汽輪機運行中脹差的分析和控制

馬明　郭愷

摘 要：汽輪機為發(fā)電廠當中的常用機械之一，其運轉(zhuǎn)情況的好壞直接影響到了電量制造的效率。本次研究當中將針對某發(fā)電廠的汽輪機在運轉(zhuǎn)過程當中產(chǎn)生的脹差現(xiàn)象進行研究，對其產(chǎn)生的原因進行分析，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 脹差 控制

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

汽輪機在啟動與停機的轉(zhuǎn)換過程當中，或是在平常的運行當中產(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]。在單缸汽輪機當中，排氣口中心附近存在著明顯的氣缸死點，而轉(zhuǎn)子與氣缸之間也存在著一個明顯的死點，位置在推力軸的承推面。在汽輪機正常的運轉(zhuǎn)當中，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。

汽輪機在正常的運行當中，逐漸從冷形態(tài)向熱形態(tài)進行轉(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)子也隨著汽輪機的運行會發(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。當汽輪機的運轉(zhuǎn)逐漸承擔一定程度上的負荷后，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，負脹差則會減小。正常情況下，汽輪機軸封與動靜葉片之間存在的軸向間隙較小，隨著汽輪機的運行時間逐漸增加，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，直接導致兩者之間產(chǎn)生摩擦，最終導致機組振動甚至發(fā)生故障、損壞、事故。因此所有型號的汽輪機均存在非常嚴格的脹差極限值，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，這樣才能避免機械事故的發(fā)生。

3 脹差的控制措施

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

3.1 進汽參數(shù)的控制

按照日常操作的規(guī)章制度參考冷態(tài)曲線對汽輪機的進汽參數(shù)進行嚴格控制，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 蒸汽溫度及負荷速度控制

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

3.3 機組真空控制

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

3.4 運轉(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)啟動的汽輪機當中，尤其是在沖轉(zhuǎn)的過程當中沖網(wǎng)時間較短的條件下，脹差發(fā)生的幾率較高。在對機組進行日常維護與修理的過程當中，將會存在充足的試驗機會，這也是另一種意義上的暖機時間，而氣缸的膨脹現(xiàn)象一般發(fā)生在汽輪機中速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，此時達到了10～12 mm，當達到3000 rpm試驗時將有可能達到20 mm或更高，在這種條件下能夠有效的控制脹差的形成。因此在日常工作當中，對于汽輪機的暖機時間除了按照規(guī)章制度進行意外，還要參照氣缸膨脹的具體情況進行相應(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，可以通過增加暖機的時間進行調(diào)節(jié)。

參考文獻

[1] 王運民，張倫柱，徐大懋，等.汽輪機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.火電廠汽輪機運行故障對策技術(shù)研究[J].科技與企業(yè)，2013（9）：298.

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