關于汽輪機組運行過程中差脹的變化及對振動的影響分析

攸縣網嶺鎮大唐華銀攸縣能源有限公司 湖南 株洲 412307

1 引言

現代電廠汽輪機逐漸向著超臨界、超超臨界機組負荷發展，汽輪機的結構也變得更加復雜，另外汽輪機的運行環境相對比較嚴苛。另外，隨著隨著電網需求的復雜多變，使得電廠需要進行不斷得調峰以滿足需求。因機組的汽輪機和轉子存在結構、材質的差別，使得其質面比存在差別。質面比即轉子和汽缸的質量與熱交換面積的比值，轉子的質量小，其質面比小，汽缸的質量大，質面比也大。在機組升溫和冷卻的過程中，轉子升溫的速度比汽缸快，降溫過程也是此種情況。導致熱變形過程存在差脹，轉子膨脹過程大于汽缸，即正差脹，反之，則為負差脹。差脹過程如果嚴重，會導致機組的振動。長時間運行下容易出現振動異常情況，如果不能及時發現處理汽輪機的振動異常，會極大影響整個機組的安全運行，因此本文對差脹導致振動情況進行分析，并對相對應的應對措施進行說明，為汽輪機的運行提供實踐參考。

2 機組概況

該機組為為哈爾濱汽輪機有限責任公司制造的CLN660-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機。

機組膨脹的絕對死點在#1低壓缸的中心，汽輪機膨脹時，#1低壓缸中心保持不變，它的后部通過定位中心梁推動#2低壓缸沿機組軸向向發電機端膨脹。#1低壓缸的前部通過定位中心梁推著中軸承箱、高中壓缸、前軸承箱沿機組軸向向調速器端膨脹。

3 機組冷態啟動

機組冷態啟動，機組轉子和汽缸的溫度相對較低，由于啟動前，機組已進行數小時的盤車操作，其設備的膨脹情況基本處于穩定狀態，此時的差脹可以參考初始值1.3mm。

機組啟動過程中，轉子和汽缸均受蒸汽的作用影響，由于轉子和汽缸存在質面比的差別，使得轉子的膨脹高于汽缸。待轉速升至3000時，機組運行溫度不斷提升，轉子的膨脹速度一直高于汽缸，此時的差脹從1.3升高至1.9，機組升高至3000轉速高保持穩定運行，轉子的膨脹趨于平緩，因汽缸的膨脹存在時間差，導致汽缸在轉子膨脹結束后繼續膨脹，待差脹達到最大值2.3后，開始向負方向移動。

機組進行并網過程中，蒸汽溫度與流量不斷提升，導致轉子和汽缸的溫度不斷提升，而由于轉子的升溫超前于汽缸，最終導致差脹繼續向正差脹方向移動。而隨著運行的平穩，轉子基本溫度達到固定值，而汽缸繼續升溫，導致差脹向反方向移動；機組升負荷過程存在蒸汽和流量的不斷變化，導致差脹產生上下波動的情況。

機組跳閘導致蒸汽輪機甩負荷運行，轉子受到靜止部分的加熱作用而膨脹，差脹往正差脹方向發展且變化較為劇烈。機組打閘后轉速下降至盤車轉速，差脹回歸到初始值。

4 機組熱態啟動

機組帶大負荷運行后停機，缸內溫度較高，盤車數小時后進行熱態啟動。熱態啟動第一次升速時，高壓內缸溫度較高。機組熱態升速過程中，蒸汽流量相對較小且溫度較低。蒸汽做功后其溫度降低，導致轉子和汽缸存在一定的收縮，導致差脹向負方向移動。機組升高至3000轉速后，振動不斷發散至跳機值，打閘停機后，蒸汽的冷卻作用消失。轉子相對膨脹，機組差脹往正差脹方向變化。

5 轉子熱變形振動預防與維護措施

在所有的汽輪機振動的原因中，轉子變形導致汽輪機振動的情況最多。汽輪機的運行環境多為高溫高濕的環境，轉子在惡劣條件下長時間運行，會出現熱變形的情況。出現變形的轉子在汽輪機運行中，轉子之間會出現貼合不密實的情況，進而導致汽輪機的異常振動。在判斷汽輪機振動是否因轉子熱變形引起時，需要對轉子熱變形導致汽輪機振動的具體過程進行分析說明，然后對問題進行分析，進而找到問題的解決措施。在汽輪機剛沖轉時，汽缸的溫度較蒸汽的溫度低，隨著汽輪機的進氣參數不斷升高，轉子的溫度不斷升高，隨著轉子的溫度不斷升高，可能會對轉子的材質產生影響，產生變形進而使得汽輪機的振動情況加重；另外，轉子的線圈異常脫落也會影響汽輪機的振動。針對這一特性，可以對汽輪機轉子的表面進行處理，在轉子表面用滑移材料(聚四氟乙烯)進行表面覆蓋，通過此種方式，可以使得汽輪機的轉子匝線能夠在其表面進行有效的伸縮，另外可以有效避免過高的熱量導致轉子匝線脫落。在汽輪機振動出現時，如果該振動由轉子熱變形引起，需對轉子進行更換，徹底解決轉子變形問題，對新更換的轉子進行表面處理。

汽輪機在運行過程中，如果出現異響或者非正常的振動情況時，首先可以適當降低汽輪機的負荷，如能減小振動情況表明機組無明顯故障；如果降低負荷不能有效地消除振動和異響，需及時破壞真空緊急停機，否則可能會引起比較嚴重的事故。

針對轉子熱變形導致汽輪機的振動，需要及時更換新的轉子降低機組的振動情況，消除振動力能夠從根本上消除汽輪機的振動。加強對汽輪機的維護保養，在維護保養過程中，如果出現不和諧的機械摩擦聲音，確保及時發現問題并對相應的部件進行維修和更換處理，避免因振動造成更為嚴重的機組運行故障。控制機組運行中的干擾力的產生和存在，維持轉子轉動過程中的速度和潤滑油粘度的正比例關系，避免干擾力造成油膜的破壞，杜絕低頻振動的產生。另外，可以利用傳感器對汽輪機的運行狀態進行監測，通過傳感器的數據分析，可以充分判斷出汽輪機的實時運行情況，在故障發生初期降低、解決隱患，避免對汽輪機運行造成振動影響。

6 結語

轉子和汽缸存在結構、材質的差別，在溫度變化的情況下，其出現不同的熱變形率，由于膨脹和收縮情況的差異，導致機組運行可能產生振動。機組啟動和調峰運行過程中，蒸汽流量和溫度不斷發生變化，導致溫度頻繁變化，因此進一步導致差脹變化，本文對啟動過程中的差脹變化情況進行分析，并對熱變形振動的預防措施進行說明。