300MW汽轮机胀差变化的原因分析与控制

王沧海

摘 要：胀差是影响汽轮机启动速度以及机组安全行驶的核心参数，对于火电机组较为典型的变工况下胀差的变化具有较强的现实意义。该文从胀差产生的原因以及计算公式进行分析，阐述了胀差的产生机理，并详细介绍300MW汽轮机在运行中、装置结构与系统初参数等方面影响胀差的因素，探究了减小胀差的方法并变工中胀差的控制要点，避免因为胀差过大带来的安全隐患。

關键词：滑销系统 汽轮机 冷态启动 汽缸 胀差

中图分类号：TK249.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（c）-0045-02

我国的汽轮机参数逐渐增大，研发方向也朝着大容量发展，带来的直接结果就是转子轴系与汽缸外形体积的变大，每当发生启停时，都会有大量的热量产生，造成机器设备的受热膨胀，从而发生胀差。当转子的膨胀大于汽缸膨胀程度，就会生成正胀差；相反，转子的膨胀程度较小，则产生负胀差。胀差的程度应有所控制，高于标准胀差，则会引起间级的间隙变小，逐渐消失，进而使汽轮机内部发生静摩擦，甚至出现转子变形弯曲的状况。所以，对于汽轮机中胀差的控制措施是十分必要的，关系到行驶中的安全。

1 胀差产生原因

1.1 产生机理

汽轮机的整体都是由金属构成，在运行过程中产生热量，导致发生膨胀，而膨胀的大小与构件比例有直接关系，实际结果需要根据膨胀系数进行计算。如果汽轮机处于对流换热状态，则受热膨胀的比例与换流热系数、流体流速有关。高压汽轮在正常使用中，需要经历从静止到运行产生热能的一系列过程，其中温度差较大，进而汽轮机的汽缸相关参数都会受到膨胀的影响。机组启动的初期，高压缸质量较重，但转子的重量不明显，而处于运转中的转子受热的接触面是汽缸的5倍，受热效果更加明显。在运行过程中，在同样的时间内，质子因为运转速度较快，温度上升程度也较高，而汽缸的温度相比较下上升不明显，极其容易产生温差，即胀差。

1.2 胀差的计算公式

轴向相对值由转子与轴承座之间的推力轴承确定，而推力轴承的具体位置则是转子与汽缸轴向膨胀差值的相对平衡点。如果将汽轮机转子带高压缸至进汽口的距离设为l，则可以认为两者之间的平均升高温度为t，这些数值的产生都是相对而言的，那么该横截面上生成的相对膨胀值为l2=b×tl[1]。

1.3 胀差的允许范围

胀差的大小对汽轮机的正常行驶会产生较大的副作用，带来的安全隐患也较为严重。不单单使汽轮机的可使用年限减少，还会造成机组的大面积损坏。所以，一般它都会有较为标准的胀差报警值、与手动停机值，不同参数的汽轮机的胀差报警值也完全不同，在日常使用中需要加以控制。

2 影响胀差的因素

2.1 机组运行工况对胀差的影响

汽轮机在冷态状态下开启，表现为正胀差。而从冲转到达定速阶段，汽缸与转子的温度都会因为运转而生热，而后者表现出的加热速度更为明显，其正胀差是呈现上涨的趋势，如果该机组使用的是中压缸，那么胀差的产生在缸内。缸的胀差变动不但会受到摩擦产生的热量影响，同时与离心力也有直接关系。当汽轮机转子达到3000r时，启动过程到最后结束，两者的正胀差值会到达最大峰值[2]。

在冷态冲转中，主汽的压力值一般控制在4.2Pa左右，温度将会在420℃范围内，使用高压缸启动的方案，主要环节包括：汽轮挂闸之后，第一步需要启动1、2号中联门，输入阀限100%后，中压主汽门打开，DEH采用TV控制，调到300r/min的速度，1～6号门全部打开，在大机转速到达600r/min时进行摩擦检查，结束后在采取2400r/min中使用中速暖机。如果热气温再次到达260℃，并计算中速暖机时间，在3h之后，将会升速到2900r/min采取TV/GV切换，然后申述到3000r/min。

