某厂汽轮机组启动过程中低缸胀差增大的原因分析及调整

发表时间:2019/3/13   来源:《河南电力》2018年18期   作者:陈学伟
[导读] 即出现相对膨胀。汽轮机转子与汽缸的相对膨胀通常也称为胀差。胀差的大小表明了汽轮机轴向动静间隙的变化情况。

(神华国华广投(柳州)发电有限责任公司  广西鹿寨  545600)
        摘要:汽轮机在启动过程中,转子与汽缸的热交换条件不同。因此,造成它们在轴向的膨胀也不一致,即出现相对膨胀。汽轮机转子与汽缸的相对膨胀通常也称为胀差。胀差的大小表明了汽轮机轴向动静间隙的变化情况。
        关键词:机组启动;胀差;动静间隙
       
       
正文:
        汽轮机合理的启动方式就是在汽轮机各部件金属温度差、转子与汽缸的相对膨胀差在允许范围内、不发生异常振动、不引起动静摩擦和过大热应力的条件下,以尽可能短的时间完成汽轮机启动的方式。这里面,避免动静摩擦和过大热应力是两个终极目标。其中热应力可以通过平稳地调整机组进汽温度、流量和充分暖机来控制,然而,避免动静摩擦事故的发生却是一个比较复杂的控制过程。
        众所周知,胀差超限是导致动静摩擦的主要原因之一,调整好动静两部分的膨胀差值,就能很大程度地减少动静间隙消失产生摩擦、造成转子弯曲、引起机组振动、甚至出现重大事故的可能性。同时,鉴于某厂服役汽轮机组在启动过程中低压缸正胀差升至报警值的现象,故本文就胀差产生的原因、影响因素和调整手段做了说明和介绍。
        一、胀差产生的原因
        汽轮机在启动过程中,转子与汽缸的热交换条件不同。因此,造成它们在轴向的膨胀也不一致,即出现相对膨胀。汽轮机转子与汽缸的相对膨胀通常也称为胀差。胀差的大小表明了汽轮机轴向动静间隙的变化情况。
        习惯上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差值为正胀差,反之为负胀差。胀差数值是很重要的运行监视参数。若胀差超限将会导致机组动静摩擦、振动加剧,出现保护拒动等异常情况时甚至导致机组的恶劣事故。
        二、机组启动过程中易影响胀差变化的几个主要因素
        1.轴封供汽温度和供汽时间的影响
        在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,出现正胀差,可能出现轴封摩擦现象。在热态启动时,为防止轴封供汽后出现负值,轴封供汽应选用高温汽源,并且一定要先向轴封供汽,后抽真空。应尽量缩短冲车前轴封的供汽时间。
        2.真空的影响
        在升速暖机的过程中,真空变化会引起胀差值改变。当真空降低时,为了保持机组转速不变,必须增加进汽量,鼓风摩擦损失增大,使高压转子受热膨胀,其胀差值随之增加。当真空提高时,则反之。使高压转子胀差减少。但真空高低对中、低压缸通流部分的胀差影响与高压转子相反。因此,在升速暖机过程中,不能采用提高真空的办法来减小中、低压通流部分的胀差。
        3.进汽参数影响
        当进汽参数发生变化时,首先对转子受热状态发生影响,而对汽缸的影响要滞后一段时间,这样也会引起胀差变化,而且参数变化速度越快,影响越大。因此,在汽轮机启停过程中,控制蒸汽温度和流量变化速度,就可以达到控制差胀的目的。
        4.鼓风摩擦的影响
        汽轮机转子的鼓风摩擦损失,不仅与动叶片长度成正比,而且与圆周速度三次方正正比,所以低压转子的鼓风摩擦损失远比高中压转子大,若这部分损失变成热量来加热通流部分,会对胀差产生影响,特别是在小流量的工况下,这种影响尤为显著。随着流量的增加,转速的升高,这种影响逐渐减小,当转速升高到某个值时,蒸汽流量已能将鼓风摩擦损失产生的热量全部带走,这时,对胀差的影响就随着消失。
        5.转速影响
        转子旋转时,离心力与转速的平方成正比,在离心力的作用下,转子会发生径向伸长,根据虎克定律知,弹性材料的径向应变与轴向应变有一定比例关系,即泊桑系数,当转子径向伸长时,转子的轴向必然会缩短,胀差值也随之减小。当转速降低时,过程与之相反,胀差就会增加。



