汽輪機(jī)運(yùn)行中脹差的分析和控制

摘要：在發(fā)電廠中，汽輪機(jī)是非常重要的一部分，汽輪機(jī)在運(yùn)行方面的效果能夠?qū)﹄娏恐圃斓男十a(chǎn)生直接影響。汽輪機(jī)要保證自身運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性及安全性，充分解決所存在的脹差問(wèn)題便顯得極為重要。文章在分析汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生脹差的原因及危害的基礎(chǔ)上，對(duì)脹差的有效控制進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；脹差控制；發(fā)電廠；進(jìn)汽參數(shù)；蒸汽溫度；負(fù)荷速度 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK264 文章編號(hào)：1009-2374（2015）14-0077-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.038

對(duì)于汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，基于啟動(dòng)加熱及停機(jī)冷卻過(guò)程中，與此同時(shí)受到運(yùn)行工作狀態(tài)變化的影響，汽缸與轉(zhuǎn)子便會(huì)發(fā)生熱膨脹或者冷卻收縮反應(yīng)，因轉(zhuǎn)子受熱面積要超過(guò)汽缸，并且轉(zhuǎn)子質(zhì)量小于與之對(duì)應(yīng)的汽缸，在同種情況下，便會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子溫度變化快于汽缸，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和汽缸產(chǎn)生膨脹差。因此，我們將轉(zhuǎn)子和汽缸的熱膨脹差值便稱作膨脹差，簡(jiǎn)稱為脹差。如果轉(zhuǎn)子軸向膨脹要比氣缸軸向膨脹大，則稱之為正膨脹；如果轉(zhuǎn)子軸向膨脹要比汽缸軸向膨脹小，則稱之為負(fù)膨脹。為了使汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中更具高效性及安全性，本課題對(duì)“汽輪機(jī)運(yùn)行中脹差的分析和控制”進(jìn)行分析與探究具有較為深遠(yuǎn)的重要意義。

1 汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生脹差的原因

轉(zhuǎn)子和汽缸形成脹差主要存在兩方面的原因：一方面即為轉(zhuǎn)子和汽缸的組織結(jié)構(gòu)具備較為顯著的差異性；另一方面為轉(zhuǎn)子和汽缸的工作條件存在較為顯著的差異性。基于單缸汽輪機(jī)中，排氣口中心周邊具備較為顯著的汽缸死點(diǎn)，與此同時(shí)轉(zhuǎn)子和汽缸也具備一個(gè)顯著的死點(diǎn)，其位置處于推力軸當(dāng)中的承推面上。基于汽輪機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)子和汽缸便會(huì)具備顯著的溫度差異，同時(shí)受熱程度也比較明顯，轉(zhuǎn)子質(zhì)量和汽缸比較起來(lái)相對(duì)要小，但其受到的蒸汽熱作用面積要大，所以便能夠在很短的時(shí)間里提高到極高的溫度。因?yàn)槠妆绒D(zhuǎn)子的質(zhì)量要大，所以汽缸所受到的膨脹速度便較為緩慢。汽缸與轉(zhuǎn)子均會(huì)受到熱膨脹，但在兩者膨脹穩(wěn)定前是一定具備顯著的脹差的。除此之外，基于冷卻過(guò)程中也具備相同的情況，主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子質(zhì)量相對(duì)要小，所以冷卻收縮時(shí)間和汽缸比較起來(lái)要短暫，進(jìn)一步脹差便顯著存在。基于正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，汽輪機(jī)會(huì)慢慢在冷形態(tài)的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)變?yōu)闊嵝螒B(tài)；汽缸在受熱之后，便會(huì)形成熱膨脹，它的膨脹方向會(huì)受到滑銷系統(tǒng)死點(diǎn)部位的制約，導(dǎo)致只能夠朝著高壓側(cè)膨脹或者低壓側(cè)膨脹。同時(shí)，轉(zhuǎn)子同樣會(huì)在汽輪機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)下形成膨脹，其膨脹方向會(huì)受到推力軸承的制約，從而導(dǎo)致只能夠朝著低壓側(cè)膨脹。在汽輪機(jī)運(yùn)行能夠?qū)⒁徊糠重?fù)荷承擔(dān)起來(lái)之后，轉(zhuǎn)子和汽缸之間的受熱效果便會(huì)回歸穩(wěn)定，進(jìn)一步縮小兩者間的脹差，從而使其狀態(tài)回歸穩(wěn)定。

2 脹差異常存在的危害

對(duì)于轉(zhuǎn)子和汽缸來(lái)說(shuō)，兩者所產(chǎn)生的脹差大小會(huì)對(duì)汽輪機(jī)動(dòng)靜軸向的間隙大小產(chǎn)生直接性的影響。基于正脹差的條件下，從噴嘴到動(dòng)葉的間隙會(huì)變大，與此同時(shí)負(fù)脹差會(huì)變小。基于正常狀態(tài)下，汽輪機(jī)軸封和動(dòng)靜葉片所形成的軸向間隙相對(duì)要小，在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間上升的情況下，其間隙會(huì)慢慢變大。倘若當(dāng)中有顯著的脹差形成，那么將會(huì)對(duì)軸封和動(dòng)靜葉片間的間隙造成很大程度的影響。在間隙逐漸縮小，然后到?jīng)]有間隙的情況下，便會(huì)使兩者間形成摩擦，進(jìn)一步發(fā)生機(jī)組振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還可能出現(xiàn)損壞或各種安全事故。鑒于此，無(wú)論何種型號(hào)的汽輪機(jī)，都應(yīng)具備相當(dāng)嚴(yán)格的脹差極限值。在轉(zhuǎn)子和汽缸間所存在的脹差與極限值相接近的狀況下，基于理論層面，軸封或者動(dòng)靜葉片的軸向最小間隙是具備一定的間隙的，如此一來(lái)便能夠使機(jī)械事故的引發(fā)實(shí)現(xiàn)有效避免。

