#1燃?xì)廨啓C(jī)#2脹差異常變化的原因與處理對策

盧志偉

【摘 ?要】汽輪機(jī)脹差的變化是影響機(jī)組啟停時間的重要因素之一，也是影響機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵因素。本文介紹了杭州華電半山發(fā)電有限公司#1燃?xì)廨啓C(jī)中的#2脹差在機(jī)組啟停過程中異常變化的原因，產(chǎn)生的影響，以及采取的應(yīng)對措施。

【關(guān)鍵詞】脹差;機(jī)組啟停;轉(zhuǎn)子;氣缸

0 引言

在燃?xì)廨啓C(jī)日常啟停、運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)子與氣缸保持基本一致的軸向熱膨脹率對于脹差的控制是非常關(guān)鍵的。然而，由于設(shè)備材質(zhì)因素的影響，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與氣缸的質(zhì)量、熱膨脹系數(shù)等不盡相同，就造成轉(zhuǎn)子與氣缸受熱后金屬溫度上升速率不同，兩則之間的間隙就會發(fā)生變化，情況嚴(yán)重時動靜部分會發(fā)生摩擦，對汽輪機(jī)葉片構(gòu)成損傷，甚至引起嚴(yán)重的設(shè)備事故，因此為了保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)格控制脹差的變化則顯得意義重大。

1 脹差產(chǎn)生的原因、種類及危害

脹差的產(chǎn)生主要是由于汽輪機(jī)氣缸與轉(zhuǎn)子在受熱或受冷時兩者的傳熱系數(shù)不一樣使得在受熱或受冷時氣缸的膨脹相對于轉(zhuǎn)子不同而造成的。當(dāng)汽輪機(jī)在啟動加熱、停機(jī)冷卻過程中，或是在運(yùn)行中工況變化時，汽輪機(jī)的氣缸和轉(zhuǎn)子會發(fā)生熱膨脹或冷收縮，由于轉(zhuǎn)子的受熱表面積比氣缸大，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量比相對應(yīng)的氣缸小，兩者的傳熱系數(shù)不同，而在相同條件下，轉(zhuǎn)子的溫度變化程度比氣缸明顯，從而使得轉(zhuǎn)子與氣缸之間產(chǎn)生了膨脹差，而這差值是指轉(zhuǎn)子相對于氣缸而言的，當(dāng)轉(zhuǎn)子的軸向膨脹大于氣缸的軸向膨脹時，稱為正脹差;反之當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向膨脹小于氣缸膨脹時，稱為負(fù)脹差。

產(chǎn)生正脹差主要由以下原因引起：

（1）啟動時暖機(jī)時間太短，升速或加負(fù)荷速率太快;

（2）機(jī)組啟動時，進(jìn)汽壓力、溫度、流量等參數(shù)過高;

（3）軸封汽溫度過高或軸封汽流量過大，造成軸徑過長;

（4）推力軸承磨損，造成軸向位移增大;

（5）氣缸保溫層保溫效果不佳或保溫層脫落;

（6）脹差指示器零點(diǎn)不準(zhǔn)或觸點(diǎn)磨損，引起數(shù)值偏差;

（7）滑銷系統(tǒng)或軸承臺板的滑動性能差，容易卡澀;

（8）真空、轉(zhuǎn)速變化的影響;

（9）軸承油溫過高;

（10）機(jī)組停機(jī)惰走過程中的“泊松效應(yīng)”所致。

產(chǎn)生負(fù)脹差主要有以下原因引起：

（1）負(fù)荷迅速下降或突然甩負(fù)荷;

（2）主汽溫度驟減或機(jī)組啟動時進(jìn)汽溫度低于金屬溫度;

（3）由于各種原因而引起的水沖擊;

（4）軸封汽溫度過低或流量太小;

（5）軸承油溫太低;

（6）軸向位移變化;

（7）機(jī)組啟機(jī)加速過程中的“泊松效應(yīng)”所致。

在機(jī)組實(shí)際啟停、運(yùn)行中，無論正脹差還是負(fù)脹差都會對機(jī)組造成影響，因此作為運(yùn)行人員必須要嚴(yán)密監(jiān)視、嚴(yán)格控制。一般情況下下，脹差在機(jī)組正常運(yùn)行過程中不會出現(xiàn)很大的偏差，而是在機(jī)組啟停階段、負(fù)荷大幅度變化情況下會出現(xiàn)較大變化，一旦脹差超限則會使動靜葉片的軸向間隙變小，導(dǎo)致動靜部件之間發(fā)生摩擦，引起機(jī)組振動加劇，甚至造成嚴(yán)重的設(shè)備損壞事故。

2 啟停機(jī)過程中不同階段的脹差變化

2.1 軸封投入階段

熱態(tài)啟機(jī)過程中，當(dāng)軸封進(jìn)汽后，由于軸封溫度遠(yuǎn)低于汽輪機(jī)缸內(nèi)金屬溫度，轉(zhuǎn)子受冷收縮明顯，負(fù)脹差加劇，當(dāng)負(fù)脹差達(dá)到-4mm時將閉鎖啟機(jī)，而冷態(tài)啟機(jī)時正脹差明顯，因此運(yùn)行人員要根據(jù)機(jī)組高壓缸當(dāng)前缸溫選擇機(jī)組啟動方式（溫度低于204℃時選擇“冷態(tài)”，溫度介于204℃與371℃之間時選擇“溫態(tài)”，溫度大于371℃時選擇“熱態(tài)”），嚴(yán)格遵守軸封投入時間，熱態(tài)啟動提前2小時投入，冷態(tài)啟動提前4小時投入，從而嚴(yán)格控制脹差的變化，保證機(jī)組能夠正常、安全啟動。

