国产330MW机组汽轮机胀差产生原因及控制措施
本文结合北京重型电机厂生产的330MW一次中间再热、三缸两排汽式汽轮机，叙述汽轮机胀差产生的原因，并结合现场实际运行情况分析各种工况下胀差的变化趋势，提出机组变工况时胀差的控制措施，及在运行中总结出的注意事项，保证机组安全可靠运行。

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0引言
在汽轮机运行过程中，使转子与汽缸保持大致相同的轴向热胀速率是十分重要的，而在机组启、停机以及运行过程中，由于汽轮机转子与汽缸的质量、热膨胀系数以及热耗散系数不同，就使得转子的温度比轴承的温度上升快，如果两者之间的热增长差超过汽轮机规定的公差，就会发生动静部分的摩擦，造成机组的损坏。

为此在实际运行中，为了保证机组的正常运行，就需要我们必须严格控制好胀差。

1胀差种类产生的原因和危害
在实际运行中，不论产生正胀差还是负胀差都會对机组产生一定的影响，为此需要我们进行严格的控制。

所以胀差可以分为正胀差和负胀差两种，当转子膨胀大于汽缸膨胀的时候为正胀差，反之成为负胀差。

正负胀差的产生与机组在不同的运行情况有关，当启机、升负荷过程中产生的胀差为正胀差，减负荷、停机过程中所产生的胀差就为负胀差。

而胀差数值是十分重要的运行参数，若胀差超限，则热工保护动作使主机脱扣。

当转子的相对胀差过大，就会使动、静轴向的间隙消失而产生摩擦，以此造成转子弯曲，引起机组振动，甚至会造成较大事故出现。

转子与汽缸的重量、表面积以及结构等都各不相同，因此他们的质面也就相对不同。

所谓的质面比就是转子或者汽缸质量与热交换面积之比。

而转子与汽缸相比较，当转子的质量较小的时候，就会使质面较小；反之，如果汽缸的质量大，就会使质面比增大。

而在加热和冷却的过程中，由于转子温度升高或者传递的时候速度要比汽缸快，就会造成转子的膨胀值大于汽缸，造成冷却时转子的收缩值也会大于汽缸的现象。

2胀差保护的重要意义
监视胀差是机组启动以及停过程中一项十分重要的任务。

为了避免轴向间隙的变化过程中所出现的危险程度，就需要降低动静态部分发生的摩擦。

这时候需要我们对胀差进行严格监视，必要的时候还要对各部分的胀差对汽轮机是否正常运行的影响进行足够的认识。

无论是正胀差还是负胀差，达到某一数值，汽轮机轴向动静部分就要相碰发生摩擦。

为了避免因胀差过大引起动静摩擦，大机组一般都设有胀差保护，当正胀差或负胀差达到某一数值时，立即破坏真空紧急停机，防止汽轮机损坏。

3变工况胀差变化情况
汽轮机在稳定工况下运行时，才能保证胀差数值的稳定。

但是在变工况运行时，由于汽轮机温度场的不断变化，胀差也会随之发生变化，甚至可能超过极限值，从而影响机制的安全运行。

当汽缸的滑销系统卡涩时，就会严重的影响到汽缸的自由膨胀，造成胀差发生异常的变化，严重威胁机组的安全运行。

4控制胀差的要点
4.1控制加减负荷速度（根据机组容量大小由运行规程决定）以及汽机主汽温度变化率（一般小于1.5度/分）。

4.2对于带有法兰加热的机组，启动过程中要合理的使用汽缸和法兰螺栓加热装置，当高、中压缸胀差达到一定数值的时候就需要投入法兰加热装置，需要注意的就是调整加热装置的进汽温度和进汽量，以满足加热要求为准，这时候也能够有效的加热法兰，还能够避免法兰加热过度，我们需要将蒸汽温度控制在80℃左右，最高不得超过100～120℃。

4.3利用汽封供汽控制胀差，汽封供汽对胀差影响的程度，主要取决于供汽时间和供汽温度，而供汽时间越长就会对胀差影响越大，当冷态启动时候为了避免胀差值过大，就应该选择温度较低的汽源，并尽量缩短冲转前轴封送汽时间，热态启动时应合理使用高温汽源，防止向轴封供汽后胀差出现负值，在停机过程中，如出现胀差负值，可向汽封送入高压汽源加热转子汽封段，控制转子收缩。

