汽轮机热应力控制介绍

汽轮机热应力控制

金属部件受热不均，出现温差就会产生热应力。温差越大，热应力也越大。部件加热时受到压缩应力，部件冷却时收到拉伸应力。而压缩和拉伸应力得不断交错循环，将会导致金属产生疲劳裂纹，消耗设备的使用寿命，并逐渐扩大直到断裂失效。对于汽轮机而言，在非稳定状态下运行（如启停，增、减负荷或变温度运行）时，其金属部件将受到固定大小和频率的热应力影响，会导致材料处于一个高水平的疲劳度而出现裂纹。

减少部件疲劳，控制热应力的最好方法就是控制部件内外温差，控制部件内外温差的最好方法则是延缓部件的升、降温速率。因此合理的消耗寿命，以便设备在使用寿命内发挥最大的效益就是设备热应力控制的目的。为此一般厂家都会根据设备的运行特性，合理分配设备的寿命消耗。如汽机厂会提供全寿命内汽机冷、温、热态的启动次数限制，以及升降负荷的速率限制。

西门子DEH的热应力控制就是将汽机厂的这些要求和手段转换成程序，测取（或模拟计算）受温度剧烈变化影响的汽机主要厚重部件如高中压主汽门阀体、高中压缸体、高中压转子等部件的内外壁温，然后计算出可能的最大应力（用温差进行表征）并与规定限值进行比较，从而构成汽机监视系统的一部分，并根据应力决定汽机启动过程中的升速率以及变负荷时最大的允许负荷变动率。

图3-1 DEH热应力控制的原理图

3.1 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。

3.1.1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。经过简化的部件，就可以根据应用热应力计算公式进行计算了。

在弹性模量范围内，一个理想物体的热应力计算公式如下：

横向膨胀系数

，，平均线性热膨胀系数

弹性模量，，平均壁温

度

，绝热表面的应力和温＝，热表面的应力和温度

＝式中：

＝γβγβδm m m E T 0i 1i ),

)(1/(i m T T --E

从公式上可见，热应力与温差存在严格的线性关系，因此用温差来表示热应力是可行的，也是合理的。

3.1.2温差裕度（Margin ）的计算

由于热应力与部件的温差之间有线性关系，因此监视热应力最方便的办法就是监视部件的温差值。对于高压主汽门阀体、高压调门阀体和高压缸外缸等静止部件，测量部件温差的方法比较简便，只要在部件上打个孔，安装两只位置相邻、但插入深度不同的热电偶作为内壁温和平均壁的温度测点，具体布置见图3-2。插入90％深度处的温度T1 泛指直接接触蒸汽并进行热交换的相应阀体(缸体) 温度，插入50 %深度处的温度Tm 泛指相应阀体(缸体) 的平均温度。由于热传

导的延迟， Tm 的变化总会慢于T1 的变化，从而存在温差,这一温差的大小,即表示应力的大小。

。

图3-2 用于热应力控制的温度测点的布置

图3-3冷态启动时的部件金属温度变化曲线

目前实测高、中压转子的温度是十分困难的，只能采用仿真计算的方法来实现。首先，用高压(中压) 内缸的温度来近似表示高压(中压) 转子表面的温度Ta ，计算转子动叶根部的温度作为转子平均温度,也用Tm 表示,另外再计算转子中心的温度Tax 。转子表面温度Ta 和转子平均温度Tm 的差值就表示转子应力的大小。

转子平均温度T m

，轴平均壁温％深度测量）

缸表面温度（：代替轴表面温度的内选的材料和轴半径

：时间常熟，取决于所，，式中：

＝m 0K 21///0m T 90T t \T t t )]1(177.0)1(1313.0)1(6917.0[T T 21K i t t t t t t e e e

----?+-?+-?

转子表面温度T a ：

)]1(3044.0)1(6471.0)1(7301.0)1(8529.0)1(0647.1)1(599.1[T T k //////0a 21321t t t t t t t t t t t t e e e e e e i i

-------?-?-?-?+-?-?－＋－－＝

材料的寿命取决于疲劳强度和疲劳周期。对于汽轮机而言，强度较大的应力交变主要发生在启动和停机阶段，由于机组启停的一次需要间隔较长的时间，因此它是低周疲劳。而机组每时每刻的都有可能的增、减负荷，若蒸汽温度发生变化时，材料也将面临交变压力

