浅谈汽轮机的热膨胀和胀差

浅谈汽轮机的热膨胀与膨胀差异一、轴向位移和膨胀差概念轴变位是指轴的变位量，膨胀差是指轴相对于气缸的相对膨胀量，一般来说轴变位变化时的值较小。 轴向位移为正值时，向轴向发电机方向移动，此时，如果气缸的膨胀比轴的膨胀充分小，则膨胀差不一定向正值的方向变化. 机组起停过程中或蒸汽参数发生变化时，膨胀差会发生变化，轴向位移也一定会因负荷的变化而发生变化。 运行中轴向位移发生变化，必然引起膨胀差的变化。汽轮机的转子膨胀比汽缸膨胀大的膨胀差称为正膨胀差，汽缸膨胀比转子膨胀大时的膨胀差称为负膨胀差。膨胀差的数值是一个重要的运行参数，膨胀差超限时，热工保护动作会脱离本体，避免动作部分碰撞损坏设备。 起动时，一般采用加热装置来控制汽缸的膨胀量，但转子主要依赖于汽轮机的进气温度、流量和轴封蒸汽的温和流量来控制转子的膨胀量。 起动时的膨胀差一般向正方向发展。 汽轮机停止时，随着负荷、转速的降低，转子的冷却速度比汽缸快，因此膨胀差一般向负方向发展，尤其是滑动参数停止时特别严重，应采用汽轮机加热装置使汽缸夹层和凸缘通汽，防止膨胀差保护动作在涡轮发电机中，由于蒸汽在动叶中成功以及隔板的蒸汽密封的间隙中的蒸汽泄漏等原因，动叶前后的蒸汽压力有电压降。 该压降使涡轮转子沿着蒸汽流动方向形成轴向推力，产生轴向位移。 轴向位移大于汽轮机运动部分的最小间隙时，汽轮机静止，转子碰撞破损。 轴向位移增大，推力瓦温度升高，金属烧毁，机组剧烈振动，必须紧急停止。 不那样做会造成严重后果。差膨胀保护是涡轮转子与蒸汽缺损之间的相对膨胀差。 单元启动停止期间，转子相对于气缸小，因此热容量小，温度变化快，膨胀速度快。 如果不采取措施控制升温速度，单元转子和气缸会摩擦破损。 运行中的膨胀差不得超过允许值。汽轮机转子旋转停止时，负膨胀差可能进一步发展，因此必须维持一定温度的轴封蒸汽，以免产生不良结果。二、轴向位移和膨胀差的产生原因(影响单元膨胀差的主要原因)以下简要叙述使膨胀差增大为正值的主要原因1 )启动时的暖机时间过短，上升速度过快，上升负荷过快。2 )气缸夹层、法兰加热装置的加热蒸汽温度过低或流量低，因此蒸汽加热的作用弱。3 )滑销系统和轴承底板的滑动性能差，堵塞，气缸不会膨胀。4 )轴封蒸汽温度过高或轴封供给蒸汽量过高时，轴颈过长。5 )单元启动时，供气压力、温度、流量等参数过高。6 )推力轴承的动作面、非动作面受力而磨损，轴向位移变大。7 )汽缸保温层的保温效果不好，或保温层脱落，禁止季节的话，蒸汽室的室温过低，或者冷风通过。8 )冷气(或冷水)流过双缸三明治。9 )胀形显示器的零点偏移或接点磨损，引起数字偏差。10 )多转子单元、相邻转子的膨胀差的变化带来的相互影响。11 )真空变化的影响(真空降低，引起进入汽轮机的蒸汽流量增大)。12 )转速变化的影响(转速降低)。13 )各级抽气量变化的影响，一级抽气无效，影响差距显着。14 )轴承油温过高。15 )在单元停止不活动的时候受“泊桑效应”的影响。16 )不允许差膨胀指示表或频率、电压变化的影响。将膨胀差值增加到负值的主要原因包括：1 )负荷急剧下降或急剧振动负荷。2 )主汽温急剧减少或启动时的汽温低于金属温度。3 )水的冲击。4 )轴承油温过低。5 )轴封蒸汽温度过低。6 )轴向位移发生变化。7 )真空过高会降低排气室温，造成影响。8 )启动输入转速急剧上升，转子在离心力的作用下轴向尺寸缩小，特别是低差的变化显着。9 )高温蒸汽流入双缸夹层，可以来自蒸汽加热装置，也可以来自蒸汽套的蒸汽泄漏或轴封泄漏。10 )气缸夹层加热装置的蒸汽温度过高或流量过多，因此加热过剩。11 )滑销系统或轴承底板滑动不良，气缸未缩回。