崔晓春
青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司 山东 青岛 266100
摘要：汽轮机也称蒸汽透平发动机，是能将蒸汽热能转化为机械功的回转式机械，是一种旋转式蒸汽动力装置，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的汽流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。同时，对外做功。在运行过程中，汽轮机转子一方面需要承受汽流的作用力和叶轮本身离心力所引起的应力，另一方面，承受由蒸汽温差所引起的热应力等，检维修或操作不当容易引起汽轮机转子产生弯曲变形。
关键词：汽轮机；转子；弯曲变形；修复
1 转子变形
某化工企业拥有80万吨/年硫酸装置（以下简称装置）2009年配套安装一台B6-3.3/0.6型、6MW背压式汽轮机，用于驱动AV80-4轴流压缩机以提供装置升温、焚硫炉燃烧等生产用气。2019年6月25日，因装置酸泵电机出现故障而使装置停车，装置停车时并未将汽轮机进行停车处理，而是将汽轮机转速从3950转/分钟逐步降至1000转/分钟运行。约3小时后装置恢复开车时同步提高汽轮机转速开车运行，转速提升过程中，发现汽轮机进汽侧、排汽侧转子振动大。机组振动逐步上升，转速提升20分钟时，汽轮机排汽侧和进汽侧振动值升至500μm，于是，于当天22:03分紧急停下汽轮机后盘车。
由于机轮机机组在1000转/分钟状态下运行约3小时未出现振动情况，紧急停车后盘车期间也没有找到振动大的原因，为进一步查找汽轮机振动大的原因，紧急停车30分钟后于22:35分再次冲转汽轮机至500～600转/分钟，此时汽轮机振动在18～51μm，振动值明显高于大修后开车时10～15μm的振动值，为避免汽轮机转子变形，汽轮机在500～600转/分钟运行30分钟后停机进入盘车状态。经技术人员分析，汽轮机在低转速运行时间过长，汽轮机的转子、汽缸膨胀不同步,引起局部动静摩擦,产生振动大，于是，决定将机组盘车3小时后再冲转观察。
汽轮机于6月26日1:55分再次冲转至500转/分钟，振动值在18～51μm，将转速升至1000转/分钟，振动值最高到110μm,3:30分左右振动值降至100μm，机组运行了近1.5小时振动值无降低趋势，决定将转速升速过临界转速作进一步观察，过程中如发现振动超过250μm时，及时停机，避免给机组带来更大的损害。于6月26日3:30分对汽轮机进行提升转速操作，3:35分转速升到1600转/分左右，发现振动值快速上升，进气侧B点轴振动值为480μm左右时，立即按下紧急停车按钮停车，机组停车后随即盘车。在停车过程中，听见汽轮机后轴承方向有金属摩擦声音，声音随即消失，为找到声音发出的位置，在停机过程中，听见后汽封处有汽体往外喷出的声音，用听棒测听没有明显的金属摩擦声，只发现汽轮机轴靠近后轴承座挡汽板处有明显的亮点。
考虑到再继续升速将对汽轮机产生破坏性作用，于是，放弃过临界转速（临界转速1906转/分钟）的计划，停机对汽轮机进行检查。汽轮机盘车冷却至7月1日，拆除汽轮机上盖，吊出转子检查，发现转子及缸体多处擦伤。对转子做低速动平衡检测，发现第6组叶轮围带处弯曲值达到0.55mm，判断转子已产生变形。
2 转子变形原因分析
（1）转子在低转速1000转/分中运行时间过长，运行时蒸汽处于放空状态，蒸汽管道因热膨胀产生的热应力作用于气缸上，使缸体变形、转子产生热变形，汽轮机动静部分的同心度及间隙受到破坏，造成缸体和转子产生动静碰擦、转子局部过热，汽轮机振动加剧，是造成转子产生弯曲变形的直接原因。
