某廠裝有2臺500MW機組，是超臨界沖動式、凝汽式汽輪機組，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構，中、低壓缸采用雙分流結構。機組大修過程中發(fā)現(xiàn) 1#機中壓轉子彎曲情況嚴重超標后，對中壓轉子進行了回火及直軸處理。

01 1#機中壓轉子情況介紹

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

大修過程中，發(fā)現(xiàn)中壓轉子出現(xiàn)彎曲超標情況，彎曲值達到0.15mm。在之前的大修中檢查轉子彎曲已經(jīng)出現(xiàn)過增大的情況，彎曲值達到了0.065mm。以下是1#機中壓轉子這兩次大修的彎曲情況。判斷標準采用國家標準規(guī)定的0.06mm。

（1）首次大修中壓轉子彎曲情況

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）本次大修中壓轉子彎曲情況

本次檢修中測量中壓轉子的彎曲值明顯超標。3#~13#螺栓孔方向轉子中部的晃動值達到了 0.30mm，4#~14#螺栓孔方向轉子中部的晃動值達到了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#機中壓轉子已經(jīng)出現(xiàn)了嚴重的彎曲現(xiàn)象。對比首次大修時1#機的檢修記錄可以看出，中壓轉子的最大彎曲值由0.065mm 增加到0.15mm，彎曲情況有了明顯的惡化。

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

03 處理措施

（1）直軸前的回火處理

汽輪機轉子彎曲分為彈性變形和塑性變形兩種。①彈性變形：因轉子本身存在的溫差，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，形成永久性彎曲。由于轉子彎曲的原因暫時不明，決定首先對轉子進行回火處理，以判斷轉子是否為彈性變形，并根據(jù)處理后結果決定下一步工作?；鼗鹛幚磉M行了將近72h，回火處理后，轉子彎曲值仍為0.15mm，證明了轉子的彎曲為塑性變形，決定對轉子進行直軸處理。

（2）直軸前的準備工作

① 直軸臺架與加壓裝置

直軸臺架的結構如圖1所示。它由7m長的底架橫梁 1，兩根M100的螺桿2，兩個滾動軸承支架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子靠近3瓦對輪第一級的位置，即轉子彎曲的最大位置，加壓直軸時轉子的彎曲凸點向上。

圖1 直軸臺架結構簡圖

1—底架橫梁；2—螺桿；3—滾動軸承；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子上的線圈，使軸受感應作用產生磁渦流而加熱（工頻加熱）。加熱過程如下：

a.繞線前先測轉子冷態(tài)彎曲值，記錄后開始點焊熱電偶，在9組加熱線圈的上、下位置各點焊一只，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，特別是葉輪兩側的石棉布的直徑要大出100mm，以便將多余的邊壓進葉輪槽內，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，左右兩人互相配合，保證加熱線圈纏繞緊密、結實；注意高壓側1級前繞線時留出60mm空位，作為加壓時的上支點。

d. 繞線完成后，將加熱線圈兩頭及熱電偶分別接好，進行試通電，一切正常后，即可正式通電。加熱過程開始后，記錄3個參數(shù)：溫度、變形、電流，每30min記錄一次，3個參數(shù)要記錄清晰、認真，以便于技術人員及時準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，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，安裝時千分表表桿應位于通過軸中心線的同一平面，且垂直于軸。表桿頭接觸的轉子表面應光滑。加壓過程中，通過對千分表的監(jiān)視，控制轉子的彎曲情況。

（3）直軸過程分析記錄

① 直軸前的分析和準備

中壓轉子材質為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，長期運行有脆化傾向。轉子矯直時，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間等。就軸的一次性矯直來講，材料的許用應力須控制在不使矯直部位在外力作用下形成應力集中及材料纖維組織伸長而造成裂紋。因此，在600℃條件下，材料的許用應力不允許超過抗拉極限的一半。在矯直時，若沒有材料抗拉強度極限數(shù)據(jù)，其最大許用應力可取值為50MPa。

② 加壓直軸

加壓直軸過程持續(xù)了40min。直軸加壓時，轉子最大彎曲凸點向上，轉子溫度保持660℃。將3瓦對輪側千斤頂頂起16mm，4 瓦對輪側千斤頂保持壓力38MPa，持續(xù)40min后結束，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

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

圖2 直軸過程實際加熱曲線

（4）處理后效果

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

在檢修現(xiàn)場將轉子放在軸瓦內，測量實際值，彎曲最大值在分流環(huán)至中壓轉子前一級葉輪后位置，在圓周方向對應高點與低點的彎曲值為0.09mm。中壓轉子直軸后振動情況：中壓轉子直軸前主機4瓦軸振動為133.8μm，最大達到15μm，中壓轉子直軸后4瓦軸振動下降至101.9μm。