12 )差值指示不许可或频率或电压变化的影响。正膨胀差的影响因素主要是： (1)蒸汽温度上升或温度下降速度大；(2)负的严酷变化速度的影响；(3)轴封供气温度的影响；(4)冷凝器真空的影响；(5)环境温度的影响；(6)摩擦送风的影响(7)其他：气缸法兰螺栓加热装置的影响1 .蒸汽的温度上升或温度下降速度大起动时，一般采用加热装置来控制汽缸的膨胀量，但转子主要通过*涡轮的进气温度、流量和轴封蒸汽的温和流量来控制转子的膨胀量。 起动时的膨胀差一般向正方向发展。 汽轮机停止时，随着负荷、转速的降低，转子的冷却速度比汽缸快，因此膨胀差一般向负方向发展，尤其是滑动参数停止时特别严重，应采用汽轮机加热装置使汽缸夹层和凸缘通汽，防止膨胀差保护动作涡轮转子旋转停止后，负膨胀差可能进一步发展，因此必须维持一定温度的轴封蒸汽，以免产生不良结果。2 .负价格严重变化速度的影响负荷变化，各级蒸汽流量发生变化，特别是在低负荷范围内，各级蒸汽温度变化越大，负荷增加速度越快，蒸汽温度上升速度也越快。 金属钟表的负荷下降速度快，气缸和转子的温度上升速度之差大。 负荷的增加速度加快，正膨胀差变大，负荷下降的速度加快，正膨胀差变小，产生负膨胀差。3 .轴封供气温度的影响轴封供气对转子的轴封段和轴封体进行加热，轴封体嵌装在气缸的两端，因此其膨胀几乎不影响气缸轴的相同长度，但由于转子轴封段的膨胀影响转子的长度，因此正的膨胀差变大。 轴封段占转子长度的比例小，因此对总膨胀差的影响小，但轴封的局部膨胀差大。 轴封供气温度过高，正膨胀差过大，相反，负膨胀差过大。 一般规定轴封气体温度略高于轴封金属温度。4 .真空对低压膨胀差的影响真空降低，排气温度上升，低压气缸的排气口压力上升，气缸内外的压差减少，两者促进低压气缸的膨胀，减少低压膨胀差。 另一方面，轴封气压不变化时，低压气缸轴封段轴封气量减少，转子的加热变弱，低压膨胀差也减少。5 .环境温度的影响低压膨胀差异对环境温度很敏感。 环境温度升高，低压膨胀差变小，环境温度降低，低压膨胀差变高。 主要原因之一是环境温度下降，低压缸冷却加剧(低压缸保温不完善)。 另一方面，循环水的温度下降时真空上升，排气温度下降，气缸温度下降。 观察表明，在不同负荷下，变化规律相同。 在同一负荷下，冬夏低压膨胀差异15%。6 .摩擦送风的影响在机组启动和低负荷阶段，蒸汽流量小，但高中低压级产生大的送风摩擦损失(与转速的三次方成正比)，损失产生的热量被蒸汽吸收，温度上升。 叶轮与蒸汽直接摩擦，转子温度高于气缸温度，产生正膨胀差。 随着转速变高，转子的摩擦送风损失所产生的热量变大，但在这种情况下，由于流量增加，所产生的送风损失的级数减少，因此每公斤的蒸汽吸收摩擦送风损失所产生的热量首先随着转速变高而变大，高中低压缸的正膨胀差变大三、轴向位移与膨胀差的危害1 .泊桑效应影响机组低压膨胀差约10%，因此开机前低压膨胀差应保证在10%以上。 在停机期间尽量减少低压膨胀差(优选90%以下)，低压膨胀差超过110%时，需要紧急停机时间，随着转速的降低，低压膨胀差超过120%，有可能在低转速区域产生动摩擦。2 .冬季低压膨胀差过高时要注意轴封气体母管的压力，过高时可以适当降低，降低真空的方法也可以减少低压膨胀差。 冬天减少开窗的地方，是冬天减少低压膨胀差的有效措施。3 .极热状态启动时，轴封供气应尽量选择高温供气源，辅助气作为供气源时，必须将其温度控制在270左右。 温度过低，高压轴封段的大轴急剧冷却收缩，可能引起前一阶段的动摩擦。4 .冷启动时，轴封气源高于大轴金属温度，大轴局部热膨胀，出现较大的正膨胀差异。 因此，选择适合轴封金属温度的气源，以免延迟启动时间。 