350MW汽轮机差胀变化规律及控制

1、350mw汽轮机差胀变化规律及控制 核心提示：日本日立公司制造的350mw机组滑销系统特点，由此确定汽轮机启停和工况变化时差胀变化规律，针对差胀变化规律，制定出有效控制方法。关 键 字：350mw 汽轮机 滑销 差胀 变化规律  国电九江发电厂5、6号机系日本日立公司制造的350mw亚临界、一次中间再热、冲动式、单轴、双缸双排汽凝汽式汽轮机。采用中压缸启动冲转技术，高中压、低压缸设计有一套新型滑销系统。一、差胀概念汽轮机在启停和工况变化时，由于转子和汽缸的体面比之间存在差异，并且受热条件不同，在受热膨胀时就会出现差别，两者轴向膨胀的差值称为差胀。差胀零位的定法：在汽轮机冷态下，轴向位

2、移为零时（通常将转子推力盘贴靠推力轴承的工作瓦，作为轴向位移零位），转子位置定为差胀零位。这样，汽轮机运行中，轴向位移变化必然引起差胀的相应变化。因此，差胀零位必须在汽轮机冷态下，轴向位移为零时校正。二、汽轮机滑销系统特点高中压、低压缸，采用一套新型滑销结构，在前轴承箱底部与基础台板之间的轴向中心线上，设有两只纵销，在中轴承箱和后轴承箱底部与基础台板之间的轴 向中心线各设有一只纵销，并且中轴承箱和后轴承箱分别与低压外缸刚性连接。以距离低压汽缸进气口中心线l 000mm处为基准，在低压缸撑脚与其侧面基础台板间设有两只横销。基础台板上的横销中心线与纵销中心线的交点形成该机组的绝对死点。在高中压缸前

3、猫爪与 前轴承箱之间、在高中压缸后猫爪与中轴承箱之间各装有两只猫爪横销。为了防止前轴承箱移动时与基础台板分离，在前轴承箱底部左、右四角设置角销（压板）。 推力轴承布置在中轴承箱中，它构成转子的相对死点。机组加热过程中，高中压缸推动前轴承箱向机头方向膨胀，低压缸沿绝对死点向发电机方向膨胀。高中压转子向机头方向膨胀，而低压转子向发电机方向膨胀。滑销系统如图1所示。 图1 在前轴承箱外左侧装有高中压缸总胀传感器及内左侧1号轴承处，装有高中压差胀探头，低压差胀探头装在后轴承箱内左侧4号轴承处。转子相对膨胀死点位 于中轴承箱推力轴承处，转子向发电机移动时，轴向位移定为正值。由于受汽缸

4、绝对死点的限制，机组受热时，中轴承箱带动推力轴承向机头方向移动，改善了低压 缸差胀。这套新型滑销结构，决定了汽轮机差胀变化的固有规律。该机组运行规定高中、低压缸差胀正常范围0100%，即高中压差胀一3.7+8.5mm，低压差胀一1.8+ l 0mm。当差胀超过规定限值10%（即一11或+110%），差胀保护动作跳机。三、差胀变化规律1冷态开机差胀变化图2及表1是一次正常冷态开机差胀变化数据。从投轴封气开始，高低压差胀开始变化，至汽轮机冲转前，低压差胀从12.3%上升至35.4%，高压差 胀从20.9上升至34.8%，汽缸总胀从11.6%上升至22.3%，轴向位移由一0.539mm变为一0.53

5、6mm。这是因为轴封供气后，汽缸两 端轴封转子先加热膨胀，由于轴封气量有限，汽缸受热膨胀较小，这从汽缸总胀变化幅度可以看出。再加上高中压缸与低压缸受热条件不同（高中压缸保温，低压缸 不保温），高中压转子与低压转子外形尺寸不同（低压转子较高中压转子长而粗），集中反映到低压差胀上，因此低压差胀增加幅度远大于高压差胀。轴封供气对高低压差胀的影响，主要由轴封供气压力、温度和时间决定，轴封气参数越高，时间越长，对差胀影响越大。因此，机组启动期间必须注意轴封气参数的稳定。  图2 表1  #156机冷态开机差账情况  mm 从冲转至14

6、00rmin中速暖机后，低压差胀从35.4上升至36，高压差胀从34.8上升至48，汽缸总 胀从22.3上升至31.8，轴向位移由一0.536 mm变为一0.445 mm，这是由于中速暖机状态蒸汽流量少，对高中压转子加热有利，却不利暖缸，这从高压差胀增加幅度大于汽缸总胀增幅和低压差帐增幅得到反映。从冲转至3000rmin定速后，由于泊桑效应，低压差胀从36减至27.8%。高压差胀从48%减至42.3。汽缸总胀从31.8%增至 39.1。轴向位移由一0.445mm变为一0.545mm。从3000rmin到并网，因有各种试验中间停留90min，低压差胀增加13.2%， 高压差胀增加8.2。汽缸总胀

7、增加24.3，轴向位移变化0.03mm。从并网到机组带80负荷，低压差胀增加19.2，高压差胀减少18.9，汽缸总胀增加24.3，轴向位移变化0.07mm。在这以后，机组的高低压差胀基本稳定在该数量级上。2热态开机差胀变化  图3 表2  #156机热态开机差胀情况  mm 图3及表2是一次因辅机故障热态开机差胀变化数据。当时机组满负荷正常运行，08：12因辅机故障跳机，10：30汽机复位，10：36汽机中压缸冲转，10：50升速到3000rmin，11：00并网，11：05过转换区（高压缸进气）。从表2数据和图3曲线分析汽

