汽輪機脹差過大的原因分析及改進措施

（新疆奎屯錦疆熱電有限公司，新疆 奎屯 833200）

汽輪機脹差過大的原因分析及改進措施

彭忠燁

（新疆奎屯錦疆熱電有限公司，新疆 奎屯 833200）

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

高中壓缸；相對膨脹；脹差

1 概述

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

2 控制脹差的重要性

汽輪機從冷態啟動到帶額定負荷運行中，汽輪機氣缸和轉子受熱后，向各方向受熱膨脹，特別是超高壓汽輪機金屬溫度變化大。汽缸及汽輪機轉子軸向尺寸大，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，甚至機組報廢。為使汽機動靜部分不摩擦，汽缸與轉子軸向膨脹相對差值，成為開機過程中控制指標。當轉子膨脹值大于汽缸膨脹值時，相對膨脹為正，反之為負。

啟動暖機過程，轉子以中間軸承箱內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電機膨脹，二者膨脹差值為低壓脹差。高壓脹差若出現正脹差，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。低壓脹差若出現正脹差，靠近中壓排汽缸的流道內噴嘴出口的軸向間隙減小，另側流道內噴嘴出口的軸向間隙減小。超設計允許值，造成汽輪機動靜部分軸向摩擦。

3 脹差大的原因

3.1 理論分析

汽輪機氣缸和轉子受熱溫度變化產生熱變形，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；t-金屬材料受熱后平均溫度；t0-金屬初始溫度。式（1）看出汽缸和轉子熱膨脹變化值取決于t，轉子與汽缸金屬材料在設計制造時已定，線脹系數β不變。

3.2 運行中脹差大原因分析及控制措施

汽輪機穩定工況運行時，轉子和汽缸金屬溫度接近同級蒸汽溫度，沿蒸汽流動方向，轉子和汽缸金屬溫度不變，軸向脹差值應穩定正常。在80MW，采暖抽汽90t/h，真空90kPa 穩定工況長期運行時，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，秋冬季汽機房低溫或有風，造成汽缸平均溫度低于轉子，造成造成脹差大。定期檢查汽輪機本體及聯接抽汽管保溫，冬季汽機房內供暖設備及時投入運行。（2）多缸汽輪機機組的滑銷系統較復雜，常周期運行中滑銷系統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。大修時對滑銷系統進行檢查清理，結合面注油，熱膨脹值變小現象有所好轉。（3）由于采暖抽氣量大，進入低壓缸進氣量小，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 控制主汽參數及金屬溫升率對脹差的影響

汽輪機啟停過程中，蒸汽對于汽缸和轉子主要傳熱方式為對流換熱。對設計好的汽輪機，其材質、結構、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

蒸汽對汽缸和轉子部件對流放熱系數α非常數，隨蒸汽溫度、壓力、流量增加而提高。控制蒸汽溫升、溫降率，可控制蒸汽與金屬傳熱量。對超高壓汽輪機，結構又厚又重的法蘭和汽缸，相對轉子，汽缸質量大而解觸蒸汽面積小；轉子質量小，接觸蒸汽面積大；轉子轉動情況下蒸汽對轉子放熱系數α大于對汽缸放熱系數α。汽輪機啟動升速或加負荷暖機過程中，轉子膨脹值大于汽缸膨脹值會出現正脹差。脹差原因是汽缸與轉子有溫差，蒸汽溫升速度大，轉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。

滑參數啟動過程中，為防蒸汽參數過高引起進汽量少，暖機不均造成轉子加熱過快，汽缸加熱相對過慢，使脹差正值增加過快。對沖轉過程中主汽參數的控制在0.9～1.5MPa、220～250℃，沖轉過程及時投入汽缸夾層加熱裝置，控制金屬溫升率；并網加負荷過程中，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

超高壓汽輪機汽封段轉子長度較大，軸封供汽直接與汽輪機大軸接觸，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

汽輪機啟動達某一穩定升速暖機階段后，汽缸質量大，未達該蒸汽參數下溫度，而轉子質量小于汽缸質量，轉子溫度接近該段蒸汽溫度，轉子溫升快，膨脹大于汽缸。若投入高低壓加熱器加和抽汽，汽輪機蒸汽進流量增加，流速變大，汽缸放熱系數α增大，汽輪機下缸溫升加快，汽缸缸溫升高，溫升率上升，汽缸溫升率比轉子快，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隨機起動，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

汽輪機啟動過程中，降低凝汽器真空可在一定范圍內調整脹差，條件是汽輪機維持一定轉速或負荷時。真空降低真空機組要保持轉速或負荷不變，機組欲維持一定轉速或負荷時須增加進汽量，蒸汽放熱系數α增大，增大蒸汽對汽缸的對流換熱，整體平均缸溫升高。由于進汽量增加，中、低壓部分摩擦鼓風熱量被蒸汽帶走，轉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。經控制真空控制在65～70 kPa，排汽溫度在110℃內，正脹差明顯減小。

[1]剪天聰.汽輪機原理[M].北京:水利電力出版社，1989.

TK26 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：B

B