汽机缸体膨胀受阻的原因及措施

张平军，刘 莹，独学强，仝 媛

（河南煤业化工集团中原大化公司，河南濮阳 457004）

1 汽轮机存在的问题

中原大化7 000kW机组是杭州汽轮机厂生产的。来自循环流化床锅炉的11.5MPa、535± 5℃高压蒸汽经汽轮机入口电动主闸阀、速关阀、调速阀进入汽轮机，进行由热能到动能的转化，做功后以3.9MPa的压力排入中压蒸汽管网。

汽轮机的内汽封漏汽引入低压管网，外汽封漏汽经过汽封冷却器E－7305、疏水扩容器V－7305进入疏水箱，由两台冷凝液泵P－7302A／B送入外冷凝液管网（图略）。

该汽轮机于2004年8月投产。2004年11月3日73机（7000kW），机组在温态启动过程中出现汽缸膨胀不畅的现象。当时机组参数如下：负荷10MW，主汽压力11.5MPa，主汽温度430／435℃，汽缸膨胀值10.8mm。暖机结束后，负荷10MW，主汽压力11.5MPa，主汽温度430／435℃，高压汽缸膨胀值10.9mm，发现汽缸膨胀值几乎不增加，立即停止升温升压带负荷，热工检查表计指示正常，经过45min暖机后，汽缸膨胀值突增至11.75mm，检查机组各部正常，继续升温升压带负荷至额定，高压汽缸膨胀值均匀增至28.32mm，恢复至停机前参数。这种现象在2009年8月27日73机又出现过一次。

2 原因分析

2.1 启动参数

DCS工程师查阅机组启动的各运行参数，完全符合规程及厂家规定。如表1所示。

2004年试运结束后多次启机的启机参数相同，因此可以排除启动参数异常的可能。

2.2 值班员调整情况

汽机、锅炉、电气值班员严格执行规程，且有专业人士现场监护，升负荷、主汽压力、主汽温度、再汽压力、再汽温度纪录曲线可以反映操作水平，基本排除人为因素。

2.3 汽缸膨胀和收缩受阻

本机组设计的汽缸死点在低压缸前部横销与纵销连线的交点。机组在运行中受热后，缸体及缸体前半部分以此为起点向前膨胀，缸体后半部分向后膨胀；前轴承座和后轴承座分别在缸体的推力作用下，在台板的滑动面上前后滑动。轴承座底部采用润滑块进行润滑。轴承座因锈蚀或灰尘等原因，造成滑销系统均存在一定程度上的卡涩现象，导致汽缸膨胀和收缩受阻，具体有以下。

（1）轴封系统采用自密封形式，缸体前后轴封间隙过大，轴封漏汽大，造成轴承座所处的工作环境恶劣。这样纵销和轴承座滑动面特别容易锈蚀，发生卡涩。

（2）滑动面润滑装置在运行中需要定期加高温润滑脂，高温润滑脂运行一段时间后干结，引起油槽堵塞，加之运行中一些尘埃进入油槽，最终导致汽缸膨胀和收缩受阻。

（3）机组整体热膨胀极不均匀，转子有左右浮动不稳的现象，发电机、汽轮机与减速箱对中数据有较大差异，在高速运行时机组转子摆动（这从轴位移连续波动可以看到）。

（4）机组在运行当中振动厉害并伴有异常声音。主油泵经常发生断裂以及进汽管线、排汽管线热膨胀受阻，重新设计更改热力管线及其弹簧支座，其间多次更改热力管线走向。

表1 机组参数及实测情况

3 采取的措施

针对汽缸受热膨胀受阻的问题在考虑热膨胀外因素的同时，还要考虑所有的管线受热膨胀对机组产生的阻力，决定在进汽口加一补偿器，减小蒸汽对管线的扭矩以及热膨胀向上的胀力（大化厂用的是GSJ－V型系列旋转式补偿器，如图1）。

图1 旋转补偿器结构图

3.1 旋转补偿器的优点

（1）补偿量大，可根据自然地形及管道强度布置，最大一组补偿器可补偿500m管段。

（2）不产生由介质压力产生的盲板力，固定支架可做得很小，特别适用于大口径管道。（3）密封性能优越，长期运行不需维护。（4）大大节约投资，设计计算方便。

（5）旋转补偿器可安装在蒸汽地埋管和热水地埋管上，节约投资和提高运行安全性。

旋转补偿器在管道上一般按150～500m安装一组（可根据自然地形确定），有十多种安装形式，可根据管道的走向确定布置形式。采用该型补偿器后，固定支架间距增大，为避免管段挠曲，要适当增加导向支架，为减少管段运行的摩擦阻力，在滑动支架上应安装滚动支座。

3.2 旋转式补偿器动作原理

GSJ－V型系列旋转式补偿器的补偿原理，是通过成双旋转筒和L力臂形成力偶，使大小相等、方向相反的一对力，由力臂回绕着Z轴中心旋转，以吸收力偶两边热管产生的热胀力，见图2。

3.3 Π型组合旋转式补偿器的布置

当补偿器布置于两固定支架之间时，则热管运行时的两端有相同的热胀量和相同的热胀推力，将力偶回绕着O中心旋转了θ角，以达到吸收两端方向相对、大小相等的热胀量△。

图2 Π型组合补偿器作用原理（平行布置）

当补偿器布置不在两固定支架中心，而偏向热管较短的一端，在运行时力偶臂L的中心O偏向较短的一端，回绕来吸收两端方向相对、大小不等的膨胀量△1，△2。

此类补偿器的布置和球形补偿器类似，在吸收热膨胀时，力偶臂旋转到1／2θ处热管道出现最大的摆动y值。因此，离补偿器第一只导向支架的布置距离要加大。

一般在自然地形、补偿量和安装条件许可的情况下，L尽量选择大一点。

虽然吸收热胀随着转角θ或力偶臂L的加大而增加，但为了限止y摆动过大，对θ值不超过推荐值，L选在2～6m范围内为宜。

该补偿器适应性较广，对平行路径、转角路径和直线路径及地埋过渡至架空，均可布置。

3.4 旋转补偿器参数

通过数据和理论推理，在汽机缸体两侧高压主进汽管线加上两个同样型号的旋转补偿器GSJ－V，以达到补偿同样量的作用，该补偿器综合情况如下：

设计压力P＝4.0MPa，设计温度t＝400℃；免维护旋转补偿器GSJ为对焊连接，L＝530mm，接管规格为φ323.9×14.2mm，接管材料20G，管道制造标准GB5310－1995，免维护旋转补偿器GSJ的补偿量为25mm。补偿器旋转角度为180°。

另外，还采取了以下措施。

（1）在机组大修时检查轴承箱下自润滑块，并且加入新的润滑油。

（2）适当延长暖机时间，控制暖机转速，在暖机过程中严密监视胀差及膨胀量的变化。

（3）冲转后及时投入汽缸夹层和法兰加热装置。

4 效 果

2009年8月采取上述措施后，73机组再没有出现过汽缸膨胀值突增的现象，为机组的安全稳定运行奠定了基础。