600MW机组汽轮机胀差控制

600MW机组汽轮机胀差控制

苏玉梅

（江西赣能股份有限公司丰城二期发电厂）

摘要：本文分析了600MW机组汽轮机在启动过程中，汽轮机胀差控制的重要性、变化规律、转子和静子膨胀的相互关系以及采取的最有效的控制胀差的技术措施。提高了机组启动的安全性，对于其它汽轮机具有一定的参考价值。 关键词：机组；启动；汽轮机；胀差；控制

1 设备概述

丰城二期发电厂工程安装有两台600MW燃煤汽轮发电机组。汽轮机为上汽厂生产的超临界、中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机。型号为：N600—16.7/537/537。高压缸为单流、双层缸结构，中压缸为双流对称、双层缸结构，两低压缸结构相同，均为双层内缸加一层外缸的三层缸结构，双流反向布置。转子由一根高压转子、一根中压转子和两根低压转子组成，高、中压转子无中心孔，低压转子有中心孔，启动时不需要进行中速暖机。汽轮机高、低压胀差控制数值见表一。

表一

分类 状态 转子伸长 高压胀差 转子缩短 转子伸长 低压胀差 转子缩短 6.3 5.5 6.3 32.2 5.5 33.0 报警（mm） 15.7 停机（mm） 16.5

2 汽轮机在启动时控制相对胀差的重要意义

汽轮机在启动时，转子和汽缸分别以各自的死点为基准膨胀或收缩。相对来说，汽缸的质量大而接触蒸汽面积小,转子质量小而接触蒸汽面积大,而且由于

转子转动时，蒸汽对转子的放热系数比对汽缸的要大，因此转子随蒸汽温度的变化膨胀或收缩的速度要快。因此在开始加热时，转子膨胀的数值大于汽缸，汽缸与转子间发生的热膨胀差值称为汽轮机相对胀差。若转子轴向膨胀值大于汽缸，则称为正胀差；反之称为负胀差。在稳定工况下汽缸和转子的温度趋于稳定值，相对胀差也趋于一个定值。机组启动时，由于转子和汽缸温度变化的速度不同，就会产生较大的胀差，即汽轮机动静部分相对轴向间隙发生了较大变化。如果相对胀差超过了规定值，就会使动静间的轴向间隙消失，发生动静磨擦，可能引起机组振动增大，甚至发生掉叶片、大轴弯曲等严重事故。因此在汽轮机启动过程中必须严密监视并合理控制汽轮机胀差，确保汽轮机设备的安全运行。

3 汽轮机汽缸和转子的热膨胀系统

要想将汽轮机胀差控制在合理的范围内，现场运行值班人员必须全面掌握机组的转子、静子的“死点”和部分膨胀的相互关系，从而才能确定胀差的危险工况并合理的控制胀差在规定范围内。汽缸和转子的热膨胀系统如下图所示。本机组在中轴承座中装有推力轴承，它是汽轮发电机组轴系的相对轴向定位点，做为转子轴系的相对膨胀“死点”，当转子被加热时，沿轴向同时向前、向后膨胀。在#1低压外缸的进汽中心线两侧，各有一块轴向定位板，作为静子部分之“死点”。即在运行时，#1低压缸的前端向调阀端膨胀，籍助于定中心梁推动中压缸、中轴承座、高压缸、前轴承座共同向调阀端膨胀，并籍助于推拉装置，推动#2低压缸向电机端膨胀。低压缸的轴向、横向定位板均固定于基础中，是预埋件，有很好的刚性，从而保证了低压缸的横向和轴向定位。

4 汽轮机启动时胀差的变化规律

机组启动前，要投入汽轮机轴封供汽，并抽真空。此时汽轮机胀差总体表现为正胀差。本机组由于高、中压转子无中心孔，因此不需要进行中速暖机，所以对汽轮机胀差要进行严密监视和控制。从汽机挂闸、冲转到3000rpm定速期间，汽缸和转子温度均要发生变化。由于转子加热快，汽缸的正胀差呈上升趋势。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；低压缸胀差的变化还要受鼓风摩擦热量、离心力等因素的影响。当机组并网接带负荷后，由于蒸汽温度的进一步提高，通过汽轮机蒸汽流量的增加，蒸汽与汽缸、转子的热交换加剧，正胀差增加的幅度增大，当汽轮机进入准稳态区域时，正胀差达到最大。机组热态启动时，由于转子、汽缸的金属温度高，若冲转时蒸汽温度偏低，则蒸汽进入汽轮机后对转子和汽缸起冷却作用，就会出现负胀差，尤其对于极热态启动，几乎不可避免地会出现负胀差。

