某廠裝有2臺500MW機(jī)組，是超臨界沖動(dòng)式、凝汽式汽輪機(jī)組，主汽壓力23.54MPa，溫度540℃，再熱蒸汽壓力3.51MPa，溫度540℃，高壓缸采用回流式結(jié)構(gòu)，中、低壓缸采用雙分流結(jié)構(gòu)。機(jī)組大修過程中發(fā)現(xiàn) 1#機(jī)中壓轉(zhuǎn)子彎曲情況嚴(yán)重超標(biāo)后，對中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行了回火及直軸處理。

01 1#機(jī)中壓轉(zhuǎn)子情況介紹

1#機(jī)中壓轉(zhuǎn)子為整段式轉(zhuǎn)子，采用對稱雙分流式結(jié)構(gòu)，前、后各有11級葉輪，轉(zhuǎn)子全長7585mm，材質(zhì)為25Cr2MolV，中心孔直徑130mm，中壓轉(zhuǎn)子中部分流環(huán)處直徑724mm，前、后配重槽中心直徑790mm，轉(zhuǎn)子重26.895t。

大修過程中，發(fā)現(xiàn)中壓轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彎曲超標(biāo)情況，彎曲值達(dá)到0.15mm。在之前的大修中檢查轉(zhuǎn)子彎曲已經(jīng)出現(xiàn)過增大的情況，彎曲值達(dá)到了0.065mm。以下是1#機(jī)中壓轉(zhuǎn)子這兩次大修的彎曲情況。判斷標(biāo)準(zhǔn)采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.06mm。

（1）首次大修中壓轉(zhuǎn)子彎曲情況

①3#~13#螺栓孔方向的晃度值，在前軸封處晃度值為 0.03mm，前第二級處晃度值為0.12mm，后第二級處晃度值為0.12mm，后軸封處晃度值為0.05mm。

②4#～14#螺栓孔方向的晃度值，在前軸封處晃度值為0.05mm，前第二級處晃度值為0.13mm，后第二級處晃度值為0.11mm，后軸封處晃度值為0.05mm。

（2）本次大修中壓轉(zhuǎn)子彎曲情況

本次檢修中測量中壓轉(zhuǎn)子的彎曲值明顯超標(biāo)。3#~13#螺栓孔方向轉(zhuǎn)子中部的晃動(dòng)值達(dá)到了 0.30mm，4#~14#螺栓孔方向轉(zhuǎn)子中部的晃動(dòng)值達(dá)到了0.30mm，本次大修解體后未發(fā)現(xiàn)隔板汽封有摩擦現(xiàn)象。

02 診斷意見

通過本次的檢修數(shù)據(jù)可以看出，1#機(jī)中壓轉(zhuǎn)子已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的彎曲現(xiàn)象。對比首次大修時(shí)1#機(jī)的檢修記錄可以看出，中壓轉(zhuǎn)子的最大彎曲值由0.065mm 增加到0.15mm，彎曲情況有了明顯的惡化。

通過查閱同類型機(jī)組的資料可知，汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家規(guī)定中壓轉(zhuǎn)子彎曲值在小于0.13mm以下時(shí)可以運(yùn)行，大于0.13mm彎曲值時(shí)必須進(jìn)行直軸處理。該機(jī)組再熱機(jī)組由于其中壓缸進(jìn)汽溫度為540℃，直接與進(jìn)汽導(dǎo)流環(huán)相接觸，經(jīng)過金屬傳熱，中壓轉(zhuǎn)子溫度亦接近 540℃。長期高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，由于其金屬的高溫蠕變松弛特性，加上中壓轉(zhuǎn)子采用的雙分流結(jié)構(gòu)，高溫區(qū)域又在轉(zhuǎn)子的中間部位，致使中壓轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲。

03 處理措施

（1）直軸前的回火處理

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子彎曲分為彈性變形和塑性變形兩種。①彈性變形：因轉(zhuǎn)子本身存在的溫差，引起熱彎曲，溫度均勻后可自行消除，故又稱為暫態(tài)彎曲。②塑性變形：從彈性彎曲開始，材料的組織發(fā)生塑性變形，溫度均勻之后，彎曲的凸面居于原來彈性彎曲凸面的相對一側(cè)，形成永久性彎曲。由于轉(zhuǎn)子彎曲的原因暫時(shí)不明，決定首先對轉(zhuǎn)子進(jìn)行回火處理，以判斷轉(zhuǎn)子是否為彈性變形，并根據(jù)處理后結(jié)果決定下一步工作?；鼗鹛幚磉M(jìn)行了將近72h，回火處理后，轉(zhuǎn)子彎曲值仍為0.15mm，證明了轉(zhuǎn)子的彎曲為塑性變形，決定對轉(zhuǎn)子進(jìn)行直軸處理。

（2）直軸前的準(zhǔn)備工作

① 直軸臺架與加壓裝置

直軸臺架的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由7m長的底架橫梁 1，兩根M100的螺桿2，兩個(gè)滾動(dòng)軸承支架3，兩臺200t的加壓千斤頂4，兩臺100t的支承千斤頂5，加壓用的上橫梁6、下橫梁7以及盤車裝置8等幾部分組成。其中上、下橫梁通過螺桿固定在中壓轉(zhuǎn)子靠近3瓦對輪第一級的位置，即轉(zhuǎn)子彎曲的最大位置，加壓直軸時(shí)轉(zhuǎn)子的彎曲凸點(diǎn)向上。

