什么是胀差？胀差变化与哪些因素有关

汽轮机组启动过程中胀差的控制作者：王雷来源：《科技风》2018年第01期摘要：本文从胀差产生的原理，差胀的重要性，影响差胀的因素及如何控制等方面进行了详细的分析，对汽轮机在启动、停运及正常运行时如何控制胀差有一定的指导作用。

关键词：胀差；膨胀死点；泊桑效应一、胀差的认识大功率汽轮机组由于长度增加，机组膨胀死点多，汽缸多采用双层缸、分流缸等结构。

在启停过程中，转子与汽缸因材质、形状、结构以及与蒸汽的接触面积等不同，使得金属与蒸汽进行的热交换条件不同，从而造造成汽缸与转子在轴向的膨胀程度不一致，即出现相对膨胀，相对膨胀通常也俗称为胀差。

胀差是机组启停与甩负荷等过程中需要重点关注的一项重要指标，胀差的大小反应了汽轮机轴向动静间隙的变化情况。

胀差过大或过小，均有造成汽缸与转子的动静部分发生碰磨的可能性，会给机组安全运行造成很大的影响，严重时可能会造成设备毁坏。

因此胀差值做了热工保护，若胀差超限，则热工保护动作使机组紧急停机，可避免发生事故，损坏设备。

二、胀差的分类胀差分为正胀差与负胀差。

一般规定转子膨胀大于汽缸膨胀时为正胀差，表明动叶与静叶入口的间隙减小，通常这一间隙设计得较大。

当进入汽轮机的蒸汽温度明显升高或汽轮机暖机时，转子和汽缸同时受热膨胀，转子由于质量相对汽缸要小，受热后膨胀要快，在轴向上膨胀量要大于汽缸的膨胀量，表现为正胀差。

汽缸膨胀大于转子膨胀时为负胀差，说明静叶与动叶入口间隙减小。

当进入汽轮机的蒸汽温度明显降低或汽轮机滑参数停机时，转子和汽缸同时受冷收缩，转子由于质量相对汽缸要小，受冷后收缩要快，在轴向上收缩量要大于汽缸的收缩量，表现为负胀差。

三、胀差产生的原因胀差产生的原因大致可分为以下几点：（1）转子和汽缸的制造材料不同，金属热膨胀系数不同。

（2）转子与汽缸质量不同，转子与蒸汽接触面积大，汽缸大与蒸汽接触面积小；转子质量轻、表面积大，质面比较小，汽缸质量大、表面积小，则质面比较大。

（3）转子转动时蒸汽对转子表面的放热系数高于对汽缸表面的放热系数，因此温升速率不一致。

汽轮机冷态起动胀差变化因素分析及控制叶勇董志国(国家能源公司甘肃公司，730000，甘肃兰州)近年来，随着国内大中型火电机组或新能源电站相继建成投产，火电机组参与电网大幅调峰成为必然。

机组起、停台次，尤其是冷态起动次数相应增多。

在汽轮机冷态起动各个阶段，胀差的变化方向及变化量不尽相同，无论在哪个阶段，若汽轮机胀差调整控制不当，很有可能导致胀差过大甚至超限⑴，引起汽轮机动静部分碰磨、轴瓦振动等一系列问题$2不同类型、不同容量和型号的汽轮机，其冷态起动过程中胀差的变化有所不同$3%&下面结合国家能源集团甘肃公司的现役机组案例，对汽轮机冷态起动操作过程中胀差的变化进行分析，以探索汽轮机冷态起动操作过程中胀差变化规律及控制措施，以保证汽轮机主辅设备的安全经济运行。

1冷态起动过程中影响胀差变化的主要因素影响汽轮机冷态起动胀差变化的因素很多，机组负荷、转速、真空的变化，汽轮机进汽温度、压力、流量等参数的升降以及轴封供汽、汽法加热、保温及疏水方式的改变，都会引起胀差变化。

