汽轮机轴向位移和胀差

汽轮机的热膨胀和胀差
摘要：
关键词：汽轮机 轴向位移、胀差

1、轴向位移和胀差的概念
轴位移指的是轴的位移量而胀差则指的是轴相对于汽缸的相对膨胀量,一般轴
向位移变化时其数值较小。轴向位移为正值时，大轴向发电机方向移，若此时汽缸
膨胀远小于轴的膨胀,差胀不一定向正值方向变化；如果机组参数不变，负荷稳定，
差胀与轴向位移不发生变化。机组启停过程中及蒸汽参数变化时，差胀将会发生变
化，由于负荷的变化而轴向位移也一定发生变化。运行中轴向位移变化，必然引起
差胀的变化。

2、轴向位移和胀差产生的原因

影响机组差胀的因素
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）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，在严冬季节里，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。

l．负价苛变化速度的影响
当负荷变化时，各级蒸汽流量发生变化，特别是在低负荷范围内，各级蒸汽温度
的变化较大，负荷增长速度愈快，蒸汽的温升速度也愈快．与金属表向降负荷速
度加快，汽缸和转子温升速度的差别愈大。负荷增加速度加快，正差胀增大；降
负荷速度加快，正差胀缩小，以致出现负差胀。
2．轴封供气温度的影响
轴封供气对转子的轴封段和轴封体加热，由于轴封体是嵌在汽缸两端，其膨胀对
汽缸轴同长度几乎没有影响，但转子轴封段的膨胀却影响转子的长度，因而使 正
差胀加大。由于轴封段占转子长度的比例较小，故对总差胀影响较小，可是轴封
处的局部差胀却比较大。若轴封供气温度过高，则出现正差胀过大；反之，负差
胀 过大。一般规定轴封气温度略高于轴封金属温度。

3．环境温度的影响
低压差胀对环境温度较敏感。环境温度升高，低压差胀变小，环境温度降低，低
压差胀升高。主要原因一方面是环境温度降低，低压缸冷却加剧（低压缸无保
温）；另一方面是循环水温度降低使真空升高，排气温度降低，缸温下降。经观
察，在不同负荷下，变化规律是一样的。在同一负荷下，冬季跟夏季低压差胀相
差 15%。

4．摩擦鼓风的影响
在机组启动和低负荷阶段，蒸汽流量较小，而高中低压级内产生较大的鼓风摩擦
损失（与转速三次方成正比），损失产生的热量被蒸汽吸收，使其温度升高。 由
于叶轮直接与蒸汽相摩擦，因此转子温度比汽缸温度高，故出现正差胀。随着转
速升高，转子摩擦鼓风损失产生的热量相应加大，但此时由于流量增加，使产生
的 鼓风损失的级数相应减少，因此每千克蒸汽吸收摩擦鼓风损失产生的热量先
随转速升高而增大，使高中低压缸正差胀增大，后又随转速升高而相应减少，对
差胀的影 响逐渐减少。

5．真空对低压差胀的影视
真空降低，一方面排气温度升高，低压缸排气口压力升高，缸体内外压差减少，
两者促进低压缸缸体膨胀，从而减少低压差胀。另一方面，若轴封气压不变，低
压缸轴封段轴封气量减少，转子加热减弱，也使低压差胀减少。

3、轴向位移和胀差的危害
1．泊桑效应影响机组低压差胀约10%，所以开机冲转前，低压差胀应保证10%
以上。在停机过程中尽量减少低压差胀（最好控制在90％以下），当低压差胀
超过110%，必须紧急停机，这时随着转速下降，低压差胀会超过120%，在低转
速区可能会有动静摩擦。

2．在冬季低压差胀过高时，要注意轴封气母管压力，若压力过高可适当调低，
也可用降低真空方法来减少低压差胀。冬季减少开窗的地方，这是冬季减少低压
差胀有效措施。
3．极热态启动时，轴封供气尽量选择高温气源，辅气作为气源时，必须保证其
温度控制在270℃左右，（一般高于轴封金属温度50度）若温度太低，将造成
高压轴封段大轴急剧冷却收缩，有可能导致前几级动静摩擦。

4．冷态启动时，轴封气源高于大轴金属温度，大轴将局部受热伸长，出现较大
的正差胀。因此要选择与轴封金属温度相匹配的气源，不拖延启动时间。低压 差
胀过大，可采用降低真空来调节，尽量提前冲转升速。机组启动阶段低压正差胀
超过限值时，可破坏真空停轴封气，待差胀正常后重新启动。

5．机组倒缸前，主蒸汽气温至少比高压缸金属温度高50℃以上，倒缸前应考虑
轴向位移对高压差胀影响。

6．机组启停阶段差胀变化幅度大，影响因素多，调整难度大，因此要严格按规
程操作，根据汽缸金属温度选择适当的冲转参数，适当的升温升压曲线，确定合
适升温速度，控制升速和暖机时间，带负荷后根据具体情况，及时分析和采取有
效方法，才能有效控制差胀。

7.
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.一般在启,停机的时候由于低压缸的转子是最粗的,所以受泊桑效
应最明显.是胀差胀差胀差胀差变化的一个因素。比如打闸停机，转速降低，转子的离心力
减少转子有变细变长的趋势，所以胀差增大

8.鼓风摩擦
是指部分蒸汽通过末端部位的某一级时，蒸汽流速低于转子旋转的速度，

与转子之间产生摩擦，这种现象称之鼓风，其摩擦损失就是鼓风损失，由于末端几级的蒸汽
经过多级膨胀，在真空降低或进口蒸汽量减少时，在末端的某级进出口压差减小，蒸汽通过
喷嘴后膨胀能力降低或者不膨胀，导致部分蒸汽从喷嘴中喷出的速度小于该点汽机转子的线
速度，与转子产生摩擦。（详细）。反倒成了转子带蒸汽。鼓风现象是在什么工况都有的,只
不过正常运行时弱一点,空负荷\低真空时较为明显而已。所以尽量减少空负荷、有进汽并低
真空的时间。鼓风磨擦产生的热量会使汽机低压缸中心上移，产生振动等。鼓风损失对差胀
的影响要比泊桑来的小。？？低真空会使低压缸鼓风损失增大，排气温度升高。就是蒸汽带
转子还是转子带蒸汽的问题

9.正值增大的主要因素
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）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，在严冬季节里，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。

10.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。
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。
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，而转子主要依靠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。汽轮机转子停止转动后，负胀差可能会
更加发展，为此应当维持一定温度的轴封蒸汽，以免造成恶果

11.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，避免动静部分发生碰撞，损坏设备。