汽輪機(jī)運(yùn)行中脹差的分析和控制

馬明　郭愷

摘 要：汽輪機(jī)為發(fā)電廠當(dāng)中的常用機(jī)械之一，其運(yùn)轉(zhuǎn)情況的好壞直接影響到了電量制造的效率。本次研究當(dāng)中將針對某發(fā)電廠的汽輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中產(chǎn)生的脹差現(xiàn)象進(jìn)行研究，對其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，對有可能由此引發(fā)的危害提出解決措施與建議。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠 汽輪機(jī) 脹差 控制

中圖分類號：TK264 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0089-01

汽輪機(jī)在啟動與停機(jī)的轉(zhuǎn)換過程當(dāng)中，或是在平常的運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生節(jié)奏改變時，氣缸以及轉(zhuǎn)子會相應(yīng)產(chǎn)生熱漲冷縮的現(xiàn)象。在這種現(xiàn)象當(dāng)中，轉(zhuǎn)子的受熱面積明顯大于氣缸，同時由于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量與氣缸相比較小，以及轉(zhuǎn)子表面受到的蒸汽放熱系數(shù)與氣缸相比較大，因此轉(zhuǎn)子在溫度變化方面與氣缸相比尤為明顯，這就有可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與氣缸之間產(chǎn)生脹差現(xiàn)象[1]。這種差值的產(chǎn)生指的是轉(zhuǎn)子與氣缸之間的差異而言，因此兩者之間由熱作用而產(chǎn)生的膨脹差即為脹差，又稱相對膨脹差。兩者在軸向膨脹的條件下進(jìn)行對照比較時，若轉(zhuǎn)子大于氣缸，則稱為正膨脹；若轉(zhuǎn)子小于氣缸，則稱為負(fù)膨脹。

1 脹差的形成原因

轉(zhuǎn)子與氣缸之間產(chǎn)生脹差的主要原因是由于兩者的組織結(jié)構(gòu)以及工作條件存在明顯的差異[2]。在單缸汽輪機(jī)當(dāng)中，排氣口中心附近存在著明顯的氣缸死點(diǎn)，而轉(zhuǎn)子與氣缸之間也存在著一個明顯的死點(diǎn)，位置在推力軸的承推面。在汽輪機(jī)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中，轉(zhuǎn)子與氣缸之間必然存在著明顯的溫度差異，受熱程度差較為顯著，轉(zhuǎn)子質(zhì)量雖然與氣缸相比較小，但是受到蒸汽熱作用的面積較大，因此將在短時間內(nèi)提升至很高的溫度，氣缸與轉(zhuǎn)子相比質(zhì)量較大，因此其受熱與膨脹的速度較慢。兩者同樣在受熱后發(fā)生了膨脹的現(xiàn)象，但是在膨脹穩(wěn)定之前，兩者之間必然存在著明顯的脹差。在冷卻當(dāng)中同樣如此，轉(zhuǎn)子質(zhì)量較小，因此冷卻收縮的時間與氣缸相比較短，脹差情況也會更加明顯。

汽輪機(jī)在正常的運(yùn)行當(dāng)中，逐漸從冷形態(tài)向熱形態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，氣缸受熱后逐漸產(chǎn)生熱膨脹的現(xiàn)象，但是其膨脹方向卻受到了滑銷系統(tǒng)死點(diǎn)位置的限制，只能向高壓或低壓側(cè)膨脹。轉(zhuǎn)子也隨著汽輪機(jī)的運(yùn)行會發(fā)生膨脹現(xiàn)象，而膨脹方向也隨著推力軸承的約束只能向低壓側(cè)膨脹。當(dāng)汽輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)逐漸承擔(dān)一定程度上的負(fù)荷后，轉(zhuǎn)子與氣缸的受熱程度也逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，兩者之間的膨脹差也會隨之越來越小，最終達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