        6.滑销系统影响
        在运行中,必须加强对汽缸绝对膨胀的监视,防止左右侧膨胀不均以及卡涩造成的动静部分摩擦事故。一般规定,在机组启停过程中,两侧温度的差值不能超过28℃。
        7.汽缸保温和疏水的影响
        汽缸保温不好,会造成汽缸温度分布不均且偏低,从而影响汽缸的充分膨胀,使汽机膨胀差增大;疏水不畅可能造成下缸温度偏高影响汽缸膨胀,并容易引起汽缸变形,从而导致相对差胀的改变。
        三、冷态启动时,主要是控制机组的正胀差,应采取以下措施
        1.合理使用汽缸的加热装置,使汽缸与转子的膨胀相应。
        2.缩短冲转前汽封供汽时间,并采用较低温度的汽源。
        3.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。
        4.中压缸启动的机组应采用有利于中、低压缸压胀差降低的方法暖机。
        5.如果是低压胀差大,可适当提高排汽缸温度。
        四、汽机热态启动时的胀差变化和采取措施
        热态启动前,胀差往往是负值。启动时转子和汽缸温度高,若冲转时蒸气温度偏低,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。在启动过程中,应采取以下措施来控制胀差过大:
        1.冲车前,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,以防转子过度收缩。
        2.轴封供汽采用高温汽源,以补偿转子的过度收缩。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。
        3.尽快升速、并网、升负荷。
        五、某机组在冷态启动过程中出现低缸正胀差升至报警值的原因及调整
        1、因冷态启动过程中,蒸汽参数有较易控制的优越性,胀差超报警值时间在并网前,故只考虑以下几点原因:
        A.机组投运轴封系统后,低压轴封母管温度控制较高,应将温度降低在120℃。
        B.机组真空较高,转速上升的初始阶段因鼓风摩擦效应,低压缸转子膨胀过快,使正胀差值增长较快。中速暖机时间较短,因缸体受热膨胀速度较慢,使得转子再次升速后低缸胀差在原有基础上再次上涨。
        C.定速3000rpm/min后的暖机时间结束后,按规定进行主汽门、调门严密性试验,此时因低缸正胀差数值较大,且立即做此项试验,胀差值必然会因转速的下降、泊桑效应的产生而使低缸胀差值进一步上涨,直至超过报警值。
        2、低压缸胀差的调整
        A.在机组建立真空阶段,保持真空系统运行正常,同时尽量保持真空在-80Kpa左右。
        B.机组投运轴封系统后,低压轴封母管温度控制较高,应将温度降低在120℃。减缓转子膨胀速度。
        C.当汽温汽压满足置位条件时及早置位,使高压缸缸体倒暖,注意倒暖阀全开到位。
        D.机组升速过程中,延长中速暖机时间。
        E.机组定速3000rpm/min后,应在低压缸转子胀差有下降趋势后再进行主汽门、调门严密性试验,同时,在试验前,尽量控制真空值不至过高。且在试验合格后,尽量重新快速升速至3000r,以避免转子处于低速时鼓风摩擦现象加重胀差的上涨,最终导致动静摩擦、机组损坏的恶果。
        此外,在机组升速、升涨负荷的过程中,要始终注意汽温汽压的平稳变化,且保持蒸汽参数跟随机组启动曲线的要求进行控制,禁止蒸汽参数剧烈涨降与波动。
        结语:
        只有运行人员按照规定进行不断精心、细致的调整,并对各重要参数的密切监视,发现异常及时分析、汇报和妥善处理,才能使机组的整个启动过程顺利、高效的完成。
        参考文献:
        [1]章德龙、单元机组集控运行、中国电力出版社、1998
        [2]赵义学、电厂汽轮机设备及系统、中国电力出版社、1998
       

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