圖1 直軸臺架結(jié)構(gòu)簡圖

1—底架橫梁；2—螺桿；3—滾動(dòng)軸承；4—加壓千斤頂；5—支承千斤頂；6一上橫梁；7—下橫梁；8—盤車裝置

②加熱及測溫裝置

松弛法直軸是利用交流電通過繞在轉(zhuǎn)子上的線圈，使軸受感應(yīng)作用產(chǎn)生磁渦流而加熱（工頻加熱）。加熱過程如下：

a.繞線前先測轉(zhuǎn)子冷態(tài)彎曲值，記錄后開始點(diǎn)焊熱電偶，在9組加熱線圈的上、下位置各點(diǎn)焊一只，共 18 只。然后電工測量其是否正常后固定。

b. 做好軸加熱部位的保溫，內(nèi)層包裹玻璃絲布，外層包裹2mm厚的電解石棉布。為防止葉輪過熱，加熱部位的葉輪也包裹2mm厚的電解石棉布，特別是葉輪兩側(cè)的石棉布的直徑要大出100mm，以便將多余的邊壓進(jìn)葉輪槽內(nèi)，用玻璃絲帶整圈捆好。最后，加熱部位的保溫層外均布瓷套管，在瓷套管外纏繞加熱線圈，以便于通風(fēng)散熱。

c.加熱線圈共12根，共布置成9組。中間軸處的3組采用2根線圈，其余各組采用1根線圈。線圈采用95mm2裸露銅線，外包玻璃絲布。中間軸處線圈長度為36m，壓力級間線圈長度均為35m。纏繞線圈時(shí)，左右兩人互相配合，保證加熱線圈纏繞緊密、結(jié)實(shí)；注意高壓側(cè)1級前繞線時(shí)留出60mm空位，作為加壓時(shí)的上支點(diǎn)。

d. 繞線完成后，將加熱線圈兩頭及熱電偶分別接好，進(jìn)行試通電，一切正常后，即可正式通電。加熱過程開始后，記錄3個(gè)參數(shù)：溫度、變形、電流，每30min記錄一次，3個(gè)參數(shù)要記錄清晰、認(rèn)真，以便于技術(shù)人員及時(shí)準(zhǔn)確觀察線圈的加熱是否正常。

e. 加熱裝置為BX3-500-1型交流電焊機(jī)，加熱初始電流180A，最大不超過300A。

③測量裝置

在軸的對輪和軸封位置分別布置4支千分表，安裝時(shí)千分表表?xiàng)U應(yīng)位于通過軸中心線的同一平面，且垂直于軸。表?xiàng)U頭接觸的轉(zhuǎn)子表面應(yīng)光滑。加壓過程中，通過對千分表的監(jiān)視，控制轉(zhuǎn)子的彎曲情況。

（3）直軸過程分析記錄

① 直軸前的分析和準(zhǔn)備

中壓轉(zhuǎn)子材質(zhì)為25Cr2MolV，這種鋼材有較高的松馳穩(wěn)定性，工藝性能亦較好，但有缺口敏感性，長期運(yùn)行有脆化傾向。轉(zhuǎn)子矯直時(shí)，其外部加載的大小取決于軸的彎度、加熱溫度、材料本身的蠕變特性及保溫時(shí)間等。就軸的一次性矯直來講，材料的許用應(yīng)力須控制在不使矯直部位在外力作用下形成應(yīng)力集中及材料纖維組織伸長而造成裂紋。因此，在600℃條件下，材料的許用應(yīng)力不允許超過抗拉極限的一半。在矯直時(shí)，若沒有材料抗拉強(qiáng)度極限數(shù)據(jù)，其最大許用應(yīng)力可取值為50MPa。

② 加壓直軸

加壓直軸過程持續(xù)了40min。直軸加壓時(shí)，轉(zhuǎn)子最大彎曲凸點(diǎn)向上，轉(zhuǎn)子溫度保持660℃。將3瓦對輪側(cè)千斤頂頂起16mm，4 瓦對輪側(cè)千斤頂保持壓力38MPa，持續(xù)40min后結(jié)束，加壓過程記錄表如表1所示。

表1 加壓過程記錄表

③ 穩(wěn)定回火處理

加壓結(jié)束后，恒溫 660℃約5.5h，隨后開始降溫，直軸過程實(shí)際加熱曲線如圖2所示。

圖2 直軸過程實(shí)際加熱曲線

（4）處理后效果

轉(zhuǎn)子溫度冷卻至 140℃后測量轉(zhuǎn)子中間部位彎曲值為 0.08mm。經(jīng)討論決定不再進(jìn)行第二次加壓，繼續(xù)冷卻轉(zhuǎn)子。當(dāng)轉(zhuǎn)子中間部位冷卻至 30℃時(shí)進(jìn)行中壓轉(zhuǎn)子測量，在轉(zhuǎn)子分流環(huán)圓周部位測量彎曲值為 0. 075mm。經(jīng)最后準(zhǔn)確測量最大彎曲部位在前一級葉輪后圓周部位1~6（1點(diǎn)位置為4瓦對輪4#孔）位置，彎曲值為0.08mm。此時(shí)對輪及軸頸部位溫度24℃，轉(zhuǎn)子存在溫度差。

在檢修現(xiàn)場將轉(zhuǎn)子放在軸瓦內(nèi)，測量實(shí)際值，彎曲最大值在分流環(huán)至中壓轉(zhuǎn)子前一級葉輪后位置，在圓周方向?qū)?yīng)高點(diǎn)與低點(diǎn)的彎曲值為0.09mm。中壓轉(zhuǎn)子直軸后振動(dòng)情況：中壓轉(zhuǎn)子直軸前主機(jī)4瓦軸振動(dòng)為133.8μm，最大達(dá)到15μm，中壓轉(zhuǎn)子直軸后4瓦軸振動(dòng)下降至101.9μm。