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摘要： 我公司自备电站两台C30MW汽轮机在投运后存在真空低，负胀差大的问题。通过关闭前汽封第三腔室至后汽缸的蒸汽后真空达到额定值，胀差也回到正常值。
关键词：汽轮机 胀差 真空
1 前言
我公司自备电站的两台汽轮机型号：C30-8.83/4.25，为高压单缸、冲动、单抽汽凝汽式汽轮机，有一级可调节抽汽，汽轮机共有19级。该汽轮机发电机作为公司的自备电源，最大发电负荷为30MW，是公司生产的主要动力之一。尤其是在用电紧张的季节，是公司能否正常生产的前提条件，对公司正常生产起着关键作用。两台机组分别于2011年9月和12月投入运行。设计为：前汽封共由六段五个腔室组成，前汽封第一腔室蒸汽接至11级后做功，第二腔室蒸汽接至14级后做功，第三腔室蒸汽接至16级后做功。正常运行中前汽封第四腔室蒸汽作为后轴封汽进汽，不足部分由辅助汽源作补充。前三个腔室蒸汽至后汽缸的蒸汽管道均分别设置有手动阀，按照汽轮机厂要求运行中该三个手动阀均处于开启状态。汽缸前后汽封布置见图一。
图一 汽缸示意图
2 运行中存在的问题
我公司于2011年两台汽轮机投运以来出现以下问题：
2.1 在机组投运后就发现胀差负值偏大，最大达-1.41mm，汽轮机厂给定的胀差保护动作值为-1.5mm，严重影响汽轮机安全运行。
2.2 运行过程中真空度较低，机组运行的经济性很差。为了提高真空，在机组运行中和停机后对真空系统进行查漏，均未查找到真空系统有明显漏点，但机组再次启动运行后真空仍然较低。
这就是说汽轮机组运行的两个基本方面，经济性和安全性均不能满足要求，甚至很差。更为严重的是，运行中胀差在相同工况下会逐渐向负方向增大，尤其是在抽汽投退和负荷增减后更会向负值方向变化，当负荷回到原始值时胀差却不能回到原始值。由于真空低不得不启动两台真空泵运行，在两台真空泵运行后虽然真空仍低，勉强可以维持机组运行。但胀差的问题更严重，也更不好解决，负胀差已接近保护动作值，直接影响机组运行，甚至是无法运行。为了保证机组运行必须找到原因，并想办法解决。运行操作完全按照相关规程要求进行，各参数也是按照汽轮机厂要求来控制，但是负胀差的问题仍然存在。
3、解决问题
胀差即转子与汽缸的膨胀差，汽缸膨胀难以调整，但在保证机组安全运行的前提下轴向推力可以作适当调整。当然这个调整是有风险的，主要担心轴向推力变化过大影响机组安全，因此推力瓦温度和轴向位移是两个关键参数，只要这两个参数无大的变化，或者在允许范围内，调整后对机组安全就不会有大的影响。最后尝试从调整轴向推力上来观察，当时的想法是增大正向的轴向推力，将转子向后推动，以减小负胀差。从汽缸示意图可以看出，将轴封腔室至后汽缸蒸汽关闭后可以达到此目的。首先对#1机作调整，决定将#1机轴封第三腔室蒸汽至后汽缸的手动阀关闭。在调整后胀差和真空均迅速变化。胀差很快向正值方向变化，参数表一中由-1.41mm升至-1.14mm，每次调整参数稳定后均维持在0～1.0mm左右，完全达到要求（胀差正常范围-1.0～+3.0mm）。调整后轴向位移由0.265mm↑0.385mm，朝正值方向变化不大，推力瓦温度从76℃最高上升至81℃。轴向位移和推力瓦温度均在正常范围内，其它参数也未见明显异常，可以说调整后对机组安全没有影响，对机组运行安全性的担心得以排除。在胀差回到正常值的同时，发现调整后真空迅速上升，由79.2Kpa上涨至82.1Kpa，在负荷基本稳定时蒸汽流量由62 t/h 下降至59 t/h。机组运行的经济性得以大大提高，长期未能解决的真空低的问题也同时得以解决。在对#1机调整后用同样的方法对#2机进行调整，结果与#1机一样。
