汽機缸體膨脹受阻的原因及措施

張平軍，劉 瑩，獨學強，仝 媛

（河南煤業化工集團中原大化公司，河南濮陽 457004）

1 汽輪機存在的問題

中原大化7 000kW機組是杭州汽輪機廠生產的。來自循環流化床鍋爐的11.5MPa、535± 5℃高壓蒸汽經汽輪機入口電動主閘閥、速關閥、調速閥進入汽輪機，進行由熱能到動能的轉化，做功后以3.9MPa的壓力排入中壓蒸汽管網。

汽輪機的內汽封漏汽引入低壓管網，外汽封漏汽經過汽封冷卻器E－7305、疏水擴容器V－7305進入疏水箱，由兩臺冷凝液泵P－7302A／B送入外冷凝液管網（圖略）。

該汽輪機于2004年8月投產。2004年11月3日73機（7000kW），機組在溫態啟動過程中出現汽缸膨脹不暢的現象。當時機組參數如下：負荷10MW，主汽壓力11.5MPa，主汽溫度430／435℃，汽缸膨脹值10.8mm。暖機結束后，負荷10MW，主汽壓力11.5MPa，主汽溫度430／435℃，高壓汽缸膨脹值10.9mm，發現汽缸膨脹值幾乎不增加，立即停止升溫升壓帶負荷，熱工檢查表計指示正常，經過45min暖機后，汽缸膨脹值突增至11.75mm，檢查機組各部正常，繼續升溫升壓帶負荷至額定，高壓汽缸膨脹值均勻增至28.32mm，恢復至停機前參數。這種現象在2009年8月27日73機又出現過一次。

2 原因分析

2.1 啟動參數

DCS工程師查閱機組啟動的各運行參數，完全符合規程及廠家規定。如表1所示。

2004年試運結束后多次啟機的啟機參數相同，因此可以排除啟動參數異常的可能。

2.2 值班員調整情況

汽機、鍋爐、電氣值班員嚴格執行規程，且有專業人士現場監護，升負荷、主汽壓力、主汽溫度、再汽壓力、再汽溫度紀錄曲線可以反映操作水平，基本排除人為因素。

2.3 汽缸膨脹和收縮受阻

本機組設計的汽缸死點在低壓缸前部橫銷與縱銷連線的交點。機組在運行中受熱后，缸體及缸體前半部分以此為起點向前膨脹，缸體后半部分向后膨脹；前軸承座和后軸承座分別在缸體的推力作用下，在臺板的滑動面上前后滑動。軸承座底部采用潤滑塊進行潤滑。軸承座因銹蝕或灰塵等原因，造成滑銷系統均存在一定程度上的卡澀現象，導致汽缸膨脹和收縮受阻，具體有以下。

（1）軸封系統采用自密封形式，缸體前后軸封間隙過大，軸封漏汽大，造成軸承座所處的工作環境惡劣。這樣縱銷和軸承座滑動面特別容易銹蝕，發生卡澀。

（2）滑動面潤滑裝置在運行中需要定期加高溫潤滑脂，高溫潤滑脂運行一段時間后干結，引起油槽堵塞，加之運行中一些塵埃進入油槽，最終導致汽缸膨脹和收縮受阻。

（3）機組整體熱膨脹極不均勻，轉子有左右浮動不穩的現象，發電機、汽輪機與減速箱對中數據有較大差異，在高速運行時機組轉子擺動（這從軸位移連續波動可以看到）。

（4）機組在運行當中振動厲害并伴有異常聲音。主油泵經常發生斷裂以及進汽管線、排汽管線熱膨脹受阻，重新設計更改熱力管線及其彈簧支座，其間多次更改熱力管線走向。

表1 機組參數及實測情況

3 采取的措施

針對汽缸受熱膨脹受阻的問題在考慮熱膨脹外因素的同時，還要考慮所有的管線受熱膨脹對機組產生的阻力，決定在進汽口加一補償器，減小蒸汽對管線的扭矩以及熱膨脹向上的脹力（大化廠用的是GSJ－V型系列旋轉式補償器，如圖1）。

圖1 旋轉補償器結構圖

3.1 旋轉補償器的優點

（1）補償量大，可根據自然地形及管道強度布置，最大一組補償器可補償500m管段。

（2）不產生由介質壓力產生的盲板力，固定支架可做得很小，特別適用于大口徑管道。（3）密封性能優越，長期運行不需維護。（4）大大節約投資，設計計算方便。

（5）旋轉補償器可安裝在蒸汽地埋管和熱水地埋管上，節約投資和提高運行安全性。

旋轉補償器在管道上一般按150～500m安裝一組（可根據自然地形確定），有十多種安裝形式，可根據管道的走向確定布置形式。采用該型補償器后，固定支架間距增大，為避免管段撓曲，要適當增加導向支架，為減少管段運行的摩擦阻力，在滑動支架上應安裝滾動支座。

3.2 旋轉式補償器動作原理

GSJ－V型系列旋轉式補償器的補償原理，是通過成雙旋轉筒和L力臂形成力偶，使大小相等、方向相反的一對力，由力臂回繞著Z軸中心旋轉，以吸收力偶兩邊熱管產生的熱脹力，見圖2。

3.3 Π型組合旋轉式補償器的布置

當補償器布置于兩固定支架之間時，則熱管運行時的兩端有相同的熱脹量和相同的熱脹推力，將力偶回繞著O中心旋轉了θ角，以達到吸收兩端方向相對、大小相等的熱脹量△。

圖2 Π型組合補償器作用原理（平行布置）

當補償器布置不在兩固定支架中心，而偏向熱管較短的一端，在運行時力偶臂L的中心O偏向較短的一端，回繞來吸收兩端方向相對、大小不等的膨脹量△1，△2。

此類補償器的布置和球形補償器類似，在吸收熱膨脹時，力偶臂旋轉到1／2θ處熱管道出現最大的擺動y值。因此，離補償器第一只導向支架的布置距離要加大。

一般在自然地形、補償量和安裝條件許可的情況下，L盡量選擇大一點。

雖然吸收熱脹隨著轉角θ或力偶臂L的加大而增加，但為了限止y擺動過大，對θ值不超過推薦值，L選在2～6m范圍內為宜。

該補償器適應性較廣，對平行路徑、轉角路徑和直線路徑及地埋過渡至架空，均可布置。

3.4 旋轉補償器參數

通過數據和理論推理，在汽機缸體兩側高壓主進汽管線加上兩個同樣型號的旋轉補償器GSJ－V，以達到補償同樣量的作用，該補償器綜合情況如下：

設計壓力P＝4.0MPa，設計溫度t＝400℃；免維護旋轉補償器GSJ為對焊連接，L＝530mm，接管規格為φ323.9×14.2mm，接管材料20G，管道制造標準GB5310－1995，免維護旋轉補償器GSJ的補償量為25mm。補償器旋轉角度為180°。

另外，還采取了以下措施。

（1）在機組大修時檢查軸承箱下自潤滑塊，并且加入新的潤滑油。

（2）適當延長暖機時間，控制暖機轉速，在暖機過程中嚴密監視脹差及膨脹量的變化。

（3）沖轉后及時投入汽缸夾層和法蘭加熱裝置。

4 效 果

2009年8月采取上述措施后，73機組再沒有出現過汽缸膨脹值突增的現象，為機組的安全穩定運行奠定了基礎。