第一講汽輪機在啟停和執行工況下—脹差講義
汽輪機在啟停和執行工況下——脹差講義
周國強關鍵詞：汽輪機汽缸、脹差、汽缸的死點、怎麼控制脹差、可謂汽輪機的泊桑效應。
汽輪機在啟停和工況變化時，轉子和汽缸分別以各自的死點為基準膨脹或收縮。由於汽缸質量大，而接觸蒸汽的面積小。轉子的質量小而接觸蒸汽的面積大，因而各自的受熱面不一樣，使得汽缸和轉子之間熱膨脹的數值各不一樣，其二者之間的差值稱為相對膨脹，即轉子和汽缸的脹差。
一般來說，冷態開機過程中是脹差是正值，穩定狀態下脹差接近於零，降負荷和停機惰走時脹差向負向發展，單缸機組尤其明顯。
但是對於多缸機組，即中間再熱機組，其脹差較單缸機組更為複雜。
汽輪機轉子與汽缸的相對膨脹，稱為脹差。
1 習慣上規定
1.1 轉子膨脹大於汽缸膨脹時的脹差值為正脹差；
1.2 汽缸膨脹大於轉子膨脹時的脹差值為負脹差；
1.3 根據汽缸分類又可分為：高差、中差、低i差、低ii差。
1.4 脹差數值是很重要的執行引數，若脹差超限，則熱工保護動作使主機脫扣。
1.5 汽缸是向後膨脹而轉子是向前膨脹的。
釋：單缸汽輪機的汽缸膨脹，它的死點是在低壓缸排氣口的中心線，即從低壓缸向機頭方向膨脹。轉子的膨脹是以機頭推力瓦為死點，向發電機方向膨脹。
也就是說，汽缸的膨脹方向和轉子的膨脹方向是反向的。
2 使脹差向正值增大的主要原因有
2.1 啟動時暖機時間太短，公升速太快或公升負荷太快；
2.2 汽缸夾層、法蘭加熱裝置的加熱汽溫太低或流量較低，引起汽加熱的作用較弱；
2.3 滑銷系統或軸承台板的滑動效能差，易卡澀；
2.4 軸封汽溫度過高或軸封供汽量過大，引起軸頸過份伸長；
2.5 機組啟動時，進汽壓力、溫度、流量等引數過高；
2.6 推力軸承磨損，軸向位移增大；
2.7汽缸保溫層的保溫效果不佳或保溫層脫落，在嚴禁季節裡，汽機房室溫太低或有穿
堂冷風；
12.8 雙層缸的夾層中流入冷汽（或冷水）；
2.9 脹差指示器零點不准或觸點磨損，引起數字偏差；
2.10 多轉子機組，相鄰轉子脹差變化帶來的互相影響；
2.11 真空變化的影響；
2.12 轉速變化的影響；
2.13 各級抽汽量變化的影響，若一級抽汽停用，則影響高差很明顯；
2.14 軸承油溫太高；
2.15 機組停機惰走過程中由於「泊桑效應」的影響。
3 使脹差向負值增大的主要原因
3.1 負荷迅速下降或突然甩負荷；
3.2 主汽溫驟減或啟動時的進汽溫度低於金屬溫度；
3.3 水衝擊；
3.4 汽缸夾、法蘭加熱裝置加熱過度；
3.5 軸封汽溫度太低；
3.6 軸向位移變化；
3.7 軸承油溫太低；
3.8 啟動進轉速突公升，由於轉子在離心力的作用下軸向尺寸縮小，尤其低差變化明顯；
3.9 汽缸夾層中流入高溫蒸汽，可能來自汽加熱裝置，也可能來自進汽套管的漏汽或者
軸封漏汽。
啟動時，一般應用加熱裝置來控制汽缸的膨脹量，而轉子主要依據汽輪機的進汽溫度和流量以及軸封汽的汽溫和流量來控制轉子的膨脹量。啟動時脹差一般向正方向發展。汽輪機在停用時，隨著負荷、轉速的降低，轉子冷卻比汽缸快，所以脹差一般向負方向發展，特別是滑引數停機時尤其嚴重，必須採用汽加熱裝置向汽缸夾層和法蘭通以冷卻蒸汽，以免脹差保護動作。
汽輪機轉子停止轉動後，負脹差可能會更加發展，為此應當維持一定溫度的軸封蒸汽，以免造成惡果。
4 為什麼正脹差大於負脹差
因為各級葉片的出氣側動靜間隙大於進汽側動靜間隙(正脹差時出氣側間隙減小、負脹差時進汽側間隙減小),正負脹差的定值大小與汽缸和轉子的膨脹量和動靜間隙有關,不同機組定值也不同。
