汽轮机转子

转子

一、转子的作用和型式

汽轮机中所有转动部件的组合体叫做转子。

转子的作用是把蒸汽的动能转变为汽轮机轴的回转机械能。

汽轮机转子可分为两种基本型式，即转轮型转子和转鼓型转子。

转轮型转子的叶片装在叶轮上，叶轮紧固在轴上，蒸汽对叶片的作用靠叶轮传给轴。这种转子的级数较少，每一级中蒸汽的热焓降较大，一般应用在冲动式汽轮机上。

转鼓型转子的叶片直接装在圆锥形的转鼓上，蒸汽对叶片的作用力靠转鼓传给轴。这种转子结构简单，弯曲度小，适用于级数多、每级热焓降不大于和要求积垢强度较大的反动式汽轮机上。这种转子，由于轴向推力较大，所以都有平衡活塞用来平衡轴向推力。

二、转子临界转速的基本概念

叶轮在工作时，所受的力很大而且也较复杂。这些力有：蒸汽作用在叶片上使之转动的转动力矩；叶轮前后的蒸汽压力差造成的轴向推力；转动各部件如叶片、包箍及叶轮本身在转动时的离心力；叶轮转动时也要产生振动，所以叶轮上还受着振动力，由于这些力的作用结果，使叶轮上产生径向与切向应力，其中切向应力都较径向压力为大。

3．叶轮在轴上的套装：

叶轮在轴上的套装方法很多，国产小型汽轮机的叶轮普遍采用热套法装在轴上。热套法就是把叶轮的中心孔的内径制成稍小于轴的外径，在套装前先把叶轮用火焰均匀加热或油中加热到一定温度后，在热状态下套装在轴上，待叶轮与轴达到同一温度后，产生足够的紧力，使其牢固的套装在一起。一般叶轮套装在紧力（轴的半径较叶轮轴孔半径所大的数值与轴半径的比值）为1/1000～1.3/1000。

为了防止在运行中出现叶轮与轴套装的紧力减小时，轴与叶轮之间产生相对滑动，在轴和叶轮的套装外，装有一对键，一般汽轮机的轴封套、推力盘等也都用热套法装在轴上。

三、转子临界转速

为了安全起见，汽轮机的工作转速应与临界转速（包括临界转速成倍数关系的转速）错开。运行实践证明，当工作转速与临界转速错开15～20％或再高一些时，汽轮机才能安全的工作。大多数制造厂都使汽轮机的工作转速大于或小于临界转速的30％左右。

四、转子在运行中应注意的问题

转子是汽轮机的重要组成部件之一，运行中对转子的监视和维护是汽轮机运行工作中很重要的工作。汽轮机运行中，转子可能发生的问题主要是轴的弯曲和折断，为此我们对这两种故障的起因、后果和运行中应采取的预防措施等具体分析如下：

1、主轴的弯曲：

（1）汽轮机第一次启动时，发现振动不断加大，经过长时间暖机后还不能消除，且机组的其他方面没有发现任何异常，则这种振动大多是由于转子本身的缺陷所造成的。这种情况，多数是由于转子材料内部有缺陷或热处理不良造成转子弯曲后所引起的。遇到这种情况时，不应继续运行，要立即停机详细检查，分析原因，并加以消除。

（2）由于运行操作不当所造成的轴弯曲：

a、汽轮机停机后，轴静止下来，在转子冷却过程中，汽缸上部冷却得较汽缸下部慢，形成了上下一定的温度差，这时由于转子上下两半所受的温度不同，将发生向上弯曲。随着转子的逐渐冷却，其弯曲数值在停机后某一段时间内将达到最大值（这时的上下汽缸温度差最大）。超过这段时间后，转子的弯曲又逐渐减小，最后一直冷却到上、下汽缸温度相同，转子伸直为止。

转子从开始弯曲到全部伸直的时间长短，主要决定于转子的长度、重量、汽缸的尺寸和保温情况。小型汽轮机停机后，轴的弯曲由开始到最大需要2～4小时；中型汽轮机需要3～10小时。每台汽轮机停机后，轴由开始弯曲到弯曲值达最大的时间要由试验测知。

汽轮机在转子弯曲最大的的一段时间内，一般是不许起动的。因为这时起动将会损坏轴封；使叶轮、隔板，动叶和静叶之间发生摩擦和碰撞；甚至引起振动过大及转子的永久变形等严重事故。在特殊情况下，若必须起动汽轮机时，则应适当延长暖机、升速和带负荷的时间。

b、汽轮机起动时的受热不均造成转子的弯曲，一般是由于操作不当所造成的。如在转子静止时暖机和转子在静止时长时间地向轴封送汽，都会造成汽缸内部上、下温度不一致，从而引起转子的弯曲变形。

c、由于暖机不够充分，在转子热弯曲较大时起动汽轮机，主轴和轴封片将会摩擦，如果这种摩擦严重时，会使轴局部受热产生不均匀的膨胀而引起弯曲变形。由于轴的弯曲变形加剧更使摩擦加大，轴的弯曲变形更加严重。当轴的弯曲力超过了材料的弹性限度，就会造成轴的永久变形，甚至引起一系列的严重故障。

（3）由于转子在运行中的较大振动而造成的转子弯曲。这种振动的特点是转速升高时振动加大，其危害性很大如不及时采取措施会造成轴、轴封、隔板及叶轮的严重损伤。一般情况下，引起这种振动的原因是汽轮机受到严重的水冲击和转子上某些部件的脱落而引起的转子不平衡所造成的。

(4)由于制造、检修时轴套、叶轮等套装在轴上的紧力不合适、过紧或有关尺寸不对，经过一段时间运行后，使轴的材料内部应力过大而弯曲变形。

2、主轴的裂纹和折断：

主轴上出现裂纹通常是折断的先兆，一般只能在检修时通过仔细检查才能发现。运行中轴的折断，由于发生的地点不同，其征状有很大的差别。如汽缸内部发生轴的折断时，则整个机组将发生强烈振动，汽缸内部将发出强烈的撞击声音，结果使汽缸、轴封、隔板、轴承及整个机组发生严重的破坏，这是汽轮机最严重的事故。再如轴折断发生在前轴承以前，则这时要引起前轴承的强烈振动，如果主油泵，调速器及危急保安器等由轴的折断部分所带动，则这些设备必然工作失常，造成汽轮机失去控制和轴承断油的严重事故。

造成轴折断的原因，除了由于轴材料质量有问题和制造方面的原因外，与运行、检修方面有关的主要有：汽轮机轴在弯曲较大的情况下长时间运行，致使轴的材料内部应力过大；也可能是推力轴承装配和调整的不合理，引起轴的高压端局部应力过大，使轴因材料的弹性疲劳破坏而断裂；还有因检修中加热直轴或更换转子上套装的零件后没有消除轴的内部应力，在运行一段时间后使轴折断。

关于这方面在运行中应注意的问题有：

(1)根据机组的构造、材料特点，科学地制定操作规程，明确规定汽轮机起动的条件，操作程序，暖机、升速、超越临界转速和接带负荷的时间界限，平时运行中严格加以遵守。

(2)明确规定汽轮机热态起动时注意事项、控制的时间范围和操作方式。

(3)严禁在汽轮机受到严重的水冲击情况下和振动较大而又无法消除时继续运行。

(4)检修前后都要严格的检查转子的弯曲情况。当转子上更换零件时，一定要严格按规定尺寸配合套装，加热过的部位必须采取适当措施消除应力。