分析轉(zhuǎn)子前竄與脹差之間的關(guān)系

孫慶龑(天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)有限公司熱電公司,天津 300455）

引言

天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)有限公司熱電公司2#汽輪機(jī)型號(hào)：B3—3．43／0．981 背壓式汽輪機(jī)，為鹽化生產(chǎn)提供電、汽。在2010年初發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)出力效能下降，于2010年7月進(jìn)行了一次解體檢修。在檢修過程中發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子前竄的問題。這里對(duì)轉(zhuǎn)子前竄問題與脹差有怎樣關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1．機(jī)組結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

(1)機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)通過剛性聯(lián)軸器連接。

圖1 機(jī)組軸系統(tǒng)圖

(2)有關(guān)技術(shù)參數(shù)

介質(zhì)：蒸汽；

額定轉(zhuǎn)速；3000r／min；

臨界轉(zhuǎn)速：1855r／min；

汽輪機(jī)前軸承 (1號(hào)軸承為橢圓與推力聯(lián)合軸承)幾何尺寸：內(nèi)徑130mm，寬110mm；

汽輪機(jī)后軸承(2號(hào)軸承為橢圓軸承)幾何尺寸：內(nèi)徑140mm，寬11Omm；

額定進(jìn)汽量：47.8t／h；

額定排汽壓力：0．785～1．275MPa；

額定轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)值(全振幅)：≤0.030 mm；

臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)值(全振幅)：≤0.15 mm

2．轉(zhuǎn)子前竄問題處理

為了解決轉(zhuǎn)子前竄問題，對(duì)機(jī)組進(jìn)行解體檢修。

(1)將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)往它地維修，更換軸封后，做轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。

(2)對(duì)油系統(tǒng)進(jìn)行徹底“大掃除”。清洗所有過濾網(wǎng)、油箱、油冷卻器，溶劑油加熱后注入油管線循環(huán)，用蒸汽吹掃管線，用潤(rùn)滑油循環(huán)沖洗油系統(tǒng)后放凈，再用儀表風(fēng)吹掃油系統(tǒng)。

(3)嚴(yán)格執(zhí)行檢修規(guī)程。使用白綢布擦洗配件，徹底清除軸承箱內(nèi)雜物。

(4)注意密封膠的用量與涂抹位置，均勻且與內(nèi)沿留有5mm的距離。

(5)油系統(tǒng)需按時(shí)間、質(zhì)量要求跑油。跑油時(shí)間不少于72小時(shí)，每3小時(shí)更換一次進(jìn)、出口過濾網(wǎng)，油箱內(nèi)過濾網(wǎng)每天清洗一次，濾油機(jī)的濾紙每班(12小時(shí))更換一次、脫水一次，每天至少做一次取樣分析，在各項(xiàng)指標(biāo)完全合格的基礎(chǔ)上，增加一天時(shí)間跑油。

3.現(xiàn)象分析

（1）透過現(xiàn)象看本質(zhì)，了解脹差原理

汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子和汽缸，其軸向長(zhǎng)度較橫向尺寸大，故軸向熱膨脹是主要的。轉(zhuǎn)子和汽缸不僅金屬材料和線膨脹差系數(shù)不同，而且汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子質(zhì)量比汽缸小（高壓汽輪機(jī)高壓段的轉(zhuǎn)子質(zhì)量一般只有汽缸的1/3—1/4），轉(zhuǎn)子與蒸汽接觸的表面積卻是汽缸與蒸汽接觸表面積5倍左右，因此啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)子的溫升比汽缸快，軸向膨脹值比汽缸大，造成兩者軸向膨脹數(shù)值產(chǎn)生差異。

圖2 相對(duì)膨脹示意圖

圖2 為一臺(tái)單缸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸的相對(duì)膨脹示意圖：汽缸受熱膨脹時(shí)，以滑銷系統(tǒng)的死點(diǎn)5為基準(zhǔn)向高壓端伸長(zhǎng)，推動(dòng)軸承座向前移動(dòng)。在推力瓦作用下，整個(gè)轉(zhuǎn)子也必須隨之向前移動(dòng)；轉(zhuǎn)子受熱膨脹時(shí)，以推力軸承3為基準(zhǔn)向低壓端伸長(zhǎng)。這樣推力瓦就間接地成為轉(zhuǎn)子和汽缸軸向位置的相對(duì)固定點(diǎn)。若轉(zhuǎn)子和汽缸某一截面至推力瓦的距離為L(zhǎng)，轉(zhuǎn)子在該截面處的平均溫升為Δtro,則轉(zhuǎn)子在該截面處的軸向膨脹值ΔLro=αroΔtroL。假定汽缸和轉(zhuǎn)子金屬材料線膨脹系數(shù)均為α，則汽缸在這個(gè)截面上的軸向膨脹值ΔLro=αroΔtroL。此時(shí)轉(zhuǎn)子與汽缸膨脹差值為：

