王雷

摘 要：本文從脹差產(chǎn)生的原理，差脹的重要性，影響差脹的因素及如何控制等方面進行了詳細的分析，對汽輪機在啟動、停運及正常運行時如何控制脹差有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：脹差；膨脹死點；泊桑效應(yīng)

一、脹差的認識

大功率汽輪機組由于長度增加，機組膨脹死點多，汽缸多采用雙層缸、分流缸等結(jié)構(gòu)。在啟停過程中，轉(zhuǎn)子與汽缸因材質(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)以及與蒸汽的接觸面積等不同，使得金屬與蒸汽進行的熱交換條件不同，從而造造成汽缸與轉(zhuǎn)子在軸向的膨脹程度不一致，即出現(xiàn)相對膨脹，相對膨脹通常也俗稱為脹差。

脹差是機組啟停與甩負荷等過程中需要重點關(guān)注的一項重要指標，脹差的大小反應(yīng)了汽輪機軸向動靜間隙的變化情況。脹差過大或過小，均有造成汽缸與轉(zhuǎn)子的動靜部分發(fā)生碰磨的可能性，會給機組安全運行造成很大的影響，嚴重時可能會造成設(shè)備毀壞。因此脹差值做了熱工保護，若脹差超限，則熱工保護動作使機組緊急停機，可避免發(fā)生事故，損壞設(shè)備。

二、脹差的分類

脹差分為正脹差與負脹差。一般規(guī)定轉(zhuǎn)子膨脹大于汽缸膨脹時為正脹差，表明動葉與靜葉入口的間隙減小，通常這一間隙設(shè)計得較大。當進入汽輪機的蒸汽溫度明顯升高或汽輪機暖機時，轉(zhuǎn)子和汽缸同時受熱膨脹，轉(zhuǎn)子由于質(zhì)量相對汽缸要小，受熱后膨脹要快，在軸向上膨脹量要大于汽缸的膨脹量，表現(xiàn)為正脹差。汽缸膨脹大于轉(zhuǎn)子膨脹時為負脹差，說明靜葉與動葉入口間隙減小。當進入汽輪機的蒸汽溫度明顯降低或汽輪機滑參數(shù)停機時，轉(zhuǎn)子和汽缸同時受冷收縮，轉(zhuǎn)子由于質(zhì)量相對汽缸要小，受冷后收縮要快，在軸向上收縮量要大于汽缸的收縮量，表現(xiàn)為負脹差。

三、脹差產(chǎn)生的原因

脹差產(chǎn)生的原因大致可分為以下幾點：

（1）轉(zhuǎn)子和汽缸的制造材料不同，金屬熱膨脹系數(shù)不同。

（2）轉(zhuǎn)子與汽缸質(zhì)量不同，轉(zhuǎn)子與蒸汽接觸面積大，汽缸大與蒸汽接觸面積?。晦D(zhuǎn)子質(zhì)量輕、表面積大，質(zhì)面比較小，汽缸質(zhì)量大、表面積小，則質(zhì)面比較大。

（3）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時蒸汽對轉(zhuǎn)子表面的放熱系數(shù)高于對汽缸表面的放熱系數(shù)，因此溫升速率不一致。

四、脹差的影響因素及控制方法

（一）機組啟動狀態(tài)

汽輪發(fā)電機組啟動狀態(tài)對脹差的影響非常大，不同的狀態(tài)對應(yīng)著不同的金屬溫度，對沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)的要求也不同，對脹差的影響也不盡相同?；鹆Πl(fā)電廠習慣于將啟動工況僅按啟動前汽輪機金屬溫度的高低分為熱態(tài)和冷態(tài)。對無中心孔的高中壓轉(zhuǎn)子，金屬溫度大于204℃為熱態(tài)，金屬溫度小于204℃為冷態(tài)。

（二）軸封供汽溫度和供汽時間的影響

冷態(tài)啟動時軸封供汽溫度高于轉(zhuǎn)子表明金屬溫度，轉(zhuǎn)子受熱而變長，表現(xiàn)為正脹差，可能引起軸封摩擦。為了不使脹差值過大，應(yīng)選擇溫度較低的供汽源，并縮短軸封送汽時間至沖轉(zhuǎn)的時間。熱態(tài)啟動時，軸封供汽應(yīng)選用高溫汽源，要軸封先供汽，后抽真空，這樣可以防止汽缸進冷氣使得轉(zhuǎn)子受冷收縮，防止軸封供汽后出現(xiàn)負值，應(yīng)盡量縮短沖軸封供汽與轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)之間的間隔時間。