3 汽輪機(jī)運(yùn)行中脹差的有效控制措施

3.1 對(duì)進(jìn)汽參數(shù)進(jìn)行有效控制

在對(duì)汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)進(jìn)行控制過(guò)程中，需要將汽輪機(jī)的日常操作規(guī)章制度作為參考標(biāo)準(zhǔn)，并需要結(jié)合冷態(tài)曲線，當(dāng)沖轉(zhuǎn)到帶60MW參數(shù)的情況下，把主汽溫度控制在320℃～360℃的范圍內(nèi)；熱溫度則大約控制在300℃；另外，對(duì)于主汽壓力則控制在4.2～4.8MPa范圍內(nèi)。

3.2 對(duì)蒸汽溫度及負(fù)荷速度進(jìn)行有效控制

在汽輪機(jī)正常啟動(dòng)的情況下，需使其承受負(fù)荷保持一定的穩(wěn)定性，進(jìn)一步使之能夠?qū)λa(chǎn)生的脹差實(shí)現(xiàn)有效控制。以冷態(tài)曲線為參考依據(jù)，做好汽輪機(jī)溫度的提升、壓力的提升及負(fù)荷的合理增加等措施，以此讓汽輪機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。需要充分注意的是，基于汽輪機(jī)啟動(dòng)之前，需要對(duì)冷態(tài)曲線優(yōu)先考慮，然后再將汽輪機(jī)啟動(dòng)。

3.3 對(duì)機(jī)組真空進(jìn)行有效控制

將汽輪機(jī)啟動(dòng)完成之后，對(duì)于沖轉(zhuǎn)前的真空壓力，需維持在90kPa左右。不但需要增加機(jī)組的進(jìn)氣量，而且還需要使機(jī)組的進(jìn)氣量控制在合理的范圍內(nèi)。基于汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中能夠達(dá)到中速，并且處于暖機(jī)的條件下，可采取低加汽側(cè)及投運(yùn)高等措施，以此使進(jìn)氣量得到有效增加，進(jìn)一步為機(jī)組真空有效控制的實(shí)現(xiàn)奠定良機(jī)。

3.4 對(duì)運(yùn)作時(shí)間和氣缸膨脹之間的聯(lián)系進(jìn)行有效控制

對(duì)于汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的脹差現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，通常在冷態(tài)啟動(dòng)的汽輪機(jī)當(dāng)中發(fā)生。特別是基于沖轉(zhuǎn)中，由于沖網(wǎng)的時(shí)間較為短暫，因此脹差的發(fā)生率便頗高。在對(duì)機(jī)組進(jìn)行修理及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，具備足夠的試驗(yàn)機(jī)會(huì)，其實(shí)這也屬于一種暖機(jī)時(shí)間，但是由于汽缸膨脹狀況是產(chǎn)生于汽輪機(jī)中速運(yùn)作情況下的，并且通常維持在10～12mm左右，如果高達(dá)3000rpm試驗(yàn)條件時(shí)，則極有可能高達(dá)20mm或以上。在此種情況下，便能夠?qū)γ洸畹漠a(chǎn)生進(jìn)行有效控制。鑒于此，在日常工作過(guò)程中，需要以相關(guān)規(guī)章制度為參考標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)汽輪機(jī)的暖機(jī)時(shí)間合理控制。與此同時(shí)，結(jié)合氣缸膨脹的實(shí)際狀況，進(jìn)一步采取有效的處理措施。如果氣缸膨脹不具顯著性，基于高壓脹差頗高的狀態(tài)下極易產(chǎn)生，此時(shí)便需要對(duì)暖機(jī)時(shí)間進(jìn)行增加，然后完成調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)有效控制。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本課題的探究，認(rèn)識(shí)到汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中存在較為明顯的脹差現(xiàn)象。導(dǎo)致脹差的主要原因是轉(zhuǎn)子和汽缸的組織結(jié)構(gòu)及工作條件存在較為顯著的差異。為了汽輪機(jī)運(yùn)行的高效性及可靠性，對(duì)脹差現(xiàn)象采取有效的控制措施便顯得極為重要，因此便需要對(duì)進(jìn)汽參數(shù)、蒸汽溫度、負(fù)荷速度及機(jī)組真空等方面的控制進(jìn)行完善。除此之外，筆者認(rèn)為要想使汽輪機(jī)安全運(yùn)行得到有效保障，需要做好每一個(gè)環(huán)節(jié)的工作，分析產(chǎn)生脹差的原因，并制定有效的控制措施，讓脹差能夠保持在正常范圍之內(nèi)，從而使機(jī)組動(dòng)性得到有效增強(qiáng)，進(jìn)一步使汽輪機(jī)在運(yùn)行方面的高效性及安全性得到充分有效保障。

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作者簡(jiǎn)介：趙高峰（1982-），男，河南焦作人，陜西德源府谷能源有限公司運(yùn)行部機(jī)組長(zhǎng)，研究方向：熱能與動(dòng)力工程。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）