摘要：近年来，社会发展进步迅速，我国的现代化建设也有了迅猛发展。电力工业是支撑国民经济和社会发展的基础性产业和公用事业。随着人民生活水平不断提高，对电力的依赖程度也越来越高。下面结合某热电厂的现役机组案例，对汽轮机胀差产生的原因，胀差变化规律，以及控制措施进行分析，以保证汽轮发电机组安全稳定运行。
关键词：汽轮机胀差；产生的原因分析；控制措施
引言
汽轮机是热电厂重要设备，而胀差又是汽轮机运行中重要参数指标。所以在机组运行过程中需要对胀差进行严格控制，禁止其超过允许的极限值。在汽轮机运行期间，保证转子和汽缸之间的轴向热膨胀率非常重要。在机组的启动，停止和特定运行过程中，由于汽轮机转子和汽缸的质量和热膨胀系数不同，转子的温度上升速度快于汽缸的温度上升速度。一旦两者之间的热增长差值超过了汽轮机允许的间隙差值，就会在动态和静态组件之间引起摩擦，从而损坏机组设备。
1.胀差种类及产生的原因、危害
胀差的定义：汽轮机启停和变工况时，转子和汽缸分别以各自的死点为基准沿轴向膨胀和收缩，转子与汽缸沿轴向膨胀的绝对值之差称为相对膨胀差，简称胀差。当转子膨胀大于汽缸膨胀的过程中所产生的胀差为正胀差，反之则为负胀差。
胀差产生的主要原因在于汽轮机汽缸和转子在受热和受冷时，其传热系数存在着一定的差异，由于转子质量仅是汽缸三分之一到四分之一，转子与蒸汽接触的面积大约是汽缸5倍左右，俩者制造材质也不一样，进而导致在受热和受冷过程当中汽缸受热或受冷膨胀与转子不同所产生的差值。而在汽轮机的实际运行中，无论是正胀差还是负胀差都会对机组的运行与设备安全产生影响，因此需要严格的进行控制。胀差在汽轮机运行过程中不仅仅是一项重要参数，而且胀差不能出现过大的偏差，只有在启机、停机以及负荷突然大幅度出现变动的时候，由于对参数的人为控制出现错误，进而导致相关的胀差形成，而一旦其超过汽轮机所允许的极限值，则会使汽轮机动静摩擦，导致振动增大，造成设备损坏，而严重情况下可能会将叶片打断，从而使设备遭到严重的损坏，无法再继续使用。滑销系统卡涩也会对胀差产生影响，一台完整的汽轮机滑销系统一般由横销.立销.纵销组成，也包括起支撑的猫爪，一般的话只要是生产制造和安装过程中没有太大缺陷滑销系统不会卡涩，如果在启机过程中振动出现增大，以及汽缸膨胀或胀差出现异常，再排除其它问题后可以怀疑滑销系统出现卡涩或者故障。我厂采用高窄法兰结构，取消了汽缸法兰螺栓加热装置，使螺栓中心线，缸壁中心线和法兰中心线三者保持一致，保证了膨胀时通道的动静间隙，提高了通流效率。运行中真空变化或各级抽汽量变化也会对胀差产生变化，特别对于我厂投运4.2mpa抽汽的机组，抽汽量的变化对胀差特别明显，当外供蒸汽量增加时，进入汽缸后几级做功蒸汽就会减少，转子吸收热量少，胀差负方向增长特别明显。
2.产生正胀差的主要原因及控制措施
（1）机组启动时暖机的时间太短，升速太快或负荷的提升速度太快，汽缸暖体不充分，汽缸膨胀慢于转子，从而产生了正胀差。这时我们应控制负荷的增加和减少的速度。对于母管制机组，一般会采用定参数启动，尤其冷态定参数启动时，应加强对升速，暖机，加负荷速度控制，加强对汽缸金属温度水平监视。
（2）启动时主蒸汽参数过高，也会造成正胀差明显增加。所以应对汽轮机组的进汽温度变化率进行严格控制。
（3）运行中润滑油温过高，使转子轴颈受热增长，造成正胀差增大。在启停机和运行中应加强对油温的控制。
（4）轴封供汽温度过高或者轴封供汽流量过大，进而导致轴颈部位过分伸长，这也容易引起汽轮机出现正胀差。要控制轴封供汽压力和温度，尽量降低轴封供汽温度，调整供汽量，保证前后轴封微微冒汽就好，以免正胀差过大。
（5）胀差指示器零点不准或触点磨损，进而引起数字偏差。应及时联系检修与热工人员进行处理。
（6）推力轴承磨损，轴向位移增大。应就地倾听检查前轴承箱处是否有异响，如有异响且轴向位移增大可判断推力轴承磨损，应汇报领导停机处理。
（7）汽缸保温效果不好，或者有穿堂风对汽缸造成冷却也会造成正胀差增大。保证汽缸保温及挡风板的完整，增加厂房密封性避免穿堂风对汽缸进行冷却。
3.产生负胀差的主要原因及控制措施
（1）负荷迅速下降或突然甩负荷。
要控制负荷下降速度，避免负胀差过大引起保护动作。
（2）主蒸汽温突然降低、发生水冲击以及启动时进汽温度低于汽缸金属温度。启停机及运行中加强对主蒸汽温度的调整与监视，当主汽温下降过快或发生水冲击时则应打闸停机。
