汽轮机运行中差胀升高情况分析

汽轮机运行中差胀升高情况分析

刁凡

（华能南京电厂，江苏 南京 210035）

【摘  要】本文针对汽轮机运行中差胀变化的各项原因，结合华能南京电厂两号机组滑销系统大修后，机组正常运行时，高压差胀多次大幅变化的情况进行分析，分析判断出机组正常运行时容易使差胀变化的原因。

【关键词】汽轮机 差胀 安全性

1 概述

差胀的定义：由于转子与汽缸材料，结构形状，尺寸，以及受热条件的不同，使得转子和汽缸各自的平均温度明显地存在差别，转子的受热面积比汽缸大，质量比对应的汽缸小，而且蒸汽对转子的传热比汽缸快得多，因此，转子和汽缸之间存在着膨胀差。如果这个膨胀是相对于汽缸而言，则称之为膨胀差。即转子与汽缸轴向膨胀的差值，称为差胀。转子膨胀大于汽缸膨胀，称为正差胀，反之称为负差胀。

华能南京电厂两号机组汽缸的死点位于#4轴承箱（中、低压缸之间）的#4轴承中心线上，在该处低压缸与基础台板之间有两只横销作为汽缸死点的定位。高、中压缸和#1、2、3轴承箱朝调速器方向膨胀，理论计算其膨胀总量为32.3mm。低压缸朝发电机方向膨胀，膨胀总量为3.0mm。

该机组转子推力盘的位置，就是转子对于汽缸的相对膨胀死点。高压转子朝调速器方向膨胀，中压转子朝发电机方向膨胀。

2 差胀的影响因素

使差胀正向增大的主要影响因素如下：

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，引起汽加热的作用较弱。

3滑销系统或轴承台板的滑动性能差，易卡涩，汽缸胀不出。

4轴封汽温度过高或轴封供汽量过大，引起轴颈过份伸长。

5机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高。

6推力轴承工作面、非工作面受力增大并磨损，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，在严禁季节里，汽机房室温太低或有

穿堂冷风。

8双层缸的夹层中流入冷汽（或冷水）。

9胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数字偏差。

10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)。

11各级抽汽量变化的影响，如#8高加节流。

12轴承油温太高。

13差胀指示表不准，或频率，电压变化影响。

使差胀负向增大的主要影响因素如下：

1负荷迅速下降或突然甩负荷。

2主汽温骤减或启动时的进汽温度低于金属温度。

3水冲击。

4轴承油温太低。

5轴封汽温度太低。

6轴向位移变化。

7真空过高，相应排汽室温降低而影响。

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。

9双层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。

10汽缸夹层加热装置汽温太高或流量较大，引起加热过度。

11滑销系统或轴承台板滑动卡涩，汽缸不缩回。

12差胀值示表不准，或频率，电压变化影响。

3 事件说明

华能南京电厂两号机在2021年大修后，滑销系统得到修缮，在几次启动过程中，未发生滑销系统卡涩的现象，自12月06日以来，高压差胀多次从3.1mm左右开始上升，最高上升至4.08mm，每次异常上升后均会自行回落。检修在高压缸前箱加装千分表辅助判断高压缸胀情况。

本次两号机高差均为正向增大，且机组处于正常运行中，考虑滑销系统不太可能发生卡涩。联系热工对差胀指示表检查，热工判断表计无异常，因此导致高差升高可能的原因如下：

1.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。

2.双层缸的夹层中流入冷汽（或冷水）。

3.胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数字偏差。

4.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)。

5.轴承油温太高。

6.推力轴承工作面、非工作面受力增大并磨损，轴向位移增大。

7.机组升降负荷

4工况分析

2021年12月11日09:20分高差由3.03mm开始最高上升至3.70mm

在本次高差升高的过程中，机组负荷维持200MW，高压缸胀维持在32.7mm左右，凝器压力稳定在3.7Kpa左右，环境温度从14℃上升至19℃。轴向位移稳定在0.26mm。高差上升前乙侧主汽温最低跌至528.38℃，然后快速升至542℃，由趋势看出，主汽温下降时，高差有小幅上升，在汽温升高后出现大幅升高。主汽温升高，转子膨胀增大，符合正常认知，后续汽温升降时，高差变化情况也符合理论情况。但后续主汽温大幅变化，也并未引起高差大幅波动。因此本次高差大幅度升高，可能与汽温快速升降有一定关系，也可能也表计存在故障有关。

