汽轮机17930.doc

前言 本书体现了职业教育的性质、任务和培养目标；符合职业教育的课程教学基本要求和有关岗位资格和技术等级要求；具有思想性、科学性、适合国情的先进性和教学适应性；符合职业教育的特点和规律，具有明显的职业教育特色；符合国家有关部门颁发的技术质量标准。本书可以作为教育教学用书。 本书共分为几个部分，其中有：热应力、热膨胀、热变形等相关知识的讲解，同时还包括汽轮机各个组成部分的三热分析以及相关数据 同时本书在编写过程中参考了相关网站的相关知识，以及资料，并得到了有关老师以及同学们的热情帮助，在此表示衷心的感谢。 由于编者水平有限，书中错误和不妥之处在所难免，恳请读者批评改正。 编者 2102年11月 目录 目录………………………………………………….1 热应力…………………………………………….2-4 热应力评估……………………………………….4-5 汽缸壁热应力……………………………………….6 法兰螺栓热应力………………………………….6-7 转子热应力……………………………………….7-8 热膨胀……………………………………………8-10 汽缸的膨胀不畅……………………………….10-12 热变形………………………………………….12-13 汽轮机热变形………………………………….14-18 汽轮机运行实践中控制三热的实例………….18-19 一、热应力 1、由于温度的变化引起零件的变形——热变形，如果热变形受到约束，则物体内就产生应力，这种应力称为热应力。 物体在加热或冷却时，物体内的温度时不均匀的，这是物体虽没有约束，物体各部分的膨胀是不同的，互相间受到约束，将产生热应力，高温区手压缩应力，低温区受拉伸应力。 2、汽轮机启停和工况变化时汽缸和转子的热应力： （1） 汽轮机冷态启动时的热应力： 汽缸内壁受压应力，外壁受拉应力! 转子外壁受压应力，内壁受拉应力 （2） 汽轮机停机过程的热应力： 汽缸内壁受拉应力，外壁受压应力 转子外壁受压应力，外壁受拉应力 汽轮机从冷态启动，稳定工况下运行至停机过程中，转子表面的热应力由压缩变化拉伸，中心孔的热应力由拉伸变为压缩。汽缸内外壁变化也是如此，刚好完成一个交变热应力循环。在交变应力的反复作用下，金属表面出现疲劳裂纹，并逐渐扩展，以致断裂，由于汽轮机正常运行时间长，启停时产生的热应力的频率很低，故称这种交变热应力为低周波应力又称低周疲劳，一般机械的交变应力称为高周波应力。 （3） 汽轮机启动时的热应力： 在热态启动初期冲转时，调节级的蒸汽温度可能低于该级汽缸和转子的金属温度，转子表面和汽缸内壁为拉伸应力，而转子中心孔和汽缸外壁为压缩应力，随着蒸汽温度的升高，转子表面和外壁由热压应力变为拉伸，进入准稳态，应力达最大值，每一次热态启动转子和汽缸表面的热应力刚好完成一个交变应力循环。 （4） 负荷变动的热应力： 大型汽轮机负荷在15~100%范围内变动时，调节级后的汽温变化在100以上。 减负荷时，蒸汽温低于金属温度，转子表面首先冷却，转子表面温度低于中心孔温度，转子表面形成拉伸应力，中心孔形成压应力，汽缸内外壁亦是。升负荷时，蒸汽温度高于转子表面温度，转子表面受压应力，中心孔受拉应力，汽缸内外表面亦是如此，即减负荷又加负荷，则转子表面或中心孔的热应力也完成了一个交变热应力循环，汽缸内外壁也是如此。 图3-1 DEH热应力控制的原理图 热应力评估TSE 汽轮机热应力评估TSE的基本功能就是对汽轮机的高、中压转子、高压主汽门、调门阀体和高压缸体等厚重部件的温差进行监视，防止由于蒸汽温度与金属温度的不匹配导致金属部件产生过大的热应力，影响部件的使用寿命。这里的温差监视实际上是所谓的温度裕量（Margin）监视。它是汽轮机部件的实际温差和设计温差的差值，温度裕量越大，说明温差越小，部件所受的热应力也越小。为了确保机组启动和变工况时，其热应力处于可控范围，DEH根据温度裕量的大小自动设置升速率和最大允许的负荷变动率。而且TSE出现故障时，DEH将不允许机组启动，并闭锁汽轮机升速或变负荷。 热应力与温差的线性关系 汽轮机的高、中压转子、高压主汽门、调门阀体和高压缸体是汽轮机中最厚重的部件，因此只要控制了这五个部件的热应力，其它部件也就不存在热应力超标问题。由于汽轮机上述部件都是规格和形状复杂的部件，因此在计算他们的热应力前，需要先进行简化：在双层缸汽机很薄的外缸中的热流或汽机缸体法兰中的热流可类似为一个平板中的热流；一个管子或一个很厚的汽机缸体，可看作一个中空的柱体；一个实心轴看作一个实心柱体；阀体在计算时假定为一个空的半球。经过简