结合现场实际分析，主要有以下几个方面。

1■〔负荷及转速的影响随着汽轮机转速的升高，各部转子在离心力的作用下变粗、缩短(泊松效应)。

转速越高，离心力越大。

这种作用对整锻式转子的影响不大，但对转子的缩减作用明显，转速的变化对汽轮机中、低压胀差的影响是很大的。

在冷态起动过程中，负荷变化对胀差的影响主要表现在汽轮机进汽量及参数的变化上。

在不同的负荷点，蒸汽与金属热交换对汽轮机各部胀差的影响是不一样的。

蒸汽主要在高压缸调速级做功，所以在汽轮机低负荷阶段，高压胀差的变化是很大的。

只有当负荷增加到一定程度，中、低压缸进汽量增大，中、低压胀差才会有相应变化。

留在起动按钮上，导致防跳跃继电器K1闭锁。

(2)控制回路设计存在缺陷。

3措施(1)在允许合闸指示灯回路串联起动按钮SB1。

起动按钮按下，允许合闸回路断开,防跳跃回路没有起动命令时失电。

改进回路如图2所示。

汽轮发电机低压缸胀差大原因分析及处理汽轮发电机是一种利用汽轮机转动发电机发电的装置。

汽轮发电机的低压缸胀差是指在使用过程中，低压缸前后缸衬之间的胀差变大，导致压力泄漏增加，功率减弱，工作效率下降的问题。

下面将对汽轮发电机低压缸胀差大的原因进行分析，并提供相应的解决方法。

1.低压缸衬材质问题：低压缸衬材质选择不合适，导致其抗热胀性能不足，容易在工作温度下产生较大胀差。

解决方法是更换高性能的衬套材料，如高温合金。

2.温度控制问题：在汽轮发电机运行中，由于管路、冷却系统等问题，导致低压缸温度控制不良，超过了设计要求，造成衬套过度膨胀，胀差增大。

解决方法是优化冷却系统，确保低压缸温度在可控范围内。

3.衬套密封不良：低压缸衬套与缸体之间的密封不良导致压力泄漏，增加了压力差，使得衬套产生较大胀差。

解决方法是检查并修复衬套密封问题，确保衬套与缸体之间的紧密连接。

4.衬材磨损问题：低压缸衬套长时间使用后，由于磨损、疲劳等原因，失去了原有的密封性能，导致胀差增大。

解决方法是定期检查衬套磨损情况，及时更换磨损严重的衬套，延长发电机使用寿命。

5.运行过程中的振动问题：汽轮发电机在运行过程中受到振动的影响，振动过大会导致低压缸衬套松动，增加了胀差。

解决方法是加强对汽轮发电机的振动监测和控制，有效减小振动对衬套的影响。

综上所述，汽轮发电机低压缸胀差大的原因可能是多方面的，包括材料、温度控制、密封、磨损和振动等问题。

针对这些原因，需要进行相应的处理方法，如更换衬套材料、优化温度控制系统、修复密封问题、定期更换磨损的衬套以及加强振动监测和控制。

通过这些措施，可以有效降低低压缸胀差，提高汽轮发电机的运行效率和使用寿命。

汽轮机的胀差控制汽轮机在启停过程中，转子与汽缸的热交换条件不同。

因此，造成它们在轴向的膨胀也不一致，即出现相对膨胀。

汽轮机转子与汽缸的相对膨胀通常也称为胀差。

胀差的大小表明了汽轮机轴向消息间隙的变化情况。

习惯上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差值为正胀差，汽缸膨胀大于转子膨胀时的胀差值为负胀差。

胀差数值是很重要的运行参数，若胀差超限，则热工保护动作使主机脱扣。

转子的相对胀差过大，会使动、静轴向间隙消失而产生摩擦，造成转子弯曲，引起机组振动，甚至出现重大事故。

一、分析胀差时，需考虑的因素：轴封供汽温度和供汽时间的影响：在汽轮机冲转前向轴封供汽时，由于冷态启动时轴封供汽温度高于转子温度，转子局部受热而伸长，出现正胀差，可能出现轴封摩擦现象。

在热态启动时，为防止轴封供汽后出现负值，轴封供汽应选用高温汽源，并且一定要先向轴封供汽，后抽真空。

应尽量缩短冲转前轴封供汽时间。

真空的影响：在升速热机的过程中，真空变化会引起涨差值改变。

认真空降低时，为了保持机组转速不变,必须增加进汽量，摩擦鼓风损失增大，使高压转子受热膨胀，其涨差值随之增加。

认真空进步时，则反之。

使高压转子胀差减少。

但真空高低对中、低压缸通流部分的胀差影响与高压转子相反。

进汽参数影响：当进汽参数发生变化时，首先对转子受热状态发生影响，而对汽缸的影响要滞后一段时间，这样也会引起胀差变化，而且参数变化速度越快，影响越大。

因此，在汽轮机启停过程中，控制蒸汽温度和流量变化速度，就可以达到控制差胀的目的。

汽缸和法兰加热的影响：汽缸水平法兰在升速过程中温度比汽缸要低，阻碍汽缸膨胀，引起胀差增加。

转速影响：泊桑效应也就是汽轮机的轴在转速增加的时候,受到离心力的作用,而变粗,变短.转速减小的时候,而变细,变长滑销系统影响：在运行中，必须加强对汽缸尽对膨胀的监视，防止左右侧膨胀不均以及卡涩造成的消息部分摩擦事故。

