气轮机学习资料

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1、第七章汽轮机运行第一节汽轮机启停时应注意的主要问题汽轮机的启动与停机是汽轮机运行中的两个重要阶段，它影响着汽轮机的可靠性、经济性和使用寿命。由于各部件所处的条件不同，它们被加热或冷却的速度也不同，故在各部件之间或部件本身沿壁厚方向产生明显的温差。温差的存在，导致产生热应力、热膨胀、热变形、振动等。一、汽轮机的受热特点汽轮机在启停和负荷变化过程中，各部件的金属温度都将发生变化，尤其在启动过程中，温度变化最为剧烈。如高参数大容量的汽轮机在冷态启动时，进汽部分的金属温度将由原来的室温升高到500℃以上，所以启动过程就其零部件

2、而言是一加热过程。由于各部件的受热条件不同，从而在汽轮机各部件内部产生温度梯度，进而产生热应力、热变形。当热应力、热变形超出允许范围时，这些部件将产生永久变形甚至更严重的损坏。为保证汽轮机启动的安全性，必须了解并掌握汽轮机在启动过程中的受热情况。当汽轮机冷态启动时，温度较高的蒸汽与冷的金属部件接触，这时主要以凝结换热的方式将蒸汽的热量传给金属壁面。由于凝结放热系数很高，且随压力升高而增大，所以汽轮机的通流部分金属表面包括汽缸内壁和转子表面温度很快上升到该蒸汽压力下所对应的饱和温度。当汽缸内壁和转子表面温度高于蒸汽压力下

3、对应的饱和温度后，蒸汽主要以对流换热方式向金属传热。蒸汽的对流放热系数远小于凝结放热系数且不断变化，其大小主要取决于蒸汽流速和比容。通常蒸汽流速越高，比容越大，放热系数越大，传热量越大，从而使接触金属表面的温升率越大。因此，在启动过程中可以通过改变蒸汽的压力、温度、流量、流速等方法控制蒸汽对接触金属表面的对流放热量，从而把金属温升率控制在允许范围内。汽轮机各金属部件本身的换热过程是热传导过程。如汽缸壁的传热过程是：内壁以热对流形式吸收蒸汽的热量，然后通过热传导方式传给外壁。因为汽缸内外壁之间存在热阻，所以由傅立叶导热定

4、律可知在汽缸壁内部存在温度梯度，因此产生汽缸内外壁温差。二、热应力如前面的分析知：汽轮机的启动与停机过程，是加热与冷却的过程。金属与蒸汽的温度差使各金属部件产生膨胀或收缩变形，受约束的热变形就产生热应力。由此可见，产生热应力的条件是：（1）存在温差；（2）受约束。另外材质不均也会导致热应力的产生。例如在启动过程中，汽缸内壁面受热膨胀，由于受到较低温度的外壁面的制约，从而内壁面产生压应力，外壁面产生拉应力，即热应力产生的规律是“热压冷拉”。停机过程与启动过程相反，因此汽轮机每启停一次，部件就受到压230缩与拉伸的一次循环

5、的交变应力。当启停频繁时，就形成低频率的交变应力。当热应力超过金属的许用应力值时，产生永久性的塑性变形。随着运行时间的增长，部件表面就会产生裂纹，使出现疲劳损伤，以致发生转子断裂事故。1．汽缸的热应力运行实践证明，汽缸出现裂纹，大多由拉应力所引起。因汽缸结构不同，不同的汽室换热情况不同，其中喷嘴调节汽轮机以高压缸调节级和中压缸进汽处蒸汽温度变化最大，热应力为最高。当温差消失后，残留的拉应力再加上蒸汽压差所引起的静拉力，很容易使汽缸产生裂纹。所以在启停过程中要严格控制调节汽室蒸汽温度的变化率，且汽轮机的快速冷却比快速加热

6、更加危险。例如热态启动时若用低温蒸汽，使汽缸内壁受到骤然快速冷却，所以是非常危险的。对某一汽轮机而言，汽缸壁产生的热应力与汽缸内外壁温差△t成正比，一般情况下，汽缸内外壁温差变化1℃，约能产生1.96MPa的热应力。在启停过程中应是热应力值不超过材料的许用应力，即严格控制汽缸内外壁温差Δt在允许范围内。最大允许温差Δt可由下式求得：[]σ(1−μ)Δt=ϕEαl式中：[σ]——材料的许用应力；ϕ——温度分布系数，对汽缸内壁ϕ=2/3，外壁ϕ=1/3。例如，某汽缸材料为ZG20CrMoV，工作温度为535℃，泊松比μ=0

7、.3，弹性模5-5量E=1.76×10MPa,线膨胀系数α=1.22×10/,℃材料的高温屈服极限为225.4MPa,取l安全系数为2，则其许用应力[σ]=（225.4/2）MPa即112.7MPa。根据上式得1127.×1(−)3.0367.Δt==5−5ϕ×.176×10×.122×10ϕ（1）在停机或甩负荷过程中，汽缸被冷却，内壁承受拉应力，故应按内壁计算，ϕ=2/3，所以内外壁的最大允许温差为：367.Δt==55℃23（2）汽轮机在冷态启动时，汽缸被加热，外缸受拉应力，则应按外缸计算，ϕ=1/3，但考虑内壁产

8、生的热应力的绝对值也较大，所以ϕ取内外壁温度分布系数的平均值，即取ϕ=1/2，得内外壁的最大允许温差为：367.Δt==734.℃12此时，汽缸的内外壁最大允许温差可近似取70℃。用传热学的理论分析得知：Δt的大小与汽缸内壁的温度变化率（加热或冷却的速度）及汽缸厚度的平方成正比。汽缸内壁温度变化率的大小与汽轮机的启停速度有关。对于