第八章-汽轮机运行.ppt

第七章 汽轮机运行 第一节 汽轮机的热应力、热膨胀、热变形 一、汽轮机的热应力 （一）汽轮机的受热特点 1、以汽轮机冷态启动为例，温度较高的蒸汽与冷的汽缸内壁接触，汽缸内壁被加热，蒸汽对金属的热量传递方式主要是凝结放热；当汽缸内壁的金属温度高于该蒸汽压力下的饱和温度之后，蒸汽向金属的传热方式主要是对流换热。 即：启动开始是凝结放热，过后是对流放热。 2、蒸汽的对流放热系数远远低于凝结放热系数，其大小取决于蒸汽的流速和密度，密度又随压力和温度而改变。在通常的流速范围内，流速越高，放热系数越大。流速不变时，高压蒸汽和湿蒸汽的放热系数较大；低压微过热蒸汽的放热系数较小。 即：启动初期，要用低压微过热蒸汽，加热比较缓慢，金属物体的温差小。 3、放热系数直接影响到汽缸内外壁温差的大小，放热系数越大，蒸汽传给汽缸内壁的热量大，汽缸内外壁温差越大。 因此在启动过程中，应通过改变蒸汽压力、温度、流量和流速等方法来控制蒸汽对金属的放热量，再辅以暖机——共同减小汽缸内外壁的温差。 4、汽轮机金属本身的换热过程是热传导过程。在启动过程中，加热蒸汽直接与汽缸内壁相接触，内壁温度升高，热量通过金属的热传导传递给外壁，从而形成汽缸内外壁温差。对汽轮机转子来说，其外表面与蒸汽接触直接接触，且受热面积大，但转子中心温度的升高，仍然是通过热量从外表面以热传导的方式传递至中心实现的。因此转子沿半径方向也会出现温度梯度。 停机时，与蒸汽直接接触的汽缸内壁和转子外表面被蒸汽冷却，从而在汽缸内外壁之间、转子外表面与中心之间形成与启动时相反的温差。 即启动时蒸汽加热汽轮机，停机时蒸汽冷却汽轮机。 （二）汽轮机的热应力 1、汽缸的热应力 当汽缸材料一定，即线胀系数、弹性模数以及泊松比为定值时，汽缸内、外壁的热应力均与内、外壁温差成正比。 （1）汽轮机在冷态启动时 由于汽缸壁被单向加热，内壁温高于外壁温，即△t＞0。汽缸内壁产生压缩热应力，汽缸外壁受到拉伸热应力，且内壁热应力的绝对值为外壁的2倍。 即启动时，汽缸内壁温度高，外壁温度低，汽缸内壁承受热压应力，汽缸外壁受到热拉应力。 （2）在停机过程中 由于汽缸内壁温度低于外壁温度，即△t ＜0，因此汽缸内壁产生拉伸热应力，外壁产生压缩热应力。 即停机时，汽缸内壁温度低，外壁温度高，汽缸内壁承受热拉应力，汽缸外壁受到热压应力。 2、转子的热应力 （1）启动时，转子表面温度高，越接近于轴心部分的温度则越低。转子截面内的这个径向温差使转子中心产生热拉应力，而转子表面产生热压应力。 （2）当汽轮机带到一定负荷处于稳定工况后，转子截面内部温度趋近平衡，转子热应力基本消失。 （3）汽轮机停机时的情况与启动时的情况刚好相反，转子表面产生热拉应力，而中心处产生热压应力。 3、螺栓的热应力 在汽轮机启动过程中，法兰与螺栓之间存在着较大的温度差，而且法兰的温度高于螺栓的温度。由于法兰在厚度方向上的膨胀，螺栓被拉长，此时，螺栓除承受安装时的拉伸预应力和汽缸内部蒸汽工作压力而引起的拉伸应力外，又额外地产生附加热应力。 危害： （1）如上述三种拉应力之和超过螺栓材料的屈服极限，螺栓就发生塑性变形甚至断裂。 （2）在螺栓产生热拉应力的同时，法兰则相应地受到热压应力的作用。若这种应力过大时，法兰结合面局部就可能因受到过度压缩而产生塑性变形，结合面的严密性将受到破坏。 螺栓所承受的热拉应力是随着法兰与螺栓温差的增大而增加的。一般情况下，汽轮机的其它部件在允许的加热速度下，螺栓的热应力是不致达到危险程度的，但是，当蒸汽温度比进汽处的汽缸金属温度高很多时，就应注意螺栓热应力的变化。 （实际机组消除措施：设置法兰螺栓加热装置，或采用螺栓孔内移后的窄法兰结构） 二、汽轮机的热膨胀 （一）汽缸和转子的热膨胀 汽轮机从冷态到带负荷运行过程中，金属温度变化量很大，汽轮机各个部件的尺寸必然会产生很大的变化，即发生热膨胀。为了满足汽缸的自由膨胀，设置了滑销系统。 （二）转子与汽缸的相对膨胀 汽轮机在启动、停机和升降负荷过程中，汽缸和转子分别以各自的死点为基准膨胀，由于转子和汽缸的结构不同（质面比不同），工作条件不同，使转子和汽缸之间存在一定的温差，导致转子与汽缸间存在膨胀差，把转子与汽缸沿轴向膨胀之差，即转子膨胀相对于汽缸膨胀的程度，称为转子与汽缸的相对膨胀差，简称胀差或差胀。一般规定，当转子的轴向膨胀值大于汽缸的轴向膨胀值，即转子长时，胀差为正值，反之，转子短时为负胀差。过大的胀差会导致汽轮机内部因动静间隙的减小而产生摩擦，摩擦又会导致振动振幅增大，造成汽轮机内部损坏。 胀差探测器用来监视胀差的大小，通常安装在距离推力轴承尽量远的地方，以便能探测显示最大的胀差值，通过对显示最大的胀差值的监视控制，可以保证汽轮机中间各级胀差在允许范围内。有时也会