汽轮机起停过程中差胀控制

汽轮机胀差分析

我厂600MW机组汽轮机，形式为亚临界参数、一次中间再热、单轴、四缸、四排汽、凝汽式汽轮机，型号为N600-16.7/538/538。额定功率600MW，最大功率634MW，从机头方向看为顺时针转动。

发电机低压缸II 低压缸I 中压缸高压缸前箱

滑销系统示意图

高、中、低压缸可以自由的在台板座上移动，由定位销定位移动方向。一般横销只有两个，与中心线的纵销定位一个死点。我厂机组死点在＃1低压缸的中心。发电机有单独的滑销系统，有两个横销、两个纵销确定中心点。高压转子的推力盘工作面为整个转子的相对死点。我厂机组滑销系统有4个纵销：前轴承箱轴向2个，中轴承箱轴向2个；4个横销：低压缸I两侧中部2个，发电机两侧中部2个；6个立销：低压缸I轴线上2个，低压缸II轴线上2个，发电机轴线上2个；6个角销：前轴承箱2个（有2个用螺栓），中轴承箱4个；8个猫爪：高压缸4个，中压缸4个。

由于转子的质面比比汽缸的质面比小得多，在变工况时，转子变化快，所以产生膨胀不一致现象，这种转子与汽缸的膨胀之差为胀差。另外汽缸与转子的死点不同，内外缸的死点又有差别，所以不同动静部位轴向间隙变化不同。

冷态启动过程中，＃1低压缸的后部及＃2低压缸向发电机方向膨胀。＃1低压缸前部及中压缸、高压缸向机头方向膨胀。转子以推力盘为相对死点，高压转子向前箱方向膨胀，与缸体膨胀方向相同；而中压转子向发电机方向膨胀，对于中压缸的前侧转子与汽缸膨胀方向相反，对于中压缸的后侧膨胀方向相同，对于＃1低压

缸前部汽缸与转子膨胀方向相反，对于＃1低压缸后半部分和＃2低压缸与转子膨胀方向相同。由于汽缸的喷嘴与叶片的间隙比叶片与下一级喷嘴间隙小，所有对于正胀差时最危险的部位为中压缸前部和＃1低压缸的前部，对于中压缸胀差只是自身的胀差，比较小。对于＃1低压缸前部，相对胀差为中压缸胀差与低压缸胀差的累计，比较大，但低压缸的动静间隙相对较大，仍能满足要求。这也是把相对死点放于中压缸前的原因。对于热态启动时，出现负胀差时，情况相反，最危险的部位为高压调节级。

胀差监测仪表有两个，一个安装在前箱里，测量高压胀差；另一个安装在八号轴承，测量低压胀差。另外，前轴承箱旁边设有汽缸绝对膨胀监测仪。

1 影响汽轮机胀差变化的主要因素

(1)轴封供汽时间和蒸汽温度的形响。汽机的端轴封在转子上占据一定的长度，因此改变轴封汽温和供汽时间将影响转子的膨胀，从而使胀差变化。在机组启动前提升凝汽器真空时需投入轴封供汽，此时轴封段的转子受到加热而膨胀伸长。由于机组启动前送轴封供汽抽真空，对汽缸的膨胀影响很小，此时胀差变化量反映了转子轴封段受热膨胀的伸长量。

(2)转子泊松效应的影响。汽轮机转子转动时，叶片和叶轮产生的离心力作用于大轴上，对大轴产生径向拉力由于转子材料的泊松效应的影响，转子在受径向拉力变粗的同时轴向的长度要缩短。这种轴向变形与转速的平方成正比，与泊松效应参数K值成正比。因此，降速时转子要伸长，升速时转子要缩短。由于低压缸转子的泊松效应参数K值较大，因而受泊松效应影响明显。对于我厂而言，由于波桑效应，高压缸差胀由停机前的0.7mm升至1.0mm，低压缸差胀从停机前的12.9mm增至18.2mm.因此，运行人员在进行机组启停操作之前应该预测泊松效应引起胀差变化对汽轮机安全的影响，防止胀差超限

(3) 高压缸进汽参数变化的影响。汽轮机进汽采用节流调节方式，即高压缸所有进汽调节阀同时开关，来控制蒸汽的流量。汽轮机转速从盘车状态升速至 3 000 r/min所需的进汽量较小，与汽轮机转子、汽缸等金属部件的热交换较微弱。在发电机并网以后，汽轮机进汽量增大，汽机转子相对胀差和汽缸绝对膨胀仪表指示变

