汽輪機膨脹不暢的原因分析與研究

段永坤

摘 要：機組啟動時出現(xiàn)汽輪機膨脹不暢的問題，致使冷態(tài)啟動時間延長，耗費了大量的鍋爐燃油，造成巨大的經(jīng)濟損失，嚴重影響機組安全穩(wěn)定生產(chǎn)。根據(jù)汽輪機的結(jié)構(gòu)和運行狀況，分析汽輪機膨脹不暢的原因。

關(guān)鍵詞：汽輪機 膨脹 脹差 原因

一、汽缸和轉(zhuǎn)子的熱膨脹

危害：汽輪機在啟停和變工況時，設(shè)備零部件存在溫差，產(chǎn)生熱應(yīng)力，引起熱膨脹，改變了常溫下零部件位置。由于各部件幾何尺寸及材質(zhì)的不同，其熱膨脹也不相同，造成各動靜部分間隙變化，危害汽輪機的安全運行。

要求：①保證汽缸在縱向能自由熱脹冷縮，在橫向能均勻膨脹，

②汽輪機動靜部分間隙及轉(zhuǎn)子和汽缸洼窩中心保持不變或變化很小。

1.汽缸沿橫向的膨脹

若調(diào)節(jié)級汽室外左右兩側(cè)法蘭的金屬溫差控制良好，就能使汽缸橫向膨脹均勻。否則，汽缸將產(chǎn)生中心偏移。

為保證汽缸左右膨脹均勻，規(guī)定主蒸汽和再熱蒸汽兩側(cè)汽溫差不應(yīng)超過28℃。

2.汽缸沿軸向的膨脹

對于法蘭比汽缸壁薄的機組，汽缸沿軸向的膨脹量取決于汽缸各段平均溫升；對于法蘭比汽缸壁厚的機組，汽缸沿軸向的膨脹量取決于法蘭各段平均溫升。

對高參數(shù)大容量汽輪機，其法蘭壁厚遠大于汽缸壁厚，汽缸的膨脹量會受到法蘭膨脹量的限制；在啟動過程中，為使汽缸得到充分膨脹，應(yīng)該投入法蘭加熱裝置，并把汽缸和法蘭的溫差控制在允許的范圍內(nèi)。

3.轉(zhuǎn)子的熱膨脹

隨著機組容量的提高，轉(zhuǎn)子的軸向長度增加，轉(zhuǎn)子的軸向膨脹量較大，在運行中應(yīng)加強對轉(zhuǎn)子膨脹量的監(jiān)控，以防止卡澀和動靜部分磨損。

二、汽缸與轉(zhuǎn)子的相對膨脹

1.脹差概念

脹差：轉(zhuǎn)子與汽缸沿軸向膨脹之差稱為脹差。

當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向膨脹量大于汽缸軸向膨脹量時，脹差為正，反之為負。

汽輪機在啟動及加負荷時，脹差為正；在停機或減負荷時，脹差為負。

2.脹差產(chǎn)生的原因：

（1）轉(zhuǎn)子和汽缸的金屬材料不同，熱脹系數(shù)不同；

（2）汽缸質(zhì)量大與蒸汽接觸面積小，轉(zhuǎn)子質(zhì)量小與蒸汽接觸面積大；

3.危害：

脹差使通流部分動靜沿軸向間隙發(fā)生變化，造成動靜部件的碰撞和摩擦，延誤啟動時間、引起機組振動、大軸彎曲等嚴重事故。

當(dāng)脹差為正時，動葉出口與下級靜葉入口間隙減?。?/p>

當(dāng)脹差為負時，靜葉出口與動葉入口之間的間隙減小；

4.影響脹差的主要因素

（1）主、再熱蒸汽的溫升、溫降速度及負荷變化速度；

（2）軸封供汽溫度和供汽時間

冷態(tài)啟動時，在沖轉(zhuǎn)前向軸封供汽，由于供汽溫度高于轉(zhuǎn)子溫度，轉(zhuǎn)子局部受熱而伸長，可能出現(xiàn)軸封摩擦現(xiàn)象。