8、机跳机前低压差胀59.8，高压差胀31.3，跳机后高中压主气门迅速关闭，高低服差胀发生突变，系由轴向位移小幅度突变引起，引发高低压差胀同步变化。当转速下降，由于泊桑效应和鼓风摩擦，低压转子迅速伸长，到08：21低压差胀达70.6%，比原来增加了10.8%，而高压差胀只比原来增加了 3.9%。这是因为泊桑效应与转子离心力紧密相关，离心力越大，泊桑效应越明显。而离心力与转速的平方及回转半径平方成正比，350mw机组低压转子叶轮 粗大，低压叶片特别长，末级叶片长度达1016mm。因此低压转子的泊桑效应较高中压转子明显。机组停运后，高中低压转子冷却比汽缸体快，高低压差胀缓慢缩小，到10：35高低压差胀

9、减少到34.6%和68.5%。10：36汽轮机重新启动冲 转，随着转速增加，转子受到的离心力与转速平方成正比增加，由于泊桑效应，低版差胀迅速缩小，变化率直接与机组升速率有关。从前面所列数据可以算出，到 10：50轴向位移略有增加，约0.07 mm，高压差胀也相应变化，减少约0.15 mm，变化幅度为1.2%，而低压差胀由于泊桑效应，和极热态启动蒸汽温度低影啊68.5%到54.2%，变化幅度达14.3%，10：50以后，低压 差胀随着进气量增加而逐步增加。由于采用中压缸冲转方式，转换前高压缸一直维持真空状态，而转子散热冷却比缸体快，冲转而高压差胀因此缩小。轴向位移缩小，也使高压差胀缩小。转换 后

10、，高压差胀可能变大，也可能变小，主要取决于主蒸汽参数与汽缸缸体温度匹配情况，停机大约2h，汽缸温度很高，主蒸汽气温与之相比偏低，转换后流过缸体 蒸汽对转子加快冷却，差帐进一步减少，严重时出现负差胀。从图3可看出，高压缸缸胀基本在一条直线，汽缸缸胀变化在短时间内可以忽略不计。因此上述分析中忽略了缸体膨胀对差胀的影响。四、影响机组差胀的因素l负价苛变化速度的影响当负荷变化时，各级蒸汽流量发生变化，特别是在低负荷范围内，各级蒸汽温度的变化较大，负荷增长速度愈快，蒸汽的温升速度也愈快与金属表向降负荷速度加快，汽缸和转子温升速度的差别愈大。负荷增加速度加快，正差胀增大；降负荷速度加快，正差胀缩小，以致出

11、现负差胀。2轴封供气温度的影响轴封供气对转子的轴封段和轴封体加热，由于轴封体是嵌在汽缸两端，其膨胀对汽缸轴同长度几乎没有影响，但转子轴封段的膨胀却影响转子的长度，因而使 正差胀加大。由于轴封段占转子长度的比例较小，故对总差胀影响较小，可是轴封处的局部差胀却比较大。若轴封供气温度过高，则出现正差胀过大；反之，负差胀 过大。一般规定轴封气温度略高于轴封金属温度。3环境温度的影响低压差胀对环境温度较敏感。环境温度升高，低压差胀变小，环境温度降低，低压差胀升高。主要原因一方面是环境温度降低，低压缸冷却加剧（低压缸无保 温）；另一方面是循环水温度降低使真空升高，排气温度降低，缸温下降。经观察，在不同负荷

12、下，变化规律是一样的。在同一负荷下，冬季跟夏季低压差胀相差 15%。4摩擦鼓风的影响在机组启动和低负荷阶段，蒸汽流量较小，而高中低压级内产生较大的鼓风摩擦损失（与转速三次方成正比），损失产生的热量被蒸汽吸收，使其温度升高。 由于叶轮直接与蒸汽相摩擦，因此转子温度比汽缸温度高，故出现正差胀。随着转速升高，转子摩擦鼓风损失产生的热量相应加大，但此时由于流量增加，使产生的 鼓风损失的级数相应减少，因此每千克蒸汽吸收摩擦鼓风损失产生的热量先随转速升高而增大，使高中低压缸正差胀增大，后又随转速升高而相应减少，对差胀的影 响逐渐减少。5真空对低压差胀的影视真空降低，一方面排气温度升高，低压缸排气口压力升高

13、，缸体内外压差减少，两者促进低压缸缸体膨胀，从而减少低压差胀。另一方面，若轴封气压不变，低压缸轴封段轴封气量减少，转子加热减弱，也使低压差胀减少。五、防止差胀异常的措施1泊桑效应影响机组低压差胀约10%，所以开机冲转前，低压差胀应保证10%以上。在停机过程中尽量减少低压差胀（最好控制在90以下），当低压差胀超过110%，必须紧急停机，这时随着转速下降，低压差胀会超过120%，在低转速区可能会有动静摩擦。2在冬季低压差胀过高时，要注意轴封气母管压力，若压力过高可适当调低，也可用降低真空方法来减少低压差胀。冬季减少开窗的地方，这是冬季减少低压差胀有效措施。3极热态启动时，轴封供气尽量选择高温气源，辅气作为气源时，必须保证其温度控制在270左右，若温度太低，将造成高压轴封段大轴急剧冷却收缩，有可能导致前几级动静摩擦。4冷态启动时，轴封气源高于大轴金属温度，大轴将局部受热伸长，出现较大的正差胀。因此要选择与轴封金属温度相匹配的气源，不拖延启动时间。低压 差胀过大，可采用降低真空来调