汽轮机胀差控制探讨

汽轮机胀差控制探讨

崔鸿海

（吉电股份白城发电公司吉林省白城市137000）

摘要：分析了汽轮机胀差产生的原因、危害及有效控制措施，保证汽轮机的安全运行，从而达到提高机组安全性的目的。

关键词：胀差；温度；汽轮机

前言

胀差指的是轴相对于汽缸的相对膨胀量，机组启停过程中及蒸汽参数变化时，胀差将会发生变化，汽轮机的转子膨胀大于汽缸膨胀的胀差值称为正胀差，当汽缸膨胀大于转子膨胀时的胀差值称为负胀差。根据汽缸分类又可分为高差、中差、低I差、低II差，胀差数值是重要的运行参数，若胀差超限，则热工保护动作使主机脱扣，避免动静部分发生碰撞，损坏设备。

一、胀差变化影响因素

1、使胀差向正值增大的主要原因：启动时暖机时间太短，升速太快或升负荷太快；汽缸夹层、法兰加热装置的汽温太低或流量较低；滑销系统或轴承台板的滑动性能差，易卡涩，汽缸胀不出；轴封汽温度过高或轴封供汽量过大，引起轴颈过份伸长；机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高；汽缸保温层的保温效果不佳或保温层脱落，在严冬季节里，汽机房室温太低或有穿堂冷风；双层缸的夹层中流入冷汽（或冷水）；胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数字偏差；多转子机组，相邻转子胀差变化带来的互相影响；真空变化的影响；转速变化的影响；各级抽汽量变化的影响；轴承油温太高；机组停机惰走过程中由于“泊桑效应”的影响；差胀指示表不准，或频率，电压变化影响。

2、使胀差向负值增大的主要原因：负荷迅速下降或突然甩负荷；主汽温骤减或启动时的进汽温度低于金属温度；水冲击；轴承油温太低；轴封汽温度太低；启动时转速突升，由于转子在离心力的作用下轴向尺寸缩小，尤其低差变化明显；双层汽缸夹层中流入高温蒸汽；汽缸夹层加热装置汽温太高或流量较大，引起加热过度；滑销系统或轴承台板滑动卡涩，汽缸不缩回；差胀值示表不准，或频率，电压变化影响。

3、主要影响因素分析：

１）、蒸汽温升或温降速度大

启动时蒸汽温度升高，胀差一般向正方向发展。汽轮机在停用时，随着负荷的降低，转子冷却比汽缸快，所以胀差一般向负方向发展，特别是滑参数停机时尤其严重。

２）、负荷变化速度的影响

当负荷变化时，各级蒸汽流量发生变化，特别是在低负荷范围内，各级蒸汽温度的变化较大，负荷增长速度愈快，蒸汽的温升速度也愈快．汽缸和转子温升速度的差别愈大。负荷增加速度加快，正胀差增大；降负荷速度加快，正胀差缩小，以致出现负胀差。

３）、轴封供气温度的影响

轴封供气对转子的轴封段和轴封体加热，使正胀差加大。由于轴封段占转子长度的比例较小，故对总胀差影响较小，可是轴封处的局部胀差却比较大。若轴封供气温度过高，则出现正胀差过大；反之，负胀差过大。一般规定轴封气温度略高于轴封金属温度。

4）、摩擦鼓风的影响

在机组启动和低负荷阶段，蒸汽流量较小，而高中低压级内产生较大的鼓风摩擦损失（与转速三次方成正比），损失产生的热量被蒸汽吸收，使其温度升高。由于叶轮直接与蒸汽相摩擦，因此转子温度比汽缸温度高，故出现正胀差。随着转速升高，蒸汽流量增加，因此每千克蒸汽吸收摩擦鼓风损失产生的热量又随转速升高而相应减少，对胀差的影响逐渐减少。

二、胀差的危害及控制

1．泊桑效应。影响机组低压胀差约10%，所以开机冲转前，低压胀差应保证10%以上。在停机过程中尽量减少低压胀差（最好控制在90％以下），当低压胀差超过110%，必须紧急停机，这时随着转速下降，低压胀差会超过120%，在低转速区可能会有动静摩擦。

