胀差控制（共6篇）
胀差控制 篇1
中煤龙化化工公司热电分厂的C15-8.83/3.82汽轮机始建于2005年, 在运行初期多次出现胀差接近超限从而被迫停机的事故, 经过一段时间的运行总结了一些胀差控制方面的知识。在加热过程中, 汽轮机转子与汽缸膨胀量的差值称为汽轮机的相对膨胀也称胀差。当转子大于汽缸的膨胀量为正胀差, 反之则为负胀差。
以下对启动时机组的胀差变化与控制进行简单的分析:
其一, 在机组抽真空阶段, 在冲转前的汽封供汽过程中, 胀差的变化一直为正方向。是因为在汽缸和转子的加热过程中, 由于转子体积和受热面要比汽缸小得多, 所以膨胀要比汽缸快。在我们投入轴封供汽汽源时, 对汽缸的加热作用比较小, 反而对直接与轴封汽源接触的转子加热比较剧烈, 使转子受热膨胀伸长。汽封供汽后转子的伸长值是由供汽温度和供汽时间决定的, 所以冷态启动时#4机均压箱的压力不宜过高, 一般保持在0.03MPa以下, 温度在200℃左右。#4机均压箱设置两个汽源, 一路是0.8MPa, 300℃的低压蒸汽, 另一路是8.83 MPa, 525℃的新蒸汽, 冷态启动时基本采用的是低压蒸汽, 通过除盐减温水来控制蒸汽的温度, 轴封供汽时间不要过长, 冷态启动时先启动射水泵将真空抽至-0.03MPa左右, 再投入均压箱和轴封加热器, 当机组抽真空至-0.06 MPa时开始冲转。通常汽缸的重量是转子重量的3~4倍, 此时汽缸和蒸汽的接触面积不到转子接触面积的1/5, 因此此时的胀差是向正值增大的, 总体上来说冷态启机, 汽封供汽温度应采用低压蒸汽, 真空应提升得快些。
其二, 暖机升速阶段, 从冲转到定速, 胀差基本上是继续上升, 启动初期即500r/min时, 胀差的变化主要是由轴封供汽的温度和供汽时间决定的, 由于这一阶段只是少量蒸汽对汽缸金属对流放热, 放热系数小, 加热速度极低, 蒸汽流量小, 高压缸主要是调节级做功, 金属的加热也主要在该级范围内, 只要进汽温度无剧烈变化, 相对胀差上升是均匀的, 低速暖机的时间一般在20min左右, 只作为摩擦检查和机组转动情况正常即可升速。中速暖机即1 200~1 400r/min暖机必须充分, 因为需要防止由于过临界时金属温升率过高造成过快膨胀, 降低金属寿命。此时转子的膨胀开始放缓, 而由于进汽量的增加, 汽缸随着蒸汽的接触面积的增大开始逐渐膨胀出来, 此时应注意检查汽缸的金属温度、汽缸的热膨胀, 胀差和法兰内外壁温差、法兰螺栓温差, 中速暖机时此处的温度会有显著的增加, 中速暖机的时间一般在40min左右, 中速暖机充分之后, 升速时注意适时的迅速通过临界转速, 临界转速一般为额定转速的2/3左右, 此时可能产生较大的振动, 高速暖机即2 500r/min, 这时升速过程中进汽量较大, 汽缸膨胀较明显的阶段, 此时暖机的时间一般控制在30~40min, 此时汽缸或法兰内壁温度接近180℃左右, 高速暖机后胀差才会有减小的趋势, 这主要是因为由于转速升高后泊松效应 (即转子高速旋转时大轴在离心力的作用下变粗和变短) 。高速暖机要高于临界转速200~250r/min, 这样会避免落入临界转速引起振动。对于#4汽轮发电机组来说在冲转时一般采用将调节汽门全开, 手动控制旁路门升速的方式, 以确保机组全周进汽, 达到较高的暖机效果, 启动时的蒸汽的压力和温度都要适当的低一些, 但一定要有50℃~100℃的过热度, 冲转升速率不宜过高一般在100~150r/min左右。在冲转的过程中要密切注意缸温的变化, 此时如胀差增长过快, 可适当降低真空同时增加进汽量稳定转速, 使蒸汽在汽缸中滞留的时间长, 暖机彻底。有些情况还会发生由于汽缸本体疏水不彻底而造成缸体膨胀不开影响胀差。所以冲转之前一定要注意将汽缸本体疏水放净。在#4汽轮发电机组启动调试阶段, 在启动过程中始终出现胀差过大的故障, #4机的胀差控制范围是+3~-1mm, 经过对汽缸膨胀和轴向位移的变化进行对比分析, 结论是安装人员将正负位置安反, 后来在机组检修时检查发现确实安反了, 调换后机组每次启动都得到了良好的控制。在过临界转速时要密切注意机组的振动情况。
其三, 在定速、并网带负荷这一过程中, 蒸汽参数变化不明显, 高速暖机后, 当转速从2 800r/min向额定转速提升时应采用调速汽门控制进汽, 采用调门来控制转速, 因此时调速汽门前汽压将上升到新蒸汽压力, 如切换过快, 电闸门、自动关闭器、导汽管和调速汽门将受到过于剧烈的加热, 电闸门到调速汽门这一段管道从较低压力升至全压时间一般不小于15min, 借此控制这一部分管道的金属温升。
在热态、极热态启动时, 为防止负胀差的出现, 一定要选用较高温度的汽源, 而且一定要先投入轴封供汽, 后机组抽真空。主蒸汽温度一定要有50℃~100℃的过热度, 升速过程除进行必要的听音检查外, 应迅速以300~500r/min的速度升至额定转速, 机组并网后应迅速将负荷带至启动前的负荷, 以防止机组启动带过程受冷, 胀差超限从而威胁机组安全。
总地来说, 在启动过程中控制好胀差, 对汽轮发电机组的安全经济运行有着及其重要的作用, 所以控制好胀差是机组安全运行的前提和保障。
摘要：本文针对中煤龙化化工公司热电分厂的C15-8.83/3.82汽轮机, 分析了在启动调试和运行中影响胀差的因素, 全面总结在胀差调整方面理论与实践相结合的必要性。
关键词：胀差,真空,暖机,温度,动静摩擦
参考文献
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[3]冯剑钊, 张景伟.电厂汽轮机运行优化措施探讨[J].科技视界, 2015, (12) :11-12.
