汽輪機(jī)脹差過大的原因分析及改進(jìn)措施

（新疆奎屯錦疆熱電有限公司，新疆 奎屯 833200）

汽輪機(jī)脹差過大的原因分析及改進(jìn)措施

彭忠燁

（新疆奎屯錦疆熱電有限公司，新疆 奎屯 833200）

本文從脹差產(chǎn)生的原因，分析脹差變化規(guī)律，針對我廠汽輪機(jī)的實際情況，分啟動和正常運行過程中，對汽輪機(jī)脹差采取的相應(yīng)控制措施或注意事項，以及在實際生產(chǎn)中起到的作用。

高中壓缸；相對膨脹；脹差

1 概述

我廠汽輪機(jī)型號為CC135-13.21/0.98/0.25，系哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超高壓中間再熱、雙缸、雙排氣、雙抽汽凝汽式汽輪機(jī)，進(jìn)汽溫度535℃，額定進(jìn)汽量為440 t/h，額定工業(yè)抽汽量為80t/ h，額定采暖抽汽量為120t/h。機(jī)組投運后，高壓和低壓相對膨脹值偏大。冷態(tài)啟動過程，正常運行帶工業(yè)和采暖抽汽中，脹差值常接近報警值，影響開機(jī)升速、升負(fù)荷時間和機(jī)組正常運行。

2 控制脹差的重要性

汽輪機(jī)從冷態(tài)啟動到帶額定負(fù)荷運行中，汽輪機(jī)氣缸和轉(zhuǎn)子受熱后，向各方向受熱膨脹，特別是超高壓汽輪機(jī)金屬溫度變化大。汽缸及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向尺寸大，各部件軸向尺寸因受熱增大，各部件膨脹量不同，使各部件相對軸向位置變化，汽輪機(jī)動靜部分軸向變化量超過允許間隙后，動靜部件將磨擦，輕則增加啟動時間，重則大軸彎曲，甚至機(jī)組報廢。為使汽機(jī)動靜部分不摩擦，汽缸與轉(zhuǎn)子軸向膨脹相對差值，成為開機(jī)過程中控制指標(biāo)。當(dāng)轉(zhuǎn)子膨脹值大于汽缸膨脹值時，相對膨脹為正，反之為負(fù)。

啟動暖機(jī)過程，轉(zhuǎn)子以中間軸承箱內(nèi)推力軸承為死點向兩端膨脹，高中壓汽缸以中間軸承座中點為死點向機(jī)頭前膨脹，二者膨脹差值為高壓脹差，低壓汽缸以中間軸承座中點為死點向發(fā)電機(jī)膨脹，二者膨脹差值為低壓脹差。高壓脹差若出現(xiàn)正脹差，造成高壓通流部分噴嘴出口軸向間隙增大，中壓通流部分噴嘴出口軸向間隙減小。低壓脹差若出現(xiàn)正脹差，靠近中壓排汽缸的流道內(nèi)噴嘴出口的軸向間隙減小，另側(cè)流道內(nèi)噴嘴出口的軸向間隙減小。超設(shè)計允許值，造成汽輪機(jī)動靜部分軸向摩擦。

3 脹差大的原因

3.1 理論分析

汽輪機(jī)氣缸和轉(zhuǎn)子受熱溫度變化產(chǎn)生熱變形，膨脹或收縮，膨脹值為：

式中：ΔL金屬受熱后膨脹變化值；L-金屬長度；β-金屬線膨脹系數(shù)；t-金屬材料受熱后平均溫度；t0-金屬初始溫度。式（1）看出汽缸和轉(zhuǎn)子熱膨脹變化值取決于t，轉(zhuǎn)子與汽缸金屬材料在設(shè)計制造時已定，線脹系數(shù)β不變。

3.2 運行中脹差大原因分析及控制措施

汽輪機(jī)穩(wěn)定工況運行時，轉(zhuǎn)子和汽缸金屬溫度接近同級蒸汽溫度，沿蒸汽流動方向，轉(zhuǎn)子和汽缸金屬溫度不變，軸向脹差值應(yīng)穩(wěn)定正常。在80MW，采暖抽汽90t/h，真空90kPa 穩(wěn)定工況長期運行時，低壓脹差時常為5.45mm接近報警值，原因如下：（1）氣缸保溫層保溫效果不佳和保溫脫落，秋冬季汽機(jī)房低溫或有風(fēng)，造成汽缸平均溫度低于轉(zhuǎn)子，造成造成脹差大。定期檢查汽輪機(jī)本體及聯(lián)接抽汽管保溫，冬季汽機(jī)房內(nèi)供暖設(shè)備及時投入運行。（2）多缸汽輪機(jī)機(jī)組的滑銷系統(tǒng)較復(fù)雜，常周期運行中滑銷系統(tǒng)在膨脹或收縮過程中受阻，汽缸軸向熱膨脹值會跳躍式增加或減小。大修時對滑銷系統(tǒng)進(jìn)行檢查清理，結(jié)合面注油，熱膨脹值變小現(xiàn)象有所好轉(zhuǎn)。（3）由于采暖抽氣量大，進(jìn)入低壓缸進(jìn)氣量小，缸溫低，低壓汽封供汽溫度較高，造成脹差大。對后汽封供汽減溫水裝置改造，將供汽溫度降低，低壓脹差大得以控制。

