汽轮机运行中胀差的分析和控制
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１汽轮机胀差的产生
汽缸和转子之间出现胀差的主要原因是它们的结 构和工作条件不同。以单缸汽轮机为例，汽缸死点在 排汽口中心附近，转子与汽缸的相对死点在推力轴承 推力面处，由于转子与汽缸之间存在温差，各自受热状 况不一样，转子质量小但接触蒸汽的面积大，温升和热 膨胀较快，而汽缸质量大，温升和热膨胀就比较慢，因 此在转子和汽缸热膨胀还没有达到稳定前，他们之间 就有较大的胀差。同理，由于转子比汽缸体积小，转子 的冷却收缩也比汽缸的冷却收缩快，这时它们之间也 会产生较大胀差。
汽轮机运行中胀差的分析和控制
郭文斌
（大唐略阳发电厂，陕西略阳 ７２４３００）
［摘要］本文概述了针对陕西大唐略阳发电厂３、４、５号机启停过程胀差产生的原因分析、危害、变化 规律和控制措施
［关键词］汽轮机；胀差；控制
中图分类号：ＴＫ２６４．１文献标识码：Ｂ文章编号：１００８—４８３５（２００４）０６一００７５一０２
２胀差过大的危害
胀差的大小意味着汽轮机动静轴向间隙相对于静 止时的变化，正胀差表示自喷嘴至动叶间隙增大；反 之，负胀差表示该轴向间隙减小。汽轮机轴封和动静 叶片之间的轴向间隙都很小，若汽轮机启停或运行中 胀差变化过大，超过了轴封以及动静叶片间正常的轴 向间隙时，就会使轴向间隙消失，导致动静部件之间发 生摩擦，引起机组振动，以至造成机组损坏事故。因 此，汽轮机都规定有胀差允许的极限值，它是根据动静 叶片或轴封轴向最小间隙来确定的。当转子与汽缸间 隙相对膨胀差值达到极限值时，动静叶片或轴封轴向 最小间隙仍留有一定的合理间隙。
＾Ｊ。Ｆ｛ＴＨ＼＾，ＥｓＴＣＨｆＮＡ日唇ＣＴ亘ＲｊｊｃＥＰ电ｏｖ＼力，夔田查№．曼６Ｚ，至２００四４ 垒Ｖ雨
３汽轮机胀差增大的原因
３．１正胀差值增大一般由以下原因所引起
（１）启动时暖机时间太短，升速或加负荷太快； （２）滑销系统或轴承台板的滑动性能差，容易 卡涩； （３）轴封供汽温度高，供汽量大，引起轴颈过 分伸长； （４）机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数 过高； （５）推力轴承磨损，引起轴向位移增大； （６）汽缸保温层保温效果不佳或保温层脱落；在 严寒冬季，汽机房室内温度太低或有穿堂冷风； （７）胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数字 偏差； （８）真空值、轴承油温过高； （９）各级抽汽量变化影响；转子摩擦鼓风损失；泊 桑效应。
０ 引言
当汽轮机在启动加热、停机冷却过程中，或在运行 中工况变化时，汽缸和转子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，使得转子 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，把转子与汽缸之间热膨胀的差值称为相对 膨胀差，简称胀差。当转子轴向膨胀大于汽缸的轴向 膨胀时，称为正膨胀；反之若转子轴向膨胀小于汽缸的 轴向膨胀时，称为负膨胀。
４汽轮机各种工况下胀差的变化规律
４．１汽轮机冲转时 汽轮机启动从冲动转子到定速阶段，汽缸转子的
温度变化很剧烈，转子的热膨胀大于汽缸，表现为正胀 差，且数值呈上升趋势。
囝思犏怂鬻罐浩而而面丽
４．２轴封送汽时 汽轮机启动过程中，当轴封供汽时，由于转子汽封
段被进一步加热，正胀差随供汽温度增高而增大。
４．３加负荷阶段 在汽轮机定速后并网加负荷阶段，由于蒸汽参数
西急需祷甍熊鉴而雨面丽
５．２停机过程中的控制 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为严 重，我厂多采用额定参数停机，适当调整真空破坏门， 及时开启本体疏水及机头疏水，关闭门杆漏汽调整胀 差。转子停止转动后，负胀差可能更加发展，应维持一 定温度的轴封蒸汽，真空到零后方可停止轴封送汽。