胀差控制 篇2
我司4X300MW汽轮机滑销系统:汽缸通过横销及纵销相对于基础保持2个固定点 (绝对死点) , 一个在中低压轴承箱基架上#2轴承中心线后205mm处, 另一个在低压缸左右两侧基架上低压进汽中心线前360mm处。机组启动时, 高中压缸、前轴承箱向前膨胀, 低压缸向前、后两个方向膨胀。转子相对于汽缸的固定点在中低压轴承箱内推力轴承处, 机组启动时, 转子由此处向前后膨胀。高中压缸胀差测点位于前轴承箱内, 由于前轴承箱随着汽缸膨胀而前后移动, 所以直接测出转子与汽缸膨胀之差。低压缸胀差测点位于#4轴承箱内, 在轴承之前布置。胀差测点布置示意如图1。汽轮机胀差就是指汽轮机转子与汽缸轴向膨胀的差值。它是反映汽轮机动静部分之间的间隙, 是汽轮机启动、运行及变工况运行时的最重要监视和控制参数之一。如果胀差控制的好, 机组就能按规定启动时间顺利启动。由于转子与汽缸的质面比存在较大差异, 转子的质面比大于汽缸的质面比, 在冷态启动阶段, 转子的膨胀速率要快于汽缸的膨胀速率, 加上机组冷态启动时, 汽缸、转子及其附件温度与环境温度相同, 冲转时, 高温蒸汽进入汽轮机冲动转子做功, 大量的热能大部分消耗在汽轮机的高压转子上, 使汽轮机转子温升较快, 在冲转过程中, 为了控制其升速, 汽轮机进汽量较少, 汽缸基本得不到加热, 导致汽轮机高压正胀差出现。在定速后, 为了维持汽轮机空转, 低压转子也有部分蒸汽进入做功, 3000rpm转速下, 低压转子鼓风摩擦发热, 而排汽温度较低, 低压正胀差也同时出现。当胀差超过规定范围时, 有可能造成机组动静摩擦事故。原胀差控制作为机组不破坏真空紧急停机条件不能满足机组安全运行的要求, 根据集团公司安评检查整改要求, 现我公司#1-4机组均增加了汽轮机DEH胀差保护, 胀差保护的动作条件:高中压负胀差值≥│-3.5│mm、高中压正胀差值≥+6.5mm、低压胀差值≥+15.5mm。
2冷态启动过程中胀差影响因素分析
我司300MW#1、2机组由于设计、制造、安装等方面原因, 在冷态启动中高中压缸膨胀较缓慢, 使得高中压胀差明显偏大, 要控制好高中压胀差就是先要分析清楚冷态启动胀差变化的因素, 然后才能对症采取相应的措施。机组冷态启动时, 高中压缸表现为正胀差, 其主要原因有以下几方面: (1) 启动时暖机时间太短, 升速太快或升负荷太快。 (2) 汽缸夹层、法兰加热装置的加热汽温太低或流量较低, 从而使加热的作用较弱。 (3) 滑销系统存在卡涩现象。 (4) 轴封供汽温度过高或轴封供汽量过大, 引起轴颈过加热。 (5) 机组启动时, 进汽压力、温度、流量等参数过高。 (6) 推力轴承磨损, 轴向位移增大。 (7) 汽缸保温层的保温效果不佳或保温层脱落, 在冬季, 汽机房室温太低。 (8) 双层缸 (高压、低压缸) 的夹层中流入冷汽或冷水。 (9) 真空变化的影响。 (10) 转速变化的影响。 (11) 各级抽汽量变化的影响。 (12) 汽轮机各轴承油温太高。 (13) 机组停机惰走过程中由于“泊桑效应”的影响。
3汽轮机冷态启动冲转前胀差的控制
从汽封供汽至汽轮机冲转前, 胀差往正方向变化。高中压胀差约增0.4~0.6mm;低压胀差0.8~1.0mm。
3.1轴封系统的投运
汽封供汽后汽封洼窝的汽封套和相应的主轴段首先被加热, 主轴段受热后则使转子伸长, 除了轴段汽封外, 汽缸的通流部分因进入汽缸的汽量很少, 汽封供汽不会使汽缸产生明显的膨胀。汽封供汽对转子伸长值的影响是由供汽温度决定的, 但是供汽时间越长, 汽封段主轴被加热越充分, 正胀差增加的就越多。因此, 缩短汽封供汽的时间, 对减少胀差的正值有一定的作用。另外, 投入汽封供汽前应充分对轴封供汽管道进行暖管, 防止由于疏水不畅, 暖管时间短, 造成轴封段转子先冷却后加热, 影响机组启动。3.1.1轴封暖管应尽早投入, 在锅炉点火前3-4小时投入, 暖管时要确证高、中压缸汽封手动门、低压缸前、后汽封手动门以及小机A、B轴封供汽手动门关闭严密;检查轴封漏汽至除氧器电动门关闭, 手紧该电动门, 检查该电动门前 (轴封侧) 疏水关闭, 电动门后疏水开启。重点防止轴封系统积水、疏水不畅对汽轮机转子轴封段产生局部冷却和热应力;3.1.2轴封暖管时由于为尽快提升轴封供汽温度, 轴封压力在暖管阶段保持较高, 暖管正常后应及时降低轴封供汽压力至比正常运行时稍高, 以确保整个冲转升速过程汽缸轴封段不吸冷气。轴封风机在轴封暖管时, 由于轴封未进汽, 不得启动。3.1.3冲转前保证低压轴封供汽温度150℃到180℃之间稳定, 稍开低压轴封供汽门, 投入低压轴封, 高中压轴封在启动初期1200RPM之前可以不投;轴封投入正常后还应根据情况投入轴封减温水。3.1.4投轴封时, 为了轴封供汽疏水畅通, 应启动轴封风机运行, 轴封风机负压设定值要小, 以低压轴封回汽管道疏水至无压漏斗管道无水流出, 稍吸气即可, 保证辅助汽源站来汽封供汽温度稳定在210℃左右;3.1.5高中压轴封启动初期可以不投。
3.2夹层加热的投入控制:
夹层加热是在高压缸内外缸夹层之间通入蒸汽对高压缸进行加热, 促进缸体膨胀。它的投运时机、蒸汽量的大小都影响着高压缸的膨胀效果。夹层加热蒸汽首先进入夹层, 加热高压外缸内壁和内缸外壁。然后经一段抽汽口进入汽轮机内部加热内缸内壁和转子。这样就解决了汽缸、转子与蒸汽之间传热系数不同所造成的传热量不同。采用较大的温差与汽缸换热, 采用较小的温差与转子换热, 使汽缸先期膨胀。在实际操作中, 在夹层加热投入的时机上, 规程上要求在机组冲动以后才可投入。主要是考虑防止转子在冲转以前被夹层蒸汽冲转起来。夹层加热尽早投入对控制高中压胀差有明显作用。根据多年来的运行操作经验, 冲转前就已经投入夹层加热。夹层加热投入应遵循以下几点原则:3.2.1当主汽温度高于缸温时, 可以暖联箱, 保持联箱压力0.1~0.2Mpa联箱预暖。3.2.2当夹层加热联箱内蒸汽温度高于高压缸金属温度50℃以上, 可适当微投夹层加热, 并监视分析高中压胀差和高压内缸外壁、高中压外缸内壁上下温差不超限。