低压膨胀差太大，可以降低真空调节，尽快提高转速。 单元起动阶段低压正膨胀差超过界限值时，破坏真空轴封气体，膨胀差正常后重新起动。5 .在单元打倒气缸之前，主蒸汽的气温至少要比高压气缸的金属温度高50以上，在打倒气缸之前必须考虑轴向位移对高压膨胀差的影响。6 .机组起停阶段膨胀差变化幅度大，影响因素多，调整困难，严格按规律操作，根据汽缸金属温度选择合适的冲击参数，确定合适的升温升压曲线，确定合适的升温速度，控制升速和暖机时间，加载负荷后，根据具体情况有效四、机组启动时膨胀差变化的分析与控制汽轮机起停过程中，转子和气缸的换热条件不同。 因此，轴向膨胀也不一致，相对膨胀。 相对膨胀通常也称为膨胀差。 膨胀差的大小表示涡轮轴方向运动的间隙的变化。 监测膨胀差距是机组停工期间的重要任务。 为了避免轴向间隙的变化而在运动部分产生摩擦，不仅要严格监视膨胀差，还要充分认识膨胀差对涡轮机运转的影响。受热气缸从“死点”向机头方向膨胀，因此膨胀差的信号发生器一般安装在气缸相对基础的“死点”位置。 胀流式发射机安装在前轴承箱上。单元的起动是起动前的汽轮机金属温度水平，分为冷态起动(金属温度150)温度状态起动(150300)热态起动(300400)极热态起动(400以上)。 简要分析了目前常见的冷启动和热启动时机组膨胀差异的变化和控制在机组的冷启动过程中，膨胀差的变化和膨胀差的控制大致可分为以下几个阶段1 .汽封供气抽真空阶段。从汽封供气抽真空到转子旋转的膨胀差异一直向正方向变化。 在加热或冷却过程中，转子温度上升或下降的速度比气缸快，膨胀或收缩的速度也比气缸快。 我们投入轴封供气时，蒸汽套受热向两侧膨胀，对汽缸整体的膨胀影响不大。 对应蒸汽密封的转子主轴段受热使转子伸长。 汽封热对转子伸长值的影响是由蒸汽供给温度决定的，但加热时间也有影响。 因此，冷启动时的轴封供气压力不应过高，通常为0.1MPA以下，温度为200左右。 抽气系统投入开始抽真空后，膨胀差变得过于正值时，可以采用降低轴封蒸汽压力或适当提高冷凝器真空的方法。 因为提高真空可以减少蒸汽封入过程中的滞留时间。总体来说，冷启动，温度和压力应该很低，真空应该更快上升，在确保安全的基础上尽快达到逆转的条件。2 .暖机升级阶段。从突入到恒速，膨胀差几乎持续上升。 在这个阶段，蒸汽流量小，蒸汽主要在调节级内工作。 中速预热后进一步上升，膨胀差有减小的趋势。 这是因为随着转速的增加，离心力增大，轴向的分力也增大，转子变粗。 同时，气缸的温度上升，气缸的膨胀速度也上升，相对地延迟了转子的膨胀值。 旋转过程中要注意缸体温度的变化。 此时，膨胀差值过高时，必须使转速稳定或者降低真空，延长汽缸中蒸汽的滞留时间，进行充分暖机。 在暖机加速过程中，如果气缸本体疏水调节不当，可能会影响膨胀差，因此发动机发动时要注意控制气缸本体疏水。 为了防止膨胀差表数据失真，我们必须仔细观察机组热膨胀和轴向位移的变化，通过热膨胀和轴向位移的对比进一步判断膨胀差的变化。 同时，严格监视机组的振动状况，尤其在超过临界转速的情况下重要。3 .与定速并列施加负荷的阶段。从升速到定速的时间短，蒸汽温度和流量几乎没有变化，对膨胀差的影响反映在定速后。 定速后，膨胀差的增加幅度大，持续时间长，特别是发电机并网后。 在低负荷暖机阶段，蒸汽加热转子和气缸很激烈。 合并后，随着调节阀打开的增大，调节水平的温度上升加快，调节阀打开速度对膨胀差的影响较大，合并后应逐渐打开调节阀，注意调节水平的温度变化。也就是说，为了防止膨胀差的变化过快，净化后必须在低负荷状态下进行暂时暖机。 具体的低负荷暖机时间取决于汽缸上、下壁的温度、调节等级的