（2）操作人员对汽轮机低转速运行时转子产生热变形带来的风险预估不足，汽轮机进汽侧、排汽侧振动大时未停机查找原因并采取有效措施消除振动，而是多次强行冲转汽轮机，从而引起强烈振动，使得汽轮机动静间隙消失，引起转子与静止部分发生摩擦，摩擦部分的转子局部过热，以致使转子产生永久性弯曲变形，这是转子产生弯曲变形的又一直接原因。
（3）装置联锁未按规程投用，管理不完善，设备异常时未起到保护作用，导致了事故进一步扩大，是造成产生弯曲变形的间接原因：汽轮机减转速过程中解除汽轮机振动联锁，在提升转速过临界转速时未投入联锁,导致汽轮机机组振动值超过设定100μm的联锁跳停值时汽轮机未及时联锁停机。
3 转子修复
经联系汽轮机生产厂家，要求将变形转子返该公司检测后才能确定是否具有修复价值。变形转子装车返汽轮机生产厂检测，轴弯曲最大值为0.7mm，汽轮机联轴器端有扭曲，转子材质具备应有的强度，具有修复价值。修复方法为采用加工高点的方法来修复转子，修复时固定两端顶针孔来加工转子高点，并通过对转子做动平衡试验、临界转速试验和超高转速飞锤试验，试验合格后，测量前轴瓦轴颈跳动值为0.005mm，后轴瓦（联轴器端）轴颈跳动值为0.045mm。修复后的转子运回装置安装使用，运行一年，未出现转子异常振动情况。
4 防范措施
4.1 优化工艺操作
（1）装置停车时，汽轮机同步停车，严禁汽轮机在低转速下长时间运行。
（2）优化汽轮机开车：
（1）汽轮机暖管、暖机冲转前，开机时进汽温度应不低于425℃；
（2）严格控制上下缸温差小于50℃，最佳控制小于35℃以下；
（3）汽轮机严禁在低转速下长时间暖机，暖机时间控制在态不能超过20分钟，热态不能超过10分钟；
（4）重视汽轮机暖机排气温度变化情况，把汽轮机暖机排气温度纳入操作管理。
4.2 优化联锁设置
按转速分段设置联锁控制，开车前投用联锁。
4.3 技术措施
（1）汽轮机安装或检维修时，应严格按照技术参数调整动静部件间隙，汽轮机冲转前的转子振动值、上下缸温差、主蒸汽及再热蒸汽的温度等必须符合有关规定，否则，禁止启动。
（2）停机后应立即投入盘车，当盘车电流比正常值大，振动或声音异常时，应及时分析处理。自动盘车当轴封摩擦严重时，应先改为手动方式盘车180°,待摩擦基本消失后，投入连续盘车。
（3）汽轮机冲转前应进行充分盘车,一般不少于4小时，尽可能避免中间停止盘车。若盘车中断，应重新计时。
（4）热态启动前，应检查停机记录并与正常停机曲线比较，发现异常情况及时处理。
（5）热态启动时，应先投轴封后抽真空，高压轴封使用的高温汽源需与轴封金属温度相匹配，轴封蒸汽管道应充分暖管、疏水，防止水或冷气从轴封进入汽轮机。
（6）对操作规程和检修维护规程进行清理和完善，编制检修和操作作业指导书指导作业。
5 结语
汽轮机是现代火力发电厂的主要设备，也用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中，统计表明，86%的汽轮机转子弯曲事故是由于转子碰擦引起的，而其中80%以上是机组热态启动时发生的，汽轮机转子一旦发生弯曲变形，将使企业和社会产生巨大经济损失。规范汽轮机检维修和汽轮机操作，提高设备维修人员和操作人员的工作技能，能有效预防汽轮机转子发生变形事故，对企业维持正常的生产次序、降低生产成本、提高经济效益起到积极的作用。
参考文献
[1]张锡德.杨学彤.肖华.蒸汽管道应力对引风机汽轮机振动的影响[J].石化技术.2012,19（4）:20.
[2]王仲平.汽轮机转子的热弯曲问题[J].研究与展望. 2017,27:183.
[3]陈广.汽轮机大轴弯曲事故综合分析[J].青海电力.2010,29（1）:59.
[4]廖明夫.杜世臣.邬力建.汽轮鼓风机轴弯曲故障分析[J].中国设备工程.2007,10（03）:55.