的影响。汽轮机进行设计时，

需要通过统计汽轮机在基本

负荷或最大负荷区间的计划

使用情况来确定预期应力周

期的数量，选用的材料必须能

满足这些疲劳周期数量。汽轮

机厂将材料的允许应力以温

差限制的方式做成曲线用于

指导生产运行。曲线的形式与

基于假设周期数量的部件绝

对温度相关。在限制曲线的计

算中，部件的设计特征（例如：

它们的外形和槽口的影响）都

必须考虑。图3-4就是部件的

温差限制曲线。 部件的热应力限制曲线是根据材料寿命确定的，一旦越限就有可能影响设备的正常寿命。为此，在机组正常运行中，需要留出一定的安全裕量，这就是所谓的温度裕度。温度裕度是部件内外壁的实际温差和允许温差的差值，裕度越大，说明温差越小，部件所受的热应力也越小。温度裕度的计算方法见图3-5。

图3-4 部件的热应力（温差）限制曲线

汽缸部件在系统中温度差的计算轴部件在系统中温度差的计算图3-5 汽缸和转子部件的温差裕度（Margin）计算

图3-6 DEH OM上TSE MARGINS画面

经过计算的部件温差，以温差值和棒图的形式在OM画面显示。温度裕度大于零时，以绿色数值显示。如果差值变为负数，颜色将变成黄色。差值低于-15 K 时显示为红色。这些报警特征可用来提醒和指导运行人员，通过采取措施来改善状况，如：改变蒸汽温度。

3.1.3温度裕度的作用

前面已经讲过，只有汽轮机处于启停或变负荷等不稳定工况下，因蒸汽温度的波动才有可能引起部件的温度变化，产生温差。因此在这些阶段，通过温度裕度来决定或限制机组转速和负荷的变化速率，就能达到控制热应力的目的。

1）升、降速率

机组启停期间是，是汽轮机部件加热或冷却最厉害的阶段，此时金属部件的热应力处于高强度状态，因此在这个阶段的热应力控制显得尤为重要。所以SIEMENS DEH的ATC程控中，将根据高压缸体和高、中压转子这三个部件中的最小温度裕度值，来决定机组的升速率OFBN和降速率UFBN，且不允许运行人员手动设定。以此达到热应力控制在最小，启动时间最短的目的。

OFBN＝Min（WTO，30K）×600r/min2÷30K

其中WTO是应力计算程序WTG来的上限温度裕度

同理：

UFBN＝Max（WTU×－1，-30K）×600r/min2÷30K

其中WTU是应力计算程序WTG来的下限温度裕度

因此，只要部件的温度裕度大于30K，此时机组的启动将以最大的升速率600 r/min2来冲转汽机，汽轮机将以不到5min的时间实现从暖机转速升至额定转速。若部件的温度裕度小于30K，此时的升速率将受限制。如果温度裕度很小，汽轮机将有可能无法快速过临界，导致冲转失败。因此在冲转前，应适当提高温度裕度。

由于DEH可以在转速调节器作用下带负荷运行，因此在该方式下的负荷变化速率只能通过机组转速变化率来实现。此时的OFBN和UFBN的计算方法同上面一样，只是最大的允许升、降速率从±600 r/min2变为PSVG×δ÷PNOM。

其中 PSVG是DEH允许的最大变负荷率，MW/min；

δ是转速不等率，δ＝0.15r/(min·MW)；

PNOM是机组额定出力，1000MW

2）负荷变化率

负荷变化率的计算方法同转速变化率的方法基本相同。但实际中，还是以运行人员手动设定为主，OFBP和UFBP只是用于限制。因此在这里不展开过大的叙述。

温度裕度的影响即TSE INFL子环可以在OM上投切，同时显示相应的信息。

在正常情况，该子环必须投入，否则机组无法启动或负荷升降。而温度裕度影响功能投入时，若应力估算程序故障，发出WTST＝1信号，将自动把TSE INFL子环切除，此时闭锁（BLOCK）延时目标转速NSV或目标负荷PSV的变化，只有等到故障信号消失，运行人员在OM再次投入子环后，同时投入设定值复位子环，发出SWFQ命令后，使WTS复位，机组才能再冲转或负荷变化。