因此胀差在于控制，而不在于消除。

5热态启动胀差的变化
汽轮机热态启动时候胀差的主要变化，主要是因为受主蒸汽和再热蒸汽温度的影响。

为了减少热应力和胀差的负值，就要求保证汽温度高于汽缸金属温度。

因此，就要求锅炉在点火后升压过程中，投入尽可能多的燃料。

一般在油点火后，其具备条件时便可进行投煤，以此满足旁路系统全部容量的排汽，以便于将主蒸汽和再热蒸汽提高到所需要的温度。

热态启动时，一般主蒸汽压力比较高，在相同工况下，调速汽门开度比冷态启动时小，蒸汽节流虽是等焓过程，但节流后的汽温仍是降低的。

所以热态启动初始阶段，汽缸和转子均要受到不同程度的冷却，其中又以转子冷却较快，因此出现胀差的负值是不可避免的，但同属于热态启动，汽缸金属温度水平却不一样。

对于不同的汽缸金属温度，胀差的变化规律也不同。

当汽缸温度比较高时（比如350℃以上），汽封供汽后，高，中、低压胀差均是减小的，但又由于汽封是否供高温蒸汽而有所差异。

而汽封投高温蒸汽时，胀差就可保持不变或略有增加。

当汽缸温度比较低（比如200～250℃）时，汽封供汽后胀差基本不变或略有减小。

冲转到定速，各胀差仍为减小趋势。

汽缸温度高时减小的幅度大些，汽缸温
度低时减小的幅度小些。

中速以后升速过程，中、低压胀差减小的情况与冷态启动的变化规律相同。

热态启动时，就需要尽快定速后并网；如果空转时间拖长，胀差将继续往减小的方向变化。

并网后胀差的变化情况取决于带负荷的速度。

特别是当汽缸的温度较高时，带负荷速度更应快些，不然转子要进一步冷却收缩，使高、中压胀差负值过大，甚至造成前几级动叶入口间隙消失。

如果汽缸温度较低，低负荷暖机以后，高压胀差增加的较快，应提前投入法螺夹层加热装置。

总而言之，当热态启动时，为了防止胀差负值过大，就需要检查操作是否跟得上，这时候需要尽快的升速，并网和接带负荷，并使之达到与汽缸温度相对应的负荷水平。

至于冲转的蒸汽温度，当然需要满足热态启动的所有要求，否则就会将若干不利因素凑在一起，发生动静态部分摩擦事故。

6滑参数停机胀差的变化
在滑参数停机的过程中，由于高压胀差的变化规律与冷态启动时完全相反。

我们只有在调速汽门全开的这个阶段内，调动阶级温度使之接近蒸汽温度，因此这段时间内的高压胀差就会有一定的增加，而后随着主蒸汽温度的逐渐降低，使高压转子的收缩快于外缸，使高压胀差呈现减小的状态。

而解决这些问题的方法主要就是控制温度的速度不要过快，法蘭螺栓加热装置要用高、低温混合蒸汽。

当中压胀差和低压胀差，随着再热汽温度的降低而逐渐减小的时候，就会使排汽室温度过高。

这样会造成中、低压胀差减小的幅度更大。

因此，就会造成中压缸法兰螺栓加热装置也使用高、低温混合蒸汽。

7控制机组的正胀差采取的措施
①选择适当的冲转参数。

②制定适当的升温、升压曲线。

③及时投汽缸、法兰加热装置，控制各部分金属温差在规定的范围内。

④控制升速速度及定速暖机时间，带负荷后，根据汽缸温度掌握升负荷速度。

⑤冲转暖机时及时调整真空。

⑥轴封供汽使用适当，及时进行调整。

⑦调整轴承润滑油供油温度。

8汽机热态启动时的胀差变化和采取措施
热态启动前，胀差一般都是负值。

而启动时转子和汽缸温度高，就会使得蒸汽温度偏低，而蒸汽进入汽轮机后就会对转子和汽缸起到冷却作用，使胀差负值不断增大。

所以说在启动的前一阶段，主要是控制负胀差过大；在后一阶段，就应该留意胀差向正的方向变化。

在启动过程中，只有控制胀差过大，才能保持气温高于汽缸金属温度的50～100度；假如气压较高气温还应适当再进步，以防转子过度收缩。

9总结
①汽轮机在运行及开停机过程中产生胀差如果大于设计的数据，对设备会造
成损坏。

②汽轮机在运行及开停机过程中产生胀差是正常的，并且有时是正胀差、有时是负胀差。

但是必须做到严格控制，尤其要控制负胀差的产生。

③在控制胀差过程中，必须针对不同情况产生的胀差采取不同的措施和手段消除。

在机组正常启动、停机和运行过程中，合理地控制蒸汽温升率和温降率，维持再热蒸汽温度在稳定的水平上，就能将汽轮机组胀差控制在安全的范围内。

参考文献：
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