汽轮机讲义的胀差
汽轮机运行中胀差的分析和控制
汽轮机运行中胀差的分析和控制当汽轮机在启动加热、停机冷却过程中，或在运行中工况变化时，汽缸和转子会产生热膨胀或冷却收缩，由于转子的受热表面积比汽缸大，且转子的质量比相对应的汽缸小，蒸汽对转子表面的放热系数较大，因此，在相同的条件下，转子的温度变化比汽缸快，使得转子与汽缸之间存在膨胀差，而这差值是指转子相对于汽缸而言的，把转子与汽缸之间热膨胀的差值称为相对膨胀差，简称胀差。
当转子轴向膨胀大于汽缸的轴向膨胀时，称为正膨胀；反之若转子轴向膨胀小于汽缸的轴向膨胀时，称为负膨胀。
一．汽轮机胀差的产生汽缸和转子之间出现胀差的主要原因是它们的结构和工作条件不同。
由于转子与汽缸之间存在温差，各自受热状况不一样，转子质量小但接触蒸汽的面积大，温升和热膨胀较快，而汽缸质量大，温升和热膨胀就比较慢，因此在转子和汽缸热膨胀还没有达到稳定前，他们之间就有较大的胀差。
同理，由于转子比汽缸体积小，转子的冷却收缩也比汽缸的冷却收缩快，这时它们之间也会产生较大胀差。
汽轮机启动加热，从冷态变为热态，汽缸受热发生热膨胀，汽缸向高压侧或低压侧伸长。
同样转子也因受热发生热膨胀。
转子膨胀大于汽缸，其相对膨胀差被称为正胀差。
汽轮机带负荷后，转子和汽缸受热面逐渐于稳定，热膨胀逐渐区于饱和，它们之间的相对膨胀差也逐渐减小，最后达到某一稳定。
二．胀差过大的危害胀差的大小意味着汽轮机动静轴向间隙相对于静止时的变化，正胀差表示自喷嘴至动叶间隙增大；反之，负胀差表示该轴向间隙减小。
汽轮机轴封和动静叶片之间的轴向间隙都很小，若汽轮机启停或运行中胀差变化过大，超过了轴封以及动静叶片间正常的轴向间隙时，就会使轴向间隙消失，导致动静部件之间发生摩擦，引起机组振动，以至造成机组损坏事故。
因此，汽轮机都规定有胀差允许的极限值，它是根据动静叶片或轴封轴向最小间隙来确定的。
当转子与汽缸间隙相对膨胀差值达到极限值时，动静叶片或轴封轴向最小间隙仍留有一定的合理间隙。
不同容量的汽轮机组胀差允许极限值不同。
汽轮机的 胀差
实例：200MW机组负胀差 大的原因和处理
• 现象：5#机组大修后，发现高压缸负胀差增大，-1.5mm，接近 保护动作值，只能维持120MW。并先后掉闸11次，同时发现高 压缸前后漏汽严重，高压缸绝对膨胀为25~26mm。高旁门杆漏 汽严重，而该漏汽进入轴封排汽系统。 • 机组高压缸与轴承箱间工字键温度比其他机组高（235℃,其他机 组为85℃），对工字键吹风降温，高压缸负胀差降为-0.7。 • 轴封加热器排汽口余汽排汽量大于其他机组，入口应为负压，而 现在为0.5MPa。 • 机组串轴值大修前为0.1mm,而现在为0.3mm，说明转子向发动 机侧推移了0.2mm。 • 分析：造成高压缸负胀差大的原因是高压缸前后轴封漏汽严重， 导致汽缸膨胀量增加，工字键温度高，高压缸比正常膨胀值多向 前移动了一定数值，而串轴又将转子向后移动了0.2mm，造成 高压缸出现负胀差。 • 漏汽来源于高旁门杆漏汽，门杆漏汽造成轴封排汽不畅，轴封漏 汽严重，加热了汽缸和工字键。
• 胀差负值大的原因有：负荷下降速度过快或甩 负荷；置加热过度；轴承油温 过低；双层缸夹层中流入高温蒸汽（如进汽管 漏汽）等。
实例：200MW机组正胀差 大的原因和处理
汽缸过大正胀差的排除 • （一）汽缸膨胀不畅原因 • 原因：大功率汽轮机由于高中压转子达几十吨， 而使第二轴承座（中轴承座）摩擦力很大。 • 采用充油台板，充油不及时，油质不合格、台 板毛刺等原因，造成启动过程汽缸膨胀受阻， 出现正胀差。 • 现象：高中压缸膨胀值达不到设计值，轴承座 启动膨胀曲线出现跳跃，甚至有咚咚的响声。