（上接 第７６页） 停止对新蒸汽升温升压，稳定参数，使机组在稳定转速 或稳定负荷下停留暖机，同时可采取调整凝汽器真空 方法，对我厂３、４、５号机既节流凝汽器抽气空气总门，
适当降低真空，减少正胀差的发展。 为了提高排汽缸温度，减小正胀差及上下缸温差，
我厂３、４、５号机装有滑排装置，在１号炉设有低压启 动汽源，可投入滑排装置缩短升速暖机时间，实现机组 顺利启动。并在机组启动过程中，当调节级下缸内壁 温度达３５０℃以上时，应当及时调整本体疏水，既将高 压段本体疏水门关小三分之一，中压段本体疏水关小 二分之一，低压段本体疏水门保持全开，减少正胀差发 展。在启动过程中还应及时调整三挡漏汽压力，使其保 持为微正压，防止冷空气漏人后汽封段，使负胀差增大。
不同容量的汽轮机组胀差允许极限值不同。我厂 ５０Ｍｗ机组（３、４、５号机）对胀差允许的极限值为一１． ｏ～＋２．５ｍｍ，一旦胀差达到允许极限值，立即发出声 光报警信号，以便运行人员及时采取措施，保护机组安 全。如果胀差超限，热工保护将动作是主机拖扣，保护 机组安全。为了在汽轮机启动、暖机和升速过程中或 在运行、停机过程中保护机组安全，必须设置汽轮机热 膨胀测量装置和转子与汽缸相对膨胀测量装置。
５胀差的控制
在了解了胀差产生的原因及变化规律后，目的就 是在汽轮机启停和工况变化时很好的控制胀差，保证 机组的安全。
５．１启动时的控制 冷态启动时，可通过控制进汽量的办法来控制转
子与汽缸的胀差。我厂机组一般都采用滑参数启动， 应严格控制冲转参数及升速暖机时间，启动中有可能 出现胀差过大现象，此时应通知炉侧 （下转第７４页）
提高，通过汽轮机的蒸汽流量增大，蒸汽与汽缸、转子 的热交换加剧，正胀差增加的幅度较大，其增张幅度与 加负荷速度呈正比关系。当汽轮机进入准稳态区时， 正胀差达到极限值。
４．４减负荷阶段 汽轮机在稳定工况运行时，转子和汽缸同金属温
度接近于同级的蒸汽温度，胀差基本趋于稳定值。当 汽轮机减负荷或停机时，流过汽轮机的蒸汽温度低于 金属温度，转子的质量小，但与蒸汽接触的面积大，所 以转子比汽缸冷却的快，即转子比汽缸收缩的多，因此 出现负胀差。
４．５停机惰走时 汽轮机打闸后调速汽门关闭，没有蒸汽进入通流
部分，转子鼓风摩擦所产生的热量无法被蒸汽带走，似 的转子温度升高；加之转子转速下降，由于泊桑效应， 使得胀差有不同程度的正Βιβλιοθήκη Baidu向增加。
４．６运行中的保证 汽轮机运行中应保证主汽温度相对稳定及轴封汽
温、汽压正常，转子与汽缸的胀差无论是正还是负都必 须在正常范围内，此时胀差值在正常运行时一般变化 不大。
万方数据
用，导致并网时间延长。 其次是频差和压差为零时，ＺＴ一２同期装置会误
认为发电机已经与系统并列运行，而不发合闸脉冲。 致使并网时间延长。
（４）ｚＴ一２型同期装置自更换后，资料不全，使运 行人员不能清楚的了解此装置的特性。因此，在操作 中盲目性较大，使并网时间延长。
（３）对并网操作程序进行调整，尽量采用发电机 自动准同期并网方法。必须采用手动准同期并网操作 时，在发电机电压、频率调整至和系统电压、频率基本 一致，就投入同期装置ＤＴＫ开关，根据同期装置显示 的信息进行调整。
参考文献 ［１］汽轮机原理剪天聪水利电力出版社１９８６
作者简介：郭文斌，男，１９９５年毕业于太原电专热动专业，从事值长 岗位。 收稿日期：２００４一０７—２０
万方数据
３．２负胀差值增大一般由于以下原因引起 （１）负荷突然下降或突然机组甩负荷； （２）主汽温度骤然降低或启动时进汽温度低于金
属温度； （３）由于各种原因引起的水冲击； （４）轴封供汽温度太低，流量太小； （５）轴向位移变化； （６）机组启动时转速突然升高，转子在离心力的
作用下轴向尺寸减小，低胀差变化明显； （７）油温太低； （８）转子停止过程中过早停止轴封供汽； （９）排汽温度升高。
５结束语
４缩短并网时间的措施
通过以上改进后，发电机并网时间大幅度缩短。