一般冲转前, 缸胀尽可能超过3mm。注意事项:冲转前较早投入夹层加热, 随着主汽压力上升, 夹层联箱压力随着上升, 可能冲跳盘车。因此夹层加热投入期间加强TSI参数监视。3.2.3严格执行升温升压曲线, 正确选择冲转参数。冲转参数选择过高, 由于冲动所需进汽量很少, 汽缸内真空区较大, 蒸汽在前几级动叶中焓降较大, 所以往后的几级蒸汽的温度就已经很低了, 会低于转子汽缸金属温度, 这就要吸收汽轮机本身的热量;而且转子吸热膨胀远远大于缸体吸热膨胀导致胀差增大。如果参数选择过低, 同样的原因会造成对转子的冷却快, 此时容易出现负胀差。静叶出口与动叶入口距离很小, 容易造成动静摩擦, 所以负胀差是要严格控制的。规程规定负胀差达-3mm时必须停机。整个机组启动阶段参数控制严格执行规程规定, 当机侧辅机、辅助设备等出现问题使得冲转、升速等阶段推迟时, 炉侧一定要稳定汽温汽压。
4汽轮机冷态启动冲转升速、定速阶段胀差的控制
在冲转到定速期间, 对高中压胀差而言基本上是上升的, 约增0.8~1.0mm。这一阶段在高压缸中, 蒸汽主要在调节级内作功, 金属的加热主要在该阶段范围, 所以整个高压转子平均温度上升是有限的, 相对外缸来说;转子温度变化总是超前的, 只要汽温无剧烈波动, 单位时间内胀差的变化就比较均匀。低速暖机时, 中压缸转子膨胀量不大, 自低速暖机后至中速暖机结束, 中压转子的膨胀速度有所增加是因为冲转时再热汽温往往低于主蒸汽温度, 这时随着转速升高, 中压缸进汽量增加, 再热汽温上升也较快, 中压转子的膨胀值大于汽缸, 当中速暖机后再升速时, 中压转子的膨胀值小于汽缸。在低速及中速暖机时, 低压胀差均是增加的, 当中速暖机后再升速时, 低压胀差大幅度下降, 减少数值约为1.0~1.2mm。故此阶段控制胀差的方法主要有:
4.1冲转以后, 微投高中压轴封 (开启一圈) ;1200R/M高中压轴封稍投供汽, 随着转速升高逐渐开大高中压轴封供汽手动门, 提升高中压轴封供汽与转子温度匹配, 2000RPm逐渐投入正常。否则汽轮机声音沉闷, #1.2瓦振动将增大。
4.2冲转后全开夹层加热联箱进汽总门, 全投夹层加热;
4.3在冲转后控制好温升速度, 保持足够的暖机时间, 是冷态启动阶段控制胀差的关键所在。为保证暖机效果, 提高汽轮机进汽量, 主要有以下方法: (1) 高旁开度不宜过大。 (2) 主机真空尽可能保持在10到13KPA, 通过小机汽封或密封水回水门开大破坏真空, 不得用从主机低压汽封吸气方式破坏真空。 (3) 1210rpm中速暖机时, 开启各段抽汽电动门及逆止门, 投入高低加汽侧;全开四抽至小机A、B供汽电动门, 小机供汽系统随机暖管。保持各加热器事故疏水调阀全开, 增大进汽量, 提高暖机效果。
4.4根据经验, 冷态启动2000rpm暖机, 中压排汽口处下半内壁金属温度上升较慢, 难以达到130℃。主要是低转速下蒸汽流量小, 暖机效果差并且蒸汽充满度不好。2000rpm暖机持续时间长容易造成高中压胀差偏大和轴振增大。因此根据实际情况, 适当缩短2000rpm暖机时间, 增加定速下以及低负荷下 (30MW) 暖机时间。
4.5对各机组在冷态下高压缸缸胀、高中压胀差数值要熟记于心, 偏差较大时联系检修检查测点, 并且启动中对高压缸缸胀重点监视, 左右侧缸胀偏差不能过大, 否则分析确认, 防止滑销系统跑偏。
4.6高中压轴封投用早, 高中压胀差将难控制, 为了控制胀差, 在1200R/M以后, 将轴封风机负压设定较小或者停运轴封风机。
5汽轮机冷态启动并列加负荷阶段胀差的控制
由于升速到定速的时间较短, 蒸汽温度和流量的变化对胀差的影响在定速后才能反映出来。定速后, 高中压胀差增加的幅度较大, 持续的时间也较长, 这时低压胀差也逐渐增加。特别是发电机并网后在低负荷暖机阶段, 蒸汽对转子和汽缸的加热比较剧烈。滑参数启动加负荷时, 高中压胀差的变化, 主要取决主蒸汽温度的变化和有关操作。并网后, 随着调速汽门的开大, 调节级温度上升较快。从高压内缸温度上升情况可以判断, 高压转子的温度也上升的比较快。由于转子被加热伸长, 高中压胀差明显增加。这时主蒸汽温度变化不大, 而调节级温度在10min内升高35℃, 高压胀差从2.5mm很快增加到4.2mm, 并在以后的暖机过程中达到危险值5.0mm。可见调速汽门的开启速度对高压胀差的影响是比较大的。因此此阶段胀差控制要注意:a.并网后制粉系统启动前应超前调整, 适当减煤并根据情况适当投入减温水, 防止汽温上升过快, 高中压胀差失控。启动阶段严密监视汽缸法兰内外壁温差在规定范围。b.加负荷阶段控制好升温升压率。 (1) 发电机并网后要缓慢开大调速汽门。 (2) 按滑参启动曲线的要求, 控制温升速度避免过大的波动。 (3) 调整法兰和汽缸加热的进汽量。 (4) 必要时可关小调速汽门或降低主蒸汽温度, 延长暖机时间。通过实践观察发现当我司汽轮机汽缸左右侧膨胀值达12mm左右时, 这时加减负荷, 升温升压速度对胀差的影响几乎不大, 且随着负荷增大, 进汽量增加, 正胀差会越来越小。
6结论
机组产生胀差的根本原因是汽缸与转子的膨胀或收缩速率不一致引起, 冷态启动阶段, 转子的膨胀速率要快于汽缸的膨胀速率, 故此时容易产生正胀差, 因此, 严格控制机组升温升压升负荷速度, 保持足够的暖机时间是冷态启动阶段控制胀差的关键所在, 除此以外, 根据以往操作经验, 严格执行以上方法对控制胀差非常有效, 只要严格执行, 机组胀差就能得到较好控制。
参考文献
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胀差控制 篇3
随着高参数、大容量汽轮发电机组的陆续投产, 转子轴系和汽缸的变大, 在机组启停时都会受到很大的热应力、发生很大的热变形, 从而产生胀差。如果转子比汽缸膨胀的大, 就产生正胀差;如果转子小于汽缸的膨胀, 就会产生负胀差。胀差的大小反应了汽轮机内部级间轴向间隙的变化。如果胀差超限, 级间的轴向间隙消失, 汽轮机就会发生动静摩擦, 引起机组振动, 发生转子弯曲的恶性事故。因此, 研究和控制汽轮机启停时胀差的变化对汽轮机的安全运行具有非常重要的意义。