5 什麼是汽輪機的汽缸死點
汽輪機的死點是乙個虛擬的點。汽輪機的滑銷系統通常由橫銷、縱銷、貓爪橫銷、角銷等組成，保證汽缸可以自由的膨脹。所謂的死點就是在汽缸無論向哪個方向膨脹，有乙個點的位置始終是不變的。
這個點就是死點。
6 汽輪機啟動時怎樣控制差脹
6.1 選擇適當的衝轉引數。
6.2 制定適當的公升溫、公升壓曲線。
6.3 及時投汽缸、法蘭加熱裝置，控制各部分金屬溫差在規定的範圍內。
6.4 控制公升速速度及定速暖機時間，帶負荷後，根據汽缸溫度掌握公升負荷速度。
6.5 衝轉暖機時及時調整真空。
6.6 軸封供汽使用適當，及時進行調整。
7 「泊桑效應」和汽輪機組轉子的關係
「泊桑效應」簡單的說就是：
汽輪機的軸在轉速增加的時候，受到離心力的作用，而變粗、變短；轉速減小的時候則，而變細、變長。 一般在汽輪機啟，停機的時候由於低壓缸的轉子是最粗的，所以受泊桑效應最明顯，是脹差變化的乙個因素。【在汽輪機超速或啟、停機過程中注意脹差變化是能夠觀察出來的。
】7.1 所謂「泊桑效應」，俗稱陀螺效應，是材料力學中的乙個基本概念：乙個桿件被縱
向拉伸變長的時候，其橫向寬度就要變小。
7.2泊桑效應的結果是轉速越高轉子變粗，當然必然會使轉子變短，理由很簡單，根據
物質平衡，在質量密度不發生變化的情況下，長胖了就會變矮。
7.3對於汽輪機轉子來講，當轉速由低變高時，在變化的離心力作用下，轉子橫向被拉
長而軸向長度縮短，反之亦然。泊桑效應也就是汽輪機的軸在轉速增加的時候，受到離心力的作用，而變粗，變短；轉速減小的時候，而變細，變長。 一般在啟、停機的時候由於低壓缸的轉子是最粗、最長的，所以受泊桑效應最明顯，是脹差變化的乙個因素。
7.4「泊桑效應」引起的汽輪機轉子長度和寬度的變化在某一轉速變化區域內，對某一
轉子將是乙個定值，但在開機逐漸公升速與停機打閘轉速急劇下降的過程中對指示脹差的影響不同。在停機打閘的過程中「泊桑效應」對脹差影響較大，即轉子有突伸
現象，轉子伸長量完全取決於轉速的變化幅度與材料的泊桑比。
7.5根據材料力學虎克定律：材料軸向伸長（收縮）時必然引起橫向收縮（伸長），彈性
範圍內若橫向應變為，軸向應變為，二者之比為一常數其絕對值稱做橫向變形係數又稱泊桑比用來表示（或者這樣描述：材料在受拉伸或壓縮時，不僅沿縱向發生縱向變形，在橫向也會同時發生縮短或增大的橫向變形。由材料力學知,在彈性變形範圍內，橫向應變εy和縱向應變εx成正比關係,這一比值稱為材料的泊松比，一般以μ表示，），即：
泊桑效應只是我們的俗稱。
7.6正常停機惰走，轉速降低較破壞真空慢很多，雖有泊桑效應使其轉子伸長，但因其
之前一直有氣冷卻，轉子處於較冷的狀態，故脹差既有負向，又有正向抵消，不是很明顯；但打閘尤其是破壞真空緊急停機，屬於熱態轉子急速停轉，脹差尤其是低壓脹差迅速正向增大，低壓轉子最長，故泊桑效應最明顯，正值變化最大；轉子高速旋轉時，受離心力的作用，使轉子發生徑向和住向變形，大軸在離心力的作用下變粗變短，這種現象稱為「迴轉效應」也叫「泊桑效應」。當轉速降低時，離心力的作用減小，大軸的徑長又回到原來的狀態，變細變長，低壓轉子特別明顯，惰走的時候,可以看到低壓脹差突然增大與受力方向正交方向的變形，泊松效應就是乙個物體，在某乙個方向因受力變形，從而引起其他方向變形。
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