４、原因分析
为什么会有如此明显的效果呢？在未作其它调整，只是将轴封第三腔室至后缸蒸汽关闭后，胀差即回到正常值，经济性也大大提高。可以肯定轴封第三腔室至后缸蒸汽是导致胀差为负值和真空低的直接原因。设计是考虑将轴封第三腔室至后缸蒸汽引入16级后以提高机组运行的经济性，而实际不但没有提高机组经济性，反而大大降低了机组运行经济性，同时更为严重的是影响了机组运行的安全性。也就是说轴封第三腔室至后缸蒸汽在进入16级后其必然破坏了16级后的蒸汽的正常流动工况，两路蒸汽汇合后使蒸汽进入下一级的进汽角度和速度发生改变，同时也必然导致蒸汽在圆周方向分布不均。众所周知，蒸汽是以设计的进汽角度和速度进入汽轮机的每一级，再以设计的出汽角度和速度流出该级。蒸汽在级内流动时，其进出口速度必须满足设计的速度三角形，以避免汽流与叶片碰撞，减少损失，这是保证蒸汽在级内膨胀做功效率的重要条件。进汽角度和速度改变后直接导致蒸汽在级内做功效率下降，级出口的速度和角度也会偏离设计值。蒸汽在圆周方向分布不均会使蒸汽在级内产生斥汽损失，也导致蒸汽在级内做功效率下降。级内做功效率下降导致级出口蒸汽压力和温度就会高于设计值。上一级出口蒸汽的温度和压力升高，必然导致下一级进口蒸汽相应参数升高。蒸汽在级内的正常流动受影响后也会影响到相应的下一级。所以导致16级后的三级效率均下降，级出口温度远远高于设计值，这一点从排汽温度和真空的变化就能明显看出。同时因后面三級的工况发生了变化，这势必也会对前面各级工况产生影响，进而对整个通流部分工况产生不利影响。由于各级的温度都升高，导致后汽缸缸温高于设计值，因此后汽缸的膨胀量必然大于设计值。由于汽缸的死点在排汽口中心处，汽缸向前膨胀。胀差的测点安装在后轴承处，这是导致胀差出现负值的重要原因。同时由于真空远远低于设计值，真空大幅下降使轴向推力减小，这也是导致胀差为负值的重要因素。
５、经济效益
调整后胀差为正，而轴向位移和推力瓦温度等所有安全监视参数均正常，因此安全性有保证。而机组运行的真空大幅上升，提高了机组运行的经济性。相同负荷下平均蒸汽流量减少3t/h以上，若按照每吨蒸汽成本110元估算，则每天每台机组可以节约成本24*3*110=7920元。从#2机第二次调整的参数来计算，即在蒸汽流量基本不变化（表中虽然主汽压力有升高，但蒸汽流量减少了0.7 t/h）的情况下多发电26.9-25.5=1.4MW，若按照每度电0.30元的成本估算，则每天可以节约成本1.4*1000*24*0.35=10080元。可见调整后一年所节约的成本对自备电厂来说非常可观。
６、结束语
轴封第三腔室至后缸蒸汽是造成该汽轮机胀差负值大和真空低的直接原因，为该C30机组的共性问题，也是设计缺陷。但通过将轴封第三腔室蒸汽至后汽缸的手动阀关闭后基本可以解决该问题，不但使机组运行中的胀差达到要求，而且还大大提高了机组运行的经济性。
[参考文献]
[１] 靳智平，等. 电厂汽轮机原理及系统．北京：中国电力出版社．２００４
[２] 朱新华，等. 电厂汽轮机． 北京：水利电力出版社．１９９３
个人基本情况：
陈兴勇（1977-），助理工程师。曾在300MW机组从事热机运行近10年，现为贵州金赤化工有限公司自备电站汽机运行专职。电话15121262676，E-mail:[email protected]
