#1燃气轮机#2胀差异常变化的原因与处理对策
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【摘 要】汽轮机胀差的变化是影响机组启停时间的重要因素之一，也是影响机组安全、稳定、经济的关键因素。本文介绍了杭州华电半山发电有限公司#1燃气轮机中的#2胀差在机组启停过程中异常变化的原因，产生的影响，以及采取的应对措施。
【关键词】胀差;机组启停;转子;气缸
0 引言
在燃气轮机日常启停、运行过程中，转子与气缸保持基本一致的軸向热膨胀率对于胀差的控制是非常关键的。然而，由于设备材质因素的影响，汽轮机转子与气缸的质量、热膨胀系数等不尽相同，就造成转子与气缸受热后金属温度上升速率不同，两则之间的间隙就会发生变化，情况严重时动静部分会发生摩擦，对汽轮机叶片构成损伤，甚至引起严重的设备事故，因此为了保证机组的安全稳定运行，严格控制胀差的变化则显得意义重大。
1 胀差产生的原因、种类及危害
胀差的产生主要是由于汽轮机气缸与转子在受热或受冷时两者的传热系数不一样使得在受热或受冷时气缸的膨胀相对于转子不同而造成的。当汽轮机在启动加热、停机冷却过程中，或是在运行中工况变化时，汽轮机的气缸和转子会发生热膨胀或冷收缩，由于转子的受热表面积比气缸大，转子的质量比相对应的气缸小，两者的传热系数不同，而在相同条件下，转子的温度变化程度比气缸明显，从而使得转子与气缸之间产生了膨胀差，而这差值是指转子相对于气缸而言的，当转子的轴向膨胀大于气缸的轴向膨胀时，称为正胀差;反之当转子轴向膨胀小于气缸膨胀时，称为负胀差。
产生正胀差主要由以下原因引起：
（1）启动时暖机时间太短，升速或加负荷速率太快;
（2）机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高;
（3）轴封汽温度过高或轴封汽流量过大，造成轴径过长;
（4）推力轴承磨损，造成轴向位移增大;
（5）气缸保温层保温效果不佳或保温层脱落;
（6）胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数值偏差;
（7）滑销系统或轴承台板的滑动性能差，容易卡涩;
（8）真空、转速变化的影响;
（9）轴承油温过高;
（10）机组停机惰走过程中的“泊松效应”所致。
产生负胀差主要有以下原因引起：
（1）负荷迅速下降或突然甩负荷;
（2）主汽温度骤减或机组启动时进汽温度低于金属温度;
（3）由于各种原因而引起的水冲击;
（4）轴封汽温度过低或流量太小;
（5）轴承油温太低;
（6）轴向位移变化;
（7）机组启机加速过程中的“泊松效应”所致。
在机组实际启停、运行中，无论正胀差还是负胀差都会对机组造成影响，因此作为运行人员必须要严密监视、严格控制。一般情况下下，胀差在机组正常运行过程中不会出现很大的偏差，而是在机组启停阶段、负荷大幅度变化情况下会出现较大变化，一旦胀差超限则会使动静叶片的轴向间隙变小，导致动静部件之间发生摩擦，引起机组振动加剧，甚至造成严重的设备损坏事故。
2 启停机过程中不同阶段的胀差变化
2.1 轴封投入阶段
热态启机过程中，当轴封进汽后，由于轴封温度远低于汽轮机缸内金属温度，转子受冷收缩明显，负胀差加剧，当负胀差达到-4mm时将闭锁启机，而冷态启机时正胀差明显，因此运行人员要根据机组高压缸当前缸温选择机组启动方式（温度低于204℃时选择“冷态”，温度介于204℃与371℃之间时选择“温态”，温度大于371℃时选择“热态”），严格遵守轴封投入时间，热态启动提前2小时投入，冷态启动提前4小时投入，从而严格控制胀差的变化，保证机组能够正常、安全启动。
2.2 升速加负荷阶段
该阶段下，机组的胀差总体趋势是不断增大的，这是由于蒸汽参数的提高，进入汽轮机内的蒸汽流量、温度在不断升高，蒸汽与转子、气缸的热交换加剧，此时表现为正胀差幅度明显。而当转速达到3000r/min时，胀差的曲线会有一小段的下降趋势，这是由于转子的“泊松效应”所致，当转子高速旋转时，受离心力的作用，使转子发生径向和轴向变形，大轴在离心力的作用下变粗变短，此时出现负胀差现象。
2.3 正常运行阶段
汽轮机在稳定工况的情况运行时，转子和气缸同金属温度，并与蒸汽温度相近，胀差趋于稳定值。
2.4 减负荷阶段
当机组处于减负荷或是停机阶段，流经汽轮机的蒸汽温度低于金属温度，此时表现为负胀差幅度明显。当转速由3000r/min下降过程中，胀差的曲线会有一小段的上升趋势，这同样是由于转子的“泊松效应”所致，当转速降低时，离心力的作用减小，大轴的径长又回到原来的状态，变细变长，从而出现正胀差现象。
3 #2胀差异常变化分析及处理
本厂的 #1燃气轮机在汽轮机的#3、#4轴承出分别安装了1号胀差探测器（DEDP-1）、2号胀差探测器（DEDP-2），用来测量这两个轴承的振动值。当#3轴承处的1号胀差探测器（DEDP-1）检测到胀差过大或过小，从而触发胀差跳机，其中报警值为-0.97mm或+2.97mm，跳机值为-1.73mm或+3.73mm;当#4轴承处的2号胀差探测器（DEDP-2）探测到胀差过大或过小，同样会触发胀差跳机，其中报警值为-4.72mm或+8.71mm，跳机值为-5.48mm或+9.47mm。
在某日夜班的冷态启机过程中，当轴封汽通入一段时间后，运行人员监盘时发现#2胀差值突然开始降低，持续降低至-13.6mm，已经远远超出跳机值-5.48mm。而正常情况下，当轴封汽投入后，机组胀差值总体是呈上升趋势的，因此认定这样的异常下降明显不符合正常规律。
发现问题后立即进行针对性分析，通过一系列检查、分析、验证后发现，导致此次#2胀差值异常变化的原因是4号轴承处轴封汽存在外漏现象，严重干扰到#2胀差探测器的正常工作。
由于机组设计构造的原因，#1胀差值只受到轴的变化影响，而#2胀差值会同时受到轴和缸体变化的双重影响，导致#2胀差值变化相对于#1胀差值变现得更明显，对机组的安全影响也更大。因此为了避免#2胀差探测器由于外界干扰或是自身故障等原因引起机组跳机事故的发生，在4号轴承出新增#2B胀差探测器（DEDP-2B），DEDP-2B的值在Mark 6的振动界面上显示，其报警与跳机值与原#2胀差（DEDP-2）一致。
同时对#2胀差跳机逻辑保护进行了修改（以下两条“或”关系）：（1）DEDP-2报警且DEDP-2B跳机值触发机组跳闸;（2）DEDP-2B报警且DEDP-2跳机值触发机组跳闸。
4 结束语
汽轮机胀差是影响机组启停时间、安全、经济的重要因素之一，而引起胀差变化的因素有很多，因此作为运行人员在机组启停机阶段、运行期间要兼顾监视并调整好每一个相关联的参数，必须衔接好每一个关键环节，整体与局部有机统一起来，将胀差值控制在正常范围内，从而保证机组的安全经济运行。
参考文献：
[1]杜中梁.汽轮机胀差原理及控制[J].能源与节能，2017（01）：108-109.
[2]郭文斌.汽轮机原理[M].北京：电力出版社，1996.
（作者单位：杭州华电半山发电有限公司）
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