，采取措施防止设备损坏事故的发生。
参考文献
[1] 《汽轮机运行》，中国电力出版社，1995年4月.
[2] 《集控运行工》，天津科学技术出版社，2012年9月.
[3] 《济三电力集控运行规程》，2013年8月.
[关键词]汽轮机；大轴弯曲；原因；现象；处理
中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0042-01
汽轮机是火力发电厂的主要设备之一，其利用锅炉来的蒸汽热能转化为转子的机械能，从而带动发电机发电，完成燃料的化学能到电能的转变。我公司选用的2×135MW汽轮机是上海汽轮机厂制造的超高压、一次中间再热、单轴、双缸双排汽反动式凝汽式机组，其特点是高中压汽缸合缸布置，蒸汽流向反向布置，高中压转子合用一根大轴，为双流结构，为平衡轴向推力，高压与中压反流布置，转子支撑于1#、2#径向轴承上；低压缸为径向扩压双排汽结构，低压转子为双流对称结构，保证了通流部分的推力平衡，低压转子支撑于2#、3#径向轴承上，高中压转子通过刚性联轴器连接。
汽轮机大轴弯曲事故，一直是汽轮发电机组恶性事故中最为突出的一种，在国家电力生产25项重大事故中就有防止大轴弯曲事故。这种事故多数发生在高压、大容量、高参数的汽轮机中。一旦大轴发生弯曲，轻者汽轮机振动增大、动静部分摩擦，重者发生大轴断裂，轴瓦烧瓦事故。它不仅增加机组的非计划停运时间、耗用相当多的检修费用，而且还可能对人身设备造成很大的伤害，是火力发电厂绝对不愿发生的事。因此无论在运行还是在平时操作时，都要避免发生大轴弯曲事故。
汽轮机大轴弯曲的现象：
（1） 汽轮机多个轴承发生异常振动，轴承箱晃动；
（2） 轴端汽封冒火花或形成火环；
（3） 停机后转子惰走时间明显缩短；
（4） 停机后盘车投不上或盘车电流较正常值大，且周期性变化；
（5） 停机后大轴偏心值大。
大轴弯曲通常分为热弹性弯曲和永久性弯曲。热弹性弯曲即热弯曲，是指转子内部温度不均匀，转子受热或受冷后膨胀不均或受阻造成转子的弯曲，这时转子所受热应力未超过材料在该温度下的屈服极限。所以，通过延长盘车时间，当转子内部温度均匀后，这种弯曲会自行消失，恢复正常。永久弯曲则不同，转子局部受到急剧加热或冷却，产生非常大的热冲击，而受热部位膨胀受到约束，产生很大的热应力，其应力值超过转子材料在该温度下的屈服极限，使转子局部产生压缩性变形，当转子温度均匀后，该部位将有残余拉应力，塑性变形并不消失，造成转子的永久弯曲。汽轮机大轴弯曲的原因是多方面的，在运行中造成的大轴弯曲主要有几种情况：
（1）启动时上下缸温差大。启动前，由于上下缸保温条件不同、质量不同，疏水条件不同，造成上汽缸比下汽缸温度高，大轴存在暂时热弯曲。机组强行启动引起强烈震动，使得动静间隙消失，引起动静部分发生摩擦，从而使摩擦部分的转子局部过热。由于转子的局部过热，使过热部分的金属膨胀受到周围材质的约束，从而产生压缩应力。如果这种压缩应力超过了材料的屈服极限，就将产生塑性变形。在转子冷却以后，摩擦的局部材料受冷变短，故又受到残余拉应力的作用，从而造成大轴弯曲变形。当转速低于第一临界转速时，大轴的弯曲方向和转子不平衡离心力的方向基本一致，所以往往产生越摩越弯，越弯越摩的恶性循环，以致使大轴产生永久弯曲。当转子转速大于第一临界转速时，大轴的弯曲方向和转子的离心力方向趋于相反，故又摩擦面自动脱离接触的趋向，所以高速时，引起大轴弯曲的危害性比低速时要小得多。大轴永久弯曲后，往往可以发现在事故过程中，转子热弯曲的高位恰好是永久弯曲后的低位，其间有180°的相位差，这也说明了因热弯曲摩擦而发热的部位，恰好是受周围温度低的金属挤压产生塑性变形的部位。
