汽轮机胀差产生机理及质量控制法

汽轮机胀差产生机理及

“质”“量”控制法

高明

（新疆华电红雁池发电有限责任公司）

摘要：结合北京重型电机厂生产的200MW三缸两排汽式汽轮机，阐述了汽轮机胀差产生的机理，分析了高、中、低压缸胀差之间的相互关系，并结合现场实际运行情况量化的分析了各种工况下胀差的变化趋势，并提出了“质”“量”控制法，提出了各种工况下胀差的控制方法，及在长期运行中总结出的注意事项，保证了机组安全可靠的运行。

关键词：胀差产生机理变化关系“质”“量”控制法

1 概述

汽轮机在启、停过程中，由于转子与汽缸的热交换条件不同，使得它们在膨胀或收缩时出现差别。这些差别称为汽轮机转子与汽缸的相对膨胀差，简称胀差。

转子与汽缸的重量，表面积，结构等各有不同，故它们的质面比也不同。所谓质面比，就是转子或汽缸质量与热交换面积之比，通常以G/F表示之。转子与汽缸比较，转子的质量小，参加热交

换的面积大，即质面比小；而汽缸的质量大，参加热交换的面积小，质面比大。在加热和冷却过程中，转子温度的升高或降低比汽缸来得快，也就是说，在加热时转子的膨胀值大于汽缸，在冷却时转子的收缩值也大于汽缸。

监视胀差是机组启停过程中的一项重要任务。为避免轴向间隙变化到危险程度使动静部分发生摩擦，不仅应对胀差进行严格的监视，而且应对各部分胀差对汽轮机正常运行的影响应有足够的认识，为此，本文内容重点介绍胀差的相互关系及其“质”“量”控制。

图1三缸两排汽汽轮机滑销系统与胀差测点

2 胀差及滑销系统介绍

为了便于对各胀差及其相互关系进行分析，就必须介绍一下汽缸与转子的膨胀情况和表计的安装位置，下面以北京重型电机厂生产的三缸两排汽200MW机组为例介绍，汽轮机滑销及测点安装详见图l。

高、中压汽缸与基础的固定点设置在中压缸后轴承箱台板上，低压缸与基础的固定点设置在低压缸前部低压缸进汽中心线前2450mm处。转子与汽缸的相对固定点设置在高、中压缸之间的#2轴承箱处，汽轮机受热后汽轮机的高、中压缸带动转子向前移动，转子以相对死点为基础，高压转子向前膨胀，中压转子相后膨胀。低压外缸与低压内缸之间的相对固定点设置在低压进汽中心线上，低压内缸以此点为基准向两边膨胀。高压外缸与高压内缸之间的相对固定点设置在高压进汽中心线上，高压内缸以此点为基准向机头膨胀。

汽缸通过横键相对于基础保持两个固定点（绝对死点）。机组启动时，高、中压缸，前轴承箱，＃2轴承箱向前膨胀，低压缸向前、后两个方向膨胀。转子相对汽缸的固定点（相对死点）在#2轴承箱推力轴承处，机组在启动时转子由此点向前后膨胀。

汽轮机相对膨胀测量装置设在：高压缸胀差设在高压缸后部前轴承箱齿型联轴器前，中压缸胀差设在中压缸后部#3轴承箱内中低压转子联轴器前，低压缸胀差设在低压缸后部#5轴承箱内低发转子联轴器前，轴向位移设在＃2轴承箱推力盘前，高压缸绝对膨胀表安装在#1轴承箱旁，中压缸绝对膨胀表安装在#2轴承箱旁。

因胀差保护是一个主要保护项目，所以我厂采用进口的涡流探头测量输出电信号供集控室内的仪表显示。

汽缸胀差的零点定位法与轴向位移的零点定位法相同。汽轮机必须在全冷状态下进行，因为对高压汽轮机来讲，汽缸体积庞大，汽缸法兰均很厚重，机组跨距较大，只要汽缸与转子具有温度，就有一定的膨胀量，而且转子的膨胀量（或收缩量）大于汽缸，胀差变化幅度较大，一般在-1～+6mm，而汽轮机内部动静之间轴向间隙仅有2mm左右，汽轮机汽缸，转子在未冷透情况下，相对零位是找不准的。因而为了保证机组在运行中动静间隙安全可靠，不致发生摩擦，胀差需在冷态下校正。校正时将转子推向发电机侧，推力盘靠向推力瓦块工作面，此时仪表指示为零。机组在盘车过程中高压缸胀差应为一定的正值（+0.3～+0.4mm）