经过一年多的实践证明，此方法切实可行，既节约了能
通过以上分析可知，并网操作时间长的原因主要 有设备和人员两方面原因。针对以上两方面原因，可
源又确保了安全。 参考文献
以采取以下措施：
［１］ｚＴ一２同期装置使用说明书及电气性能试验报
（１）在并网操作时安排３人进行，一人操作，一人
６结束语
总之，汽轮机启停及运行工况变化时受热应力、热 变形、振动和胀差等因素限制，要保证汽轮机安全运 行，必须抓好每一个环节，并且有机的联系起来，研究 胀差，就是为了发现机组启停及工况变化时胀差的变 化规律，并采取措施，使胀差维持在正常范围，减少机 组启停过程的消耗，增加机组动性，这对保证汽轮机安 全经济运行具有十分重要的意义。
汽轮机启动加热，从冷态变为热态，汽缸受热发生 热膨胀，由于滑销系统死点位置不同，汽缸想高压侧或
万方数据
低压侧伸长。同样转子也因受热发生热膨胀。因受热 推力轴承定位的限制，只能沿轴向往低压侧伸长，转子 膨胀大于汽缸，其相对膨胀差被称为正胀差。汽轮机 带负荷后，转子和汽缸受热面逐渐于稳定，热膨胀逐渐 区于饱和，它们之间的相对膨胀差也逐渐减小，最后达 到某一稳定。
热态启动时，新蒸汽温度应高于汽缸最高金属温 度５０～１００℃，并有５０℃的过热度，可以保证新蒸汽经 调门节流，导汽管散热和调节级喷嘴膨胀后，蒸汽温度 仍不低于汽缸金属温度，防止蒸汽温度过低，转子突然 受冷却而产生急剧收缩，出现负胀差增大想象。还应 注意轴封汽源温度，防止次区段转子受冷却。所以热 态启动时应先向轴封供汽后抽真空，以避免大量冷空 气从轴封处漏人而出现局部较大的负胀差。
告。西北电力试验研究所
监护，另一人进行同期装置信息观察，根据观察信息进 ［２］略阳发电厂电气运行规程。
行电压及频率调整。
（２）对操作人员进行培训，使操作人员清楚同期
收稿日期：２００４一０７—２０
装置的设定参数，明白在各种情况下的调整方法。
—·卜一＋——卜—＋—＋一＋一＋一＋－＋－＋－＋一＋一＋一＋一＋—＋－＋——卜—＋一＋－＋一＋—＋－＋—＋——卜—＋—＋—＋—＋一—卜—＋—＋－＋一＋一＋＊＋－＋一—卜——卜－＋——卜－—卜－—·卜－—卜－—卜－—■——·卜一
汽缸和转子之间出现胀差的主要原因是它们的结 构和工作条件不同。以单缸汽轮机为例，汽缸死点在 排汽口中心附近，转子与汽缸的相对死点在推力轴承 推力面处，由于转子与汽缸之间存在温差，各自受热状 况不一样，转子质量小但接触蒸汽的面积大，温升和热 膨胀较快，而汽缸质量大，温升和热膨胀就比较慢，因 此在转子和汽缸热膨胀还没有达到稳定前，他们之间 就有较大的胀差。同理，由于转子比汽缸体积小，转子 的冷却收缩也比汽缸的冷却收缩快，这时它们之间也 会产生较大胀差。
汽轮机运行中胀差的分析和控制
郭文斌
（大唐略阳发电厂，陕西略阳 ７２４３００）
［摘要］本文概述了针对陕西大唐略阳发电厂３、４、５号机启停过程胀差产生的原因分析、危害、变化 规律和控制措施
［关键词］汽轮机；胀差；控制
中图分类号：ＴＫ２６４．１文献标识码：Ｂ文章编号：１００８—４８３５（２００４）０６一００７５一０２
２胀差过大的危害
胀差的大小意味着汽轮机动静轴向间隙相对于静 止时的变化，正胀差表示自喷嘴至动叶间隙增大；反 之，负胀差表示该轴向间隙减小。汽轮机轴封和动静 叶片之间的轴向间隙都很小，若汽轮机启停或运行中 胀差变化过大，超过了轴封以及动静叶片间正常的轴 向间隙时，就会使轴向间隙消失，导致动静部件之间发 生摩擦，引起机组振动，以至造成机组损坏事故。因 此，汽轮机都规定有胀差允许的极限值，它是根据动静 叶片或轴封轴向最小间隙来确定的。当转子与汽缸间 隙相对膨胀差值达到极限值时，动静叶片或轴封轴向 最小间隙仍留有一定的合理间隙。
＾Ｊ。Ｆ｛ＴＨ＼＾，ＥｓＴＣＨｆＮＡ日唇ＣＴ亘ＲｊｊｃＥＰ电ｏｖ＼力，夔田查№．曼６Ｚ，至２００四４ 垒Ｖ雨
３汽轮机胀差增大的原因
３．１正胀差值增大一般由以下原因所引起