2 胀差产生的原因
2.1 产生机理
金属构件在受热后体积会发生膨胀, 膨胀方向会随着长、宽、高三个方向按比例增大。具体由膨胀系数决定。另外在对流换热中, 对流换热系数和流体流速也会对膨胀系数产生影响[1]。高压汽轮机从冷态到正常运行, 金属温度变化十分大, 因此汽缸的轴向、水平和垂直方向的尺寸都会发生很大改变。
在机组启动时, 高压汽轮机的高压缸质量很高, 而转子的质量较轻, 一般情况下, 转子的质量只有汽缸质量的1/3到1/4, 但是在运行中转子接触蒸汽的面积是汽缸接触蒸汽的面积的5倍。由质面比的定义可知, 在汽轮机启动过程中, 转子将较快的被加热, 平均温度也升高较快, 但是汽缸的平均温度却升高很慢, 这样在汽轮机转子与高中压缸之间就会产生温差, 即胀差[2]。汽轮机滑销系统图如图1所示。
2.2 胀差的计算公式
轴向相对值是由汽轮机转子和轴承座之间的推力轴承确定的, 汽缸猫爪下面的横、纵销确定了汽缸与轴承的相对位置变化范围, 推力轴承的位置就是转子和汽缸轴向膨胀差值的相对平衡点。假如汽轮机转子相对高中压缸进汽中心截面推力瓦的距离为l, 并且汽轮机转子从推力瓦面距离次位置一段的汽轮机转子的平均温升为Δ, 那么汽轮机转子相对该截面上产生的的相对膨胀值为Δlz=β·Δl, 与此同时, 高中压缸相对该截面上产生的相应膨胀值为Δlq=βΔlq, 所以可以计算出汽轮机转子与高中压缸的膨胀差值为:
在计算过程中我们将汽缸和转子看成是由多段组成的, 因此每段的膨胀差值可以通过其在常温下的长度和平均温差求出, 末端的膨胀差值为固定点到该处中间各段平膨胀差值的代数和。
2.3 胀差的允许范围
胀差对汽轮机的安全运行影响很大, 带来的危害性也很大。不仅对使汽轮机主机寿命缩短, 严重时甚至造成机组损坏事故。为此一般汽轮机都有规定的胀差报警值、手动停机值。如表1所示:
3 影响胀差的因素
3.1 机组运行工况对胀差的影响
冷态启动时胀差的变化。汽轮机冷态启动时, 汽轮机胀差总体表现为正胀差[3]。从冲转到定速阶段, 汽缸和转子温度要发生变化, 因为转子加热快, 汽轮机的正胀差呈上升趋势, 对于采取中压缸启动的机组, 这阶段胀差变化主要发生在中压缸。低压缸的胀差变化不但受到摩擦鼓风热量的影响, 而且还要受到离心力影响。当汽轮机转子进入3 000转时, 启动过程结束时侯, 转子和汽缸正胀差值到达最高值。
冷态冲转时, 主汽压力一般选取4.2 MPa, 主汽温选择420℃, 采用高压缸启动方式, 其过程为:汽轮机挂闸后, 首先开启1、2号中联门, 输入阀限100%后, 中压主汽门打开, 在DEH冲转画面上选择TV控制, 输入300 r/min的升速率, 1~6号高压调门全开, 在大机转速600 r/min时进行摩擦检查, 摩擦检查结束后, 继续冲转至2 400 r/min时进行中速暖机。当再热汽温达到260℃时, 计算中速暖机时间, 中速暖机一般3个小时, 暖机结束后, 升速到2 900 r/min进行TV/GV切换, 然后升速至目标转速3 000 r/min。整个冲转升速过程参数变化如图2所示。
1) 热态启动时胀差的变化。热态启动时汽轮机转子、高中压缸和低压缸的金属温度尚没有冷却下来, 温度比较高。若冲转时蒸汽温度低于汽缸温度, 则蒸汽进入汽轮机后对转子和汽缸起冷却作用, 则会出现负胀差。尤其对极热态启动, 几乎不可避免地会出现负胀差[4]。
2) 甩负荷或正常停机时胀差的变化。当汽轮机甩负荷或正常停机时, 随着机组负荷的降低, 流过汽轮机通流部分和转子的蒸汽温度低于金属温度。转子质量比较小, 与蒸汽接触面积相对大, 所以转子比汽缸冷却快, 即转子比汽缸收缩的多因而出现负胀差。
现在停机普遍采用滑参数停机, 随着负荷的降低逐渐的降低, 主再热汽温直到350℃、负荷最低时停机解列, 这样既缩短机组检修工期, 提高了经济效益。滑参数停机时胀差变化如图4所示。
从图4可见, 随着负荷的下降, 主、再热汽温的下降, 胀差也是下降的。虽然汽温会出现升高的反复现象, 但对汽缸的膨胀下降没有影响。只要控制好汽温的变化速率就能控制好胀差的变化。
3.2 汽缸结构对胀差的影响
1) 大多数汽缸都设有水平法兰, 水平法兰在升速过程中温度比汽缸要低, 它阻碍汽缸的膨胀, 引起胀差增大。
2) 运行中滑销系统的滑动面之间存在阻力, 会引起胀差增大。
3) 由于汽缸保温措施不完善、抽汽管道多, 可能引起汽缸温度分布不合理且偏低[5], 从而影响汽缸的膨胀不完全, 使汽轮机胀差增大, 汽缸疏水不畅也可能导致下缸疏水冷却、温度降低, 使得汽缸膨胀受影响, 从而引起上缸变形、向上拱起, 致使相对胀差发生变化。
4) 转子高速旋转时, 受离心力作用, 使转子发生径向和轴向的变形[6]。即转子在离心力的作用下变短、变粗, 即泊松效应。对于大容量机组, 因转子很长, 离心力会对胀差产生影响。
3.3 汽轮机初参数和真空对胀差的的响
1) 汽轮机冲转前, 向轴封供汽时, 由于冷态启动时轴封供汽温度高于转子温度, 转子局部受热而伸长, 会出现正胀差, 还可能出现轴封摩擦的现象。
2) 真空的变化会引起胀差值的改变。当真空降低时, 为了保持机组转速不变, 必须增加进汽量, 摩擦鼓风损失增大, 因而使高压转子受热加大, 其正胀差值随之增大, 低压转子鼓风摩擦造成的正胀差有所减少。当真空提高时, 则相反, 使高压转子胀差减小。
4 减小胀差的措施
1) 在机组冷态启动时, 主要是控制机组的正胀差, 在运行时可以通过合理使用汽缸法兰螺栓加热装置, 使汽缸与转子的膨胀相适应, 缩短冲转前汽封供汽时间, 并采用较低温度的汽源, 控制好温升率和升速率, 控制好加负荷速度, 使机组均匀加热, 延长中速暖机时间, 暖机时要采用有利于高压胀差降低的方法。如果是低压胀差大, 可适当提高排汽缸温度。