（2）气缸进冷水冷气。停机后在气缸温度较高时，操作不当会使冷水冷气进入气缸造成大轴弯曲。因为高温状态的转子，下侧接触到冷水时，会产生局部骤然冷却，这时转子将出现很大的上下温差，产生热变形。气缸和转子的热变形将很快使盘车中断，转子被冷却的局部在材料收缩时，因受到周围温度较高的材料的约束，从而产生很大的拉应力，造成大轴弯曲。
（3）轴封供汽操作不当。当汽轮机热态启动使用高温轴封蒸汽时，轴封蒸汽系统必须充分暖管，否则疏水将被带入轴封内，致使轴封体不对称地冷却，大轴产生热弯曲。
（4）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。
（5）停机后及抽真空时盘车装置不正常，未能及时投入。
（6）转子的原材料存在过大的内应力或转子自身不平衡，在较高的工作温度下经过一段时间的运行以后，内应力逐渐得到释放，从而使转子弯曲变形。
（7）轴瓦或推力瓦磨损，使轴系轴心不一致造成动静摩擦产生弯曲事故。
运行中大轴弯曲的处理：
（1） 机组出现轴承异常振动尤其是多个轴承异常振动时，应立即查找原因汇报值长，设法消除振动。
（2） 机组振动达到停机值或轴封冒火花时，应立即破坏真空紧急停机。
（3） 停机后立即投入盘车运行，开启汽机本体所有疏水，严密监视上、下缸温差及盘车电流、偏心值等参数，严防冷水、冷气进入汽轮机，将汽轮机与外界系统可靠隔离。
（4） 停机后，若轴封摩擦严重，应将转子高点置于最高位置，采取闷缸处理，关闭汽缸疏水，保持上、下缸温差、监视转子弯曲度正常后，再手动盘车180°，以确认转子弯曲度正常，投入连续盘车。当盘车盘不动时，严禁用吊车强行盘车。
（5） 停机后因盘车故障暂时不能投用，应监视转子弯曲度的变化情况，当弯曲度较大时，应采用定时手动盘车180°，待盘车正常后及时投入连续盘车。当盘车电机过流、汽缸上下温差超过规定或听到有明显的金属摩擦声应停止连续盘车，改为定期盘车。停机6小时内每20分钟盘车180°，6小时后每30分钟盘车180°，12小时后每小时盘车180°，并密切监视TSI偏心表中的数据，认真记录偏心度数值、盘车时间和次数。
（6） 停机后连续盘车不少于2小时，汽机上、下缸温差、盘车电流、转子偏心值达到启动条件，汇报值长方可重新启动，启动时严密监视转子振动、偏心值等参数，发现异常应立即打闸停机。
防止大轴弯曲的技术措施如下：
1）、汽缸应具有良好的保温条件，防止上下缸温差过大；
2）、考虑热状态变化的条件，合理调整汽轮机动静间隙；
3）、主蒸汽管道、旁路系统应有良好的疏水系统，主蒸汽导管和汽缸的级内外疏水符合要求，在机组启停时应充分疏水；
4）、隔板和轴端汽封弧段应有足够的退让间隙；
5）、汽缸各部位温度计齐全可靠；
6）、启动前必须测大轴晃动度，检查上、下汽缸温差，超过规定严禁启动；
7）、热态启动中要严格控制进汽温度和轴封供汽温度，切换轴封汽源时要谨慎，供汽压力要缓慢升高，一定要先送轴封汽再抽真空；
8）、加强振动监视，冲转过程中应严格监视机组振动。中速暖机前轴承振动不超过0.03mm，过临界转速时，当轴承振动超过0.1mm，或相对轴振动超过0.26mm应立即打闸停机。
9）、汽轮机停止后严防汽缸进冷水冷气。
10）、严格监视主、再热蒸汽温度的变化，当汽温在10分钟内下降50℃应打闸停机。
结论
在生产运行尤其是在启停机过程中，应严密监视TSI盘中的数据跟踪数据变化趋势，对大轴弯曲度、机组振动及时对比分析，查找原因，采取措施防止设备损坏事故的发生。
参考文献
[1] 《汽轮机运行》，中国电力出版社，1995年4月.
[2] 《集控运行工》，天津科学技术出版社，2012年9月.
[3] 《济三电力集控运行规程》，2013年8月.