汽轮机差胀过大的原因分析及改进措施

汽轮机差胀过大的原因分析及改进措施

摘要: 从相对膨胀产生的理论出发, 针对焦作韩电发电有限公司1 号机的实际情况, 分启动和运行 2 个过程, 对汽轮机相对

膨胀值大的原因进行了分析, 并介绍了所采取的相应控制

措施或注意事项, 以及在实际生产中起到的作用作出了举

例证明。

关键词: 相对膨胀; 滑销; 温升率

1前言

我公司1 号汽轮机型号是C C50-8.83/4。22/1。57, 系哈尔宾汽轮机厂生产的双缸、单轴、双抽汽凝汽式汽轮机, 进汽温度535℃, 额定进汽量为224t, 中压额定抽汽量为30吨, 最大抽汽量为60吨。低压抽汽量为50吨，最大抽汽量为50吨。该机组投运后, 相对膨胀值及机组转动产生的噪声明显偏大, 特别是在启动过程中, 相对膨胀值超过规定值, 影响开机升速和升负荷时间, 是制约顺利开机的主要因素。投运初期, 开机时间在10h以上, 开机时间明显偏长。

2控制相对膨胀的重要性

金属物件在受热后, 向各个方向膨胀, 高温高压汽轮机从冷态启动到带额定负荷运行, 金属温度的变化很大400～500℃。因此, 汽缸及汽轮机各部件的轴向、垂直、水平各个方向的尺寸都会因受

热明显增大。汽轮机各部件膨胀量不同, 使得各部件的相对位置发生变化, 其变化量超过汽轮机动静部分的允许间隙后, 动静部件将会发生磨擦, 导致汽轮机损坏, 甚至报废等严重后果。为了控制汽轮机的动静部分不摩擦, 汽缸的轴向膨胀和汽缸与转子的相对膨胀就成为开机过程中重要的控制指标。汽轮机在启动暖机过程, 转子以推力轴承机头,1号瓦处为死点向后膨胀, 汽缸以后轴承座中点2 号瓦处为死点向前膨胀, 二者的膨胀差值即为相对膨胀习惯称为胀差。当转子膨胀值大于汽缸膨胀值时, 相对膨胀为正值, 该值过大时可造成动叶片出口处与下级喷嘴摩擦。当转子膨胀值小于汽缸膨胀值时, 相对膨胀为负值, 该值过大时可造成动叶片进口处与喷嘴摩擦。因此, 汽轮机的相对膨胀值的控制相当重要。1号汽轮机的相对膨胀测量装置安装在2 号瓦附近, 即汽缸死点处。

3 1 号汽轮机的相对膨胀大的原因

3. 1理论分析

金属受热膨胀值有如下关系:

ΔL=Lσ（t i-t0） (1)

式中ΔL 为金属的绝对膨胀值;

L 为金属的长度;

σ为该金属的线膨胀系数;

t i为金属材料的平均温度;

t o为冷态温度, 通常取20℃。

由式1 可以看出汽缸与转子热膨胀的差值相对膨胀取决于:

a. 由于转子与汽缸金属材料的不同, 其线胀系数σ的不同, 其在设计制造已确定, 这里不予讨论。

. b.由于热力过程的影响, 转子与汽缸的平均温度的不同。

此外, 机组热膨胀值还受非热力过程的影响。如转子转动时受泊松效应影响膨胀值会变小, 但3000 r min 后影响较小, 而汽缸受到滑销系统和抽汽管道能否自由膨胀的影响是比较大的。

3. 2运行中相对膨胀值大原因分析及控制措施机组在稳定工况运行时, 各区段的温度分布是有规律的, 且转子和汽缸的金属温度接近同级的蒸汽温度, 理论上相对膨胀值应接近于0。而1 号汽轮机在30 MW , 抽汽90, t h 真空93 kPa的稳定工况长期运行时, 相对膨胀值仍为2.15 mm其原因分析如下:

3. 2. 1汽缸的平均温度低于转子的平均温度, 其影响主要有2 方面:

1 保温不良。

2 环境影响: 由于空气对流等引起汽轮机外缸产生温差, 从而降低了汽缸的平均温度。

3. 2. 2由于转子与汽缸的金属材料的不同, 转子的线胀系数大于汽缸的线胀系数, 线胀系数在汽轮机的设计、制造过程中已确定, 故不予讨论。

3. 2. 3滑销系统的影响。当机组的滑销系统受阻时, 汽缸的热膨胀值变化有跳跃式变化或汽缸的膨胀值存在变小的现象。在大修时对

滑销系统进行了检查清理, 热膨胀值变小的现象有所好转, 但仍须在开机过程中对汽缸的热膨胀进行监视, 监测有无跳跃式的变化, 以便停机检修时进行处理。

3. 2. 4汽轮机启动过程中, 各抽汽管道能否自由膨胀, 其抽汽管道膨胀的热应力会影响汽缸热自身膨胀的变化。

以上对汽缸膨胀有影响的因素, 有待于大修时予以确证和排除, 以降低运行中相对膨胀值。

3. 3启动阶段相对膨胀值偏大的原因分析及控制

1 号机汽缸和转子可以看成是由很多段组成的, 每段的膨胀差值可由其长度和该段平均温差求出, 而该段末端的相对膨胀值为固定点推力轴承处至该处中间各段膨胀差值的代数和。因此, 汽轮机各段的胀差对机组整个相对膨胀各有其影响。

3. 3. 1主汽参数及金属温升率的影响

汽轮机启停过程中, 由于汽缸和转子材料、结构尺寸以及受热条件的不同, 即使是在相同的蒸汽参数下, 两者之间也明显存在温差。

从传热的角度分析:

在金属温度已上升到该段蒸汽相应压力的饱和温度后, 即蒸汽不会发生凝结放热后, 蒸汽对金属的单位时间的放热量Q1为: Q1= (t蒸汽-t金属) αA金属(2 )

式中t蒸汽为该段蒸汽的平均温度;

t金属为金属的平均温度;

α为放热系数;

A金属为金属的受热面积。

金属的单位时间的吸热量Q2为:

Q2 = m金属cb金属(3)

式中m金属为金属的质量; c 为金属的比热; b金属为金属的温升速度。

如果不计散热损失, 由Q1 = Q2 , 整理公式(2 ),(3)得:

b金属=( t蒸汽- t金属)αA金属/(m金属c ) (4)

A金属/m金属称为质面比。

当机组启动升速或加负荷暖机前, 转子和汽缸与蒸汽的温差(t蒸汽- t金属)可以视为相等, 但在升速或加负荷暖机过程中, 由于放热系数α和质面比A金属m金属的不同, 转子与汽缸就会产生温差。汽缸的质量大, 接触蒸汽面积小; 转子质量小, 接触蒸汽的面积大, 另外, 转子转动时蒸汽对转子的放热系数比汽缸的要大, 所以转子温度变化快, 转子更接近于蒸汽温度, 因此, 在汽轮机启停和工况变化时, 转子随蒸汽温度的变化膨胀或收缩更为迅速。在每个暖机阶段, 转子温度逐渐升到比较接近周围蒸汽的温度之后, 温升率明显下降, 而汽缸则仍以接近于原来的温升率升高温度。因此经过一段时间后,汽缸与转子的温差缩小, 这样就可以升速或升负荷到下一暖机阶段。

在滑参数启动过程中, 对主汽参数的控制和金属的温升率的控制是防止汽轮机的正胀差值过大的主要手段。要防止蒸汽参数过