汽轮机膨胀不畅的原因分析与研究

段永坤

摘 要：机组启动时出现汽轮机膨胀不畅的问题，致使冷态启动时间延长，耗费了大量的锅炉燃油，造成巨大的经济损失，严重影响机组安全稳定生产。根据汽轮机的结构和运行状况，分析汽轮机膨胀不畅的原因。

关键词：汽轮机 膨胀 胀差 原因

一、汽缸和转子的热膨胀

危害：汽轮机在启停和变工况时，设备零部件存在温差，产生热应力，引起热膨胀，改变了常温下零部件位置。由于各部件几何尺寸及材质的不同，其热膨胀也不相同，造成各动静部分间隙变化，危害汽轮机的安全运行。

要求：①保证汽缸在纵向能自由热胀冷缩，在横向能均匀膨胀，

②汽轮机动静部分间隙及转子和汽缸洼窝中心保持不变或变化很小。

1.汽缸沿横向的膨胀

若调节级汽室外左右两侧法兰的金属温差控制良好，就能使汽缸横向膨胀均匀。否则，汽缸将产生中心偏移。

为保证汽缸左右膨胀均匀，规定主蒸汽和再热蒸汽两侧汽温差不应超过28℃。

2.汽缸沿轴向的膨胀

对于法兰比汽缸壁薄的机组，汽缸沿轴向的膨胀量取决于汽缸各段平均温升；对于法兰比汽缸壁厚的机组，汽缸沿轴向的膨胀量取决于法兰各段平均温升。

对高参数大容量汽轮机，其法兰壁厚远大于汽缸壁厚，汽缸的膨胀量会受到法兰膨胀量的限制；在启动过程中，为使汽缸得到充分膨胀，应该投入法兰加热装置，并把汽缸和法兰的温差控制在允许的范围内。

3.转子的热膨胀

随着机组容量的提高，转子的轴向长度增加，转子的轴向膨胀量较大，在运行中应加强对转子膨胀量的监控，以防止卡涩和动静部分磨损。

二、汽缸与转子的相对膨胀

1.胀差概念

胀差：转子与汽缸沿轴向膨胀之差称为胀差。

当转子轴向膨胀量大于汽缸轴向膨胀量时，胀差为正，反之为负。

汽轮机在启动及加负荷时，胀差为正；在停机或减负荷时，胀差为负。

2.胀差产生的原因：

（1）转子和汽缸的金属材料不同，热胀系数不同；

（2）汽缸质量大与蒸汽接触面积小，转子质量小与蒸汽接触面积大；

3.危害：

胀差使通流部分动静沿轴向间隙发生变化，造成动静部件的碰撞和摩擦，延误启动时间、引起机组振动、大轴弯曲等严重事故。

当胀差为正时，动叶出口与下级静叶入口间隙减小；

当胀差为负时，静叶出口与动叶入口之间的间隙减小；

4.影响胀差的主要因素

（1）主、再热蒸汽的温升、温降速度及负荷变化速度；

（2）轴封供汽温度和供汽时间

冷态启动时，在冲转前向轴封供汽，由于供汽温度高于转子温度，转子局部受热而伸长，可能出现轴封摩擦现象。

热态启动时，为防止轴封供汽后胀差出现负值，轴封供汽应选用高温汽源，且要先向轴封供汽，后抽真空。并尽量缩短冲转前轴封供汽时间。

（3）凝汽器真空

在升速和暖机过程中，当真空降低时，若保持机组转速不变，须增加进汽量，

使高压转子受热增加，胀差增大；使中、低压转子鼓风摩擦热量被增加的蒸汽量带走，胀差减少。

（4）隔板挠度

隔板在压差作用下产生的挠度会使动静部分的间隙减小。应考虑对胀差的影响；

但在启动时，由于蒸汽流量很小，隔板前后压差不大，可以忽略对胀差的影响。

5.控制胀差的方法

胀差的大小主要取决于蒸汽的温度变化率，在运行中可用蒸汽温度变化率来控制胀差。

额定参数启动时，为控制转子和汽缸的温差，进行低速暖机和低负荷暖机，目的是减少进汽量，使汽缸温度跟上蒸汽温度的变化，当汽缸温度接近蒸汽温度时，再继续增加进汽量，升速和升负荷。

三、汽缸的膨胀不畅

汽缸的热膨胀影响机组的启停以及增减负荷的速度，一旦汽缸膨胀不畅，将引起振动、机件故障，严重时会造成机组损坏。

（1）汽缸膨胀不畅表现形式

汽缸膨胀不畅包括轴向膨胀不畅和横向膨胀不畅

汽缸轴向膨胀不畅，表现为启动过程中高、中压胀差较大，严重影响启动速度，延长启动时间。动叶围带处可能发生严重磨损；

汽缸横向膨胀不畅（汽缸跑偏或汽缸横向窜动），表现为前轴承箱两侧横向膨胀差和汽缸左右（横向）膨胀差的增大，可以断定汽缸膨胀发生偏斜，揭缸后可能会进一步发现汽缸上的轴封会留下明显的单侧摩擦痕迹或在立销处有挤压痕迹等。

（2）汽缸膨胀不畅产生的原因

汽缸膨胀不畅多发生在高、中压缸，尤其是高、中缸分缸机组；低压缸直接坐落在台板上，质量大且温度不高，膨胀量较小，一般不会发生汽缸膨胀不畅现象。

造成汽缸膨胀不畅的主要原因有：

1）滑销系统有缺陷或损坏。

纵销、立销间隙过大和磨损，立销刚度不足，销座固定不牢等造成的跑偏：

如果纵销损坏，在启停过程中造成轴承座横向移动，带动汽缸移动，造成汽缸跑偏。

如果立销损坏，在启停过程中造成汽缸横向移动，造成汽缸跑偏。

如果猫爪横销卡涩，造成汽缸横向膨胀受阻，造成汽缸跑偏。

2）汽缸、轴承座及转子间错位，引起汽缸膨胀不畅，导致轴承、转子故障，轴封磨损漏汽，透平油进水和机组振动等问题，严重的损坏汽轮机。

3）管系对汽缸的侧向作用力较大。

缸体与许多管道相连，由于制造和安装存在误差、运行中残余应力的释放、管道的蠕变以及支吊架的失效等原因，使得管道对汽缸有一定的作用力。

若作用力偏差大，形成较大的侧向作用力，造成汽缸横向膨胀受阻，汽缸跑偏，严重时造成立销脱落和立销座开焊，转轴碰磨引起弯轴事故。

参考文献：

[1]赵常兴.汽轮机技术手册[M].北京：中国电力出版社.2007

[2]沈士一等，《汽轮机原理》，北京，水利电力出版社，1992

[3]《电力建设施工质量验收及评价规程》2009版；