（2）汽缸侧工字键要比轴 承座侧高1.5~0.3mm，这 个值叫预应力。因为高压 缸是上缸猫爪支撑在轴承 座上，下缸吊在上缸上， 当下缸向下位移时，工字 键保持水平。安装时对此 公差未与重视。 当下缸向下位移时，工字 键低头刚度减弱，降低了 推动力的传递，中轴承箱 膨胀受阻。
汽轮机的胀差控制
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。
什么是胀差？胀差变化与哪些因素有关？
（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）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。
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*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。
汽轮机的缸胀和胀差
汽轮机的缸胀和胀差缸胀：汽轮机汽缸的绝对膨胀。
汽轮机启动过程是对汽缸、转子及每个零部件的加热过程。
在启动过程中，缸胀逐渐增大；停机时，汽轮机各部金属温度下降，汽缸逐渐收缩，缸胀减小。
差胀（又称胀差）：汽轮机转子与汽缸沿轴向膨胀的差值。
汽轮机启动或停机时，汽缸与转子均会受热膨胀，受冷收缩。
由于汽缸与转子质量上的差异，受热条件不相同，转子的膨胀及收缩较汽缸快。
差胀为正值时，说明转子的轴向膨胀量大于汽缸的膨胀量；差胀为负值时，说明转子的轴向膨胀量小于汽缸膨胀量。
当汽轮机启动时，转子受热较快，一般都为正值；汽轮机停机或甩负荷时，差胀较容易出现负值。
汽轮机在启动、停机及运行过程中，差胀的大小与下列因素有关：⑴启动机组时，汽缸与法兰加热装置投用不当，加热汽量过大或过小。
⑵暖机过程中，升速率太快或暖机时间过短。
⑶正常停机或滑参数停机时，汽温下降太快。
⑷增负荷速度太快。
⑸甩负荷后，空负荷或低负荷运行时间过长。
⑹汽轮机发生水冲击。
⑺正常运行过程中，蒸汽参数变化速度过快。
当发现汽机胀差指示异常时：（1）应核对有关表记指示正确，确认胀差指示异常；（2）检查汽缸上、下温差，超过规定值时应停止汽机运行；（3）控制锅炉负荷不发生大的波动；（4）检查主、再热蒸汽温度不应有太大的波动，检查减温水调节门动作是否正常；（5）机组启动过程中，保持主、再热蒸汽温度与汽缸温度相匹配；（6）发现汽缸胀差异常时应对各种参数进行综合分析，及时发现问题；（7）汽缸胀差异常时，应尽量停止负荷的变化，使胀差不会发生太大的变化趋势；（8）低压差胀：正向增大时，可临时有限降低真空，提高排汽缸温度；负向增大时，投入低压缸喷水，降低排汽缸温度。
（9）当胀差有太大的变化时，应到就地听机组声音，发现有金属摩擦声音时应停止汽机运行，破坏真空。
（10）机组启动时，根据汽缸温度选择轴封汽源，使轴封温度与金属温度相匹配；在热态启动时，防止负差胀增大，尽快升负荷至对应缸温下的负荷。
汽轮机胀差和轴向位移的关系
汽轮机胀差和轴向位移的关系说到汽轮机胀差和轴向位移，这俩货啊，真是让人又爱又恨。
爱的是它们能告诉我们汽轮机内部的运行状态，恨的是一旦它们出了问题，那可真是头疼不已。
咱们先说说胀差吧。
胀差，说白了就是汽轮机转子和汽缸之间的相对膨胀量。
转子膨胀得比汽缸多了，那就是正胀差；汽缸膨胀得比转子多了，那就是负胀差。
这个数值啊，可重要了，要是胀差超限了，热工保护就得动作，主机就得脱扣，动静部分一碰，设备可就完了。
我记得有一次，咱们厂的汽轮机启动时，胀差就往正方向使劲窜。
那阵子，我急得跟热锅上的蚂蚁似的，围着汽轮机转来转去。
