汽轮机胀差轴向位移的产生原因及其防控措施

汽轮机胀差，轴向位移的产生原因及其防控措施1轴向位移和胀差的概念

轴位移指的是轴的位移量，而胀差则指的是轴相对于汽缸的相对膨胀量，一般轴向位移变化时其数值较小。轴向位移为正值时，大轴向发电机方向移，若此时汽缸膨胀远小于轴的膨胀,胀差不一定向正值方向变化；如果机组参数不变，负荷稳定，胀差与轴向位移不发生变化。机组启停过程中及蒸汽参数变化时，胀差将会发生变化，由于负荷的变化而轴向位移也一定发生变化。运行中轴向位移变化，必然引起胀差的变化。

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。

胀差数值是很重要的运行参数，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。

启动时，一般应用加热装置来控制汽缸的膨胀量，而转子主要依靠汽轮机的进汽温度和流量以及轴封汽的汽温和流量来控制转子的膨胀量。启动时胀差一般向正方向发展。汽轮机在停用时，随着负荷、转速的降低，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，必须采用汽加热装置向汽缸夹层和法兰通以冷却蒸汽，以免胀差保护动作。

汽轮发电机中，由于蒸汽在动叶中做功，以及隔板汽封间隙中的漏汽等原因，使动叶前后的蒸汽压力有一个压降。这个压降使汽轮机转子顺着蒸汽流动方向形成一个轴向的推力，从而产生轴向位移。如果轴向位移大于汽轮机动静部分的最

小间隙就会使汽轮机静、转子相碰而损坏。轴向位移增大，会使推力瓦温度开高，乌金烧毁，机组还会出现剧烈振动，故必须紧急停机，否则将带来严重后果。差胀保护是指汽轮机转子和汽缺之间的相对膨胀差。在机组启、停过程中，由于转子相对汽缸来说很小，热容量小，温度变化快，膨胀速度快。若不采取措施加以控制升温速度，将使机组转子与汽缸摩擦造成损坏。故运行中差胀不能超过允许值。

汽轮机转子停止转动后，负胀差有可能会更加发展，因此应当维持一定温度的轴封蒸汽，以免造成恶果。

2轴向位移和胀差的影响因素

使胀差向正值增大的主要因素简述如下：

1）启动时暖机时间太短，升速太快或升负荷太快。

2）汽缸夹层、法兰加热装置的加热汽温太低或流量较低，引起汽加热的作用较弱。

3）滑销系统或轴承台板的滑动性能差，易卡涩，汽缸胀不出。

4）轴封汽温度过高或轴封供汽量过大，引起轴颈过份伸长。

5）机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高。

6）推力轴承工作面、非工作面受力增大并磨损，轴向位移增大。

7）汽缸保温层的保温效果不佳或保温层脱落，在严禁季节里，汽机房室温太低或有穿堂冷风。

8）双层缸的夹层中流入冷汽（或冷水）。

9）胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数字偏差。

10）多转子机组，相邻转子胀差变化带来的互相影响。

11）真空变化的影响(真空降低，引起进入汽轮机的蒸汽流量增大)。

12）转速变化的影响(转速降低)。

13）各级抽汽量变化的影响，若一级抽汽停用，则影响高差很明显。

14）轴承油温太高。

15）机组停机惰走过程中由于“泊桑效应”的影响。

16）差胀指示表不准，或频率，电压变化影响。

使胀差向负值增大的主要原因：

1）负荷迅速下降或突然甩负荷。

2）主汽温骤减或启动时的进汽温度低于金属温度。

3）水冲击。

4）轴承油温太低。

5）轴封汽温度太低。

6）轴向位移变化。

7)真空过高，相应排汽室温降低而影响。

8）启动进转速突升，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。

9）双层汽缸夹层中流入高温蒸汽，可能来自汽加热装置，也可能来自进汽套管的漏

汽或者轴封漏汽。

10)汽缸夹层加热装置汽温太高或流量较大，引起加热过度。

11)滑销系统或轴承台板滑动卡涩，汽缸不缩回。

12)差胀值示表不准，或频率，电压变化影响。

正胀差的影响因素主要有：

１）蒸汽温升或温降速度大

启动时，一般应用加热装置来控制汽缸的膨胀量，而转子主要依照汽轮机的进汽温度和流量以及轴封汽的汽温和流量来控制转子的膨胀量。启动时胀差一般向正方向发展。汽轮机在停用时，随着负荷、转速的降低，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，必须采用汽加热装置向汽缸夹层和法兰通以冷却蒸汽，以免胀差保护动作。汽轮机转子停止转动后，负胀差可能会更加发展，为此应当维持一定温度的轴封蒸汽，以免造成恶果。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．与金属表向降负荷速度加快，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）轴封供汽温度的影响

轴封供汽对转子的轴封段和轴封体加热，由于轴封体是嵌在汽缸两端，其膨胀对汽缸轴同长度几乎没有影响，但转子轴封段的膨胀却影响转子的长度，因而使正胀差加大。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。若轴封供汽温度过高，则出现正胀差过大；反之，负胀差过大。一般规定轴封汽温度略高于轴封金属温度。

４）真空对低压胀差的影响

真空降低，一方面排汽温度升高，低压缸排汽口压力升高，缸体内外压差减少，两者促进低压缸缸体膨胀，从而减少低压胀差。另一方面，若轴封汽压不变，低压缸轴封段轴封汽量减少，转子加热减弱，也使低压胀差减少。

５）环境温度的影响

低压胀差对环境温度较敏感。环境温度升高，低压胀差变小，环境温度降低，低压胀差升高。主要原因一方面是环境温度降低，低压缸冷却加剧（低压缸无保温）；另一方面是循环水温度降低使真空升高，排汽温度降低，缸温下降。经观察，在不同负荷下，变化规律是一样的。在同一负荷下，冬季跟夏季低压胀差相差15%。６）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，转子摩擦鼓风损失产生的热量相应加大，但此时由于流量增加，使产生的鼓风损失的级数相应减少，因此每千克蒸汽吸收摩擦鼓风损失产生的热量先随转速升高而增大，使高中低压缸正胀差增大，后又随转速升高而相应减少，对胀差的影响逐渐减少。