汽轮机运行中胀差的分析和控制
当汽轮机在启动加热、停机冷却过程中，或在运行中工况变化时，汽缸和转子会产生热膨胀或冷却收缩，由于转子的受热表面积比汽缸大，且转子的质量比相对应的汽缸小，蒸汽对转子表面的放热系数较大，因此，在相同的条件下，转子的温度变化比汽缸快，使得转子与汽缸之间存在膨胀差，而这差值是指转子相对于汽缸而言的，把转子与汽缸之间热膨胀的差值称为相对膨胀差，简称胀差。

当转子轴向膨胀大于汽缸的轴向膨胀时，称为正膨胀；反之若转子轴向膨胀小于汽缸的轴向膨胀时，称为负膨胀。

一．汽轮机胀差的产生
汽缸和转子之间出现胀差的主要原因是它们的结构和工作条件不同。

由于转子与汽缸之间存在温差，各自受热状况不一样，转子质量小但接触蒸汽的面积大，温升和热膨胀较快，而汽缸质量大，温升和热膨胀就比较慢，因此在转子和汽缸热膨胀还没有达到稳定前，他们之间就有较大的胀差。

同理，由于转子比汽缸体积小，转子的冷却收缩也比汽缸的冷却收缩快，这时它们之间也会产生较大胀差。

汽轮机启动加热，从冷态变为热态，汽缸受热发生热膨胀，汽缸向高压侧或低压侧伸长。

同样转子也因受热发生热膨胀。

转子膨胀大于汽缸，其相对膨胀差被称为正胀差。

汽轮机带负荷后，转子和汽缸受热面逐渐于稳定，热膨胀逐渐区于饱和，它们之间的相对膨胀差也逐渐减小，最后达到某一稳定。

二．胀差过大的危害
胀差的大小意味着汽轮机动静轴向间隙相对于静止时的变化，正胀差表示自喷嘴至动叶间隙增大；反之，负胀差表示该轴向间隙减小。

汽轮机轴封和动静叶片之间的轴向间隙都很小，若汽轮机启停或运行中胀差变化过大，超过了轴封以及动静叶片间正常的轴向间隙时，就会使轴向间隙消失，导致动静部件之间发生摩擦，引起机组振动，以至造成机组损坏事故。

因此，汽轮机都规定有胀差允许的极限值，它是根据动静叶片或轴封轴向最小间隙来确定的。

当转子与汽缸间隙相对膨胀差值达到极限值时，动静叶片或轴封轴向最小间隙仍留有一定的合理间隙。

不同容量的汽轮机组胀差允许极限值不同。

我厂机组对胀差允许的极限值高压缸为-2.0~+7.4mm，中压缸-4.5~+7.0mm，低压缸-3.3~+9.1 mm。

一旦胀差达到报警值，立即发出声光报警信号，以便运行人员及时采取措施，保护机组安全。

如果胀差超限，热工保护将汽机打闸，保护机组安全。

为了在汽轮机启动、暖机和升速过程中或在运行、停机过程中保护机组安全，必须设置汽轮机热膨胀测量装置和转子与汽缸相对膨胀测量装置。

三．汽轮机胀差增大的原因
正胀差值增大一般由以下原因所引起：
(1)启动时暖机时间太短，升速或加负荷太快；
(2)滑销系统滑动性能差，容易卡涩；
(3)轴封供汽温度高，供汽量大，引起轴颈过分伸长；
(4)机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高；
(5)推力轴承磨损，引起轴向位移增大；
(6)胀差指示器零点不准或触点磨损引起偏差；
(7)真空值、轴承油温过高；
(8)各级抽汽量变化影响；转子摩擦鼓风损失；泊桑效应。

负胀差值增大一般由于以下原因引起：
(1)负荷突然下降或突然机组甩负荷；
(2)主汽温度骤然降低或启动时进汽温度低于金属温度；
(3)水冲击；
(4)轴封供汽温度太低，流量太小；
(5)轴向位移变化；
(6)机组启动时转速突然升高，转子在离心力的作用下轴向尺寸减小，低胀差变化明显；
(7)油温太低；
(8)转子停止过程中过早停止轴封供汽；
(9)排汽温度升高。

四．汽轮机各种工况下胀差的变化规律
1. 汽轮机冲转时
汽轮机启动从冲动转子到定速阶段，汽缸转子的温度变化很剧烈，转子的热膨胀大于汽缸，表现为正胀差，且数值呈上升趋势。

2.轴封送汽时
汽轮机启动过程中，当轴封供汽时，由于转子汽封段被进一步加热，正胀差随供汽温度增高而增大。

3.升负荷阶段
在汽轮机定速后并网加负荷阶段，由于蒸汽参数提高，通过汽轮机的蒸汽流量增大，蒸汽与汽缸、转子的热交换加剧，正胀差增加的幅度较大，其增张幅度与加负荷速度呈正比关系。

当汽轮机进入稳态区时，正胀差达到极限值。

4.降负荷阶段
汽轮机在稳定工况运行时，转子和汽缸同金属温度接近于同级的蒸汽温度，胀差基本趋于稳定值。

当汽轮机减负荷或停机时，流过汽轮机的蒸汽温度低于金属温度，转子的质量小，但与蒸汽接触的面积大，所以转子比汽缸冷却的快，即转子比汽缸收缩的多，因此出现负胀差。

5.停机惰走时
汽轮机打闸后调速汽门关闭，没有蒸汽进入通流部分，转子鼓风摩擦所产生的热量无法被蒸汽带走，使得转子温度升高；加之转子转速下降，由于泊桑效应，胀差有不同程度的正方向增加。

6.机组运行中
汽轮机运行中应保证主汽温度相对稳定及轴封汽温、汽压正常，转子与汽缸的胀差无论是正还是负都必须在正常范围内，此时胀差值在正常运行时一般变化不大。

五．胀差的控制
1.冷态启动时，应严格控制冲转参数及升速暖机时间，启动中有可能出现胀差过大现象，此时应通知炉侧减缓对蒸汽升温升压，稳定参数，使机组在稳定转速或稳定负荷下停留暖机，严格按照启动曲线控制冲转升速和并网带负荷的速度，一般而言冲并网到负荷200MW，控制不少于100分钟。

同时可采取调整凝汽器真空方法，适当降低真空，减少正胀差的发展,但是要注意不要在真空禁止运行区运行。

热态启动时，新蒸汽温度应高于汽缸最高金属温度50～100℃，并有50℃的过热度，可以保证新蒸汽经调门节流，导汽管散热和调节级喷嘴膨胀后，蒸汽温度仍不低于汽缸金属温度，防止蒸汽温度过低，转子突然受冷却而产生急剧收缩，出现负胀差增大想象。

还应注意轴封汽温度，防止转子受冷却。

所以热态启动时应先向轴封供汽后抽真空，以避免大量冷空气从轴封处漏人而出现局部较大的负胀差。

2．停机过程中的随着负荷、转速的降低，转子冷却比汽缸快，所以胀差一般向负方向发展，特别是滑参数停机时尤为严重，适当调整真空破坏门，及时开启本体疏水及机头疏水，关闭门杆漏汽调整胀差。

转子停止转动后，负胀差可能更加发展，应维持一定温度的轴封蒸汽，真空到零后再停止轴封送汽。

四值三期
郑大伟。