2) 汽机热态启动时, 为了减少胀差变化应采取的措施是:热态启动前, 胀差往往是负值[7]。启动时转子和汽缸温度高, 若冲转时蒸汽温度偏低, 蒸汽进入汽轮机后对转子和汽缸起冷却作用, 使胀差负值还要增大, 所以, 在启动的前一阶段, 主要是控制负胀差过大, 而在后一阶段应注意胀差向正的方向变化。
3) 机组正常启动过程中, 应采取以下措施来控制胀差过大, 冲转前应保持汽温高于汽缸金属温度50~100度, 如果汽压较高, 汽温还应适当再提高[8], 以防转子过度收缩, 轴封供汽采用高温汽源, 以补偿转子的过度收缩。
4) 真空维持高一些, 升速要快一些, 避免在低速时多停留而导致机组冷却, 从而使负胀差增大。
5) 采用合适的法兰和螺栓加热系统, 使法兰温度也能随着蒸汽温度而上升, 可使胀差减少。在汽轮机启停过程中使用汽缸法兰和螺栓加热装置, 小型机组主要采用汽缸法兰和螺栓的温度随着蒸汽参数的变化来提高或降低, 尽量减小汽缸外部和内部、法兰里外、汽缸和法兰、螺栓与法兰的温差, 使得汽缸在膨胀时迅速, 并且收缩时也迅速, 把胀差控制在正常范围内[9]。
5 胀差在线检测系统应用
现代大型电站大都采用DCS系统对汽轮机实时运行提供控制, DCS系统由网络[10]、操作站、工程师站、高级计算机站、管理网网关、系统服务器、现场控制站和I/O现场控制站组成。而胀差在线检测系统是DCS系统或厂级监控信息系统系统 (SIS) 中的一个主要功能模块, 对汽轮机高压缸、中压缸和低压缸的胀差实现数据的采集、处理、保存和全面监控, 并对传输的胀差数据进行分析决策。
300 MW机组正常运行中, 胀差传感器固定在缸体上, 而传感器的被测金属表面铸造在转子上, 因此, 汽缸和转子受热膨胀的相对差值称为“胀差” (一般将转子的膨胀量大于汽缸的膨胀量产生的差值做为“正胀差”, 反之为“负胀差”) 。根据“输出电压与被测金属表面距离成正比”的关系, 该差值被涡流传感器测得, 并利用转子上被测表面加工的8°斜坡将传感器的测量范围进行放大, 其换算关系为:
式中δ:传感器与被测斜坡表面的垂直距离;L:胀差。
如果传感器的正常线性测量范围为4.00 mm (即δ=4.00 mm) , 则对应被测胀差范围L为:
由上式可知:胀差传感器利用被测表面8°的斜坡将其4.00 mm的正常线性测量范围扩展为28.74 mm的线性测量范围, 从而满足了对0~20mm的实际胀差范围的测量。传感器将其与被测斜坡表面的垂直距离转换成直流电压信号送至前置放大器进行整形放大后, 输出0~24 V DC电压信号至3 300/46斜坡式胀差监测器, 分别将A、B传感器输入的信号进行叠加运算后进行胀差显示, 并输出开关量信号送至保护回路进行报警和跳闸保护。同时输出0~10 V DC、1~5 V DC或4~20 m A模拟量信号至记录仪, 然后传输到胀差在线检测系统进行实时显示和监控。
6 结束语
对汽轮机暖机、升负荷和滑参数停机过程中胀差的变化分析, 可以看出:随着汽轮机机的运行工况不同、汽轮机汽缸结构不同、以及汽轮机的初参数和真空不同, 其胀差的控制方式是完全不一样的。在300 MW汽轮机启停过程和正常运行过程中, 合理的控制主、再热汽温的变化速率, 控制好暖机的初参数和时间, 控制好轴封供汽参数和法兰螺栓加热装置的投切时机等, 合理保证暖机的效果, 就能将胀差控制在安全范围内, 保证整个轴系的安全运行, 避免引起恶性的安全事故。胀差在线检测系统有助于及时及时调整机组运行方式和相关参数, 有效地控制汽轮机的胀差在合理范围内。
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胀差控制 篇4
汽轮机能够将过热蒸汽热能转化为机械能,是燃煤电厂发电过程中不可或缺的重要组成部分[1]。汽轮机的转子和汽缸由于体积大小的原因,与蒸汽的接触面积存在较大差异,这就意味着转子和汽缸启停、变负荷等运行过程中的加热或冷却速率必然存在较大差异,这将导致转子和汽缸膨胀量之间产生差异[2,3]。将转子和汽缸膨胀量之间的差异定义为胀差,当转子的膨胀量大于汽缸的膨胀量时,称之为正胀差,反之则为负胀差。当胀差数值过大或者过小时,机组轴向间隙消失,进而导致转动部分和静止部分之间发生摩擦碰撞,严重时会造成设备的损坏,引发安全事故[3]。因此,需要对不同运行工况下胀差的变化进行检测,并对引发胀差的原因进行深入分析,以提出有效合理的控制思路和方法,这对实现机组的安全高效运行有着重要的意义。
2 研究对象
基于胀差的重要性,本文以靖海电厂的超超临界、一次中间再热、单轴四缸四排汽、冲动凝汽式汽轮机为对象来研究变工况下胀差的变化规律。该机组为东方汽轮机厂生产的N1000-25.0/600/600式汽轮机,设计额定功率为1000MW,最大连续出力1043.2MW。该汽轮机中、低压缸均为双流反向布置,通流级数为45级,其中高压缸为一个双流调节级,8个压力级,中压缸为2×6个压力级,低压缸为2×2×6个压力级。机组轴系各转子均为整体转子,无中心孔,各转子间用刚性联轴器连接。各轴承上瓦的X、Y向装有轴振测量装置,汽轮机的结构和胀差测点分布如图1所示。
3 胀差变化过程分析
3.1 停机及启动
图2为两次停机过程中,低压缸胀差随停机时间的演变过程。从图2中可以发现,低压胀差在停机后,由于转速下降以及进汽量减少的关系,泊桑效应和鼓风摩擦使得胀差正向增大较多[4]。同时,中压缸排气焓值降低蒸汽量减少,汽轮机开始被冷却,由于转子冷却较快,故而低压缸胀差开始下降。停机后约100h,低压胀差达到最低值,此时低压转子应基本达到环境温度,而气缸由于散热较慢,有一定的热膨胀。此时,汽轮机处于温态启动的最危险点,一方面此时胀差为较大负值,若启动中再加上转速上升的泊桑效应,极易造成低压胀差超限,危害汽轮机的安全,启动过程中应尽量规避此时冲转。另一方面,若选择此时启动,应该采取相应的措施使得低压胀差尽量提升。