汽缸保温顺疏水的影响：汽缸保温不好，会造成汽缸温度分布不均且偏低，从而影响汽缸的充分膨胀，使汽机膨胀差增大；疏水不畅可能造成下缸温度偏低，影响汽缸膨胀，并轻易引起汽缸变形，从而导致相对差胀的改变。

机组启动时胀差变化的分析与控制本帖隐藏的内容汽轮机在启停过程中,转子与汽缸的热交换条件不同。

因此,造成他们在轴向的膨胀也不一致,即出现相对膨胀。

相对膨胀通常也称为胀差。

胀差的大小表明了汽轮机轴向动静间隙的变化情况。

监视胀差是机组启停过程中的一项重要任务。

为避免轴向间隙变化而使动静部分发生摩擦,不仅应对胀差进行严格的监视,而且胀差对汽轮机运行的影响应该有足够的认识。

受热后汽缸是从“死点”向机头方向膨胀的,所以,胀差的信号发生器一般安装在汽缸相对基础的“死点”位置。

相对于5#6#机来说,胀差发信器安装在盘车电机下侧三瓦附近的轴承箱座上。

机组的启动按启动前汽轮机金属温度水平分为：冷态启动（金属温度150—180度）温态启动（180度—350度）热态启动（350度—450度）极热态启动（450度以上）。