（１）启动时暖机时间太短，升速或加负荷太快； （２）滑销系统或轴承台板的滑动性能差，容易 卡涩； （３）轴封供汽温度高，供汽量大，引起轴颈过 分伸长； （４）机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数 过高； （５）推力轴承磨损，引起轴向位移增大； （６）汽缸保温层保温效果不佳或保温层脱落；在 严寒冬季，汽机房室内温度太低或有穿堂冷风； （７）胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数字 偏差； （８）真空值、轴承油温过高； （９）各级抽汽量变化影响；转子摩擦鼓风损失；泊 桑效应。
０ 引言
当汽轮机在启动加热、停机冷却过程中，或在运行 中工况变化时，汽缸和转子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，使得转子 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，把转子与汽缸之间热膨胀的差值称为相对 膨胀差，简称胀差。当转子轴向膨胀大于汽缸的轴向 膨胀时，称为正膨胀；反之若转子轴向膨胀小于汽缸的 轴向膨胀时，称为负膨胀。
４汽轮机各种工况下胀差的变化规律
４．１汽轮机冲转时 汽轮机启动从冲动转子到定速阶段，汽缸转子的
温度变化很剧烈，转子的热膨胀大于汽缸，表现为正胀 差，且数值呈上升趋势。
囝思犏怂鬻罐浩而而面丽
４．２轴封送汽时 汽轮机启动过程中，当轴封供汽时，由于转子汽封
段被进一步加热，正胀差随供汽温度增高而增大。
４．３加负荷阶段 在汽轮机定速后并网加负荷阶段，由于蒸汽参数
西急需祷甍熊鉴而雨面丽
５．２停机过程中的控制 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为严 重，我厂多采用额定参数停机，适当调整真空破坏门， 及时开启本体疏水及机头疏水，关闭门杆漏汽调整胀 差。转子停止转动后，负胀差可能更加发展，应维持一 定温度的轴封蒸汽，真空到零后方可停止轴封送汽。
（上接 第７６页） 停止对新蒸汽升温升压，稳定参数，使机组在稳定转速 或稳定负荷下停留暖机，同时可采取调整凝汽器真空 方法，对我厂３、４、５号机既节流凝汽器抽气空气总门，
适当降低真空，减少正胀差的发展。 为了提高排汽缸温度，减小正胀差及上下缸温差，
我厂３、４、５号机装有滑排装置，在１号炉设有低压启 动汽源，可投入滑排装置缩短升速暖机时间，实现机组 顺利启动。并在机组启动过程中，当调节级下缸内壁 温度达３５０℃以上时，应当及时调整本体疏水，既将高 压段本体疏水门关小三分之一，中压段本体疏水关小 二分之一，低压段本体疏水门保持全开，减少正胀差发 展。在启动过程中还应及时调整三挡漏汽压力，使其保 持为微正压，防止冷空气漏人后汽封段，使负胀差增大。
不同容量的汽轮机组胀差允许极限值不同。我厂 ５０Ｍｗ机组（３、４、５号机）对胀差允许的极限值为一１． ｏ～＋２．５ｍｍ，一旦胀差达到允许极限值，立即发出声 光报警信号，以便运行人员及时采取措施，保护机组安 全。如果胀差超限，热工保护将动作是主机拖扣，保护 机组安全。为了在汽轮机启动、暖机和升速过程中或 在运行、停机过程中保护机组安全，必须设置汽轮机热 膨胀测量装置和转子与汽缸相对膨胀测量装置。
５胀差的控制
在了解了胀差产生的原因及变化规律后，目的就 是在汽轮机启停和工况变化时很好的控制胀差，保证 机组的安全。
５．１启动时的控制 冷态启动时，可通过控制进汽量的办法来控制转
子与汽缸的胀差。我厂机组一般都采用滑参数启动， 应严格控制冲转参数及升速暖机时间，启动中有可能 出现胀差过大现象，此时应通知炉侧 （下转第７４页）
提高，通过汽轮机的蒸汽流量增大，蒸汽与汽缸、转子 的热交换加剧，正胀差增加的幅度较大，其增张幅度与 加负荷速度呈正比关系。当汽轮机进入准稳态区时， 正胀差达到极限值。
４．４减负荷阶段 汽轮机在稳定工况运行时，转子和汽缸同金属温