机组启动时,调节级温度为400℃,冲转蒸汽主汽压为9.07MPa,主汽温为524℃,再热汽压为0.2MPa,再热汽温为311℃。此时中压内缸上半内壁温在305-420℃范围内,根据相关规程规定,此时机组启动方式为温态启动。在该启动方式下,汽轮机启动前后的胀差变化如表1所示。随着机组的启动,高压缸和低压缸的胀差都有轻微的减小,均保持在合理范围内。而低压缸的胀差从正胀差(0.0167mm)急剧变化到负胀差(-5.849mm),此时汽缸的膨胀量大于转子的膨胀量。这主要是因为在温态启动过程中,汽缸的温度逐渐上升,使得汽缸的膨胀速率和膨胀量增大。另一方面,根据泊桑效应的描述,由于转速的增大,转子所受离心力增大,这会导致转子的轴向尺寸缩小。以上两个因素共同作用,从而导致低压缸胀差出现负值现象,并使得低压缸胀差向负值方向大幅度减小。
3.2 轴封的投入
随着轴封蒸汽的投入(轴封蒸汽参数:17KPa,303℃),高、中、低压缸的胀差均呈现不同的变化趋势,轴封后以及冲转前后胀差的变化如表2所示。随着轴封的投入,高压缸各金属部件的温度均高于高压转子温度和轴封蒸汽温度。此时高压缸受到轴封蒸汽的冷却,高压缸胀差负向增大,至冲转时,高压缸的胀差由-4.08mm负向增长至-4.64mm。相比之下,中压缸各金属部件的温度接近于轴封蒸汽温度,此时中压缸与轴封蒸汽之间热量的传递较弱,因而中压缸的胀差在轴封前后没有明显的变化,中压缸的胀差由-3.85mm正向增大至-3.44mm。对于低压缸来说,低压缸缸体温度和转子温度都低于轴封蒸汽温度,且转子受热面积要大于汽缸受热面积。此时,低压缸转子受热膨胀速率要高于汽缸的膨胀速率。因此,在轴封预热的情况下,低压缸胀差由-3.14mm增加至0.01mm。由此可见,轴封对于低压缸胀差的影响较大,在本次启动中,轴封投入使得低压胀差正向提升了3.15mm。
3.3 冲转升速
随着启动的继续,汽轮机的转速逐渐上升。根据泊桑效应,汽轮机随着转子转速的升高,转子所受到的离心力呈平方次增长,在此力矩的影响下,转子的径向增粗,轴向缩短[5]。随着转速的升高,到达660rpm时,高、中、低压缸胀差均无明显变化;在升速1400rpm的过程中,胀差开始出现较大幅度的变化,由0.29mm降至-1.21mm,中压胀差由-3.12mm升至-2.98mm,高压缸胀差由-4.9mm升至-4.49mm;当转速升至2943rpm时,低压缸胀差降至最低值-5.847mm,高压缸升至-4.29mm,中压缸-3.26mm;当转速升至3000rpm时,高、中、低压缸差胀最终值分别为-3.25mm、-3.02mm和-5.21mm。
在汽轮机冲至1400rpm定速暖机过程中,中压排气室内壁温度略有下降,由312℃降低至309℃,而低压进汽室内壁温度则明显上升,由154℃升高至237℃。这主要是由于中压缸受鼓风摩擦影响,排气温度与金属温度相差不大,而低压缸则被再热蒸汽加热。此时,中压缸进气量较小,低压缸鼓风摩擦效应较强。在汽轮机由1400rpm升速至3000rpm过程中,中压排气室内壁温度开始明显下降,由309℃降低至293℃。可知,中压排气室受到再热蒸汽的冷却,低压缸进汽室内壁温度也开始下降,由237℃降低至225℃,这同样证实了低压缸进汽温度有所降低。当低压缸进汽温度降到最低点的时候,低压缸胀差恰好出现最大的负差胀。因此,低压缸在冲转升速过程中,随着转速的上升,胀差将向负向急剧变化,容易出现危险情况,引发安全事故。相比之下,在冲转升速过程中,轴向位移均没有发生明显的变化。
3.4 其它因素
在本次温态启动过程中,真空泵单台运行,机组的真空度维持在-92KPa左右,此时真空度对于胀差的影响无法量化分析。但是在机组启动初期,真空度的高低直接影响着汽轮机的进汽量[6]。因此,在进汽温度相同的前提下,真空度越低,汽轮机的进气量越大,叶片的鼓风摩擦效应越低,这样并不利于胀差的正向变化,但此举有利于排出主再热蒸汽管道中的冷汽利于提升暖机效果。真空越高,汽轮机的进气量降低,鼓风摩擦效应增强,反而有利于胀差的正向变化。
4 控制措施
根据以上分析结果可知,高、中、低压缸胀差受启动方式、轴封蒸汽、排气温度、冲转升速等各种因素的影响。启动方式选择的不同,轴封蒸汽的参数的选择,时机的选择,真空度的高低均会影响高、中、低压缸胀差的变化。另一方面,高、中、低压缸胀差受各因素影响的灵敏度又存在较大差异。为了防止胀差变化出现异常,影响机组安全运行,本文针对N1000-25.0/600/600式汽轮机,提出了以下几点控制措施:1)温态启动前,可适当提早投轴封,提高轴封压力至40KPa,提高低压轴封段轴封温度,适当降低真空,以加强轴封对低压转子的加热作用;2)低速暖机时,降低机组真空,并在低压转子泊桑效应不明显的时候,尽量增加汽轮机的进汽量,以达到尽快排出主再热蒸汽管道内的冷水冷汽的目的;3)启动之前,要加强主再热蒸汽管道的疏水,尽量减少冷汽冷水进入汽缸;4)汽机冲转后,及时开大再热器烟气挡板,提高再热蒸汽温度;5)冲转后即随机投入低加,并网后随机投入高加,以增大蒸汽流量,提升暖机效果;6)低压缸胀差为负值时,不能启动机组,应设法将低压缸胀差调整为正值。
5 结论
本文针对国产N1000-25.0/600/600式超超临界汽轮机在温态启动过程中的胀差变化过程进行了监测,并对不同因素对高、中、低压缸胀差变化的影响进行了分析,提出了相应的控制措施,主要结论如下:
1)汽轮机各段转子冷却速率比汽缸冷却速率更快,停机后约100h低压缸胀差为较大负值,此时为汽轮机启动危险点,极易造成低压胀差超限;2)随着轴封蒸汽的投入,高、中、低压缸的胀差均呈现不同的变化趋势,而轴向位移则没有明显的变化;相比之下,冲转前后轴向位移均发生了明显的变化,且轴向位移对于胀差的影响很小;3)在冲转升速过程中,高压缸的胀差将持续向正方向增大;当再热汽温低于金属温度时,中压缸胀差负向增长,而再热汽温度较金属温度高时,其胀差又呈现正向变化;低压缸在冲转升速过程中,随着转速的上升,胀差将向负向急剧变化;4)在机组启动初期,真空度的高低将直接影响着汽轮机的进汽量,进而影响胀差的正向变化;另一方面,主再热蒸汽管道疏水不畅,疏水进入中压缸,冷汽或冷水进而进入低压缸均会造成低压缸差胀的负向增大。