现仅就常见的冷态启动和热态启动时机组胀差的变化与控制进行简单分析：在机组冷态启动过程中,胀差的变化和对胀差的控制大致分为以下几个阶段：1,汽封供汽抽真空阶段。

从汽封供汽抽真空到转子冲转前胀差值是一直向正方向变化的。

因为在加热或冷却过程中,转子温度升高或降低的速度都要比汽缸快,相应的膨胀或收缩的速度也要比汽缸快。

在我们投入均压箱对汽封供汽时,汽封套受热后向两侧膨胀,对整个汽缸的膨胀影响不大。

而与汽封相对应的转子主轴段受热后则使转子伸长。

汽封供热对转子伸长值的影响是由供汽温度来决定的,但加热时间也有影响。

所以,冷态启动时5#机均压箱的压力不宜过高,一般应保持在0.1MPA以下,而温度则应在200摄氏度左右。

当抽气系统投入并开始抽真空后,如果胀差向正值变化过快,可以采取降低均压箱压力或适当提升凝汽器真空的方法,因为通过提升真空可以减少蒸汽在汽封中的滞留时间。

总体上来说,冷态开机,汽封来汽温度和压力应该低一些,真空应该提升的快一点,在确保安全的前提下尽早达到冲转的条件。

2,暖机升速阶段。

从冲转到定速,胀差基本上继续上升。

汽轮机胀差保护的作用解释说明以及概述1. 引言1.1 概述汽轮机是一种重要的能量转换设备，广泛应用于电力、化工、钢铁等各个领域。

在汽轮机运行中，胀差问题是一个常见且关键的挑战。

胀差指的是在汽轮机快速启动或负载快速变化时，由于热膨胀和冷缩不均匀引起的叶片与壳体之间的间隙变化。

1.2 文章结构本文旨在详细说明汽轮机胀差保护措施及其作用，并进一步介绍胀差对汽轮机性能和安全性的影响。

文章将分为五个部分进行阐述：引言、汽轮机胀差保护的作用、解释说明汽轮机胀差保护措施、汽轮机胀差保护的效果评估与应用案例分析以及结论与展望。

1.3 目的本文旨在深入了解汽轮机胀差保护技术，明确其作用和意义，并探讨相关措施对汽轮机性能和安全性的影响。

通过对现有研究成果和实际运行案例的归纳和总结，旨在为汽轮机胀差保护提供有效的指导和建议。

此外，本文还将展望未来研究方向和发展趋势，以推动汽轮机胀差保护技术的进一步创新和应用。

2. 汽轮机胀差保护的作用2.1 胀差定义与原理汽轮机胀差是指在高温工况下，由于受热面积变化不均匀引起的部分区域膨胀过快，造成设备失稳或损坏。

它是汽轮机运行过程中常见的问题之一。

根据热力学原理，高温导致轴心线和蒸汽流动发生变化，导致设备失稳并可能引发事故。

2.2 胀差对汽轮机的影响胀差会对汽轮机的性能和安全产生严重影响。

首先，胀差会导致转子不平衡，引发振动和噪音，降低设备可靠性。

其次，在极端情况下，过大的胀差可能会导致叶片与固定部件碰撞，造成设备损坏或事故。

此外，由于胀差使得叶片间隙变小，蒸汽流动速度增加，给汽轮机带来额外的负荷和效率下降。

2.3 胀差保护的需求与重要性鉴于胀差对汽轮机的严重影响，保护汽轮机免受胀差所带来的问题至关重要。

胀差保护措施旨在确保设备在高温条件下正常工作，稳定性和安全性得到保障。

由于胀差是由瞬态温度变化引起的，因此及时采取恰当措施以应对并缓解胀差现象对汽轮机的不利影响非常必要。

为了实现有效的汽轮机胀差保护，需要综合考虑温度控制策略、压力调节手段和控制系统设计与优化等方面的因素。

一）汽轮机转子与汽缸的相对膨胀，称为胀差。

习惯上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差值为正胀差，汽缸膨胀大于转子膨胀时的胀差值为负胀差。

根据汽缸分类又可分为高差、中差、低I 差、低II 差。

胀差数值是很重要的运行参数，若胀差超限，则热工保护动作使主机脱扣。

（二）使胀差向正值增大的主要因素简述如下：1）启动时暖机时间太短，升速太快或升负荷太快。

2）汽缸夹层、法兰加热装置的加热汽温太低或流量较低，引起汽加热的作用较弱。

3）滑销系统或轴承台板的滑动性能差，易卡涩。

4）轴封汽温度过高或轴封供汽量过大，引起轴颈过份伸长。

5）机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高。

6..6）推力轴承磨损，轴向位移增大。

7）汽缸保温层的保温效果不佳或保温层脱落，在严禁季节里，汽机房室温太低或有穿堂冷风。

8）双层缸的夹层中流入冷汽（或冷水）。

9）胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数字偏差。

…10）多转子机组，相邻转子胀差变化带来的互相影响。

11）真空变化的影响。

12）转速变化的影响。

13）各级抽汽量变化的影响，若一级抽汽停用，则影响高差很明显。

#—14）轴承油温太高。

15）机组停机惰走过程中由于泊桑效应”的影响。

％—（三）使胀差向负值增大的主要原因：1）负荷迅速下降或突然甩负荷。

…2）主汽温骤减或启动时的进汽温度低于金属温度。

-一3）水冲击。

4）汽缸夹、法兰加热装置加热过度。

5）轴封汽温度太低。

(V)6）轴向位移变化。

7）轴承油温太低。

8）启动进转速突升，由于转子在离心力的作用下轴向尺寸缩小，尤其低差变化明显。

9）汽缸夹层中流入高温蒸汽，可能来自汽加热装置，也可能来自进汽套管的漏汽或者轴封漏汽。

启动时，一般应用加热装置来控制汽缸的膨胀量，而转子主要依*汽轮机的进汽温度和流量以及轴封汽的汽温和流量来控制转子的膨胀量。

启动时胀差一般向正方向发展。

汽轮机在停用时，随着负荷、转速的降低，转子冷却比汽缸快，所以胀差一般向负方向发展，特别是滑参数停机时尤其严重，必须采用汽加热装置向汽缸夹层和法兰通以冷却蒸汽，以免胀差保护动作。

高压胀差控制分析田雷监控胀差是机组启、停过程中的一个重要任务，避免因轴向间隙变化而使得动静部分发生碰撞摩擦。

大功率汽轮机由于长度增加，机组膨胀死点多，采用双层缸、分流缸等结构，增加了汽缸、转子相对膨胀的复杂性；特别是在机组启停和甩负荷等特殊工况下，若胀差监控不好，则往往是限制机组启动速度的主要因素，甚至造成威胁设备安全的动静部件的碰摩、机组强烈振动、大轴弯曲等严重事故。

因此，胀差在机组启停时是关键性控制指标。

一、汽轮机胀差知识1、基本概念汽轮机转子与汽缸的相对膨胀，称为差胀，也称胀差。

习惯上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的差值为正胀差，表明动叶出口与下一级静叶入口的间隙减小，通常这一间隙设计得较大。

