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浅谈热应力对汽轮机组运行影响 　　摘 要：热应力是金属的属性。对于大型汽轮机组来说，控制设备热应力在允许范围之内是保证机组安全运行的必要条件。本文将对机组热应力产生情况、原因及危害进行分析，并提出防范措施，供指导生产之用。 　　关键词：热变形； 热应力；温差 ； 危害 　　中图分类号：U664.113 文献标识码：A 　　国华热电分公司#1、2汽轮机为德国ABB公司生产的单轴、双缸、双抽双排汽凝汽抽汽式汽轮机，型号为DKEH-1ND31。汽轮机配有先进的DEH控制系统和多种保护来维持汽轮机的正常运行，防止机组在异常情况下运行。 　　1何为热应力 　　定义：汽轮机零部件在汽轮机启动、停机或负荷变化过程中，由于温度变化而产生的膨胀或收缩变形称为热变形，当热变形受到某种约束时，则要在零部件内产生应力，称为热应力。 　　由定义可知，热应力有两种形式，一种是由于温度变化设备涨缩，但受到刚性约束，使涨缩受阻而产生的热应力。另一种是零部件加热或冷却时温度不均匀，相邻部分之间涨缩受到约束，如高温部分受到低温部分的约束，它的变形量比自由膨胀值小些，即在高温部分引起压缩热应力；反之，低温部分受到高温部分热膨胀的牵拉，它的变形量比自由膨胀值大些，即在低温区产生拉伸热应力。如果零部件不能按温度变化规律进行自由涨缩，即变形受到约束，则在零部件内引起应力，这种由温度或温差引起的应力称为热应力。 　　对于第一种热应力，汽轮机在设计中，通过对滑销系统和定、转子死点的设置，可使其影响变小。在运行中我们主要控制的是第二种热应力。对于汽轮机而言，由于部件各部分温差而产生的热应力主要表现为两种形式，一种是汽缸热应力，另一种为转子热应力。 　　2产生热应力的几种情况 　　2.1冷态启动时 　　规程规定：高压转子温度≤160度时为冷态启动，此时主汽参数为4Mpa，375度。蒸汽进入汽轮机时，对汽缸而言，内表面与蒸汽直接接触，受热快，膨胀快，而外表面由于壁厚的影响，受热慢，膨胀慢。内表面膨胀受阻，受压缩应力，外表面受拉伸应力。对转子而言，转子外表面与蒸汽直接接触，受热快，膨胀受阻，受压缩应力，内表面受热慢，受拉伸压力。待机组运行稳定后，汽缸和转子各部件温差消除，热应力逐渐减小，直至为零。 　　2.2停机时 　　采用滑参数停机，在整个停机过程中，主汽温度由540度降至250度。对于汽缸而言，内表面随主汽温度的下降而降低，冷却速度快，受拉伸应力，外表面冷却速度慢，受压缩应力。对于汽轮机转子而言，转子外表面冷却速度快于内表面，外部受拉伸应力，内部受压缩应力。 　　2.3负荷变化时 　　随着机组的负荷变化，汽缸和转子的热应力也将发生变化。涨负荷时，热应力变化性质与启动时类似，落负荷时，与停机时类似。待负荷稳定，温差消除后，热应力变为零。 　　2.4左右侧主汽温度偏差大时 　　在机组启动时存在着左右侧主汽温度偏差大，这种情况也容易产生较大的热应力。因为左右侧主汽温度偏差大，在进入汽轮机时，不会混合均匀，这就造成在汽缸或转子同一表面上由于接触的蒸汽温度不均，而产生复杂的应力变化。 　　2.5运行中主汽温度变化大 　　机组运行中，主汽温度发生异常变化，也将对汽轮机产生较大的热应力。 　　3热应力的危害 　　3.1交变热应力 　　通过对以上几种情况的分析，可发现： 　　机组启动————→机组正常————→机组停止 　　涨负荷 ————→ 维持 ————→落负荷 　　汽温增长————→ 稳定 ————→ 汽温下降 　　热应力变化： 压缩应力————→应力为零————→拉伸应力（以转子外表面为例） 　　我们可以看到转子热应力的变化为一个热应力循环，转子在这种交变热应力的作用下，其材料会疲劳损伤，甚至出现裂纹，缩短转子使用寿命。 　　3.2等效应力 　　汽轮机转子除了受热应力作用外，还受离心应力，自重弯曲应力以及传递扭矩的切应力作用，后者统称为机械应力。即等效应力=热应力+机械应力。转子在多种力的作用下工作，工作条件非常恶劣，而且转子本身各部件受力情况不一，在某些应力集中区，如叶轮根部、轴肩等部分应力远远大于平均应力。如果转子的等效应力大于材料的许用应力，将造成设备的损坏，缩短转子的寿命。 　　4运行中如何减小热应力 　　由于部件各部位温度不均而产生的热应力，它值的大小与各部件间的温差成正比。若要减小热应力，就要控制住温差，使物体尽量受热均匀. 　　在我公司机组的诸多保护中，有一条热应力保护，它对汽轮机在不同工变形进行在线监视，一旦热应力超限，保护装置将起作用。此保护为： 　　热应力=80%--100%， 将负荷梯度由100%减至0% 　　热应力=105%或-105% 报警 30min后跳机 　　热应力=125% 报警 1min 后跳机 　　热应力=-125% 报警 立即跳机 　　4.1在