3.1.4冷态启动规范

转子的材料刚性裂纹在低温时显著的减少。在100℃(212°F)时材料的刚性裂纹达到最大。转子中心温度的降低使允许温度差值也相应降低，可以避免冷态启动的失败。因此，必须规定与转子中心线的计算温度（Tax）相关的衡量机械裂纹允许温度，例如：冷态启动规范。当转子中心线温度升高时，根据规范向下适当调整，逐渐减小直到达到转子材料的最大刚性裂纹。从允许温度差中挑选最小值与壁的平均温度和中心线温度相关，它决定温度差，并给出安全指导。

3.2 X准则概述

SIEMENS DEH的一个显著特点及优点就是汽轮机的启动冲转必须由其提供的程控子组完成，系统未提供运行人员手动操作的界面。为了实现汽轮机的ATC，DEH需要对启动过程中的很多设备、系统以及汽轮机相关的重要参数进行监视和确认。X准则就是其中一个重要的条件，其实质是变温度准则，就是根据金属部件不同的温度，确定不同的蒸汽温度，并使之与汽轮机金属部件温度匹配，温差控制在TSE差值内，从而实现汽轮机在启动过程中的热应力控制，并使启动时间最小，最佳。目前使用的X准则有六个，分别是X2、X4、X5、X6、X7A/B和X8。根据X准则在汽轮机自启动程控中的步骤，可划分为：

?顺控第13步：X2准则，打开主蒸汽管道上的主汽门并对阀体预热的条件；

?顺控第20步：X4、X5、X6，汽机冲转，开调门的条件；

?顺控第23步：X7A、X7B，汽轮机中速暖机结束，升速到额定转速的条件?顺控第第29步： X8，发电机并网带负荷的条件

根据功能划分：

?最低蒸汽温度的限定，避免热部件不必要的冷却：X5、X6

?蒸汽与金属部件的温差，限制热应力：X7A、X7B、X8、X2

?在汽轮机用蒸汽冲转之前过热度的限定：X4

用途：用来确定开高压主汽门进行暖高压阀门腔室前的主汽压力值。

说明：在冷态启动时，阀体的温度低于主蒸汽的饱和温度，在打开主汽门后，蒸汽以凝结放热的形式向阀体传递热量。为了避免出现过大的放热系数，导致调门出现过大的温升引起热应力超标，一般都采用低压微过热蒸汽冲动转子。而蒸汽饱和温度和压力是一一对应，因此限制了蒸汽的饱和温度也就相当于限制了蒸汽压力。

使用时机：开高、中压主汽门前，顺控第13步。

?：主汽压力【MAX（LBA21CP001，LBA22CP001)】对应的饱和温度SatSt

?：高压调门壁温（MAA12CT022A）

mCV

图表查用方法：根据《饱和蒸汽表》，查得主汽压力对应的饱和温度。再根据高压调门壁温（MAA12CT022A）在上图中查得最大允许的饱和温度。

如果前者小于后者，说明X2准则满足。

公式：MS ?>SatSt ?+4X

用途：用来确定汽机冲转前的主汽温度值。

说明：该准则用来避免湿蒸汽进入汽轮机，确保主汽温度高于主汽饱和温度某一

值，即主汽要有一定的过热度，这样可以防止湿主汽进入汽轮机。

使用时机：开调门冲转前，顺控第20步。

MS ?：高压主汽门前蒸汽温度【Min （LBA21CT003，LBA22CT003）】 SatSt ? ：主汽压力【MAX （LBA21CP001，LBA22CP001)】对应的饱和温度

图表查用方法：根据冲转的主汽压力在《饱和水和饱和水蒸汽表》中查得对应的

主汽饱和温度，再在上图中查得对应的主汽温度。实际的主汽温

度高于该查得的值，准则满足。 注：我厂高低压旁路系统将汽轮机冲转压力设定在85bar ，根据X4准则，冲转

主汽温度约为400℃。但最终冲转主汽温度应取X4准则及X5准则中的较大值。

公式：5X mHPS MS +>??

用途：用来确定汽机冲转前的主汽温度值。

说明：该准则用来避免高压汽轮机部分被冷却，确保主汽温度高于高压缸的平均

壁温和高压转子的平均温度某一值，即满足X5准则

使用时机： 开调门冲转前，顺控第20步。

MS ?：高压主汽门前蒸汽温度(_0LBA21CT003._0LBA22CT003)及高压旁路

前蒸汽温度(_0LBA11CT001._0LBA13CT001)中的最小值

mHPS ?：高压转子温度(_0MAY01EP154)及高压缸壁温(_0MAA50CT032A)的最

大值

图表查用方法：高压转子温度（_0MAY01EP154）和高压缸壁温（_0MAA50CT032A ）

中的大值，在表中查得对应的主汽温度。该查得的值低于实际的

主汽温度（_0LBA11CT001、_0LBA13CT001、_0LBA21CT003、

_0LBA22CT003中的最小值）时，准则满足。

公式：6X mIPS RS +>??

