上海汽轮机在各种运行方式下的胀差控制

上海汽轮机在各种运行方式下的胀差控制

发表时间：2018-05-23T10:52:22.810Z 来源：《基层建设》2018年第4期作者：常文豪

[导读]

大唐巩义发电有限责任公司河南巩义 451200

概述：巩义公司采用的N660-28-600/620型汽轮机属上汽F195系列机型，该机组具有超群的热力性能，优越的产品运行业绩及可靠性，高效、高可用率、容易维护、检修所花时间少、运行灵活、快速启动及调峰能力。采用引进型西门子技术。为单轴、四缸四排汽型式，一个单流圆筒型高压缸，一个双流中压缸，两个双流低压缸，高、中、低压缸串联布置，轴承采用N+1模式，全部四缸共五个轴承。设计布置如下图所示：

一、胀差的概念

汽轮机启动加热或停机冷却以及负荷变化时，汽缸和转子都会产生热膨胀或冷却收缩。由于转子的受热表面积比汽缸大，且转子的质量比相对应的汽缸小，蒸汽对转子表面的放热系数较大，因此在相同的条件下，转子的温度变化比汽缸快，因此转子与汽缸之间存在膨胀差，而这差值是指转子相对于汽缸而言的，故称为相对膨胀差，简称胀差（汽缸与转子间的相对膨胀之差）。

在机组启动加热时，高压缸和高压转子向机头膨胀，转子也比汽缸膨账大，方向上是和中低压缸相反，其相对膨胀差值被称为正胀差。而当汽轮机停机冷却时，或出现甩负荷高压缸及转子与中低压缸及转子均向2号轴承座收缩，而转子冷却较快，其收缩亦比汽缸快，导致负胀差出现。而转速下降到一定程度，低压缸受鼓风摩擦及泊桑效应的影响，亦会出现正胀差。

胀差从一定程度上也反映了机组此时的应力水平，应当严格控制，防止出现动静摩擦。尤其负胀差对机组威胁更大（汽轮机设计级内间隙比级间间隙要小，负差胀增大级内间隙减小而级间间隙增大），且材料所承受的压应力往往也要大于拉应力（受离心力及材料性质影响），所以对于可能出现负胀差的工况条件（滑参数停机及极热态启动时）下，要格外重视监视与参数调整的缓慢。

而上汽机组设计足够大的轴向间隙，足够严苛的温度及应力要求，以及以下结构设计，足以达到对胀差不需要监视的程度，让其他同级别机型望尘莫及。

二、胀差的控制

1.结构控制

①强大的滑销系统：

图1 660MW汽轮机组滑销系统

为防止轴向间隙消失，将胀差对汽轮机的影响减少到最小，可以达到不用监测胀差的要求，西门子的膨胀系统设计了独特的技术风格：

a机组的绝对死点及相对死点均在高中压之间的推力轴承处（2号轴承座）；

b 动静叶片的相对间隙变化最小；

c 汽缸之间有推拉装置；

d 汽缸与轴承座之间有耐磨、滑动性能良好的金属介质。

②在汽轮机中，离推力轴承最远的点可能会发生20mm的轴向相对移动，热力膨胀时，必须确保汽缸在径向及轴向能够自由移动。在运行时，管路或者其他的定位点不能阻碍汽缸的膨胀移动，汽缸可能会移动30mm之多。

本机组推力轴承设在高压缸后轴承座内，汽轮机推力轴承的位置，就是转子相对于汽缸膨胀的死点，本机组死点设在2号轴承座内。高压缸转子从推力轴承处开始朝高压缸前轴承座方向膨胀；中压缸转子则从推力轴承处开始朝发电机方向膨胀。低压缸转子在轴系膨胀作用下，从推力轴承向发电机的方向偏移。

图2 汽缸与转子的膨胀

2、运行过程中的控制

上汽机组以缸涨值来替代胀差的监视，在运行中，我们要加强测点的监视，及对汽轮机应力水平进行监视和分析（应力裕量用温差裕量来代表），机组启动前和运行中，保证TSE（汽轮机应力评估器）始终投入，在机组启动过程中，各个阶段X准则要严格控制，不得强行干预SGC启动过程。针对机组胀差的控制，按照机组的运行方式的不同，按照以下要求：

①冷态启动及滑参数停机时，汽机各主要保护和自动联锁装置应投入正常，保护应定期进行核验；调整监视过程中，要加强对汽轮机

振动，温度，轴向位移等加强监视，确保测点正常，无坏点。

②机组启动及停止过程中，或变工况运行时，应特别监视缸胀，轴向位移，滑稍系统无卡涩。发现缸账等参数异常时，应当立即停止变工况及其他操作，立即确认测点是否有误，立即汇报值长，联系处理。应力控制器在冲转升速中参与控制升速率在加减负荷时参与控制升降负荷率，在各工况不应退出.

③机组应当尽量避免极热态启动的情况发生，受锅炉侧限制，蒸汽节流损失等因素的影响，很难达到机侧金属温度水平，满足过热度要求，出现较大的负胀差，造成的热应力较大，严重影响并减少机组寿命，在启动过程中，如果发生参数波动（蒸汽参数、轴封供汽等）极易造成汽缸进水发生，造成大轴弯曲等恶劣事件发生。极热态启动需要满足以下两点基本要求：

a 机组热态冲转，主汽压力、温度应按照“热态启动曲线”控制，且过热度≥56℃。主蒸汽压力12MPA左右。

b 汽机冲转并网及升负荷，按热态启动曲线进行。冲转、并网后应尽快使机组负荷带至与高压转子金属温度相对应的水平。

三、结语

1、上汽机组能够通过自己的强大的滑销系统及汽缸结构（夹层汽等），尤其是对于低压缸的控制，从根本上解决了很多机组在启动过程中遇到胀差过大，需要进行长时间暖机的过程，升速率控制、升负荷及升温升压速率等问题，从而提升了启动速度速度和机组安全性。

2、上汽汽轮机用整个汽缸的温度水平（其实就是将胀差的监视，转化为对汽缸的监视）作为监视保护参数，取消对胀差的监视。从另一方面来看其实是由于机组径向间隙要求非常高，而轴向间隙本身要求稍低，且滑销系统的整体结构布置，使得因为轴向间隙消失而引起的动静碰磨的几率特别小。因此取消对转子张差的监视，看似降低了保护监测水平，实则是用更高的监测水平来确保整个汽轮机的热应力水平，防止发生轴瓦磨损、轴承和叶片损坏重大事故的发生。

3、同时也对运行人员提出了更高的要求，必须充分了解机组的特点与性质，充分认识机组在启停及正常运行中可能遇到的这类问题时应当如何应对和解决，加强监视与严格操作要求，防止出现误操作而导致机组出现设备损坏等问题的出现。