2．在冬季低压胀差过高时，要注意轴封气母管压力，若压力过高可适当调低，也可用降低真空方法来减少低压胀差。冬季减少开窗的地方，这是冬季减少低压胀差有效措施。

3．极热态启动时，轴封供气尽量选择高温气源，辅气作为气源时，必须保证其温度控制在270℃左右，若温度太低，将造成高压轴封段大轴急剧冷却收缩，有可能导致前几级动静摩擦。

三、机组启动时胀差变化的分析与控制

就常见的冷态启动时机组胀差的变化与控制进行简单分析：在机组冷态启动过程中，胀差的变化和对胀差的控制大致分为以下几个阶段：

1、汽封供汽抽真空阶段。

从汽封供汽抽真空到转子冲转前胀差值是一直向正方向变化的。因为在加热或冷却过程中，转子温度升高或降低的速度都要比汽缸快，相应的膨胀或收缩的速度也要比汽缸快。在我们投入汽封供汽时，对整个汽缸的膨胀影响不大，而与汽封相对应的转子主轴段受热后则使转子伸长。所以，冷态启动时汽封压力不宜过高，一般应保持在0.1MPA以下，而温度则应在250摄氏度左右。当抽气系统投入开始抽真空后，如果胀差向正值变化过快，可以采取降低压力或适当提升凝汽器真空的方法，可以减少蒸汽在汽封中的滞留时间。总体上来说，冷态开机，汽封来汽温度和压力应该低一些，真空应该提升的快一点，在确保安全的前提下尽早达到冲转的条件。

2、暖机升速阶段。

从冲转到定速，胀差基本上继续上升。在这一阶段，蒸汽流量小，蒸汽主要在调节级内做功。中速暖机后再升速时，胀差值才会有减小的趋势。主要是因为随着转速的升高，离心力增大，轴向的分力也增大了，使转子变粗缩短，同时汽缸温度逐渐上升，气缸的膨胀速度也在上升。在冲转时，蒸汽的压力和温度都应适当低一些，但是温度要保持一定的过热度，冲转速率要低。在冲转过程当中要密切注意缸温的变化，如果胀差正值过高应稳定转速，或者降低真空，让蒸汽在汽缸中的滞留时间长一些，充分暖机。

3、定速和并列带负荷阶段。

由于从升速到定速的时间较短，蒸汽温度和流量几乎不变化，对胀差的影响在定速后才能反映出来。定速后，胀差增加的幅度较大，持续的时间较长，特别是在发电机并网以后，低负荷暖机阶段。并网后，随着调节汽阀的开大，调节级的温度上升比较快，调节汽门的开启速度对胀差的影响比较大。为了防止胀差变化过快，并网后应在低负荷状态下暖机一段时间，暖机时间由汽缸上、下壁温度，调节级温度和胀差的变化趋势来定。只有胀差值出现下降趋势而且比并网时的数值下降10%以后才能开始逐步提负荷，一旦胀差又出现上涨并且达到并网时的数值时就应适当减缓升负荷速度，甚至停止升负荷继续暖机。这样一直到机组负荷升至额定值。

结束语

总之，影响机组胀差的因素主要有以下几点：暖机时间的长短，凝汽器真空的变化，轴封供汽温度的高低和供汽时间的长短，主蒸汽的温升、温降率，负荷变化等。机组启停阶段胀差变化幅度大，影响因素多，调整难度大，因此要严格按规程操作，根据汽缸金属温度选择适当的冲转参数，适当的升温升压曲线，确定合适升温速度，控制升速和暖机时间，带负荷后根据具体情况，及时分析和采取有效方法，才能有效控制胀差。

参考文献：

[1] 汽轮机运行技术问答［M］.北京：中国电力出版社，2003.

[2]600MW级火力发电机组集控运行典型规程.中国电力投资集团公司.2009

[3]杨建明.汽轮机原理.中国电力出版社，2000.

作者简介：崔鸿海，1976年出生，吉林省松原人，毕业于华北电力大学热能与动力工程专业，工程师，现从事火电厂运行管理工作。