某150MW汽轮机冷态启动胀差控制措施

某150MW汽轮机冷态启动胀差控制措施

伍宇宏

广东粤电新会发电有限公司 广东江门  529152

[摘要]本文旨在研究汽轮机冷态启动过程中的胀差控制策略，在冷态启动过程中，由于机组处于低温状态，各部件的热胀冷缩差异较大，需要控制胀差的变化，以避免胀差过大导致的摩擦、振动或损坏。通过对汽轮机冷态启动过程中胀差控制策略的研究，可以提高汽轮机的启动效率和安全性。

关键词：汽轮机;高中压缸胀差;冷态启动

0 引言

某电厂汽轮机型号为LN150/C120-11.00/3.30/0.43/1.40 型，是哈尔滨汽轮机厂制造的三压、再热、两缸、冲动、抽凝式汽轮机。汽轮机高、中缸采用双层缸结构。机组启动时，冷态启动时，存在高、中压缸胀差大的问题，影响机组启动速度和效率。

1 胀差

汽轮机胀差是指在启动、停机和运行过程中，汽轮机不同部件由于温度和压力的变化而引起的热胀冷缩差异。这种胀差会导致汽轮机内部各部件之间的间隙变化和对中心线的偏移，进而影响汽轮机的安全和高效运行[1]。

在启动过程中，汽轮机的转子、机壳和叶片等部件由于温度和压力的变化，会出现不同的热胀冷缩速度，导致转子与汽缸之间的间隙发生变化。胀差在冷态启动时变化尤为明显。为了防止过大的胀差引起摩擦、振动或损坏，需要对胀差进行控制[2]。

图1 汽轮机膨胀示意图

1.高压外缸；2.高压内缸；3.推力轴承；4.中压外缸；5.低压内缸；6.低压外缸；7.高压胀差传感器；8.中压胀差传感器；9.低压胀差传感器；10.高压缸绝对膨胀指示器

根据图1所示，某机组的高、中压缸的死点位于汽轮机轴线与中、低压轴承箱底部横向键中心线交点上。因此，机组的高、中压缸以死点为中心向前膨胀。另外，低压内缸的死点在低压进汽中心线处。推力轴承安装在高、中压缸之间的中间轴承箱内。在运行时，推力轴承带动整个轴系随中间轴承箱向前移动，转子以推力轴承为相对死点向前或向后膨胀。在启动和整个运行期间，动部分和静部分分别以各自的死点为中心定向膨胀。

2减小胀差的控制方式

2.1轴封供汽方式控制

图2 汽轮机送轴封

表1送轴封前后胀差对比

图2为2023年5月16日的一次冷态启机送轴封阶段。送轴封前，辅助蒸汽温度为250℃，轴封腔室温度为90℃，高中压缸胀差为0.03mm。由上图可见，在送轴封后，轴封腔室温度随之上升，带动转子温度上升，转子开始受热膨胀，而此时汽缸温度没有变化，因此导致高中压缸胀差随着轴封的投入而逐渐上升。

在汽轮机冷态启动阶段，可以通过调节轴封减温水的设定值控制轴封温度，减温水的设定值会根据轴封腔室的温度而改变，一般控制在轴封腔室温度±110℃范围内，从而控制轴封腔室的温度上升速度，减缓转子的热胀程度，进而控制胀差。并且在送轴封阶段，轴封压力随着真空线性上升，即通过调节轴封供汽的流量来影响轴封腔室的温度变化速度，也起到控制胀差的作用

2.2 汽缸加热控制

图3 汽缸加热蒸汽投入

表2汽缸加热蒸汽投入后胀差对比

图3为2023年6月20日的一次冷态启机汽缸加热蒸汽投入阶段。上下壁温差开始增大正是由于汽缸加热蒸汽的投入。汽缸加热蒸汽投入前，胀差为1.3mm，汽缸外缸温度与内缸温度均为100℃左右。汽缸加热蒸汽投入后，汽缸内外缸同时得到加热，由于蒸汽上升至汽缸顶部，因此汽缸外缸会得到充分加热。但此时胀差反而上升，原因是汽缸加热蒸汽投入初期，汽缸内外缸汽缸同时得到加热，相当于给汽缸内外缸膨胀同时增加了一个系数，而汽缸内缸温度变化反应转子温度变化，因此这个阶段胀差反而会上升。胀差出现回落的点正是汽缸外缸温度上升速度明显快于内缸温度这个节点，此时汽缸外缸缸膨胀速度逐渐跟上转子膨胀速度。汽缸加热蒸汽投入后，虽然胀差有所改善，但随着汽缸加热蒸汽的投入可以看到上下壁温差正快速上升，一般在上下壁温差达到40℃后应减少汽缸加热蒸汽流量，避免因上下壁温差大而造成动静摩擦。

2.3 升负荷速率控制

图4升负荷速率控制

表3汽机负荷对胀差影响表

图4为2023年8月7日的一次冷态启机汽轮机低负荷暖机阶段。暖机开始时，汽机升负荷速率5MW/min，汽机负荷16MW，高压缸绝对膨胀为5.5mm，胀差2.2mm。可以看到胀差随着负荷上升而上升，汽缸绝对膨胀也是如此。此时胀差尚在可控范围内。当胀差到达4.3mm时，开始将汽机负荷降低，胀差随着汽机负荷的降低而回落，但汽缸绝对膨胀依旧在上升。因为在暖机阶段，汽机转子膨胀速度没有加速，而汽缸在一直被加热，膨胀速度逐渐追上转子膨胀速度。当汽缸绝对膨胀达到

13mm时，汽机负荷上升时，胀差反而有所下降，证明汽缸已充分暖透。

3结束语

根据本文中的要点，某150MW汽轮机冷态启动胀差控制的关键措施包括轴封供汽控制、蒸汽参数控制、汽缸加热控制和负荷转速控制。这些措施可以综合应用，以有效控制胀差的变化，提高汽轮机的启动效率和安全性。

在轴封供汽控制方面，可以通过调节轴封供汽的温度和流量来控制轴封腔室的温度和压力变化，从而减小胀差的变化。此外，还可以通过调整轴封减温水的设定值来控制轴封温度，减缓转子的热胀冷缩程度。

蒸汽参数控制也是影响胀差的重要因素。合理控制蒸汽的温度和压力变化，可以控制转子的热胀冷缩程度，从而影响胀差的大小。在冷态启动过程中，可以考虑调整蒸汽的温度和压力，以减小对转子的热量传递，从而减小胀差的变化。

此外，汽缸加热控制也是一项重要的措施。在冷态启动过程中，汽缸和法兰的加热会影响胀差的变化。需要控制加热的温度和时间，以避免加热过度导致的胀差问题。

负荷和转速控制也是影响胀差的因素之一。负荷和转速的变化会对胀差产生影响。需要控制负荷和转速的变化速率，以保持胀差在可控范围内。

综合以上控制措施的应用，可以有效地控制某150MW汽轮机冷态启动过程中的胀差。然而，需要根据具体的汽轮机型号和运行条件，结合实际情况进行调整和优化，以实现最佳的胀差控制效果。

以上是对某150MW汽轮机冷态启动胀差控制的综合讨论。这些措施和建议可以为汽轮机运行和维护人员提供指导，以优化冷态启动过程中的胀差控制，提高汽轮机的性能和可靠性。

参考文献

[1] 刘敏.50MW汽轮机组起动过程中胀差正向增大原因分 析[J].通用机械,2017(10):50-52.

[2] 何洪流 . 汽轮发电机低压缸胀差大分析及处理 [J]. 贵州电力技术， 2015（7）：17-19.