3.3 啟動階段脹差偏大的原因分析及控制

3.3.1 控制主汽參數(shù)及金屬溫升率對脹差的影響

汽輪機(jī)啟停過程中，蒸汽對于汽缸和轉(zhuǎn)子主要傳熱方式為對流換熱。對設(shè)計好的汽輪機(jī)，其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、金屬部件厚度已定，金屬部件受熱引起溫差，與蒸汽和金屬間單位時間傳熱量成正比，即蒸汽對金屬單位時間放熱量q（J/m2·h）為

蒸汽對汽缸和轉(zhuǎn)子部件對流放熱系數(shù)α非常數(shù)，隨蒸汽溫度、壓力、流量增加而提高?？刂普羝麥厣?、溫降率，可控制蒸汽與金屬傳熱量。對超高壓汽輪機(jī)，結(jié)構(gòu)又厚又重的法蘭和汽缸，相對轉(zhuǎn)子，汽缸質(zhì)量大而解觸蒸汽面積?。晦D(zhuǎn)子質(zhì)量小，接觸蒸汽面積大；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動情況下蒸汽對轉(zhuǎn)子放熱系數(shù)α大于對汽缸放熱系數(shù)α。汽輪機(jī)啟動升速或加負(fù)荷暖機(jī)過程中，轉(zhuǎn)子膨脹值大于汽缸膨脹值會出現(xiàn)正脹差。脹差原因是汽缸與轉(zhuǎn)子有溫差，蒸汽溫升速度大，轉(zhuǎn)子與汽缸溫差會增大，脹差會增大。控制蒸汽溫升或溫降速度能控制住脹差。

滑參數(shù)啟動過程中，為防蒸汽參數(shù)過高引起進(jìn)汽量少，暖機(jī)不均造成轉(zhuǎn)子加熱過快，汽缸加熱相對過慢，使脹差正值增加過快。對沖轉(zhuǎn)過程中主汽參數(shù)的控制在0.9～1.5MPa、220～250℃，沖轉(zhuǎn)過程及時投入汽缸夾層加熱裝置，控制金屬溫升率；并網(wǎng)加負(fù)荷過程中，控制蒸汽溫升1.5℃/min防止正脹差值過大。

3.3.2 控制軸封供汽溫度對脹差影響

超高壓汽輪機(jī)汽封段轉(zhuǎn)子長度較大，軸封供汽直接與汽輪機(jī)大軸接觸，如果有效降低軸封供汽溫度，有利減小軸封段正脹差。我廠軸封供汽來源：廠用汽。經(jīng)對高壓、低壓汽封供汽裝置減溫水改造，降低軸封供汽溫度，控制正脹差。

3.3.3 加熱器和抽汽投入影響

汽輪機(jī)啟動達(dá)某一穩(wěn)定升速暖機(jī)階段后，汽缸質(zhì)量大，未達(dá)該蒸汽參數(shù)下溫度，而轉(zhuǎn)子質(zhì)量小于汽缸質(zhì)量，轉(zhuǎn)子溫度接近該段蒸汽溫度，轉(zhuǎn)子溫升快，膨脹大于汽缸。若投入高低壓加熱器加和抽汽，汽輪機(jī)蒸汽進(jìn)流量增加，流速變大，汽缸放熱系數(shù)α增大，汽輪機(jī)下缸溫升加快，汽缸缸溫升高，溫升率上升，汽缸溫升率比轉(zhuǎn)子快，汽缸熱膨脹加快，正脹差值減小。因此高低加熱器和抽汽隨機(jī)隨機(jī)起動，有效降低上下缸溫差，提高汽缸溫度，減少抽汽管道阻礙汽缸熱膨脹發(fā)生，控制正脹差。

3.3.4 凝汽器真空對控制脹差的影響

汽輪機(jī)啟動過程中，降低凝汽器真空可在一定范圍內(nèi)調(diào)整脹差，條件是汽輪機(jī)維持一定轉(zhuǎn)速或負(fù)荷時。真空降低真空機(jī)組要保持轉(zhuǎn)速或負(fù)荷不變，機(jī)組欲維持一定轉(zhuǎn)速或負(fù)荷時須增加進(jìn)汽量，蒸汽放熱系數(shù)α增大，增大蒸汽對汽缸的對流換熱，整體平均缸溫升高。由于進(jìn)汽量增加，中、低壓部分摩擦鼓風(fēng)熱量被蒸汽帶走，轉(zhuǎn)子被加熱的程度減少，正脹差減小。真空降低，排汽缸溫度上升，使中低壓缸加快膨脹，減少正脹差增大。經(jīng)控制真空控制在65～70 kPa，排汽溫度在110℃內(nèi)，正脹差明顯減小。

[1]剪天聰.汽輪機(jī)原理[M].北京:水利電力出版社，1989.

TK26 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

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