度接近于同级的蒸汽温度，胀差基本趋于稳定值。当 汽轮机减负荷或停机时，流过汽轮机的蒸汽温度低于 金属温度，转子的质量小，但与蒸汽接触的面积大，所 以转子比汽缸冷却的快，即转子比汽缸收缩的多，因此 出现负胀差。
４．５停机惰走时 汽轮机打闸后调速汽门关闭，没有蒸汽进入通流
部分，转子鼓风摩擦所产生的热量无法被蒸汽带走，似 的转子温度升高；加之转子转速下降，由于泊桑效应， 使得胀差有不同程度的正Βιβλιοθήκη Baidu向增加。
４．６运行中的保证 汽轮机运行中应保证主汽温度相对稳定及轴封汽
温、汽压正常，转子与汽缸的胀差无论是正还是负都必 须在正常范围内，此时胀差值在正常运行时一般变化 不大。
万方数据
用，导致并网时间延长。 其次是频差和压差为零时，ＺＴ一２同期装置会误
认为发电机已经与系统并列运行，而不发合闸脉冲。 致使并网时间延长。
（４）ｚＴ一２型同期装置自更换后，资料不全，使运 行人员不能清楚的了解此装置的特性。因此，在操作 中盲目性较大，使并网时间延长。
（３）对并网操作程序进行调整，尽量采用发电机 自动准同期并网方法。必须采用手动准同期并网操作 时，在发电机电压、频率调整至和系统电压、频率基本 一致，就投入同期装置ＤＴＫ开关，根据同期装置显示 的信息进行调整。
参考文献 ［１］汽轮机原理剪天聪水利电力出版社１９８６
作者简介：郭文斌，男，１９９５年毕业于太原电专热动专业，从事值长 岗位。 收稿日期：２００４一０７—２０
万方数据
３．２负胀差值增大一般由于以下原因引起 （１）负荷突然下降或突然机组甩负荷； （２）主汽温度骤然降低或启动时进汽温度低于金
属温度； （３）由于各种原因引起的水冲击； （４）轴封供汽温度太低，流量太小； （５）轴向位移变化； （６）机组启动时转速突然升高，转子在离心力的
作用下轴向尺寸减小，低胀差变化明显； （７）油温太低； （８）转子停止过程中过早停止轴封供汽； （９）排汽温度升高。
５结束语
４缩短并网时间的措施
通过以上改进后，发电机并网时间大幅度缩短。
经过一年多的实践证明，此方法切实可行，既节约了能
通过以上分析可知，并网操作时间长的原因主要 有设备和人员两方面原因。针对以上两方面原因，可
源又确保了安全。 参考文献
以采取以下措施：
［１］ｚＴ一２同期装置使用说明书及电气性能试验报
（１）在并网操作时安排３人进行，一人操作，一人
６结束语
总之，汽轮机启停及运行工况变化时受热应力、热 变形、振动和胀差等因素限制，要保证汽轮机安全运 行，必须抓好每一个环节，并且有机的联系起来，研究 胀差，就是为了发现机组启停及工况变化时胀差的变 化规律，并采取措施，使胀差维持在正常范围，减少机 组启停过程的消耗，增加机组动性，这对保证汽轮机安 全经济运行具有十分重要的意义。
汽轮机启动加热，从冷态变为热态，汽缸受热发生 热膨胀，由于滑销系统死点位置不同，汽缸想高压侧或
万方数据
低压侧伸长。同样转子也因受热发生热膨胀。因受热 推力轴承定位的限制，只能沿轴向往低压侧伸长，转子 膨胀大于汽缸，其相对膨胀差被称为正胀差。汽轮机 带负荷后，转子和汽缸受热面逐渐于稳定，热膨胀逐渐 区于饱和，它们之间的相对膨胀差也逐渐减小，最后达 到某一稳定。
热态启动时，新蒸汽温度应高于汽缸最高金属温 度５０～１００℃，并有５０℃的过热度，可以保证新蒸汽经 调门节流，导汽管散热和调节级喷嘴膨胀后，蒸汽温度 仍不低于汽缸金属温度，防止蒸汽温度过低，转子突然 受冷却而产生急剧收缩，出现负胀差增大想象。还应 注意轴封汽源温度，防止次区段转子受冷却。所以热 态启动时应先向轴封供汽后抽真空，以避免大量冷空 气从轴封处漏人而出现局部较大的负胀差。
告。西北电力试验研究所
监护，另一人进行同期装置信息观察，根据观察信息进 ［２］略阳发电厂电气运行规程。
行电压及频率调整。
（２）对操作人员进行培训，使操作人员清楚同期
收稿日期：２００４一０７—２０
装置的设定参数，明白在各种情况下的调整方法。
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