汽轮机汽缸、胀差、汽缸的死点、怎么控制胀差.pdf

第一讲汽轮机在启停和运行工况下胀差讲义 1 汽轮机在启停和运行工况下胀差讲义 周国强 关键词：汽轮机汽缸、胀差、汽缸的死点、怎么控制胀差、可谓汽轮机的泊桑效应。 汽轮机在启停和工况变化时，转子和汽缸分别以各自的死点为基准膨胀或收缩。 由于汽缸质量大，而接触蒸汽的面积小。转子的质量小而接触蒸汽的面积大，因而各自 的受热面不一样，使得汽缸和转子之间热膨胀的数值各不一样，其二者之间的差值称为 相对膨胀，即转子和汽缸的胀差。 一般来说，冷态开机过程中是胀差是正值，稳定状态下胀差接近于零，降负荷和 停机惰走时胀差向负向发展，单缸机组尤其明显。 但是对于多缸机组，即中间再热机组，其胀差较单缸机组更为复杂。 汽轮机转子与汽缸的相对膨胀，称为胀差。 1 习惯上规定 1.1 转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差值为正胀差； 1.2 汽缸膨胀大于转子膨胀时的胀差值为负胀差； 1.3 根据汽缸分类又可分为：高差、中差、低 I 差、低 II 差。 1.4 胀差数值是很重要的运行参数，若胀差超限，则热工保护动作使主机脱扣。 1.5 汽缸是向后膨胀而转子是向前膨胀的。 释：单缸汽轮机的汽缸膨胀，它的死点是在低压缸排气口的中心线，即从低压缸向 机头方向膨胀。转子的膨胀是以机头推力瓦为死点，向发电机方向膨胀。也就是说，汽 缸的膨胀方向和转子的膨胀方向是反向的。 2 使胀差向正值增大的主要原因有 2.1 启动时暖机时间太短，升速太快或升负荷太快； 2.2 汽缸夹层、法兰加热装置的加热汽温太低或流量较低，引起汽加热的作用较弱； 2.3 滑销系统或轴承台板的滑动性能差，易卡涩； 2.4 轴封汽温度过高或轴封供汽量过大，引起轴颈过份伸长； 2.5 机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高； 2.6 推力轴承磨损，轴向位移增大； 2.7 汽缸保温层的保温效果不佳或保温层脱落，在严禁季节里，汽机房室温太低或有穿 堂冷风； 第一讲汽轮机在启停和运行工况下胀差讲义 2 2.8 双层缸的夹层中流入冷汽（或冷水） ； 2.9 胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数字偏差； 2.10 多转子机组，相邻转子胀差变化带来的互相影响； 2.11 真空变化的影响； 2.12 转速变化的影响； 2.13 各级抽汽量变化的影响，若一级抽汽停用，则影响高差很明显； 2.14 轴承油温太高； 2.15 机组停机惰走过程中由于“泊桑效应”的影响。 3 使胀差向负值增大的主要原因 3.1 负荷迅速下降或突然甩负荷； 3.2 主汽温骤减或启动时的进汽温度低于金属温度； 3.3 水冲击； 3.4 汽缸夹、法兰加热装置加热过度； 3.5 轴封汽温度太低； 3.6 轴向位移变化； 3.7 轴承油温太低； 3.8 启动进转速突升，由于转子在离心力的作用下轴向尺寸缩小，尤其低差变化明显； 3.9 汽缸夹层中流入高温蒸汽，可能来自汽加热装置，也可能来自进汽套管的漏汽或者 轴封漏汽。 启动时，一般应用加热装置来控制汽缸的膨胀量，而转子主要依据汽轮机的进汽温 度和流量以及轴封汽的汽温和流量来控制转子的膨胀量。启动时胀差一般向正方向发 展。汽轮机在停用时，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其严重，必须采用汽加热装置向汽缸夹层和法兰通以 冷却蒸汽，以免胀差保护动作。