ΔLrel=α（Δtro-Δtcy）L

ΔLrel=αLΔtro-cy

Δtro-cy轉(zhuǎn)子與汽缸的平均溫升差，℃。

轉(zhuǎn)子與汽缸沿軸向膨脹的差值，稱為轉(zhuǎn)子與汽缸的相對(duì)膨脹差，簡(jiǎn)稱脹差。當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向膨脹值大于軸向膨脹值時(shí)，脹差為正；反之為負(fù)。通常，汽輪機(jī)在啟動(dòng)及加負(fù)荷過程中，轉(zhuǎn)子溫度升高比汽缸快，因而轉(zhuǎn)子膨脹值大于汽缸膨脹值，脹差為正；相反，在停機(jī)或減負(fù)荷過程中，汽缸收縮比轉(zhuǎn)子慢，脹差為負(fù)。由此可以得到脹差變化規(guī)律是 “熱正冷負(fù)”。

（2）處理好脹差與機(jī)組安全運(yùn)行的關(guān)系

脹差的大小，直接表明汽輪機(jī)內(nèi)部動(dòng)靜部分軸向間隙變化的情況。在汽輪機(jī)運(yùn)行中，尤其在啟動(dòng)、停機(jī)過程中，應(yīng)注意監(jiān)視脹差值得變化，并將控制在允許的范圍內(nèi)。而脹差的負(fù)值要比正值更加的危險(xiǎn)，故一般規(guī)定，汽輪機(jī)負(fù)脹差的允許值要比正脹差允許值小的多。

通過上述分析不難看出機(jī)組的脹差對(duì)機(jī)組的影響是巨大的，造成的后果一般來說都很嚴(yán)重。所以要控制住脹差問題所帶來的危害，在運(yùn)行過程中采取一系列措施是相當(dāng)有必要的。

通常一般意義上可以采取以下的措施控制脹差；

a.控制蒸汽升降溫度及升降負(fù)荷的速度，以保證汽缸和轉(zhuǎn)子的溫差在允許范圍內(nèi)。

b.合理的使用汽缸和法蘭螺栓加熱裝置。啟動(dòng)過程中，當(dāng)高、中壓缸脹差達(dá)到一定數(shù)值時(shí)投入法蘭加熱裝置，并注意調(diào)整加熱裝置的進(jìn)汽溫度和進(jìn)汽量，以滿足加熱要求。為了有效地加熱法蘭，并避免法蘭過度加熱，應(yīng)控制加熱蒸汽溫度高于外壁溫度不超過100～120℃（一般以80℃為宜）。

c.停機(jī)過程中，如果脹差值過大，還可用低溫汽源投入法蘭加熱裝置以冷卻法蘭外壁，一般控制蒸汽溫度低于法蘭金屬溫度80℃左右。

d.利用汽封供汽控制脹差。汽封供汽對(duì)脹差影響程度，主要取決于供汽溫度，其次是供汽時(shí)間，供汽時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)脹差影響越大。冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)為了不使脹差正值過大，應(yīng)選擇溫度較低的汽源，并盡量縮短沖轉(zhuǎn)前向軸封送汽時(shí)間；熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)應(yīng)合理使用高溫汽源，防止向軸封供汽后脹差出現(xiàn)負(fù)值；停機(jī)過程中，如出現(xiàn)負(fù)脹差過大，可向汽封送入高溫汽源加熱轉(zhuǎn)子汽封段，控制轉(zhuǎn)子收縮。

結(jié)論：綜上所述，對(duì)于轉(zhuǎn)子前竄等問題是與運(yùn)行過程中的操作的合理把握是分不開的，在冷態(tài)和熱態(tài)啟動(dòng)過程中，在正常停機(jī)和緊急過程中，在正常運(yùn)行增減負(fù)荷過程中，都會(huì)涉及到脹差的問題，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)一個(gè)個(gè)的問題，所以說了解脹差的危害和成因是相當(dāng)?shù)挠斜匾模瑥亩岣吡藱C(jī)組經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行系數(shù)，從而有力地保障了鹽化工藝的正常生產(chǎn)，對(duì)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。