第二讲 汽轮机的滑销系统和窜轴、热膨胀监测
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第二讲汽轮机的滑销系统和窜轴、热膨胀监测
第一节汽轮机轴向位移监视
一、汽轮机产生轴向位移的原因和危害
(一)汽轮机转子产生轴向位移的原因
汽轮机转子高速旋转,而汽缸及隔板是静止不动的,所以动静部分之间必须留有一定间隙。
汽轮机叶片具有一定的反动度,叶片的叶轮前后两侧存在着压差,形成一个与汽流方向相同的轴向推力;轮毂两侧转子轴的直径不等,隔板汽封处转子凸肩两侧的压力不等,也要产生作用于转子上的轴向力。所以转子受到一个由高压端指向低压端的轴向推力。在这个轴向推力的作用下,转子就会产生轴向位移,使动静之间的间隙减小甚至消失,这是绝对不允许的。因此要设法平衡轴向推力,采取了高中压缸反向布置、中低压缸对称分流、开设平衡孔等一系列措施,平衡部分轴向推力,其余的则由推力轴承来负担。
汽轮机在运行过程中,引起轴向推力增大的原因有以下几方面:
1. 汽轮机发生水冲击由于含有大量水分的蒸汽进入汽轮机内,水珠冲击叶片使轴向推力增大,同时水珠在汽轮机内流动速度慢,堵塞蒸汽通路,在叶轮前后造成很大的压力差,使轴向推力增大。
2. 隔板轴封间隙增大由于不正确地启动汽轮机或机组发生强烈振动,将隔板轴封的梳齿摩损,间隙增大,漏汽增多,于是使叶轮前后压力差增加,致使轴向推力增大。
3. 动叶片结垢蒸汽品质不良,含有较多盐分时,会使动叶片
结垢。动叶片结垢后,蒸汽流通面积缩小,引起动叶片前后的蒸汽压差增大,因而增大了转子轴向推力。
叶片的结垢情况,可以由监视段压力的变化情况判断出。为了监视监视段的压力变化,需要作出通流部分清洁时的监视段压力与负荷的关系曲线。监视段压力的最大增长值,一般来说,对于中压冲动式汽轮机为15%,高压冲动式汽轮机为5%,有平衡盘的中压反动式汽轮机为20%,有平衡盘的高压反动式汽轮机为10%。
4. 新蒸汽温度急剧下降新蒸汽温度急剧下降,转子温度也跟着降低,由于转子的收缩量大于汽缸的收缩量,致使推力轴承的负荷增加。当汽轮发电机采用挠性靠背轮时,靠背轮对转子的移动起了制动闸的作用,因而使推力轴承上承受的推力增大。若是齿形靠背轮,当齿或爪有摩损或卡涩情况就就更为严重,推力轴承极易发生事故。
5. 真空下降汽轮机凝汽器真空下降,增大了级内反动度,致使轴向推力增大。
6. 汽轮机超负荷运行汽轮机起负荷运行时,蒸汽流量增加,会使轴向推力增大。
7.润滑油系统由于油压过低、油温过高等缺陷使油膜破坏而导致推力瓦块乌金烧熔,也会使转子产生轴向位移。润滑油系统会造成油膜破坏的原因有:
(1)润滑油压过低
(2)润滑油温过高
(3)润滑油中断
(4)油质不良
(5)润滑油中有水
(6)轴瓦与轴之间的间隙过大
(7)乌金脱落
(8)发电机或励磁机漏电
(二)汽轮机转子产生轴向位移的危害和监视保护措施
当轴向推力过大时,推力轴承过负荷,造成推力瓦块烧毁或动静部分发生碰摩,造成设备的严重损坏。
当转子轴向推力过大,推力轴承过负荷,将破坏油膜,致使推力瓦块乌金烧熔,转子窜动。当轴向位移超过动、静部件之间预留的间隙时,将会造成叶片折断、大轴弯曲、隔板和叶轮碎裂等恶性事故。
因此严密监视机组的轴向位移显得特别重要。一般在推力瓦块上装有温度测点,在推力瓦块回油处装有回油温度测点等,以监视汽机推力轴承的状态。此外,还装设各种轴向位移监测保护装置,以监视转子的轴向位移变化。
对于轴向位移监测器在正常工况下指示轴的位移量,当位称超过一定限值时,发出报警信息,提醒运行人员严密监视机组状态,采取处理措施,当轴向位移达到“危险”限值时,发出危急遮断高、中压调节阀门与主汽门的信号,以保证机组设备和人身的安全。
(三)轴向位移测量装置
轴向位移测量装置有四种类型:
1.机械式:采用一耐磨的金属直接与汽轮机大轴相接触,将大轴
的轴向位移变化通过杠杆传递系统传至指示器,当轴向位移达到限值时,保护跳闸机构动作,遮断去自动主汽门和调速器错油门的保护油路,实行紧急停机。
2.液压式:轴向位移改变喷油嘴与轴端平面(或转子的凸缘平面)之间的间隙,改变油的油量,引起喷油嘴前的压力变化,以此压力指示轴向位移的大小,当压力低于某一数值时,滑阀动作实现紧急停机。
3.电感式:将转子的机械位移量转换成感应电压的变化,然后进行指示、报警或停机保护。
4.电涡流式:根据电涡流原理,将位移的变化转换成与之成比例的电压变化,从而实现位移的测量、报警和停机保护。
第二节汽轮机热膨胀监视
一、机组热膨胀的原因及危害
(一)缸胀和差胀
汽轮机的汽缸和转子在启动、停机过程中,或在运行工况发生变化时,都会由于温度变化而产生不同程度的热膨胀。
汽缸受热而膨胀的现象称为“缸胀”。缸胀时,由于滑销系统死点位置不同,汽缸可能向高压侧伸长或向低压侧伸长,也可能向左侧或向右侧膨胀。为了保证机组的安全运行,防止汽缸热膨胀不均,发生卡涩或动静部分摩擦事故,必须对缸胀进行监视。缸胀监视仪表指示汽缸受热膨胀变化的数值,也叫汽缸的绝对膨胀值。
转子受热时也要发生膨胀,因为转子受推力轴承的限制,所以只能沿轴向往低压侧伸长。由于转子体面比小,而且直接受转子的冲击,因此温升和热膨胀较快,而汽缸的体积较大,温升和热膨胀相对要慢一些。当转子和汽缸的热膨胀还没有达到稳定之前,它们之间存在较大的热膨胀值,简称“胀差”(或“差胀”)值,也叫汽缸和转子间的相对热膨胀差。
在机组启动或增负荷时,是一个蒸汽对金属的加热过程,转子升温快于汽缸,大于汽缸的膨胀值,称为正胀差;在停机或减负荷时,是一个降温过程,转子降温快于汽缸,所以转子收缩的快,也就是转子的轴向膨胀值小于汽缸的膨胀,称为负胀差。
汽缸的绝对膨胀值理论上可以用下式表示
⎰∆=∆L
y y dy t t L 0)(α (mm ) 式中)(t y α——计算段材料的线膨胀系数(1/0C );
y t ∆——计算工况金属温度与安装温度之差,即计算段的温度增
量(0C );
L ——计算截面至死点的轴向距离(mm )
。 但在实际应用时,往往采用近似方法进行计算,即沿着轴方向分成若干区段,先计算各区段的绝对膨胀值,然后进行修正和叠加,得出汽缸的绝对膨胀值。
由于汽轮机转子的轴向位置是由推力轴承固定的,所以差胀是以推力轴承为起点(相对死点)的某一处转子和汽缸总的膨胀差,例如高压缸在C 点处的差胀可表示为