最后还是老赵有经验，他一看，说：“这暖机时间太短了，升速也太快，得慢慢来。
”咱们一听，赶紧调整了启动方案，这才把胀差给稳住了。
再来说说轴向位移吧。
轴向位移，又叫串轴，就是汽轮机转动部分和静止部分在轴向上的相对位置变化。
全冷状态下，一般以转子推力盘紧贴推力瓦为零位，向发电机方向移就是正值，反方向就是负值。
这个位移啊，它反映的是汽轮机内部动静部分的位置关系，一旦位移大了，动静部分就可能摩擦碰撞，那可就麻烦大了。
有一次，咱们机组负荷变化大，轴向位移也跟着变。
我当时一看那表，心里就咯噔一下，赶紧叫来小李：“小李，你看看这轴向位移怎么这么大？”小李一看，也是一脸紧张：“师傅，这负荷变化太大了，得赶紧调整。
”咱们俩手忙脚乱地调整了一番，总算是把轴向位移给稳住了。
说到胀差和轴向位移的关系啊，这俩货还真是互相影响。
胀差变化时，轴向位移也跟着变；轴向位移变化时，胀差也必然受影响。
就像是两个好哥们儿，形影不离的。
有一次，咱们机组停机惰走过程中，由于泊桑效应的影响，胀差往负方向窜得厉害。
我当时一看那胀差指示器，心里就凉了半截。
赶紧叫来老王：“老王，你看看这胀差怎么成这样了？”老王一看，也是一惊：“这泊桑效应太厉害了，得赶紧采取措施。
”咱们俩赶紧商量了一番，采取了相应的措施，这才把胀差给稳住了。
而这时，轴向位移也跟着发生了变化，咱们又赶紧调整了一番。
汽轮机运行中胀差的分析和控制
汽轮机运行中胀差的分析和控制当汽轮机在启动加热、停机冷却过程中，或在运行中工况变化时，汽缸和转子会产生热膨胀或冷却收缩，由于转子的受热表面积比汽缸大，且转子的质量比相对应的汽缸小，蒸汽对转子表面的放热系数较大，因此，在相同的条件下，转子的温度变化比汽缸快，使得转子与汽缸之间存在膨胀差，而这差值是指转子相对于汽缸而言的，把转子与汽缸之间热膨胀的差值称为相对膨胀差，简称胀差。
当转子轴向膨胀大于汽缸的轴向膨胀时，称为正膨胀；反之若转子轴向膨胀小于汽缸的轴向膨胀时，称为负膨胀。
一．汽轮机胀差的产生汽缸和转子之间出现胀差的主要原因是它们的结构和工作条件不同。
由于转子与汽缸之间存在温差，各自受热状况不一样，转子质量小但接触蒸汽的面积大，温升和热膨胀较快，而汽缸质量大，温升和热膨胀就比较慢，因此在转子和汽缸热膨胀还没有达到稳定前，他们之间就有较大的胀差。
同理，由于转子比汽缸体积小，转子的冷却收缩也比汽缸的冷却收缩快，这时它们之间也会产生较大胀差。
汽轮机启动加热，从冷态变为热态，汽缸受热发生热膨胀，汽缸向高压侧或低压侧伸长。
同样转子也因受热发生热膨胀。
转子膨胀大于汽缸，其相对膨胀差被称为正胀差。
汽轮机带负荷后，转子和汽缸受热面逐渐于稳定，热膨胀逐渐区于饱和，它们之间的相对膨胀差也逐渐减小，最后达到某一稳定。
二．胀差过大的危害胀差的大小意味着汽轮机动静轴向间隙相对于静止时的变化，正胀差表示自喷嘴至动叶间隙增大；反之，负胀差表示该轴向间隙减小。
汽轮机轴封和动静叶片之间的轴向间隙都很小，若汽轮机启停或运行中胀差变化过大，超过了轴封以及动静叶片间正常的轴向间隙时，就会使轴向间隙消失，导致动静部件之间发生摩擦，引起机组振动，以至造成机组损坏事故。
因此，汽轮机都规定有胀差允许的极限值，它是根据动静叶片或轴封轴向最小间隙来确定的。
当转子与汽缸间隙相对膨胀差值达到极限值时，动静叶片或轴封轴向最小间隙仍留有一定的合理间隙。
不同容量的汽轮机组胀差允许极限值不同。
核电厂汽轮机膨胀差浅议
核电厂汽轮机膨胀差浅议摘要：借鉴实际经验，主要分析了汽轮机胀差产生的原因，探讨其在运行当中胀差的控制措施，以期对相关工作有所助益。