地址：贵州省桐梓县燎原镇石门坎 贵州金赤煤化工 563299
关键词：汽轮机 胀差 真空
1 前言
我公司自备电站的两台汽轮机型号：C30-8.83/4.25，为高压单缸、冲动、单抽汽凝汽式汽轮机，有一级可调节抽汽，汽轮机共有19级。该汽轮机发电机作为公司的自备电源，最大发电负荷为30MW，是公司生产的主要动力之一。尤其是在用电紧张的季节，是公司能否正常生产的前提条件，对公司正常生产起着关键作用。两台机组分别于2011年9月和12月投入运行。设计为：前汽封共由六段五个腔室组成，前汽封第一腔室蒸汽接至11级后做功，第二腔室蒸汽接至14级后做功，第三腔室蒸汽接至16级后做功。正常运行中前汽封第四腔室蒸汽作为后轴封汽进汽，不足部分由辅助汽源作补充。前三个腔室蒸汽至后汽缸的蒸汽管道均分别设置有手动阀，按照汽轮机厂要求运行中该三个手动阀均处于开启状态。汽缸前后汽封布置见图一。
图一 汽缸示意图
2 运行中存在的问题
我公司于2011年两台汽轮机投运以来出现以下问题：
2.1 在机组投运后就发现胀差负值偏大，最大达-1.41mm，汽轮机厂给定的胀差保护动作值为-1.5mm，严重影响汽轮机安全运行。
2.2 运行过程中真空度较低，机组运行的经济性很差。为了提高真空，在机组运行中和停机后对真空系统进行查漏，均未查找到真空系统有明显漏点，但机组再次启动运行后真空仍然较低。
这就是说汽轮机组运行的两个基本方面，经济性和安全性均不能满足要求，甚至很差。更为严重的是，运行中胀差在相同工况下会逐渐向负方向增大，尤其是在抽汽投退和负荷增减后更会向负值方向变化，当负荷回到原始值时胀差却不能回到原始值。由于真空低不得不启动两台真空泵运行，在两台真空泵运行后虽然真空仍低，勉强可以维持机组运行。但胀差的问题更严重，也更不好解决，负胀差已接近保护动作值，直接影响机组运行，甚至是无法运行。为了保证机组运行必须找到原因，并想办法解决。运行操作完全按照相关规程要求进行，各参数也是按照汽轮机厂要求来控制，但是负胀差的问题仍然存在。
3、解决问题
胀差即转子与汽缸的膨胀差，汽缸膨胀难以调整，但在保证机组安全运行的前提下轴向推力可以作适当调整。当然这个调整是有风险的，主要担心轴向推力变化过大影响机组安全，因此推力瓦温度和轴向位移是两个关键参数，只要这两个参数无大的变化，或者在允许范围内，调整后对机组安全就不会有大的影响。最后尝试从调整轴向推力上来观察，当时的想法是增大正向的轴向推力，将转子向后推动，以减小负胀差。从汽缸示意图可以看出，将轴封腔室至后汽缸蒸汽关闭后可以达到此目的。首先对#1机作调整，决定将#1机轴封第三腔室蒸汽至后汽缸的手动阀关闭。在调整后胀差和真空均迅速变化。胀差很快向正值方向变化，参数表一中由-1.41mm升至-1.14mm，每次调整参数稳定后均维持在0～1.0mm左右，完全达到要求（胀差正常范围-1.0～+3.0mm）。调整后轴向位移由0.265mm↑0.385mm，朝正值方向变化不大，推力瓦温度从76℃最高上升至81℃。轴向位移和推力瓦温度均在正常范围内，其它参数也未见明显异常，可以说调整后对机组安全没有影响，对机组运行安全性的担心得以排除。在胀差回到正常值的同时，发现调整后真空迅速上升，由79.2Kpa上涨至82.1Kpa，在负荷基本稳定时蒸汽流量由62 t/h 下降至59 t/h。机组运行的经济性得以大大提高，长期未能解决的真空低的问题也同时得以解决。在对#1机调整后用同样的方法对#2机进行调整，结果与#1机一样。
