摘要：伴随着大容量、高参数汽轮发电机组的陆续投产，转子轴系和汽缸随之变得越来越大，为适应发电需求，频繁地调峰使得转子和气缸在机组启停时承受很大的热应力，但由于汽轮机转子与汽缸在重量、表面积、结构等方面各有不同，故它们的质面比也不同。所谓质面比，就是转子或汽缸质量与热交换面积之比，通常以G／F表示之。转子与汽缸比较，转子的质量小，参加热交换的面积大，即质面比小；而汽缸的质量大，参加热交换的面积小，质面比大。在加热和冷却过程中，转子温度的升高或降低比汽缸快，也就是说，在加热时转子的膨胀值大于汽缸，在冷却时转子的收缩值也大于汽缸。所以在发生很大的热变形时产生差胀。习惯上把转子膨胀大于汽缸时称为正差胀，反之则为负差胀。由于转子在高速旋转过程中轴系为一定曲率的曲线，即转子与汽缸的轴向相对位置的变化会直接影响机组运行过程中的径向间隙。所以汽轮发电机组运行过程中，差胀变化过大较易引起动静径向碰磨，情况严重时直接导致机组跳机。因此，研究和控制汽轮机启停时差胀的变化对汽轮机的安全运行具有非常重要的意义。
关键词：差胀；汽轮机振动；动静碰磨
引言：汽轮机在起停过程中,由于转子与汽缸之间存在温差,使得它们在轴向膨胀时出现相对膨差胀,称之为差胀。当转子大于汽缸的膨胀量时为正差胀，反之称为负差胀。差胀的变化大小反映了汽轮机内部动、静部分轴向间隙的变化。因此,在汽轮机日常运行中,尤其在启动和停机过程中,为防止因动、静部分发生摩擦造成设备损坏事故,应注意监视差胀值的变化,并将其控制在允许范围内。为此，在接下来的文章中，将围绕汽轮机组运行过程中差胀的变化及对振动的影响方面展开分析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值。
一、机组概况
该蒸汽轮机是汽轮机采用某汽轮机厂生产的两套LC48／N76．6－7．5／1．3／0．33级双轴联合循环机组，无再热、单缸、向下排汽的冲动式可抽汽、可纯凝运行供热汽轮机，配有杭州锅炉厂生产的2套三压、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉。该机组汽缸膨胀的绝对死点在低压缸低压轴封端附近，机组汽缸绝对膨胀测点位于机头处；转子膨胀的相对死点在机头推力轴承处，机组差胀测点在低压轴封端附近的＃2轴承处。轴系简图如图1所示。
图1，汽轮机组轴系简图：
二、机组启停时温度控制和划分
汽轮机的启动包括冷态启动、温态启动和热态启动三状态。冷态启动：高压缸内壁金属温度＜200℃；温态启动：高压缸内壁金属温度200℃～380℃；热态启动：高压缸内壁金属温度＞380℃。对冷态启动，用滑参数启动，可以使汽轮机部件温差小。对温态或热态启动，新蒸汽温度高于高压缸内壁金属温度50℃～100℃。
三、机组冷态启动
机组冷态启动，转子与汽缸内的温度均较低。转子与汽缸受轴封蒸汽的影响均有一定程度的膨胀，由于机组在启动前已盘车数小时，转子与汽缸均已充分膨胀且膨胀相对较小，故认为该机组后续运行过程中差胀的参考初始值为此时TSI系统显示的1．3mm。机组启动过程中，转子与汽缸均受蒸汽的加热作用而膨胀。由于转子的质面比低于汽缸，故在冷态冲转过程中转子的膨胀大于汽缸，升速至3000rpm差胀由1．3mm变化至1．9mm。由于冷态启动过程中暖机充分，差胀变化较小且较缓，机组的冷态冲转过程碰磨情况与振动情况均较好。经过实际调查发现，机组冲转至3000rpm后定速运行，转子膨胀趋于平缓并不断接近该工况下的稳定值，由于汽缸膨胀滞后于转子，故汽缸在转子充分膨胀后继续膨胀，差胀在定速运行时达到最大值2．3mm后往负差胀的方向发展。机组并网带负荷过程中，主蒸汽温度与流量均不断上升。转子与汽缸受蒸汽温度上升的影响后继续膨胀，由于转子的膨胀超前于汽缸，差胀往正差胀的方向发展。随着转子膨胀不断趋于稳定值，汽缸继续膨胀，差胀往负差胀的方向发展，故机组在升负荷过程中由于温度与流量阶段性上升导致差胀的变化，存在较为明显的上下波动。由于蒸汽进入汽机本体后先流经静止部分后流经旋转部分，蒸汽温度随着流程逐渐降低，故随着机组带负荷时间的增大，总体而言静止部件的温度高于转子，汽缸的膨胀大于转子，机组在一定程度上呈负差胀且不断趋于稳定值。机组带大负荷较长一段时间后，燃机跳闸导致蒸汽轮机甩负荷打闸停机，转子受静止部分的加热作用而膨胀，差胀往正差胀方向发展且变化较为剧烈。机组打闸后转速下降至盘车转速，差胀由－0．6mm变化至0．6mm，盘车数小时差胀继续变化至1．1mm，不断接近冷态启动前的初始值。机组停机过程中，＃2轴振振动较大且振动以工频分量为主，转速降至盘车转速，TSI系统显示机头偏心达到112μm，盘车一段时间后恢复至开机前的42μm。分析认为由于机组停机过程中差胀变化大且变化剧烈，机组动静间隙变化较大导致严重的动静碰磨，使转子产生较大的热弯曲，机组停机过程中振动变化剧烈[1]。
四、机组热态启动
机组带大负荷运行后停机，缸内温度较高，盘车数小时后机组热态启动。热态启动第一次升速时，高压内缸温度为340℃，主蒸汽参数为3．6MPa，360℃。机组热态升速过程中，蒸汽流量相对较小且温度较低，蒸汽做功后温度进一步降低，汽缸和转子受蒸汽的冷却作用均有一定程度的收缩。与受蒸汽加热作用时汽缸膨胀滞后于转子类似，转子受蒸汽冷却时收缩速度快于汽缸，机组差胀由0．4mm不断往负差胀的方向变化。
结论：
文章以某厂225MW蒸汽燃气联合循环蒸汽轮机为例，分析了汽轮发电机组冷热态启动、带负荷及停机过程中差胀的变化及其对振动的影响，从中可以得出，机组在启动与带负荷过程中应注意控制差胀的变化以避免动静间隙变化过大导致严重动静碰磨；另外，冷态冲转过程中，汽机转子的膨胀大于汽缸，差胀以正差胀为主，冲转过程中应保证足够的暖机时间以保证汽缸的充分膨胀。希望得出的这些结论能够给相关人士提供帮助[2]。
参考文献：
[1]陆颂元．大型机组动静碰磨的振动特征及现场应急处理方法［J］．中国电力，2018，36（1）：6－11
[2]杨志勇．1000MW汽轮机启停机差胀控制［J］．发电与空调，2017，34（6）：32－35
论文作者:1王涛,2李敬超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：转子论文; 汽缸论文; 机组论文; 蒸汽论文; 过程中论文; 汽轮机论文; 温度论文; 《电力设备》2018年第24期论文;