关键词：转子；膨胀差；滑销；泊桑效应一、汽轮机膨胀差定义蒸汽进入汽轮机后，转子及汽缸均要受热膨胀，由于转子质量相对汽缸较小，温升较快，膨胀比汽缸更为迅速。
转子与汽缸沿轴向膨胀的差值称为胀差。
当汽轮机启动加热或停机冷却以及负荷变化时，汽缸和转子都会产生热膨胀或冷却收缩。
由于转子的受热表面积比汽缸大，且转子的质量比相对应的汽缸小，蒸汽对转子表面的放热系数较大，因此在相同的条件下，转子的温度变化比汽缸快，使转子与汽缸之间存在膨胀差。
膨胀差可以分为正胀差和负胀差。
正胀差：在机组启动加热时，转子的膨胀大于汽缸，其相对膨胀差值被称为正胀差。
负胀差：而当汽轮机停机冷却时，转子冷却较快，其收缩亦比汽缸快，产生负胀差。
二、汽轮机膨胀差产生的原因以某核电厂汽轮机共有两个低压缸一个高压缸举例。
在机组加热（或冷却）过程中，转子以推力盘为基准面向两侧自由膨胀。
而汽缸死点在低压2缸纵销和横销中心线的交点上，高压缸、低压1汽缸、低压2汽侧半段缸向汽机端膨胀，低压2缸后段向发电机侧膨胀。
在高压、低压1、低压2汽缸部分，该部分转子向汽机端膨胀。
转动部分和静止部分在运行过程中高压缸（汽端），低压1、2汽缸（汽端）动静部件间隙值减小，而电机端间隙值有所增大。
在低压2缸（电机侧），低压静叶随汽缸向发电机端膨胀，而转子也向发电机端膨胀，由于转子在该部位伸长量较大（沿轴向膨胀尺寸逐渐加大，但由于转子已经处于低温蒸汽区域，其膨胀值相应的较高压转子小，但是绝对值大，产生正胀差。
转子和汽缸膨胀的结果，会使低压静叶和动叶（进汽侧）之间的轴向间隙减小（汽轮机侧），而使本级动叶与下级静叶之间轴向间隙增大，低压缸（发电机侧）动叶与静叶之间的动静间隙值正好相反。
图一、汽轮机胀差示意图三、汽轮机胀差的影响因素汽轮机胀差的影响因素较多，根据机组实际运行状况，概括起来主要有以下点。
胀差超差机理及处理方法
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。
汽轮机胀差、轴向位移的产生原因
当凝汽器真空升高时，排汽温度降低，可能导致负胀差增大 ；反之，真空降低时，胀差可能增大。
轴封供汽温度的影响
轴封供汽温度过高或过低会影响轴封的间隙大小，进而影 响汽轮机的热膨胀。
若轴封供汽温度与汽缸温度不匹配，可能导致胀差异常波 动。
02 汽轮机轴向位移的产生原因
CHAPTER
推力轴承故障
推力轴承损坏或磨损
机组负荷的快速变化
负荷突增或突减
汽轮机在运行过程中，如果机组负荷发生突增或突减，会导致汽缸和转子受到的蒸汽作用力发生变化，从而引起 轴向位移。
甩负荷
甩负荷是指汽轮机突然失去负荷的情况，如电网故障导致负荷突然消失。甩负荷过程中，汽轮机内部的蒸汽压力 和流量会发生剧烈波动，导致轴向位移的发生。
03 汽轮机胀差和轴向位移的关联性
快速响应蒸汽参数和机组负荷的变化
01
快速响应蒸汽参数和机组负荷的变化也是预防汽轮机胀差和轴向位移的重要措 施之一。蒸汽参数和机组负荷的快速变化可能导致转子热弯曲和动静摩擦等问 题。
02
应加强蒸汽参数和机组负荷的监测和控制，确保在出现异常情况时能够及时发 现并处理。同时，应优化控制系统的算法，提高其对蒸汽参数和机组负荷变化 的响应速度。
CHAPTER
胀差与轴向位移的关系
胀差是指汽轮机转子相对于汽缸发生的膨胀或收缩，而轴向位移是指转子轴心的位 置相对于汽缸的变化。
在汽轮机运行过程中，胀差和轴向位移的变化通常是相互关联的。当转子受热膨胀 时，轴向位移也会随之增大，反之亦然。
胀差和轴向位移的变化通常受到多种因素的影响，如蒸汽参数、机组负荷、润滑油 系统等。
推力轴承是汽轮机的重要部件，负责 承受转子的轴向推力。如果推力轴承 出现故障，如磨损或损坏，会导致轴 向位移的发生。