北重厂提供的胀差报警值是：高压缸-1～+3mm、中压缸-1.8～+3mm、低压缸-2～+4mm；停机值是：高压缸-1.5～+5mm、中压缸-2.5～+3.5mm、低压缸-3～+6mm。其中因我厂＃1机在试运中中压缸负胀差较大，北重厂提供的原定值（中压缸胀差报警值：-0.5mm和跳机值：-1mm）无法满足运行，经北重厂重新核准将定值改为目前的定值。

3 高、中、低压缸胀差的产生与相互关系

高压胀差：高压胀差表的发讯器装在1号轴承箱上。从图1可以看出，高压外缸与高压转子均是向机头方向膨胀的。当高压外缸膨胀或收缩时，带动1号轴承箱一起移动，所以高压胀差表的指示值，实际是高压转子与高压外缸的胀差。高压胀差表指示大小，并不能正确反映高压内缸轴向间隙的变化情况。在稳定工况下，高压内缸的温度、膨胀量总是较高压外缸更接近于转子，因此高压转子与高压内缸的胀差是小于高压转子与高压外缸的胀差的。因此用外缸与转子的胀差来控制高压内缸通流部分间隙变化是安全的。而胀差表的指示值，最能反映胀差表附近各级轴向间隙的变化。就本机而言，高压胀差表指示大小，近似表明了高压缸带隔板套的末三级和高压缸后汽封轴向间隙的变化情况。

中压胀差：中压胀差表的发讯器装在3号轴承座上。从图1可以看出，中压转子是向后膨胀的，而中压缸是向前膨胀的，二者膨胀方向相反，若其膨胀不等便产生胀差。现以受热情况为例加以说明：转子受热后以推力轴承(推力盘)为死点向后膨胀；汽缸受热后，自高、中压缸死点向前膨胀，当中压缸向前膨胀时，则带动2号轴承箱(推力轴承)向前移动，推力轴承又带动中低压转子向前移动。如果转子向后膨胀的数值等于推力轴承向前移动的数值，中压胀差表指示为零。如果转子的膨胀量大于汽缸的膨胀量，中压胀差为正值。这时动叶出口到下一级喷嘴入口轴向间隙减小；反之中压胀差为负值，则喷嘴与本机动叶轴向间隙减小。

低压胀差：低压胀差发讯器装在5号轴承座上。现仍以受热情况为例说明低压胀差的产生和轴向间隙的变化。低压缸受热时，从死点开始向后膨胀；而低压转子受热也向后膨胀，若二者膨胀量不等便产生胀差。如果转子膨胀量大于汽缸膨胀量，低压胀差为正值，反之为负值。当低压胀差为正值时，对于顺流布置的低压后汽缸而言，是动叶出口与下一级喷嘴入口轴向间隙减小。通常这一间隙设计得比较大，在一般情况下其动静部分间隙不至于完全消失，也就是说安全裕度比较大。对反汽流布置的低压前汽缸而言，则是喷嘴出口与本级动叶入口轴向间隙减小。为了提高汽轮机的内效率，这一部分间隙设计得比动叶出口到下级喷嘴入口间隙为小。所以低压胀差正值过大，低压前汽缸和靠近胀差表的低压后汽封比较危险。

因胀差就是转子与汽缸的相对膨胀，而＃2轴承箱处为转子与汽缸的相对死点，故此处的胀差始终都是0，而高、中压缸胀差测点分别在相对死点的两边，因此高中压缸的胀差相互不影响，即高压缸胀差变化时，中压缸胀差不随之改变，中压缸胀差变化时，高压缸胀差不随之改变。中压缸和低压缸有各自的死点，它们的绝对膨胀是各自独立的；而中、低压转子却因相互连接使得低压转子随同中压转子往同方向移动。故中压胀差变化时必然影响到低压胀差表的指示值,而低压胀差的变化并不引起中压胀差的变化。所以低压胀差表的指示值实际是中压胀差和低压缸本身胀差的代数和。

上述论述可通过公式推论得出：

∵Lgz＝－Yzz

∴ΔLg＝Lgg＋Lgz－Lzg－Yzz＝Lgg－Lzg

∴ΔLz＝0－(－Yzz)－Lzz＝Lgz－Lzz

ΔLd＝Lgd－(－Yzz)－Lzz－Lzd＝Lgz－Lzz＋Lgd－Lzd＝ΔLz＋ΔLd′

ΔLg——高压缸胀差；ΔLz——中压缸胀差；ΔLd——低压缸胀差

Lgg——高压缸绝对膨胀量；Lgz——中压缸绝对膨胀量；Lgd——低压缸绝对膨胀量