摘要：胀差定义为汽轮机转子和汽缸之间膨胀或收缩的差值,该参数的变化直接关系着汽轮机的安全运行。因此,本文以国产1000MW超超临界机组为研究对象,针对温态启动过程中汽轮机胀差的变化规律、引发胀差的原因进行深入分析探讨,并提出相应的有效合理的控制措施,这对实现机组的安全高效运行有着重要的现实意义。
关键词：汽轮机,胀差,温态启动,控制措施
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胀差控制 篇5
1 汽轮机胀差变化规律分析
在火电厂600MW超临界机组汽轮机机组启动前, 首先需要将汽轮机轴封供汽部分投入运行, 同时抽真空处理。在这一环节中, 汽轮机机组胀差应当表现为正胀差。当前许多火电厂中所投入运行的汽轮机机组高压转子以及中压转子均无中心孔, 因此不需要进行中速暖机处理, 这也就使得对汽轮机胀差的控制显得非常重要。在汽轮机挂闸、冲转、定速等各个环节的工作过程当中, 气缸温度以及转子温度均有一定的变化趋势, 同时转子的加热速度明显高于汽缸加热速度, 因此导致汽缸正胀差有明显上升趋势。但这一阶段蒸汽流量小, 高压缸主要是调节级做功, 金属的加热也主要在该级范围内, 因此只要进汽温度无剧烈变化, 相对胀差上升就是均匀的。与此同时, 对于低压缸而言, 胀差值的变化还会受到离心力以及鼓风摩擦热量等因素的影响。在汽轮机机组并网并带负荷运行后, 蒸汽温度进一步提高, 汽轮机所通过蒸汽流量的增加会导致汽缸以及转子相对于转子的热交换反应进一步加剧。此反应过程当中, 相对于汽缸的正胀差持续增加。在汽轮机机进入准稳态运行区域后, 汽缸正胀差达到最高水平。此时, 当整个火电厂600MW超临界机组汽轮机机组投入热态启动状态下时, 转子部分以及汽缸部分的金属温度明显升高, 若冲转环节中的蒸汽温度下降, 则在蒸汽进入汽轮机机组后, 会一定程度上冷却转子与汽缸, 导致两者温度的下降, 最终出现胀差的负向发展。
2 汽轮机胀差控制措施分析
2.1 控制蒸汽温升与流量变化速度
汽轮机胀差问题的控制很大程度上受到蒸汽温升控制效果以及流量变化速度控制效果的影响。这是因为, 造成汽轮机组产生胀差的主要原因是转子部件与气缸之间在温度上差异明显, 一旦蒸汽的温升速度过大或流量变化速度过大, 则转子部件与气缸之间在温度上的差异也将明显增大, 对胀差产生直接的影响。通过对以上两个变量因素的合理控制, 就能够使胀差的控制达到理想状态。一般来说, 对于火电厂600MW超临界机组汽轮机机组而言, 温升速度建议控制在1.2℃/m范围内, 变负荷率控制在3.0MW/m范围内。按照该标准进行控制能够使气缸以及转子的温度同步, 缓慢上升, 均匀加热, 以促进胀差的均匀上升。
2.2 控制轴封供汽温度
火电厂600MW超临界机组汽轮机开机状态下的胀差, 特别是低压胀差维持在较小水平 (基本保持在跳闸值附近) , 提示可以通过不同温度状态下轴封气源的合理控制, 使汽轮机胀差控制更加有效。因此, 建议在火电厂600MW超临界机组汽轮机中, 轴封供汽环节分别设置低压缸轴封以及高压缸轴封。其中, 低压缸轴封供给源为经过减温处理后的辅汽气源, 其温度取值控制在121.0℃~177.0℃范围内, 而高压缸轴封供给源则为辅汽联箱之间供应, 其温度取值控制在310.0℃~330.0℃范围内。由于汽轮机大轴与轴封供汽直接保持接触关系, 因此转子的伸缩会受到温度变化的影响。在机组以热态方式启动的条件下, 若高压轴封以及中压轴封所对应的供汽温度维持在较低水平, 则会导致前轴封段大轴出现瞬时冷却收缩的反应, 若收缩量超过一定极限值, 则会导致动静部分出现频繁摩擦的现象。根据这一特点, 为了实现对胀差的合理控制, 要求在以热态方式启动汽轮机的过程当中, 预先做好疏水工作, 对轴封汽温进行适当提高, 而在以冷态方式启动汽轮机的过程当中, 则需要提前投入轴封供气, 引导胀差向着正方向变化。
2.3 控制凝汽器真空
结合火电厂600MW超临界机组汽轮机机组的实际运行情况来看, 在汽轮机以升速、冲转、或者是初负荷暖机状态运行的条件下, 可以通过适当下降凝汽器真空状态的方式, 使汽轮机机组进汽流量维持在合理范围内, 从而对暖机起到积极的影响。根据实际运行工况来看, 建议将凝汽器真空压力控制在85.0k Pa~88.0k Pa范围内。同时, 在火电厂600MW超临界机组汽轮机机组正常运行的过程中, 对真空的调整也可以起到改变胀差状态的效果。结合某火电厂600MW超临界机组汽轮机的实际运行工况来看, 该机组在冬季低温、低负荷运行工况下, 由于机组运行环境温度降低, 真空较高, 因此导致低压缸排气温度维持在较低水平中, 低压胀差原始值偏差较大, 会对整个机组的安全运行产生非常严重的影响。处理该问题的关键就在于:对凝汽器真空压力取值进行调整, 通过调整真空压力的方式将低压胀差维持在合理范围内, 使机组安全运行能够有所保障。
2.4 控制汽轮机本体疏水
在汽轮机机组锅炉点火运行前, 需要安排专人负责对汽轮机策所有疏水门的运行状态进行检查, 确保疏水门处于开启状态下, 以确保疏水的通畅性。若汽缸疏水不畅则会造成下缸温度偏低, 导致上/下缸温差变大, 就会影响到汽缸的均匀膨胀, 并容易引起汽缸变形。若高、中压缸轴封疏水不良, 极易造成下缸温度偏低。因此, 必须尽力保证汽缸上/下缸温差在最小值, 以保证汽轮机胀差的均匀上升。
结束语
文章从火电厂600MW超临界机组汽轮机机组运行的角度入手, 分析了在汽轮机机组各个运行状态下, 胀差的变化规律与特点。根据胀差的变化特点, 分析了对胀差进行控制的几点策略, 包括控制蒸汽温升与流量变化速度、控制轴封供汽温度、控制凝汽器真空、以及控制汽轮机本体疏水这几个方面。以上胀差控制策略的实施能够使汽轮机机组的启动更加稳定, 从而保障超临界机组能够在电网规定时间范围内完成并网发电功能, 确保运行的安全稳定。