汽缸膨胀大于转子膨胀时的差值为负胀差，表明静叶出口与动叶入口间隙减小。

汽轮机各级动叶片的出汽侧轴向间隙大于进汽侧轴向间隙，故允许正胀差大于负胀差。

汽轮机在冷态启动及加负荷时，胀差为正；在停机或减负荷时，胀差为负。

2、厂家设计值台电公司600MW机组厂家设计：冷态时，胀差为10mm。

高压正胀差报警值为15.7mm、保护值为16.5mm ；高压负胀差报警值6.3mm、保护值为5.5mm。

低压正胀差报警值为32.2mm、保护值为33mm ；负胀差报警值6.3mm、保护值为5.5mm。

保护值的含义，当胀差达到此值必须打闸停机，这样才能保证机组安全，国华公司同类型机组均按照此设计编写规程。

600MW机组高压胀差测点安装位置在机组前轴承箱内，1瓦与主油泵间的短轴对轮处，具体位置详见附图中红线部分。

3、胀差产生的原因：1）转子和汽缸的金属材料不同，热胀系数不同；2）汽缸质量大与蒸汽接触面积小，转子质量小与蒸汽接触面积大；转子质量轻、表面积大，则质面比小，而汽缸质量大、表面积小，则质面比大。

3）转子转动，故蒸汽对转子表面的放热系数比对汽缸表面的放热系数大，温升速率不一致。

4、影响胀差的主要因素：1）主、再热蒸汽的温升、温降速度及负荷变化速度； 2）进汽参数（主要是主蒸汽温度）当进汽参数突然发生变化时，转子的受热状态首先发生变化，而对汽缸的影响要滞后一段时间，胀差将发生变化。

气缸和转子的相对膨胀一、相对膨胀汽缸与转子间热膨胀差值称为相对膨胀（胀差）。

转子轴向膨胀大于汽缸膨胀值称为正胀差。

反之称为负胀差。

胀差意味着汽轮机动静部分轴向间隙发生变化，超过规定(-1.5~3.5mm)，可能使动静轴向间隙消失，发生动静摩擦，可引起机组振动、大轴弯曲及断叶等事故。

因此，在启停机组，工况变化时，要密切监视和控制胀差变化。

二、胀差变化规律（热正冷负）1、冷启暖机阶段，汽缸、转子处于加热膨胀过程，温度变化很大，转子膨胀大于汽缸膨胀，表现为正胀差且数值连续上升直至高负荷阶段，主汽参数、负荷稳定，胀差亦稳定。

2、汽轮机甩负荷或停机过程中，汽机各部分处于冷却收缩过程，转子收缩比汽缸快，出现负胀差。

3、热态启动中，因转子、汽缸温度高，若冲转时主汽温度低于缸温，进入汽轮机后起冷却作用，也会出现负胀差。

特别是极热态启动。

4、打闸停机后惰走阶段，会出现胀差正向明显增大。

转子回转效应（泊桑效应）：转子高速旋转时，受离心力作用，转子会在径向、轴向变形，会变粗变短。

当转速降低时，离心力变小，大轴又回到原本状态，即变细变长，体现为胀差正方向突增。

三、影响胀差主要因素(冷态启动过程中)及控制1、胀差产生的根本原因是汽缸转子存在温差。

控制主蒸汽温度及温升速度，是启动中控制胀差的根本。

（主蒸汽升速率1~2.5℃/min，升压率0.2~0.3mpa/min）出现胀差上涨过快，应联系锅炉停止升温升压保持稳定，一般情况不采取降主汽温度来减小正胀差。

2、合理的暖机时间。

在规程规定的暖机各阶段时间完成后，应综合汽缸绝对膨胀值、胀差、缸温、振动等情况决定是否升速，升负荷。

3、轴封供汽温度影响轴封供汽直接与大轴接触，其温度直接影响大轴伸缩。

因此，可通过调整轴封供汽温度来控制胀差变化。

特别注意：轴封供汽应充分疏水轴封供汽温度高于轴温会使大轴局部受热伸长，胀差正向增大。

轴封供汽温度低于轴温会使大轴局部冷却收缩，胀差负向增大，在极热态启动中，如果轴封供汽温度过低，会造成高压轴封处轴颈急剧冷却收缩，将导致此处局部摩擦。