試論汽輪機脹差過大的危害及預防

摘要：汽輪機給人們的生活和生產提供了很大的便利，但是一旦汽輪機出現問題，就會嚴重影響人們的生活。本文系統地分析了汽輪機組停止工作的原因，對運行的轉子和汽缸膨脹所產生的脹差進行分析，探討脹差過大產生的影響，并且提出了一些預防措施，提出在實際操作中應注意的一些事項，對汽輪機的生產運行具有較大的意義。

關鍵詞：汽輪機；脹差；預防

前言

在汽輪機正常運行過程中，轉子與汽缸保持大致相同的軸向膨脹速度是很重要的。膨脹值反映的是轉子和汽缸膨脹或在軸向位置相對變化的值，是一個非常重要的參數，脹差太大或太小都會使機組軸向間隙消失，導致動態和靜態摩擦，這樣對設備的損壞是十分嚴重的，工作人員進行操作時應嚴格監視脹差的變化。為了能夠更好的指導生產操作，需要對脹差過大產生的原因進行有效分析，探討其變化規律，形成一套科學有效的預防控制措施，這對操作人員是大有幫助的。

1.汽輪機脹差過大的影響因素

1.1.負載變化率太大

當負荷發生變化時，各級渦輪機的蒸汽流量也會死隨之發生變化，特別是在低負荷的范圍內，蒸汽溫度變化越大，負荷的增長速度就會越大，蒸汽溫度上升得就更快。當與金屬表面之間的溫度差較大時，汽缸的溫度上升就會推動轉子加快速度。負荷增加的速度加快，脹差就會增大；相反情況就會出現負脹差，如果是單位的負荷運行穩定的時候，脹差將隨時間的變化而變化，最后穩定在一個定值。

1.2.蒸汽溫度上升速度的影響

機組正常啟動時，蒸汽溫度的變化是正常的。它將影響所有等級的蒸汽溫度，主蒸汽溫度上升越快的話，汽缸和轉子之間的脹差就會越大，而且有時候會出現負脹差，這樣會嚴重影響汽輪機的運行。

1.3.軸封供汽溫度的影響

密封體嵌入在汽輪機汽缸的兩端，在汽缸的軸向長度幾乎沒有影響，但是當轉子軸封段的發展影響了轉子的膨脹時，就會造成膨脹差。由于軸密封部分的轉子長度比較短，所以對膨脹產生比較小的影響，但密封脹差比較大的地方就會產生脹差過大的影響。如果蒸汽溫度太高就會密封，軸向間隙就會消失，隨之出現靜態和動態摩擦。如果蒸汽溫度低于密封的金屬溫度，形勢就會發生逆轉，局部膨脹密封性就會比較差。為了避免密封出現正脹差和負脹差，蒸汽溫度應略高于密封的金屬溫度，熱啟動時就應該抽掉里面的空氣，以免造成軸封泄漏和局部負膨脹差異較大，影響汽輪機正常工作。

2.脹差過大對汽輪機運行的影響

汽輪機脹差的大小，直接表明汽輪機的軸向間隙內部靜態部分的一些基本變化。當汽輪機的脹差為零，轉子和汽缸的膨脹值就會相等，最終的軸向間隙就會保持正常；如果脹差是一個正值的話，表明轉子的汽缸膨脹差值大，轉子推力軸承的一個固定點，相對于汽缸向后伸，出口軸向間隙就會隨之增加，軸向間隙就會降低膨脹差。如果脹差是一個負值的話，那么表明轉子缸快速收縮比，噴嘴出口軸向間隙就會降低，軸向間隙就會增大。顯然，任何軸向間隙消失，都會使汽輪機出現動摩擦或者靜摩擦，這樣容易損壞設備，造成一些生產事故。為了減少損失，提高汽輪機的相對內效率，應該提高噴嘴出口，通常這種動態軸向間隙比葉片出口噴嘴的人口軸向間隙要小，所以脹差是負值的情況下風險比較大，所以一般規定，汽輪機脹差的值不應該過大，避免產生一些不必要的損失。

3.控制脹差過大的有效措施

3.1.控制蒸汽溫度的升降

嚴格控制升降的負荷速度，確保汽缸和轉子的溫度在工作允許的范圍內。這是開始或者停止時控制脹差過大的一種有效方法。產生脹差的根本原因是汽缸和蒸汽的溫度差造成溫度上升速度過快，轉子的溫度差比較大，就會引起膨脹差值過大。因此，在啟動和停機的過程中，應該嚴格按照制造商的要求，嚴格控制蒸汽溫度的速度，達到有效控制脹差的目的，提高汽輪機的生產效率。

3.2.加熱缸及螺栓裝置的合理使用

在啟動過程中，當高、中壓缸脹差達到一定值時再投入到加熱裝置中，注意調整加熱蒸汽的溫度、蒸汽的量，需要滿足供暖的要求。為了有效地加熱法蘭，還要有效避免法蘭過度加熱，應控制加熱蒸汽溫度高于外壁溫度，如果負脹差太大的話，也可用于低溫蒸汽源輸入法蘭的冷卻加熱裝置，把蒸汽溫度嚴格控制在低于80℃的金屬溫度。在啟動和停止汽輪機汽缸的法蘭螺栓加熱裝置的使用過程中，可以有效提高或降低汽缸法蘭螺栓的溫度，有效降低內外溫差，加快汽缸的膨脹或收縮，控制脹差產生的不利影響。如果液壓缸法蘭螺栓加熱裝置的使用不當，就會造成蒸汽供應短缺，加熱時間就會比較短，可能會造成一定程度的汽輪機軸向間隙中降到不允許的程度。所以操作人員需要合理使用加熱缸和螺栓裝置。

3.3.密封蒸汽來有效控制脹差

由于密封蒸汽與汽輪機軸有直接的接觸，所以其溫度能夠影響伸縮軸，從而影響汽輪機的脹差。在穩定的狀態，如果脹差發生變化，一般是由蒸汽溫度的變化引起的，需要操作人員及時調整。密封蒸汽溫度差的影響，主要取決于蒸汽和蒸汽溫度，蒸汽供應時間越長越影響脹差。冷卻啟動可以有效防止脹差過大，應選用低溫度的蒸汽源來供汽，并盡可能地在轉向上縮短密封蒸汽的接觸時間。必須注意的是軸封蒸汽進料過早的話，會使轉子軸封段的加熱時間過長，使膨脹差增大；如果軸封蒸汽進料太晚就會導致凝汽器真空度達不到運行條件，所以在啟動的時候應選擇適當的時間，防止出現脹差過大，一般用高壓密封蒸汽來供應蒸汽，但要嚴格控制蒸汽的溫度。

3.4.加強工作人員的培訓工作

提高工作人員的素質和工作能力是十分有必要的。如果有一個優秀的運營團隊，擁有控制高溫高壓汽輪機脹差的能力，每個起始和停止條件都能夠嚴格有效地進行控制，那么這個單位將不會出現脹差失控的現象。因此，為了保證機組能夠安全高效運行，提高操作人員的素質這項工作，也是企業的重點所在。

4.結論

汽輪機的脹差是汽輪機的一個重要的監測與保護系統，所以對脹差控制要進行科學分析，有效避免脹差過大的現象發生，提高機組的安全性能，保持機組的正常運行。

參考文獻：

[1] 馬超.淺議汽輪機脹差形成的原因、危害及控制措施[J].時代經貿.2013（14）.

[2] 周輝.汽輪機脹差產生的原因分析與控制[J].應用能源技術.2011（7）.

[3] 韓德家.汽輪機脹差異常的故障分析及處理[J].內蒙古石油化工.2013（21）.