转子受热后出现的弯曲变形称为热弯曲。热弯曲将导致转子平衡状态的变化,因此热弯曲又称为热不平衡。
热弯曲是一种较为常见的振动现象,引起热弯曲的原因也是多种多样的。本文仅讨论热弯曲的共性问题,即它们共有的振动特征。具体的热弯曲问题,包括中心孔进油、动静摩擦、发电机的热弯曲等,则不在讨论范围内。
01 热弯曲的原因
1)材质缺陷
转子材质的缺陷可以引起热弯曲。如果材质不均匀,受热后膨胀会不均匀,导致热弯曲;若在制造阶段转子有残余应力,受热后应力释放,也会导致热弯曲。
2)暖机时间不够
由于上下缸温差的存在,停机后转子上部的温度比下部高,使转子出现热弯曲,投盘车后需要较长时间才能恢复。大型机组一般规定连续盘车的时间不能少于4h。如果盘车时间短,热弯曲不能恢复,开机后就会出现振动。
3)转子与水或冷蒸汽接触
由于管道设计或运行操作方面的原因,水或冷蒸汽可以从主蒸汽管道、再热蒸汽管道、抽汽管道、除氧器和汽封系统进入汽缸并与转子接触,引起局部温度的降低,导致热弯曲。
4)动静摩擦
当转子与静止部件的间隙消失时,就会发生动静摩擦,使接触处的温度升高,导致转子温度分布的不对称,发生热弯曲。
5)转子中心孔进油
转子中心孔进油之后,如果油在孔内形成汽化一凝结的循环,将对转子产生不对称的冷却或加热,产生热弯曲。
6)套装叶轮松动
套装叶轮松动使热阻变化,导致转子与叶轮接触的部位温度不均匀,产生热弯曲。
7)套装部件的间隙消失将转子蹩弯
8)发电机的热弯曲
发电机转子冷却不均匀、内摩擦力、短路也可以引起热弯曲。
02 热弯曲引起振动的机理
汽轮机转子在高温和高压的蒸汽介质中工作,发电机转子在投入励磁电流后也会被加热。一般来说,转子温度的均匀增加只会引起长度的增加,而不会使转子产生弯曲。之所以发生热弯曲,是由于转子截面存在着某种不对称的因素,包括温度不对称、应力不对称、材质不对称等等。