2.2 升速加負(fù)荷階段

該階段下，機(jī)組的脹差總體趨勢是不斷增大的，這是由于蒸汽參數(shù)的提高，進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)的蒸汽流量、溫度在不斷升高，蒸汽與轉(zhuǎn)子、氣缸的熱交換加劇，此時表現(xiàn)為正脹差幅度明顯。而當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min時，脹差的曲線會有一小段的下降趨勢，這是由于轉(zhuǎn)子的“泊松效應(yīng)”所致，當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，受離心力的作用，使轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向和軸向變形，大軸在離心力的作用下變粗變短，此時出現(xiàn)負(fù)脹差現(xiàn)象。

2.3 正常運(yùn)行階段

汽輪機(jī)在穩(wěn)定工況的情況運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子和氣缸同金屬溫度，并與蒸汽溫度相近，脹差趨于穩(wěn)定值。

2.4 減負(fù)荷階段

當(dāng)機(jī)組處于減負(fù)荷或是停機(jī)階段，流經(jīng)汽輪機(jī)的蒸汽溫度低于金屬溫度，此時表現(xiàn)為負(fù)脹差幅度明顯。當(dāng)轉(zhuǎn)速由3000r/min下降過程中，脹差的曲線會有一小段的上升趨勢，這同樣是由于轉(zhuǎn)子的“泊松效應(yīng)”所致，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時，離心力的作用減小，大軸的徑長又回到原來的狀態(tài)，變細(xì)變長，從而出現(xiàn)正脹差現(xiàn)象。

3 #2脹差異常變化分析及處理

本廠的 #1燃?xì)廨啓C(jī)在汽輪機(jī)的#3、#4軸承出分別安裝了1號脹差探測器（DEDP-1）、2號脹差探測器（DEDP-2），用來測量這兩個軸承的振動值。當(dāng)#3軸承處的1號脹差探測器（DEDP-1）檢測到脹差過大或過小，從而觸發(fā)脹差跳機(jī)，其中報(bào)警值為-0.97mm或+2.97mm，跳機(jī)值為-1.73mm或+3.73mm;當(dāng)#4軸承處的2號脹差探測器（DEDP-2）探測到脹差過大或過小，同樣會觸發(fā)脹差跳機(jī)，其中報(bào)警值為-4.72mm或+8.71mm，跳機(jī)值為-5.48mm或+9.47mm。

在某日夜班的冷態(tài)啟機(jī)過程中，當(dāng)軸封汽通入一段時間后，運(yùn)行人員監(jiān)盤時發(fā)現(xiàn)#2脹差值突然開始降低，持續(xù)降低至-13.6mm，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出跳機(jī)值-5.48mm。而正常情況下，當(dāng)軸封汽投入后，機(jī)組脹差值總體是呈上升趨勢的，因此認(rèn)定這樣的異常下降明顯不符合正常規(guī)律。

發(fā)現(xiàn)問題后立即進(jìn)行針對性分析，通過一系列檢查、分析、驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致此次#2脹差值異常變化的原因是4號軸承處軸封汽存在外漏現(xiàn)象，嚴(yán)重干擾到#2脹差探測器的正常工作。

由于機(jī)組設(shè)計(jì)構(gòu)造的原因，#1脹差值只受到軸的變化影響，而#2脹差值會同時受到軸和缸體變化的雙重影響，導(dǎo)致#2脹差值變化相對于#1脹差值變現(xiàn)得更明顯，對機(jī)組的安全影響也更大。因此為了避免#2脹差探測器由于外界干擾或是自身故障等原因引起機(jī)組跳機(jī)事故的發(fā)生，在4號軸承出新增#2B脹差探測器（DEDP-2B），DEDP-2B的值在Mark 6的振動界面上顯示，其報(bào)警與跳機(jī)值與原#2脹差（DEDP-2）一致。

同時對#2脹差跳機(jī)邏輯保護(hù)進(jìn)行了修改（以下兩條“或”關(guān)系）：（1）DEDP-2報(bào)警且DEDP-2B跳機(jī)值觸發(fā)機(jī)組跳閘;（2）DEDP-2B報(bào)警且DEDP-2跳機(jī)值觸發(fā)機(jī)組跳閘。

4 結(jié)束語

汽輪機(jī)脹差是影響機(jī)組啟停時間、安全、經(jīng)濟(jì)的重要因素之一，而引起脹差變化的因素有很多，因此作為運(yùn)行人員在機(jī)組啟停機(jī)階段、運(yùn)行期間要兼顧監(jiān)視并調(diào)整好每一個相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，必須銜接好每一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，整體與局部有機(jī)統(tǒng)一起來，將脹差值控制在正常范圍內(nèi)，從而保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜中梁.汽輪機(jī)脹差原理及控制[J].能源與節(jié)能，2017（01）：108-109.

[2]郭文斌.汽輪機(jī)原理[M].北京：電力出版社，1996.

（作者單位：杭州華電半山發(fā)電有限公司）