汽轮机胀差过大的原因分析及改进措施

摘 要：本文从胀差产生的原因，分析胀差变化规律，针对我厂汽轮机的实际情况，分启动和正常运行过程中，对汽轮机胀差采取的相应控制措施或注意事项，以及在实际生产中起到的作用。

关键词：高中压缸；相对膨胀；胀差

中图分类号：TK26 文献标识码：B

1 概述

我厂汽轮机型号为CC135-13.21/0.98/0.25，系哈尔滨汽轮机厂生产的超高压中间再热、双缸、双排气、双抽汽凝汽式汽轮机，进汽温度535℃，额定进汽量为440 t/h，额定工业抽汽量为80t/h，额定采暖抽汽量为120t/h。机组投运后，高压和低压相对膨胀值偏大。冷态启动过程，正常运行带工业和采暖抽汽中，胀差值常接近报警值，影响开机升速、升负荷时间和机组正常运行。

2 控制胀差的重要性

汽轮机从冷态启动到带额定负荷运行中，汽轮机气缸和转子受热后，向各方向受热膨胀，特别是超高压汽轮机金属温度变化大。汽缸及汽轮机转子轴向尺寸大，各部件轴向尺寸因受热增大，各部件膨胀量不同，使各部件相对轴向位置变化，汽轮机动静部分轴向变化量超过允许间隙后，动静部件将磨擦，轻则增加启动时间，重则大轴弯曲，甚至机组报废。为使汽机动静部分不摩擦，汽缸与转子轴向膨胀相对差值，成为开机过程中控制指标。当转子膨胀值大于汽缸膨胀值时，相对膨胀为正，反之为负。

启动暖机过程，转子以中间轴承箱内推力轴承为死点向两端膨胀，高中压汽缸以中间轴承座中点为死点向机头前膨胀，二者膨胀差值为高压胀差，低压汽缸以中间轴承座中点为死点向发电机膨胀，二者膨胀差值为低压胀差。高压胀差若出现正胀差，造成高压通流部分喷嘴出口轴向间隙增大，中压通流部分喷嘴出口轴向间隙减小。低压胀差若出现正胀差，靠近中压排汽缸的流道内喷嘴出口的轴向间隙减小，另侧流道内喷嘴出口的轴向间隙减小。超设计允许值，造成汽轮机动静部分轴向摩擦。

3 胀差大的原因

3.1 理论分析

汽轮机气缸和转子受热温度变化产生热变形，膨胀或收缩，膨胀值为：

ΔL =Lβ（t -t0） （1）

式中：ΔL金属受热后膨胀变化值；L-金属长度；β-金属线膨胀系数；t-金属材料受热后平均温度；t0-金属初始温度。式（1）看出汽缸和转子热膨胀变化值取决于t，转子与汽缸金属材料在设计制造时已定，线胀系数β不变。

3.2 运行中胀差大原因分析及控制措施

汽轮机稳定工况运行时，转子和汽缸金属温度接近同级蒸汽温度，沿蒸汽流动方向，转子和汽缸金属温度不变，轴向胀差值应稳定正常。在80MW，采暖抽汽90t/h，真空90kPa 稳定工况长期运行时，低压胀差时常为5.45mm接近报警值，原因如下：（1）气缸保温层保温效果不佳和保温脱落，秋冬季汽机房低温或有风，造成汽缸平均温度低于转子，造成造成胀差大。定期检查汽轮机本体及联接抽汽管保温，冬季汽机房内供暖设备及时投入运行。（2）多缸汽轮机机组的滑销系统较复杂，常周期运行中滑销系统在膨胀或收缩过程中受阻，汽缸轴向热膨胀值会跳跃式增加或减小。大修时对滑销系统进行检查清理，结合面注油，热膨胀值变小现象有所好转。（3）由于采暖抽气量大，进入低压缸进气量小，缸温低，低压汽封供汽温度较高，造成胀差大。对后汽封供汽减温水装置改造，将供汽温度降低，低压胀差大得以控制。

3.3 启动阶段胀差偏大的原因分析及控制

3.3.1 控制主汽参数及金属温升率对胀差的影响

汽轮机启停过程中，蒸汽对于汽缸和转子主要传热方式为对流换热。对设计好的汽轮机，其材质、结构、金属部件厚度已定，金属部件受热引起温差，与蒸汽和金属间单位时间传热量成正比，即蒸汽对金属单位时间放热量q（J/㎡·h）为

q=α（t蒸汽-t金属） （2）

蒸汽对汽缸和转子部件对流放热系数α非常数，随蒸汽温度、压力、流量增加而提高。控制蒸汽温升、温降率，可控制蒸汽与金属传热量。对超高压汽轮机，结构又厚又重的法兰和汽缸，相对转子，汽缸质量大而解触蒸汽面积小；转子质量小，接触蒸汽面积大；转子转动情况下蒸汽对转子放热系数α大于对汽缸放热系数α。汽轮机启动升速或加负荷暖机过程中，转子膨胀值大于汽缸膨胀值会出现正胀差。胀差原因是汽缸与转子有温差，蒸汽温升速度大，转子与汽缸温差会增大，胀差会增大。控制蒸汽温升或温降速度能控制住胀差。

滑参数启动过程中，为防蒸汽参数过高引起进汽量少，暖机不均造成转子加热过快，汽缸加热相对过慢，使胀差正值增加过快。对冲转过程中主汽参数的控制在0.9～1.5MPa、220～250℃，冲转过程及时投入汽缸夹层加热装置，控制金属温升率；并网加负荷过程中，控制蒸汽温升1.5℃/min防止正胀差值过大。

3.3.2 控制轴封供汽温度对胀差影响

超高压汽轮机汽封段转子长度较大，轴封供汽直接与汽轮机大轴接触，如果有效降低轴封供汽温度，有利减小轴封段正胀差。我厂轴封供汽来源：厂用汽。经对高压、低压汽封供汽装置减温水改造，降低轴封供汽温度，控制正胀差。

3.3.3 加热器和抽汽投入影响

汽轮机启动达某一稳定升速暖机阶段后，汽缸质量大，未达该蒸汽参数下温度，而转子质量小于汽缸质量，转子温度接近该段蒸汽温度，转子温升快，膨胀大于汽缸。若投入高低压加热器加和抽汽，汽轮机蒸汽进流量增加，流速变大，汽缸放热系数α增大，汽轮机下缸温升加快，汽缸缸温升高，温升率上升，汽缸温升率比转子快，汽缸热膨胀加快，正胀差值减小。因此高低加热器和抽汽随机随机起动，有效降低上下缸温差，提高汽缸温度，减少抽汽管道阻碍汽缸热膨胀发生，控制正胀差。

3.3.4 凝汽器真空对控制胀差的影响

汽轮机启动过程中，降低凝汽器真空可在一定范围内调整胀差，条件是汽轮机维持一定转速或负荷时。真空降低真空机组要保持转速或负荷不变，机组欲维持一定转速或负荷时须增加进汽量，蒸汽放热系数α增大，增大蒸汽对汽缸的对流换热，整体平均缸温升高。由于进汽量增加，中、低压部分摩擦鼓风热量被蒸汽带走，转子被加热的程度减少，正胀差减小。真空降低，排汽缸温度上升，使中低压缸加快膨胀，减少正胀差增大。经控制真空控制在65～70 kPa，排汽温度在110℃内，正胀差明显减小。

参考文献

[1]剪天聪.汽轮机原理[M].北京：水利电力出版社，1989.