汽輪機上下缸溫差大分析

汽輪機啟動與停機過程中， 很容易使上下汽缸產生溫差， 通常上汽缸溫度高於下汽缸溫度。 我廠#4機在大修後的試驗階段， 機組多次因上下汽缸溫差大停運， 經分析並查找原因最終徹底解決此故障。

上下汽缸溫差產生的原因：1.下汽缸本身重量大於上汽缸， 在相同熱量下， 下汽缸溫度就較低， 同時下汽缸佈置有抽汽管道和疏水管道， 散熱面積大， 散熱速度快；2.汽缸內熱蒸汽向上運動， 經過汽缸金屬壁冷卻後的凝結水流到下汽缸， 在下汽缸形成較厚的水膜， 增加了蒸汽與壁面的傳熱熱阻， 受熱條件惡化，

如果疏水不暢， 會使上下汽缸溫差大的情況更嚴重；3.當汽輪機調速汽門開啟順序不當或在空、低負荷運行時， 汽輪機部分進汽會使上下汽缸溫差增大；4.因停機後新蒸汽的閥門、抽汽管道閥門或汽缸疏水閥門不嚴密， 向汽缸漏入汽水或者停機後仍有蒸汽自軸封漏入汽缸， 也會使溫差增大。 汽輪機在啟動過程中， 上下汽缸存在一定溫差， 當蒸汽流量增加到一定數量時（相當於20%～30%的額定負荷）， 溫差才有所減小。

上下汽缸溫差超過50℃的影響及危害：汽輪機啟動與停機時， 汽缸的上半部溫度比下半部溫度高， 溫差會造成汽缸的變形， 使汽缸向上彎曲從而使葉片和圍帶損壞。 曾對汽輪機進行汽缸撓度的計算， 當汽缸上下溫差達100℃時，

撓度大約為1mm， 通過實測， 數值很近似。 由經驗表明， 假定汽缸上下溫差為10℃， 汽缸撓度大約0.1mm， 一般汽輪機的徑向間隙為0.5～0.6mm。 故上下汽缸溫差超過50℃時， 徑向間隙基本上已消失， 如果此時啟動， 徑向汽封可能會發生摩擦， 嚴重時會造成圍帶的鉚釘磨損， 引起更大的事故。 上下汽缸的溫差沿軸向並不一樣， 其最大值通常出現在調節級附近。 汽輪機轉子一般為整鍛轉子， 同時高壓轉子的軸封是直接在軸體上加工而成， 一旦發生徑向動靜部分摩擦， 會引發大軸彎曲， 發生振動， 如不及時處理可能會擴大成永久變形， 上下汽缸溫差造成的熱變形通常是造成大軸彎曲的初始原因。 另外， 過大溫差的存在還會使隔板和葉輪偏離正常時所在的垂直平面的現象， 使軸向間隙變化， 甚至引起軸向動、靜摩擦。

減小上下汽缸溫差採取的預控措施：檢修方面， 為了防止熱變形， 應該改善下汽缸的疏水條件， 保證各疏水管暢通， 防止疏水在下汽缸內積存；同時下汽缸也要採用合理的保溫， 根據情況加厚保溫層減少散熱， 有條件加裝擋風板減少空氣對流。 運行操作方面， 機組啟動和停機過程中， 運行人員應正確及時使用各疏水門， 減少蒸汽的凝結， 並防止疏水不暢或排擠情況， 嚴格控制溫升速度， 限制啟動速度， 做好暖機工作， 嚴密監視機組振動情況和溫差變化， 上下缸溫差超過50℃時應停止啟動， 盤車預熱， 直到上下缸溫差降至規定範圍， 嚴防大軸彎曲，

冷態啟動儘量不用調門沖轉， 送軸封時間可以適當提前， 沖轉時真空維持-70kpa左右， 高低加隨機啟動等。

另外， 缸溫測點問題也直接影響了運行人員的判斷， 通過採取以上措施， 我廠#4機上下缸溫差有了較大改善， 但在機組並網後準備做超速試驗前出現上下缸溫差增大的情況， 懷疑下缸測點指示不准， 經檢查測溫元件無異常， 更換新測溫元件後溫度沒有明顯變化， 經過查閱圖紙， 結合前期檢修情況， 最終確定為下缸測溫元件套管內堵塞雜物， 導熱受阻致使下缸顯示溫度偏低， 後來採用導熱塊測溫的備用測點加裝後下缸溫度顯示正常， 保證了機組順利啟動運行。