2 脹差異常的危害

轉(zhuǎn)子與氣缸之間的脹差程度將決定汽輪機(jī)動靜軸向的間隙大小，在正脹差的情況下，自噴嘴至動葉之間的間隙將會增加，負(fù)脹差則會減小。正常情況下，汽輪機(jī)軸封與動靜葉片之間存在的軸向間隙較小，隨著汽輪機(jī)的運(yùn)行時間逐漸增加，如果其中產(chǎn)生了較為明顯的脹差，而這種脹差現(xiàn)象影響到了軸封與動靜葉片之間的間隙時，將會使得其中的間隙不復(fù)存在，直接導(dǎo)致兩者之間產(chǎn)生摩擦，最終導(dǎo)致機(jī)組振動甚至發(fā)生故障、損壞、事故。因此所有型號的汽輪機(jī)均存在非常嚴(yán)格的脹差極限值，這種極限值的確定取決于軸封或動靜葉片的軸向最小間隙[3]。如果轉(zhuǎn)子與氣缸之間的間隙脹差趨于極限值的情況下，軸封或動靜葉片的軸向最小間隙在理論上依然要留有一定程度的合理間隙，這樣才能避免機(jī)械事故的發(fā)生。

3 脹差的控制措施

在日常工作當(dāng)中要對汽輪機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行深入解析，對脹差的形成以及危害進(jìn)行了解后，要對汽輪機(jī)運(yùn)行時、工作情況產(chǎn)生明顯變化時對脹差進(jìn)行有效控制，才能夠確保機(jī)組運(yùn)行當(dāng)中的安全。

3.1 進(jìn)汽參數(shù)的控制

按照日常操作的規(guī)章制度參考冷態(tài)曲線對汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，沖轉(zhuǎn)至帶60 MW參數(shù)時將主汽溫度控制在320 ℃～360 ℃之間，再熱溫度控制在300 ℃左右，主汽壓力控制在4.2～4.8 MPa之間。

3.2 蒸汽溫度及負(fù)荷速度控制

在汽輪機(jī)啟動的狀態(tài)下，對其承擔(dān)負(fù)荷時的參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定能夠有效控制脹差形成的有效措施。參照冷態(tài)曲線對汽輪機(jī)進(jìn)行升溫、升壓以及增加負(fù)荷能夠使汽輪機(jī)安全運(yùn)行，因此在啟動汽輪機(jī)前要優(yōu)先參考冷態(tài)曲線對其進(jìn)行啟動。

3.3 機(jī)組真空控制

汽輪機(jī)在啟動后沖轉(zhuǎn)之前的真空壓力保持在90 kPa，對機(jī)組的進(jìn)氣量進(jìn)行增加的同時能夠在合理的控制范圍之內(nèi)。在汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到中速且進(jìn)行暖機(jī)的狀態(tài)下，低加汽側(cè)、投運(yùn)高也是另一種能夠增加進(jìn)汽量的有效措施。

3.4 運(yùn)轉(zhuǎn)時間與氣缸膨脹的關(guān)系控制

絕大多數(shù)的脹差現(xiàn)象均發(fā)生在冷態(tài)啟動的汽輪機(jī)當(dāng)中，尤其是在沖轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中沖網(wǎng)時間較短的條件下，脹差發(fā)生的幾率較高。在對機(jī)組進(jìn)行日常維護(hù)與修理的過程當(dāng)中，將會存在充足的試驗(yàn)機(jī)會，這也是另一種意義上的暖機(jī)時間，而氣缸的膨脹現(xiàn)象一般發(fā)生在汽輪機(jī)中速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，此時達(dá)到了10～12 mm，當(dāng)達(dá)到3000 rpm試驗(yàn)時將有可能達(dá)到20 mm或更高，在這種條件下能夠有效的控制脹差的形成。因此在日常工作當(dāng)中，對于汽輪機(jī)的暖機(jī)時間除了按照規(guī)章制度進(jìn)行意外，還要參照氣缸膨脹的具體情況進(jìn)行相應(yīng)的處理。若氣缸膨脹現(xiàn)象不明顯時，高壓脹差較大的情況反而更加容易發(fā)生，可以通過增加暖機(jī)的時間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王運(yùn)民，張倫柱，徐大懋，等.汽輪機(jī)級組特征通流面積的應(yīng)用[J].熱能動力工程，2012，27（2）：160-164.

[2] 劉景萍，鄭俠.火電廠汽輪機(jī)運(yùn)行故障對策技術(shù)研究[J].科技與企業(yè)，2013（9）：298.

[3] 王鎮(zhèn)濤.淺談火電廠汽輪機(jī)常見故障及維護(hù)[J].科技致富向?qū)В?011（10）：55.