汽轮机转子停止转动后，负胀差可能会更加发展，为此 应当维持一定温度的轴封蒸汽，以免造成恶果。 4 为什么正胀差大于负胀差 因为各级叶片的出气侧动静间隙大于进汽侧动静间隙(正胀差时出气侧间隙减小、 负胀差时进汽侧间隙减小),正负胀差的定值大小与汽缸和转子的膨胀量和动静间隙有 关,不同机组定值也不同。 第一讲汽轮机在启停和运行工况下胀差讲义 3 5 什么是汽轮机的汽缸死点 汽轮机的死点是一个虚拟的点。汽轮机的滑销系统通常由横销、纵销、猫爪横销、 角销等组成，保证汽缸可以自由的膨胀。所谓的死点就是在汽缸无论向哪个方向膨胀， 有一个点的位置始终是不变的。这个点就是死点。 6 汽轮机启动时怎样控制差胀 6.1 选择适当的冲转参数。 6.2 制定适当的升温、升压曲线。 6.3 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。 6.4 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。 6.5 冲转暖机时及时调整真空。 6.6 轴封供汽使用适当，及时进行调整。 7 “泊桑效应”和汽轮机组转子的关系 “泊桑效应”简单的说就是： 汽轮机的轴在转速增加的时候，受到离心力的作用，而变粗、变短；转速减小的时 候则，而变细、变长。 一般在汽轮机启，停机的时候由于低压缸的转子是最粗的，所 以受泊桑效应最明显，是胀差变化的一个因素。 【在汽轮机超速或启、停机过程中注意 胀差变化是能够观察出来的。 】 7.1 所谓“泊桑效应”，俗称陀螺效应，是材料力学中的一个基本概念：一个杆件被纵 向拉伸变长的时候，其横向宽度就要变小。 7.2 泊桑效应的结果是转速越高转子变粗，当然必然会使转子变短，理由很简单，根据 物质平衡，在质量密度不发生变化的情况下，长胖了就会变矮。 7.3 对于汽轮机转子来讲，当转速由低变高时，在变化的离心力作用下，转子横向被拉 长而轴向长度缩短，反之亦然。泊桑效应也就是汽轮机的轴在转速增加的时候，受 到离心力的作用，而变粗，变短；转速减小的时候，而变细，变长。 一般在启、 停机的时候由于低压缸的转子是最粗、最长的，所以受泊桑效应最明显，是胀差变 化的一个因素。 7.4“泊桑效应”引起的汽轮机转子长度和宽度的变化在某一转速变化区域内，对某一 转子将是一个定值，但在开机逐渐升速与停机打闸转速急剧下降的过程中对指示胀 差的影响不同。在停机打闸的过程中“泊桑效应”对胀差影响较大，即转子有突伸 第一讲汽轮机在启停和运行工况下胀差讲义 4 现象，转子伸长量完全取决于转速的变化幅度与材料的泊桑比。 7.5 根据材料力学虎克定律：材料轴向伸长（收缩）时必然引起横向收缩（伸长） ，弹性 范围内若横向应变为，轴向应变为，二者之比为一常数其绝对值称做横向变形系数 又称泊桑比用来表示（或者这样描述：材料在受拉伸或压缩时，不仅沿纵向发生纵 向变形，在横向也会同时发生缩短或增大的横向变形。由材料力学知,在弹性变形 范围内，横向应变 y 和纵向应变 x 成正比关系,这一比值称为材料的泊松比， 一般以 表示， ） ，即：泊桑效应只是我们的俗称。 7.6 正常停机惰走，转速降低较破坏真空慢很多，虽有泊桑效应使其转子伸长，但因其 之前一直有气冷却，转子处于较冷的状态，故胀差既有负向，又有正向抵消，不是 很明显；但打闸尤其是破坏真空紧急停机，属于热态转子急速停转，胀差尤其是低 压胀差迅速正向增大，低压转子最长，故泊桑效应最明显，正值变化最大；转子高 速旋转时，受离心力的作用，使转子发生径向和住向变形，大