2021年12月13日07:55分高差由3.20mm开始最高上升至3.54mm

在本次高差升高的过程中，机组负荷维持200MW，高压缸胀维持在32.7mm左右。环境温度从11.2℃上升至14.41摄氏度，循环水进口水温从15℃上升至16.8℃，凝器真空由3.66Kpa下降至3.95Kpa，机组应当增加主汽流量维持负荷稳定，但真空下降不多，机组给水流量，主蒸汽流量也无明显变化。期间，主汽温也无大幅变化。高压缸金属温度也仅在2℃范围内波动。热控随后对高查表进行了校表，校表前后高差数据一致，未查出异常。因此怀疑本次高差异常升高与凝器真空下降，表计可能存在异常有关。

2021年12月17日21:18分高差由3.15mm开始最高上升至3.79mm

在本次高差上升过程中，机组负荷200MW，在高差升高至3.72mm稳定以后，机组升负荷至220MW，高差继续升至最高3.79mm，随后降负荷至200MW，高差下降，再次升负荷至220MW，高差再次小幅升高，均符合认知。环境温度从17日15时14℃开始下降，至18日8时下降至最低值2.9℃，随后开始汽温回升，至18日15时回升至8.9℃，从19日8时7.8℃，至19日15时30分，继续回升至15℃。环境温度在两日中发生剧烈变化，环境温度下降，高差上升，环境温度稳定，高差也基本维持稳定。环境温度升高，高差继续变小。由此可以判断本次高差升高的主要原因与高压缸保温层的保温效果不佳有关，在环境温度下降时，汽机房室温太低或有穿堂冷风。高压缸遇冷收缩，膨胀减小，差胀升高。但环境温度升高时，高压缸膨胀变大，高差降低。

2021年12月25日01:00分高差由3.20mm开始至27日白天最高上升至4.39mm

在本次高差升高的过程中，机组负荷，环境温度均有大幅波动，环境温度自23日17时20℃开始下降，至25日09时下降至4.6℃。随着环境温度的降低，高差由3.24mm开始上升至3.5mm，就地千分表由5.06/5.07下降至5.07/4.97,随后机组负荷由200MW升至250MW，高差进一步升高至3.75mm，随后机组降负荷至240MW，高差降低至3.65mm。25日22时，环境温度继续由5℃降低至1℃，期间负荷降低至200MW，但由于环境温度下降，高差仍继续上升至3.95mm，又伴随升负荷至216MW，高差升至4.09mm。随着环境温度升高至4℃及负荷降至210MW，高差回落至4.0mm，27日8时，升负荷至260MW，高差最高升至4.39mm。然后负荷降至210MW，高差回落至4.04mm。由于汽缸膨胀滞后，升负荷后就地千分表读数变大，增大的速度较快，负荷下降后，就地千分表读数下降较慢。

5结论

由上述分析可以判断华能南京电厂高差升高的主要原因与高压缸保温层的保温效果不佳有关，在环境温度下降时，汽机房室温太低或有穿堂冷风。高压缸遇冷收缩，膨胀减小，差胀升高。但环境温度升高时，高压缸膨胀变大，高差降低。在环境温度大幅波动的情况下，伴随着机组负荷频繁升降，也对高差产生一定的影响，均符合正常认知。对机组实际正常运行中差胀的变化分析有一定实际意义。.

参考文献：

[1]《汽轮机原理》编著：东南大学 中国电力出版社.2003.

[2]沈维道 童均耕，工程热力学第四版，2007.

[3]王勇 孙文杰，电厂汽轮机设备及运行，2013.

作者简介：

刁凡  男，1995年生，助理工程师，毕业于东南大学（能源与动力工程）专业，现任华能南京电厂运行部集控值班员。