2.2 汽缸结构对胀差产生的影响

大多数的汽缸都处于水平法兰阶段，水平法兰在升速阶段时的温度会低于汽缸，减小汽缸的膨胀程度，致使胀差的升高。尤其是汽缸的保温措施会不大完善，其中的抽汽管道多，导致汽缸温度的分布不大合理或是较低，进而造成汽缸的膨胀不完全，让汽轮的胀差再次变大。汽缸疏水出现问题，会有一定的几率造成下缸的疏水冷却、让温度降低，进而形成上缸变形、向上拱起，致使相对胀差产生较大的变化。大容量的机组除外，它受到离心力的影响程度更大。

2.3 汽轮机初参数对胀差的影响

汽轮机发生冲转前，会向轴封供汽，此时的轴封温度高于转子，转子部分部位因受热发生膨胀，会出现正胀差的降低或升高。当出现真空的降低时，为了保障机组的转速稳定，需要适当地提升进汽量，影响到摩擦鼓风的力度，进而高压转子受热，正胀差值也会随之增大，相反抵押转子减小。

当滑参数停机时，胀差会与负荷的数值呈现正比例关系，一旦负荷缩减，汽源的温度需要再次达到350℃左右，此时的负荷数值最低，这时发生停机解列，对于机组的检修时长而言也是有利的。另外，可以发现负荷的数值不断在下降的同时，汽源的温度随之发生变化，进而带来胀差的降低。即使偶尔出现汽源温度再次升高的反复现象，但是总体而言与汽缸的膨胀程度无直接关系。因此可以得出，有效地控制汽源的温度变化快慢就能直接调整胀差大小。

3 降低胀差的措施

（1）当机组为冷态状态下开始运行，则产生正胀差，与之对应的解决措施就是：利用汽缸法兰作为加热设备，让温度升高的同时，让两者的膨胀相结合，缩短冲转前的汽封供汽时间，将原本的汽源替换为较低温度的能源，进而对升温速度以及升温程度进行控制，对负荷速度也进行调整，让加热程度更为均匀，将原本升温的时间加长。在这一过程中可以使用高压胀差来进行控制。发现低压胀差加大，可以适当地提高汽缸的温度[3]。

（2）当汽机在热状态下运行，为了促进胀差在合理范围区间内升降，可以采用以下措施：机组运行前，胀差多数情况下为负值。最开始时，转子与汽缸的温度都会较高，蒸汽的温度较低则可以引进，起到有效的降温作用，进而控制胀差的影响。因此，在启动前，需要重点关注负胀差的数值，将其控制在适宜区间内。当机组正式运行后，就需要关注胀差的正负变化。

（3）在机组的正常运行当中，可以按照以下步骤来防止胀差的持续增大：冲转需要将汽温的温度保持在金属汽缸之上，并将温度的范围控制在50℃～100℃。出现汽压较大的情况，汽源的温度则需要上升，防止转子发生过度收缩，通常情况下轴封使用的供汽都为高温汽源，就是为了避免出现这类情况。

（4）真空维持的时间需要加长，并且注意加热的速度需要提升，防止因为低速的停留而导致机组温度的下降，将胀差进一步加大。

4 结语

随着汽轮机的使用需求不同、汽缸机构上的不同、以及轮机参数上的不同，致使应对胀差变化的方式也不能一概而论。胀差对于汽轮机的影响程度巨大，无论是在日常使用还是维修养护中，都需要采用科学的方法进行控制，才能尽量的延长汽轮机的使用寿命，避免其工作效率因为错误的使用而降低。同时，建议设置胀差在线检测系统，将胀差的调整原理与高科技技术相结合，及时地监控胀差变化情况，及时地做出反应。对于胀差的控制方式，也应从胀差的计算公式着手理解，才能在实际应用中做到灵活、从容地面对胀差带来的影响。

参考文献

[1] 刘敏.50MW汽轮机组起动过程中胀差正向增大原因分析[J].通用机械，2017（10）：50-52.

[2] 张小刚.火电厂超临界机组汽轮机胀差控制分析[J].中国高新区，2017（11X）：99.

[3] 张振宇，戚梦瑶.600MW机组超临界汽轮机低压缸胀差大的原因分析及处理[J].浙江电力，2017，36（3）：59-61.

[4] 李鹏刚.1000MW机组胀差变化原因分析及控制措施[J].现代制造，2017（15）：20-21.