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某厂2×700 MW汽轮机是从日本三菱重工公司引进的亚临界、反动式、单轴、三缸、四排汽、一次中间再热、凝汽式汽轮机。汽轮机高、中压缸采用合缸方式共用一个缸，2个低压缸采用双分流结构从而形成4个排汽口。
自开始运行以来，某厂1号机组汽轮机胀差比刚投产时增大了，并一度出现胀差高报警，通过对胀差测量回路的检查和对运行工况的分析，找出了汽轮机胀差增大的原因，并采取了相应的解决措施，使胀差回落至标准值。
1 胀差监测原理
在汽轮机运行过程中，使转子与汽缸保持大致相同的轴向热胀速率是极其重要的。在机组启、停机及运行过程中，由于汽轮机转子与汽缸的质量、热膨胀系数和热耗散系数不同，转子的温度比轴承的温度上升得快，如果两者间的热增长差超过汽轮机所允许的间隙公差，就会发生动静部分磨擦。为防止这类故障的发生，需要安装胀差监测探头，以监测转子与汽缸之间的间隙。
胀差监测探头一般采用两种办法监测胀差，即斜面测量法和补偿式测量法。对于斜面测量法，如图1所示，若A点向左移至A＇点，设轴方向上的位移为L，探头所观测的斜面在探头轴线上的位移为a，斜面与膨胀方向的夹角为α，则探头探测到的相对位移a＝Lsinα。 （图片） 斜面式测量方法需要两个探头，一个用来探测轴的轴向位移，另一个用来探测轴的径向运动（由于油楔或油膜的升高，使得轴的径向位置发生变化）。在双探头测量法的应用中，当转子膨胀或收缩时，它总是以向着一个传感器而离开另一个传感器的方向移动，因此最终显示的胀差值为轴向位移与径向位移的矢量差。斜面式测量法按探头的安装位置可分为双斜面选择测量法与单斜面选择测量法。某厂采用的是双斜面选择测量法。
2 胀差增大的原因分析
对于1号机组汽轮机胀差增大的原因，从监测系统测量回路和运行工况两方面进行分析。
2．1测量回路的检查
胀差测量回路是由探头、前置器和卡件组成，其中探头和前置器各两套，显示卡件一块。
2．1．1物理检查
现场设备无明显受损现象；前置器工作环境温度为40℃左右，符合要求；前置器工作电压为24．235 V，电压稳定、无波动。
2．1．2现场数据
1号机组负荷为480 MW，胀差为20 mm，A通道的输入电压为4．93 V，B通道输入电压值为7．32V，且数据稳定。
2．1．3原始数据
根据探头安装的原始校验报告可知：A探头的原始安装零点位置为10．3 mm，B探头的原始安装零点位置为7．0 mm；A探头的灵敏度为0．798V／mm，B探头的灵敏度为0．788 V／mm；A探头在间隙距离为7 mm时对应的输出电压为4．962V，B探头在间隙距离为11 mm时对应输出电压为7．813 V；A探头和B探头与膨胀方向存在9．5°的夹角。
2．1．4数据推算和论证
根据胀差测量原理和现场数据可推算出零点间隙位置，再与探头的原始安装零点间隙位置相比较，以判断胀差探头安装位置与测量回路是否正常。如果推算出的零点间隙位置与原始数据存在偏差，则说明胀差探头所测量的胀差值非实际值，探头或测量回路可能存在故障；否则说明胀差的增大不是由于探头安装及测量回路出现故障所致。
根据原始和现场数据，可推算出A探头在胀差为20 mm时的间隙距离为6．960 mm，零点间隙距离为10．26 mm；B探头在胀差为20 mm时的间隙距离为10．37 mm，零点间隙距离为7．07 mm。对于探头的零点间隙距离，A探头的推算结果与原始安装位置有0．4％的偏差，B探头的推算结果与原始安装位置有1％的偏差，均符合探头精度的要求。因此可以判断探头的安装位置及测量回路为正常，胀差的增大并非测量回路有故障所致。
2．2运行工况的分析
2．2．1转子
为寻找胀差增大的原因，将1号机组小修停机时的胀差数据与原始数据相比较（见表1）。（图片） 2002年2月7日1号机组小修时，由于机械检修原因，汽轮机转子并未处于标准零位，因此只要此时汽轮机胀差变化量与转子和汽缸之间间隙变化量一致，便证明胀差探头安装位置未发生改变。通过表1比较，我们可以清楚看出，在2月7日停机时的测量值与调试阶段的原始安装值相比较，胀差的增大量与转子和汽缸之间间隙值的变化量相一致，说明胀差探头的安装位置并未改变，胀差值的增大与探头安装位置无关。
2．2．2运行工况
在汽轮机启动、停机和运行中，汽缸和转子分别以各自的死点向某一方向膨胀，胀差值反映了汽缸与转子之间的变化程度。某厂1号机组汽缸和转子的死点分别处于两个低压缸之间和汽轮机机头。
表2列出了1号机组投产以来的运行参数值。（图片） 将表2中2000年4月11日的数据与2001年11月6日的数据进行比较，1号机组的胀差和热段再热蒸汽温度存在较大的差异，其它参数基本一致。
当汽轮机进汽参数发生变化时，首先是转子的热状态发生变化，汽缸的热状态变化要滞后于转子一段时间，因此机组的胀差会发生变化。当汽轮机的再热蒸汽温度升高时，由于死点的存在，将使转子向发电机方向膨胀；由于汽缸的死点位于两个低压缸之间，两个汽缸之间是刚性连接的，只存在很少的热传递，同时再热蒸汽经过了中压缸的做功后，其温度已大大降低，而胀差监测探头是安装在汽轮机低压缸与发电机之间，因此再热蒸汽温度的升高使胀差监测探头所在汽缸的膨胀速度大大慢于转子的膨胀速度，汽缸的膨胀程度小于转子膨胀程度，从而导致胀差增大。
从表2可知，在同等负荷的前提下，热段再热蒸汽温度比刚投产时有所升高，而胀差正是随着再热蒸汽温度的升高而增大，因此再热蒸汽温度的变化是导致胀差变化的直接原因。在1号机组小修时，对再热器管路进行机械处理后，在同等负荷工况下，现在再热器温度已下降至投产初期的水平，胀差亦已回落到标准值。
3 结论
造成某厂1号机组胀差增大的原因是在运行过程中热段再热蒸汽温度有较大的升高，使转子在轴向方向的膨胀程度比汽缸的膨胀程度大。因此在机组正常启动、停机和运行过程中，合理地控制蒸汽温升率和温降率，维持再热蒸汽温度在稳定的水平上，就能将汽轮机组胀差控制在安全的范围内。
4/19/2012
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