熱態(tài)啟動時，為防止軸封供汽后脹差出現(xiàn)負值，軸封供汽應(yīng)選用高溫汽源，且要先向軸封供汽，后抽真空。并盡量縮短沖轉(zhuǎn)前軸封供汽時間。

（3）凝汽器真空

在升速和暖機過程中，當(dāng)真空降低時，若保持機組轉(zhuǎn)速不變，須增加進汽量，

使高壓轉(zhuǎn)子受熱增加，脹差增大；使中、低壓轉(zhuǎn)子鼓風(fēng)摩擦熱量被增加的蒸汽量帶走，脹差減少。

（4）隔板撓度

隔板在壓差作用下產(chǎn)生的撓度會使動靜部分的間隙減小。應(yīng)考慮對脹差的影響；

但在啟動時，由于蒸汽流量很小，隔板前后壓差不大，可以忽略對脹差的影響。

5.控制脹差的方法

脹差的大小主要取決于蒸汽的溫度變化率，在運行中可用蒸汽溫度變化率來控制脹差。

額定參數(shù)啟動時，為控制轉(zhuǎn)子和汽缸的溫差，進行低速暖機和低負荷暖機，目的是減少進汽量，使汽缸溫度跟上蒸汽溫度的變化，當(dāng)汽缸溫度接近蒸汽溫度時，再繼續(xù)增加進汽量，升速和升負荷。

三、汽缸的膨脹不暢

汽缸的熱膨脹影響機組的啟停以及增減負荷的速度，一旦汽缸膨脹不暢，將引起振動、機件故障，嚴重時會造成機組損壞。

（1）汽缸膨脹不暢表現(xiàn)形式

汽缸膨脹不暢包括軸向膨脹不暢和橫向膨脹不暢

汽缸軸向膨脹不暢，表現(xiàn)為啟動過程中高、中壓脹差較大，嚴重影響啟動速度，延長啟動時間。動葉圍帶處可能發(fā)生嚴重磨損；

汽缸橫向膨脹不暢（汽缸跑偏或汽缸橫向竄動），表現(xiàn)為前軸承箱兩側(cè)橫向膨脹差和汽缸左右（橫向）膨脹差的增大，可以斷定汽缸膨脹發(fā)生偏斜，揭缸后可能會進一步發(fā)現(xiàn)汽缸上的軸封會留下明顯的單側(cè)摩擦痕跡或在立銷處有擠壓痕跡等。

（2）汽缸膨脹不暢產(chǎn)生的原因

汽缸膨脹不暢多發(fā)生在高、中壓缸，尤其是高、中缸分缸機組；低壓缸直接坐落在臺板上，質(zhì)量大且溫度不高，膨脹量較小，一般不會發(fā)生汽缸膨脹不暢現(xiàn)象。

造成汽缸膨脹不暢的主要原因有：

1）滑銷系統(tǒng)有缺陷或損壞。

縱銷、立銷間隙過大和磨損，立銷剛度不足，銷座固定不牢等造成的跑偏：

如果縱銷損壞，在啟停過程中造成軸承座橫向移動，帶動汽缸移動，造成汽缸跑偏。

如果立銷損壞，在啟停過程中造成汽缸橫向移動，造成汽缸跑偏。

如果貓爪橫銷卡澀，造成汽缸橫向膨脹受阻，造成汽缸跑偏。

2）汽缸、軸承座及轉(zhuǎn)子間錯位，引起汽缸膨脹不暢，導(dǎo)致軸承、轉(zhuǎn)子故障，軸封磨損漏汽，透平油進水和機組振動等問題，嚴重的損壞汽輪機。

3）管系對汽缸的側(cè)向作用力較大。

缸體與許多管道相連，由于制造和安裝存在誤差、運行中殘余應(yīng)力的釋放、管道的蠕變以及支吊架的失效等原因，使得管道對汽缸有一定的作用力。

若作用力偏差大，形成較大的側(cè)向作用力，造成汽缸橫向膨脹受阻，汽缸跑偏，嚴重時造成立銷脫落和立銷座開焊，轉(zhuǎn)軸碰磨引起彎軸事故。

參考文獻：

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