（3）轴封供汽温度太低。在汽轮机启动轴封供汽的时间点及轴封供汽参数的选择上一定要慎重，避免供汽温度太低。在轴封供汽投入前，要充分暖管、疏水，保证轴封系统管道疏水通畅。
（4）轴向位移变化。运行中加强监视轴向位移与推力瓦金属温度和回油温度监视与调整，保证轴向位移不超限。
（5）轴承油温太低也都会导致汽轮机转子受冷收缩出现负胀差。运行中一定要保证油温在合理范围内，机组热态启动油温要稍微高一些。
（6）在汽轮机启动后转速突然快速提升，而由于转子在离心力的作用下，会使轴向尺寸不断的缩小，因此会产生明显的“泊桑效应”，胀差向负方向发展。
（7）汽轮机在停运时，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，所以必须控制蒸汽参数下降速度及降负荷速度，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，为此在停机过程中,应当维持一定温度的轴封蒸汽，真空到零方可停止轴封供汽，以免造成恶果。
4.胀差监测系统工作原理
高参数，大容量汽轮发电机组中，胀差是反应汽轮机动静间隙重要指标，也是重要保护。在机组正常运行中，胀差传感器固定在缸体上，而传感器的被测金属表面铸造在转子上即测量盘。汽缸和转子受热膨胀的相对差值称为“胀差”，当汽轮机减负荷或停机时，转子和汽缸分别以各自的死点为基准膨胀或收缩。由于转子温度较汽缸低，转子的轴向膨胀值会比汽缸小，两者的膨胀差为负值，又称为负胀差。由此可知，凡转子轴向膨胀大于汽缸的膨胀时，称为正胀差，反之，称为负胀差。一般来说,在冷态启动过程中,主要表现为正胀差,在热态启动和停机过程中,主要表现为胀差往负方向走。汽缸膨胀探头位于汽轮机前箱左侧。
5. 冷态启动过程中的胀差控制
冷态启动过程中一般选择蒸汽温度高于最高汽缸金属温度50～80℃，且保持蒸汽至少50℃以上过热温度，才能避免汽轮机冷态启动过程中金属部件加热过慢、胀差负的方向发展问题。汽轮机蒸汽温度不宜过高，否则会出现汽轮机各金属部件温升速度过快、胀差正向变化幅度过大问题。发电机并网后，可依据汽轮机各部胀差及金属温度的变化进行蒸汽温度调节。蒸汽温度上升幅度较大，会影响汽轮机各部金属(尤其是转子)温度升高，膨胀加剧，胀差正向变化幅度增大。若胀差正向变化值明显，应严格控制蒸汽温度上升速度。在蒸汽压力、温度控制方面，尽可能选择与该负荷点相对应的蒸汽压力上限值，蒸汽温度尽可能保持与汽缸最高金属温度和调速级温度相持平或略高。与此同时，必须保证蒸汽有足够的过热度。只有在胀差正向变化幅度趋于平缓后，方可继续进行升温、升压操作。
6.机组不同工况下胀差的变化
机组在不同的工况下所产生的胀差变化也会存在着一定的差异，而具体包括以下几种情况。首先在汽轮机组正常运行时，转子和汽缸的温度是相对稳定的状态，所以其膨胀值也同样十分稳定，没有出现较大的胀差值变化。其次当汽轮机组异常运行时，如进汽量发生改变或出现其他操作错误等情况，转子和汽缸的膨胀值也会随着进汽量的改变而出现相应的变化，其胀差也会随之发生改变。最后在机组启动或停止时对胀差也会产生一定的影响，如果汽轮机组为冷态启动，那么转子从冲转到定速的这一过程当中，其加热速度相对较快，而胀差也为正而且不断的上升。当汽轮机组热态启动时，机组内的汽缸整体温度相对较高，而冲转时的蒸汽在进入汽缸后与其接触，由于蒸汽的温度低于汽缸的温度，所以会发挥出冷却效果，此时所产生的胀差则为负值。而当汽轮机自身的负荷降低或者是停机时，机组内的蒸汽温度也会不断的降低，而由于转子的温度变化较大，所以下降速度也较快，进而与汽缸之间会呈现出负胀差。在汽轮机加负荷过程中，转子与汽缸之间也会形成正胀差。
结束语
在机组暖管疏水过程中，一定要认真检查汽轮机本体及管道疏水通畅情况，若有堵塞或疏水不畅现象，应及时进行处理，以防止下汽缸膨胀过慢，胀差正向增速过快。还应认真检查对照疏水阀门位置是否与冷态启动工况要求相符，以免在启动过程中发生意外。在机组启动初期，随机投运高、低压加热器，加快汽缸底部各段抽汽管道温升速度，减小汽缸上、下金属壁温差，避免下汽缸膨胀过于缓慢问题，也是减缓胀差正向变化趋势的有效手段。在机组启动过程中，还应保持汽轮机主机润滑冷油器出口油温稳定，避免油温过高或过低，影响汽轮机轴承段转子温度变化，从而影响胀差变化。
参考文献：
[1]杨宗秀.汽轮机轴位移、胀差传感器的零位锁定[J].电力安全技术,2002,4(3):13-15.