汽轮机课件婕运行维护.pptx

第八章汽轮机运行与维护卢志民博士–11八月2024

20092汽轮机主要零部件（如转子、汽缸、法兰等）内的温度分布规律随工况变化而变化，从而引起交变热应力，导致零部件低周疲劳损耗，缩短汽轮机的使用寿命。汽轮机启动是指转子由静止或盘车状态加速到额定转速和负荷逐步增加到额定负荷的全过程，这时汽轮机的零部件的温度由启动前的状态加热到与负荷相对应的温度状态。因此，启动过程是汽轮机零部件的加热过程。反之，停机过程是汽轮机零部件的不稳定冷却过程。汽轮机在启动、停机或变负荷的不稳定工况下运行时，由于各部件结构和所处条件不同，蒸汽对各部件的传热情况不一样，因此各个零部件中以及它们相互之间必然形成较大的温差。这除了导致各零部件产生较大的热应力外，同时还会引起不协调的热膨胀和热变形。第一节汽轮机主要零部件的热应力、热膨胀和热变形

200931．汽缸的受热特点（1）启动时，蒸汽的热量以对流方式传给汽缸内壁，再以导热方式传向外壁，最后经保温层散向大气，汽缸内外壁存在温差，内壁温度高于外壁温度，停机过程则产生相反温差。（2）影响内外壁温差的主要因素：①汽缸壁厚度δ，汽缸壁越厚，内外温差越大。②材料的导热性能；③蒸汽对内壁的加热强弱。加热急剧：温度分布为双曲线型，温差大部分集中在内壁一侧－－热冲击时；加热稳定：温度分布为直线型，温差分布均匀－－汽轮机稳定运行工况；缓慢加热：温度分布为抛物线型，内壁温差较大－－实际启动过程中；

200942．转子的受热特点蒸汽的热量以对流方式传给转子外表面，再以导热方式传到中心孔，通过中心孔散给周围环境，在转子外表面和中心孔产生温差，温差取决于转子的结构、材料的特性及蒸汽对转子的加热程度。

20095一.汽轮机部件内的热应力在汽轮机启动、停机或变负荷过程中，其零部件由于温度变化而产生膨胀或收缩变形，称为热变形。当热变形受到某种约束（包括金属纤维之间的约束）时，则要在零部件内产生应力，这种由于温度（或温差）引起的应力称为温度应力或热应力。应该指出，当温度变化时，若零部件内各点的温度分布均匀，且变形不受任何约束，则零部件仅产生热变形而不会产生热应力［见左图］。②物体各处温度不均匀时，即使没有外界约束条件，也将产生热应力［见右图]；在温度高的一侧产生热压应力，在温度低的一侧产生热拉应力。

20096a．启动时，汽缸内壁为热压应力，外壁为热拉应力，且内外壁表面的热压和热拉应力均大于沿壁厚其他各处的热应力。b.停机过程中，内壁表面热拉应力，外壁表面热压应力。（1）热应力与汽缸壁温差Δt成正比，因此可用Δt作为汽轮机运行中控制热应力的监视指标，在启停及负荷变化过程中，严格控制内外壁温差Δt在允许的范围内；（2）汽轮机冷却过快比加热过快更加危险；（3）控制汽轮机金属的温升速度是控制热应力的基本方法。运行中除监视内外壁温差外，还必须控制好金属的温度升降速度，汽缸内壁温升（温降）速度大小决定了汽轮机转速和负荷变化的快慢，也即决定了汽轮机启动和停机过程的快慢。1、汽缸壁的热应力

20097（1）沿着法兰宽度方向存在温差，必然引起热应力。启动时，法兰外侧的温度低于内侧温度，因而受热后内侧膨胀大，外侧膨胀小，外侧就会阻止内侧自由热膨胀，内侧产生热压应力，外侧受热拉应力。停机时，情况则相反；如果机组不断启停，法兰内外侧就要承受交变的热应力。（2）螺栓的热拉应力随法兰和螺栓的温差增大而增加，一般规定法兰与螺栓温差的允许值为：中参数机组40~50℃，高参数大容量机组20~35℃。2、法兰螺栓的热应力

200983、转子的热应力1)．启动时，蒸汽以对流换热方式将热量传给转子外表面，再以导热方式将热量传给转子中心孔。其中转子外表面温度上升快，中心孔与外表面存在温差；其温差大小主要与蒸汽温度变化率以及转子本身的热容量有关。温差与蒸汽温度变化率成正比；且热容量越大，温差越大；转子中心孔与外表面的温差越大；转子的热应力也越大。启动时转子外表面产生热压应力，中心产生热拉应力；停机时，刚好相反，而正常运行时，由于径向温差变得很小，转子内的热应力基本消失。

200992)．控制转子或汽缸的热应力就是要限制机组启停及负荷变化速度。（1）单层缸高压汽轮机:（转子半径与汽缸法兰厚度大致相等时）法兰的热应力大，按汽轮机法兰热应力来控制最大允许温升速度；（2）双层缸大功率汽轮机:转子的热应力大，按转子热应力来控制最大允许温升速度。主要原因：①转子的半径大于汽缸的壁厚；②启动时，转子的受热条件优于汽缸；③启动时，转子的机械应力水平高于汽缸。3、转子的热应力

2009103)．汽轮机转子热应力的最大值通常出现在高压转子的调节级和中压转子的第一级附近。一般用监视和控制调节级汽缸内壁温度的方法来控制转子的热应力。因为蒸汽首先接触调节