４、原因分析
为什么会有如此明显的效果呢？在未作其它调整，只是将轴封第三腔室至后缸蒸汽关闭后，胀差即回到正常值，经济性也大大提高。可以肯定轴封第三腔室至后缸蒸汽是导致胀差为负值和真空低的直接原因。设计是考虑将轴封第三腔室至后缸蒸汽引入16级后以提高机组运行的经济性，而实际不但没有提高机组经济性，反而大大降低了机组运行经济性，同时更为严重的是影响了机组运行的安全性。也就是说轴封第三腔室至后缸蒸汽在进入16级后其必然破坏了16级后的蒸汽的正常流动工况，两路蒸汽汇合后使蒸汽进入下一级的进汽角度和速度发生改变，同时也必然导致蒸汽在圆周方向分布不均。众所周知，蒸汽是以设计的进汽角度和速度进入汽轮机的每一级，再以设计的出汽角度和速度流出该级。蒸汽在级内流动时，其进出口速度必须满足设计的速度三角形，以避免汽流与叶片碰撞，减少损失，这是保证蒸汽在级内膨胀做功效率的重要条件。进汽角度和速度改变后直接导致蒸汽在级内做功效率下降，级出口的速度和角度也会偏离设计值。蒸汽在圆周方向分布不均会使蒸汽在级内产生斥汽损失，也导致蒸汽在级内做功效率下降。级内做功效率下降导致级出口蒸汽压力和温度就会高于设计值。上一级出口蒸汽的温度和压力升高，必然导致下一级进口蒸汽相应参数升高。蒸汽在级内的正常流动受影响后也会影响到相应的下一级。所以导致16级后的三级效率均下降，级出口温度远远高于设计值，这一点从排汽温度和真空的变化就能明显看出。同时因后面三級的工况发生了变化，这势必也会对前面各级工况产生影响，进而对整个通流部分工况产生不利影响。由于各级的温度都升高，导致后汽缸缸温高于设计值，因此后汽缸的膨胀量必然大于设计值。由于汽缸的死点在排汽口中心处，汽缸向前膨胀。胀差的测点安装在后轴承处，这是导致胀差出现负值的重要原因。同时由于真空远远低于设计值，真空大幅下降使轴向推力减小，这也是导致胀差为负值的重要因素。
５、经济效益
调整后胀差为正，而轴向位移和推力瓦温度等所有安全监视参数均正常，因此安全性有保证。而机组运行的真空大幅上升，提高了机组运行的经济性。相同负荷下平均蒸汽流量减少3t/h以上，若按照每吨蒸汽成本110元估算，则每天每台机组可以节约成本24*3*110=7920元。从#2机第二次调整的参数来计算，即在蒸汽流量基本不变化（表中虽然主汽压力有升高，但蒸汽流量减少了0.7 t/h）的情况下多发电26.9-25.5=1.4MW，若按照每度电0.30元的成本估算，则每天可以节约成本1.4*1000*24*0.35=10080元。可见调整后一年所节约的成本对自备电厂来说非常可观。
６、结束语
轴封第三腔室至后缸蒸汽是造成该汽轮机胀差负值大和真空低的直接原因，为该C30机组的共性问题，也是设计缺陷。但通过将轴封第三腔室蒸汽至后汽缸的手动阀关闭后基本可以解决该问题，不但使机组运行中的胀差达到要求，而且还大大提高了机组运行的经济性。
[参考文献]
[１] 靳智平，等. 电厂汽轮机原理及系统．北京：中国电力出版社．２００４
[２] 朱新华，等. 电厂汽轮机． 北京：水利电力出版社．１９９３
个人基本情况：
陈兴勇（1977-），助理工程师。曾在300MW机组从事热机运行近10年，现为贵州金赤化工有限公司自备电站汽机运行专职。电话15121262676，E-mail:[email protected]
地址：贵州省桐梓县燎原镇石门坎 贵州金赤煤化工 563299