化明显。由于汽轮机转子膨胀死点设置在前轴承箱中的推力轴承处，当汽轮机高压缸进汽后汽缸受热膨胀，将推动前轴承箱向调阀端移动，这必然会改变转子死点的绝对位置，从而影响到转子相对膨胀的位置。因此监视相对胀差的同时还应观察汽缸金属温度和汽缸绝对膨胀的变化，全面分析汽轮机热膨胀的变化趋势。值得注意的是:汽缸膨胀受高压缸运行工况变化的影响明显，当高压缸进汽温度和金属温度下降，使高压转子和汽缸收缩，高压缸收缩时拉动前轴承箱向发电机端移动，影响胀差向伸长方向变化。比如:机组负荷由310 MW降到200 MW 时，汽缸膨胀仪表指示向收缩方向变化。.23 mm，转子相对胀差向伸长方向变化了。.38 mm。因此，控制好升降负荷的速度和高压缸进汽温度变化的速度，是使机组均匀受热和防止胀差超限的关键.

(4 )凝汽器运行工况的影响。机组负荷不变，凝汽器运行工况随季节而变化，从而影响凝汽器真空。凝所器真空变化直接影响到低压缸排汽温度，引起低压排汽缸的受热情况发生变化，从而影响到低压外缸的膨胀。在相同负荷下比较汽轮机在冬季和夏季环境中运行的胀差仪表指示值相差约2m m.分析其原因是由于在汽轮机出力不变情况下，高低压缸进汽参数变化不大，高低压转子的膨胀相对稳定。但是环境温度升高和低压排汽缸温度上升，会使1号低压外缸(发电机端)和2号低压外缸向发电机方向膨胀，引起汽机转子相对汽缸的胀差指示值向缩短方向变化，环境温度下降时则情况相反。

2机组启停过程中胀差控制的注意事项

(1)工况突变时要注意监视胀差的变化情况。机组变工况运行时胀差监测仪表的指示会反映出汽轮机转子和汽缸热膨胀情况和轴向动静间隙的变化趋势，以及某些异常现象。比如:胀差值出现较大的突跳现象，可能是由于汽缸膨胀不畅，发生阻滞引起。因此，在变工况过程中，特别是在发生甩负荷、紧急停机等特殊工况时，加强对胀差的监视和控制是防止汽轮机发生重大损坏事故的重要措施。

(2)在机组启动升负荷阶段应控制加负荷的速度。机组启动升负荷阶段，胀差主要受高低压缸，进汽参数变化速度的影响。因此，在这个阶段控制好汽轮机进汽量和温度的变化速度是控制好胀差的关键。具体冲转参数及低负荷暖及时间查阅相关曲线

而定。必须强调一点，选择适当的暖机时间非常重要，这样有利于汽缸膨胀跟上转子伸长的速度，同时也可防止因暖机时间短，缸体膨胀不足或跑偏等问题。在热态、极热态起动过程中，冲转后，蒸汽温度不应出现下降情况，并注意汽缸金属温度不应下降，应尽快升速、并网、带负荷到金属温度对应的负荷点，避免胀差负值过大。热态冲转时，在同等温度下压力不要太高，这样在同样负荷的情况下，增加了高压调速汽门开度，减少了蒸汽节流，使高压转子受冷却收缩的程度得到减缓。

(3) 停机过程中须控制胀差伸长方向的增加。由于转子受泊松效应影响较大，必须考虑到汽机打闸后转速下降时胀差向伸长方向变化量较大带来的风险，避免动静部分轴向间隙消失而发生碰磨的事故。在停机前可适当降低凝汽真空，提高排汽缸温度，以增加低压外缸体的膨胀。也可降低汽机轴封供汽压力，减少转子轴封段的热膨胀量，控制胀差向伸长方向的变化量，确保汽轮机惰走过程中胀差不超出制造厂的规定值。)在停机过程中，控制温降速度以及蒸汽流量变化速度是控制胀差的有效方法。蒸汽的温降或流量变化速度大，转子与汽缸温差也大，引起胀差也大。因此，在汽轮机组停机过程中，控制蒸汽温度和流量变化速度.可以达到控制负胀差的目的。

(4 )注意轴封供汽温度的匹配，及时切换汽源轴封供汽直接与汽轮机大轴接触，其温度变化直接影响转子的膨胀。方法是:1)机组极热态起动时，采用主蒸汽向轴封供汽。轴封母管必须充分疏水，先送低压轴封，维持凝汽器一20 kPaf-30 kPa微真空，待高压轴封母管温度接近高压转子温度时，再向高压轴封送汽。避免送汽初期高压转子受骤冷产生过大负胀差;2)根据工况变化，适时投用不同温度轴封供汽汽源低负荷时，可适当将轴封母管压力调高些，开大低压缸轴封进汽分门，增加密封蒸汽量，可有效防止冷空气的漏人，对防止高中压缸负胀差的过大有很好的作用。