摘要：文章首先对火电厂600MW超临界机组汽轮机机组各个环节操作中, 胀差的变化规律进行了简要分析, 然后对控制汽轮机胀差的主要策略展开了分析探讨, 望引起关注。
关键词：火电厂,600MW超临界机组,汽轮机,胀差控制
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汽轮机机组胀差计算方法 篇6
电站汽轮机的静子部件和转动部件在稳定和瞬态工况时, 汽轮机的转子和汽缸分别以各自的死点为基准沿轴向膨胀 (或收缩) 。因部件的结构、本身重量、负荷变化率、温升 (降) 率以及所处的热传导条件不同等原因, 各部件的温度分布和变化速率不同, 一般说, 转子受热表面积相对汽缸较大, 转子质量比汽缸质量, 因此, 蒸汽对转子的传热比汽缸快得多 (转子质面比大) , 而冷态启动时, 转子的平均温度比汽缸高, 因而转子的轴向膨胀大于汽缸, 使两者存在膨胀差。停机时转子温度降低速度比汽缸快, 这样转子膨胀量小于汽缸膨胀量。因这个胀差只是转子相对于汽缸而言, 故称为相对膨胀。我们定义:转子膨胀大于汽缸膨胀的称为正胀差, 转子膨胀小于汽缸膨胀的称为负胀差。本文提出的计算大、中型汽轮机胀差计算通过分别计算电站汽轮机的静子部件和转子部件的热膨胀, 从而得出稳态和暂态工况下汽轮机组的轴向胀差值。结合三维有限元分析计算和大量现场运行实测数据对计算结果进行修正, 这样, 把电站汽轮机整体复杂结构拆分为多个小的单元进行计算, 保证其计算精度。
2 方法简介
按比例画出表示轴承座和主要部件的汽轮机纵剖面, 以及表示台板和地脚螺栓的汽轮发电机外形图, 标出轴承、进汽中心线等关键点位置及绝对死点和相对死点位置, 确定轴向锚固位置。为控制胀差和防止动静部分相碰造成事故, 结构设计时通常设定转子相对于静子死点只有一个, 通常选定在转子轴向推力盘处, 600MW机组相对死点布置在高中压缸间轴承箱中推力盘上。静子相对于机组基础的绝对死点是静子热膨胀基准点, 也是静子膨胀起始点, 确定了绝对死点位置就确定了转子的膨胀方向, 对于中小机组轴向尺寸短, 汽缸绝对轴向差胀小, 一般选一个死点。对于600MW机组, 汽缸轴系轴向尺寸长, 汽缸绝对膨胀值也大, 总体布置复杂, 机组膨胀时对基础台板摩擦也大, 所以选定三个死点, 中压缸至低压缸之间的轴承箱处有一个机组死点, 两个低压缸各有一个汽缸死点, 这样将机组沿轴向划分成按不同方向膨胀的段, 每段轴向膨胀值小, 有利于控制相对胀差, 保证机组安全运行, 同时维持各汽缸通流部分较小的动静间隙, 获得良好的通流效率。另外, 按一个方向膨胀的汽缸少, 有利于减小汽缸膨胀时摩擦阻力, 使滑动舒畅, 避免卡涩, 缩短机组启停时间。
典型大功率机组与转子膨胀示意图如图1所示。
将静子和转子划分若干区段, 每个区段内的温度ti假定是稳定的, 它应该是蒸汽空气、水和油温度的函数, 对于复杂区段的温度ti的选取, 一般采用平均温度法, 如图2所示。
其中:T21为喷嘴出口温度, T1、T2见图2。
汽缸或转子各段长li内绝对膨胀值由下式确定:
△li=li (ti-t0) αi
其中, li-第i段长度;ti-第i段内所取温度;αi-第i段内金属线膨胀系数;t0-机组起始温度, 一般取20℃。
计算机组热膨胀时, 选取坐标原点。距离该点越远, 膨胀的累加值也越大, 距离死点为Xi处, 绝对膨胀值由下式确定:
汽轮机转子随同汽缸一起向机头方向作绝对膨胀的同时, 还向推力盘开始带着转子上的各个零件向死点方向膨胀。推力盘处的相对膨胀值为零。
转子上各点与汽缸上相应点之间的相对膨胀值计算分两种情况。如果转子上的关键点也是汽缸区段的关键点, 例如各轴承中心线位置, 在转子区段和汽缸区段计算绝对膨胀时都已经算出, 则转子和汽缸在轴承中心线处的相对膨胀值, 便是两者绝对膨胀值之差。如果转子上的关键点处Xi绝对膨胀值Li已算出, 而汽缸上与其相同坐标的点的绝对膨胀没有明显计算出来, 此时若求其相对膨胀值, 则由下式确定:
其中, xm、xn-汽缸上包含xi在内的区段首尾;Lm、Ln-汽缸上坐标为xm、xn处绝对膨胀值;Li-转子上坐标为xi处绝对膨胀值。
为保证机组正常安全运行, 将对不同工况 (稳态工况、启停暂态工况) 下的汽轮机机组胀差进行计算, 规定汽缸和转子向发电机方向膨胀为正, 向调端为负。
稳态工况:SS=SS转子-SS汽缸
暂态工况:I=S转子-SS汽缸 II=SS转子-S汽缸
SS-表示额定工况100%温度时膨胀量;S-表示暂态工况75%温度时膨胀量;I-暂态下转子收缩量;II-暂态下转子伸长量。
3 计算实例
计算对象选取为某引进1000MW汽轮机高中压部分, 运用上述方法计算机组各点胀差值, 并绘制出胀差曲线, 同引进机组提供的胀差曲线进行对比。如图3所示, 总胀差的误差量在1mm以内。
4 结 论
在稳定工况下, 相对胀差值接近于零 (如材料的热膨胀系数相等) , 相对胀差值变化最大是在起、停工况和机组负荷变化剧烈时。供热机组在抽汽量大时, 抽汽段后通流部分蒸汽参数 (温度, 压力、流量) 变化大, 对相对胀差值也有很大影响。径向间隙变化和轴向相对胀差不同, 径向间隙变化因温度引起的变化相对较小。
汽轮机组热膨胀是影响胀差的最主要因素。同时压差和温度场变化引起部件的挠曲变形, 转子压差引起△P位移, 离心力引起的转子收缩, 转子受真空、汽流和附加热、负荷变化速度、蒸汽温升速度等因素同样会影响汽轮机组的胀差计算。由于汽轮机产品各异, 结构上的差异, 在计算动、静胀差时可根据实际情况“分段”, 对重点考核部分可进行细分, 根据温度场计算结果求得各段的自由热膨胀量。
摘要：提出了一种适于大、中型汽轮机机组热膨胀的计算方法。机组膨胀基准点的确定, 胀差计算, 考虑了稳态和暂态热膨胀、离心力、压差等因素引起的胀差。而计算出的动、静间隙量及转子和汽封体的偏置量, 既在额定工况运行时能够满足通流部分在各种工况下动、静部件的关联关系, 又可保证机组各部件在各自中心线附近工作, 确保机组的安全运行。
关键词：汽轮机,静子,转子,胀差
参考文献