（三）真空的影響

機組沖轉(zhuǎn)前應(yīng)將真空控制在低值，在汽輪機升速暖機的過程中，真空變化會引起脹差值改變。如真空下降，為保持轉(zhuǎn)速不變必須增加進汽量，因而摩擦鼓風損失增大，高壓轉(zhuǎn)子受熱膨脹增加，則脹差值隨之增加。反之，若真空升高時，高壓轉(zhuǎn)子脹差減少。中、低壓轉(zhuǎn)子葉片較長，真空高低對中、低壓缸通流部分的脹差影響與高壓轉(zhuǎn)子相反。其鼓風摩擦熱量比高壓轉(zhuǎn)子大，在升速和暖機過程中，當真空降低時，如需要維持轉(zhuǎn)速不變，必須增加進汽量，中低壓轉(zhuǎn)子因鼓風摩擦增加的熱量被蒸汽帶走，脹差隨之減少。在機組停機打閘前適當降低真空是防止機組降速時的泊桑效應(yīng)（解釋見下段）過大致使高低壓脹差（尤其是低壓脹差）突變的一個手段，因此升速暖機過程中慎用提真空的辦法來控制中、低壓通流部分的脹差。

泊桑效應(yīng)：轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子徑向和軸向受離心力的作用變形變粗變短，這種現(xiàn)象稱為泊桑效應(yīng)。轉(zhuǎn)子的離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比；在離心力作用下，因轉(zhuǎn)子沿徑向拉伸，而軸向則縮短，脹差減?。ㄒ驈椥圆牧系膽?yīng)力變化徑向與軸向有一定比例關(guān)系，當轉(zhuǎn)子徑向伸長時，軸向就會隨之縮短）。隨著流量增大、轉(zhuǎn)速上升，高壓轉(zhuǎn)子的脹差逐漸增大，而中低壓轉(zhuǎn)子脹差先隨轉(zhuǎn)速升高而增加，達到中速后，脹差又隨轉(zhuǎn)速增加而減小。

（四）進汽參數(shù)影響

當進入汽缸的蒸汽參數(shù)發(fā)生變化時，首先對轉(zhuǎn)子造成影響，而對汽缸的影響要稍微滯后，因此會引起脹差變化，蒸汽參數(shù)變化速度越快，影響越大。在汽輪機啟停過程中，應(yīng)選擇適當?shù)臎_轉(zhuǎn)參數(shù)，保持蒸汽溫度和流量變化速度線性變化，避免波動，如此可以控制差脹大幅增加。

（五）汽缸和法蘭加熱的影響

某些大型機組設(shè)計有法蘭螺栓加熱裝置，啟動過程中要選擇合理的時機，并注意調(diào)整加熱裝置的進汽溫度和進汽量，當高、中壓缸脹差達到一定數(shù)值時及時投入法蘭加熱裝置，以滿足加熱要求。同事為了避免法蘭加熱過度，有效的加熱法蘭，應(yīng)控制加熱蒸汽溫度高于外壁溫度控制在80℃左右（最高不超過100℃）

（六）汽缸滑銷系統(tǒng)的影響

滑銷系統(tǒng)合理布置和使用以滿足汽缸多個方向自由膨脹，如軸承座臺板充油不重視，油脂質(zhì)量控制不嚴以及臺板起毛刺等原因，造成啟動過程膨脹不暢，一般造成脹差大、延長啟動時間。膨脹受阻表現(xiàn)為膨脹值達不到設(shè)計值或是膨脹曲線出現(xiàn)跳躍，甚至有明顯碰磨聲響。

（七）汽缸疏水的影響

大型機組對汽缸保溫的要求較高，如汽缸保溫做的不好，會造成汽缸溫度偏低且分布不均，進而影響汽缸的膨脹，使汽機膨脹差增大；而汽缸疏水系統(tǒng)因安裝或管道堵塞等原因，疏水不暢可能使得下缸溫度偏低，上下缸溫差較大，影響汽缸膨脹，并可引起汽缸變形，從而使得差脹的變大，嚴重時甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子與汽缸的碰磨事故。

五、總結(jié)

脹差控制是汽輪機組啟動、停機中比較難控制的一個參數(shù)，但是只要嚴格控制好真空、進汽溫度和溫升速度等重要參數(shù)，維護好滑銷系統(tǒng)和法蘭加熱系統(tǒng)，即可將差脹控制在安全的范圍內(nèi)，保障機組安全穩(wěn)定的啟動。正常運行時，差脹基本無需重點關(guān)注，只需在機組停機或跳閘時關(guān)注即可。如發(fā)生汽輪機進水等嚴重事故則需要嚴明監(jiān)視脹差變化情況，必要時手動緊急停機。

參考文獻：

[1]廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司集控運行規(guī)程.