5 控制汽轮机胀差采取的合理、有效措施

（1）、合理、严格控制蒸汽温升速度和流量变化速度，这是控制汽轮机胀差的最有效方法。因为产生胀差的根本原因是汽缸与转子存在温差，蒸汽的温升或流量变化速度大，转子与汽缸温差也大，引起胀差也大。因此，在汽轮机启动过程中，控制蒸汽温度和流量变化速度，就可以达到控制胀差的目的。机组冷态启动，冲转参数为：主汽压力5.0MPa，主汽温度为340℃。机组并网后立即带5%（30MW）负荷进行初负荷暖机，时间为51分钟。由于无中速暖机，因此初负荷暖机非常重要。在此期间，必须保证蒸汽温度、压力稳定在冲转前参数。初负荷暖机结束后，升负荷期间，必须保证蒸汽温度、主汽流量缓慢上升，控制温升≯1.2℃/m，变负荷率≯3MW/m，使转子、汽缸温度缓慢上升，均匀加热，从而使汽轮机胀差均匀上升。根据实际操作经验，总结出了冷态启动不同负荷时蒸汽参数的控制标准，见表二。

表二

负荷（MW） MW 60 120 210 300 360 主汽压力（MPA） MPa 5 6.8 9.5 12.2 16.6 主汽温度（℃） ℃ 360 380 450 530 537 再热汽温（℃） ℃ 320 340 410 500 537 机组热态启动时，要合理选择冲转参数，保证蒸汽温度有56℃以上的过热度，且控制主蒸汽温度高于调节级金属温度50～60℃，尽力减小对汽缸、转子的冷却，以合理控制汽机胀差的增长幅度，保证汽轮机动、静部分的轴向间隙合适，以确保汽轮机设备的安全运行。

（2）、根据汽轮机第一级金属温度，选择合适的轴封供汽汽源。 适时投用不同温度的轴封供汽汽源，可以控制汽轮机胀差。本机组轴封供汽设置了低温和高温两路汽源。高温汽源直接由辅汽联箱供给，温度为310～330℃；低温汽源由辅汽汽源经过减温后供给，温度为＜240℃。由于轴封供汽直接与汽轮机大轴

接触，故其温度变化直接影响转子的伸缩。热态启动时，如果高、中压轴封供汽温度较低，就会造成前轴封段大轴的急剧冷却收缩，当收缩量大时，将导致动静部分摩擦。因此，在热态启动时，要投入高温汽源；而在机组大、小修后首次启动时，由于汽轮机第一级金属温度偏低，则要投入低温汽源或采取低温、高温汽源混合投入的方式。 在投入汽轮机轴封时，要进行充分的暖管、疏水，且保证有14℃以上的过热度，低压轴封母管压力保持28KPa，并控制低压轴封温度在149℃，不得低于121℃。

（3）、在汽轮机冲转、升速和初负荷暖机期间，适当降低凝汽器真空，保持在85～88Kpa左右，保证合适的汽轮机进汽流量，对暖机十分有利。若蒸汽流量过小，则暖机效果变差，不利于汽缸的加热膨胀。该措施在一定程度上可以起到控制汽轮机胀差的辅助作用。

（4）、保证汽轮机本体部分疏水畅通。在锅炉点火前，全面检查汽机侧所有第 280 页 共 5 页疏水门保持在全开状态，以保证疏水畅通。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。实际操作证明，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。

由于运行值班人员积极摸索、探讨汽轮机启动过程中胀差的变化规律，全面掌握了汽轮机转子、静子部分膨胀“死点”和相互膨胀关系，总结出了机组启动过程中控制汽轮机胀差的最有效的方法和措施，从而保证了每次机组启动均较好的将汽轮机胀差控制在合理范围内，确保了机组的安全、顺利启动。

参考文献：

[1] 《集控运行规程》丰城二期发电厂发布

[2] 《600MW亚临界、中间再热凝汽式汽轮机运行说明书》上海汽轮机有限公司