用途：用来确定汽机冲转前的再热蒸汽温度值。

说明：该准则用来避免中压汽轮机部分被冷却，确保再热蒸汽温度高于中压转子

的平均温度某一值，即满足X6准则：

使用时机： 开调门冲转前，顺控第20步。

RS ?：中压主汽门前蒸汽温度(_0LBB21CT002._0LBB22CT002)及低压旁路前

蒸汽温度(_0LBB21CT001._0LBB22CT001)中的最小值

mIPS ? ：中压转子温度(_0MAY01EP155)

图表查用方法：取中压转子温度（_0MAY01EP155），在表中查得对应的再热蒸汽

温度。该查得的值低于实际再热蒸汽温度（_0LBB21CT001、_0LBB21CT002、_0LBB22CT001、_0LBB22CT002中的最小值）时，准则满足。

X7A 准则

公式：A mHPS MS X 7+

用途：用来判断汽机暖机是否结束，进而可以升速至额定转速。

说明：该准则在冲转到额定转速前使用，目的是使高压汽轮机充分暖机，汽轮机

的启动过程是一个对汽轮机各部件加热的过程，为了使缸体和转子的应力不超过许用应力，要使缸体和转子的内外表面温差小，必须对汽轮机进行暖机，暖机是否完成，由X7准则来判断

使用时机： 升速至额定转速前，顺控第23步

MS ?：高压主汽门前蒸汽温度(_0LBA21CT003._0LBA22CT003) 和高压旁

路前蒸汽温度(_0LBA11CT001._0LBA13CT001)中的最大值

MHPS ?：高压转子温度(_0MAY01EP154)

图表查用方法：取主汽温度（_0LBA11CT001、_0LBA13CT001、_0LBA21CT003、

_0LBA22CT003）中的最大值，在表中查得对应的高压转子温度。实际高压转子温度①高于该查得的值时，说明高压转子部分暖机结束。

①：实际高压转子温度是指_0MAY01EP154。

X7B 准则

公式：B 7C X mHP MS +

使用时机： 升速至额定转速前，顺控第23步

MS ? 最大值 高压主汽门前蒸汽温度(_0LBA21CT003._0LBA22CT003)及高

压旁路前蒸汽温度(_0LBA11CT001._0LBA13CT001)中的最大值

m HPC ?：高压缸壁温(_0MAA50CT032A)

图表查用方法：取主汽温度（_0LBA11CT001、_0LBA13CT001、_0LBA21CT003、

_0LBA22CT003）中的最大值，在表中查得对应的高压缸壁温。实际高压缸壁温①高于该查得的值时，说明高压缸缸体部分暖机结束。

①：实际高压缸壁温是指_0MAA50CT032A 。

3.2.6 X8准则

公式：8IPS R X m S +>??

用途：用来判断汽机暖机是否结束，进而可以进行发电机并网。

说明：该准则在机组并网前使用，目的是使中压汽轮机充分暖机，暖机是否完成，

由X8准则来判断（此准则用于冷态启动）。

使用时机： 发电机并网前，顺控第29步

S R ? 中压主汽门前蒸汽温度(_0LBB21CT002._0LBB22CT002)及低压旁路

前蒸汽温度(_0LBB21CT001._0LBB22CT001)中的最大值

mIPS ?中压转子温度(_0MAY01EP155)

图表查用方法：取再热蒸汽温度（_0LBB21CT001、_0LBB21CT002、_0LBB22CT001、

_0LBB22CT002）中的最大值，在表中查得对应的中压转子温度。实际中压转子温度①高于该查得的值时，说明中压转子部分暖机结束。

①：实际中压转子温度是指_0MAY01EP155。

3.2.7 最佳（推荐）温度计算

计算最佳主、再热汽温的目的是期望进入汽机的主、再热蒸汽温度既能满足机组做功要求，又尽可能减少高压转子或中压阀体等部件的温度扰动，从而减少热应力，达到减缓部件寿命消耗的目的。

最佳主汽温度把高压转子中心温度＋高压转子最大温差允许上限×1.7，再按一定的速率进行变动限制，再进行上、下限限制。

汽轮机中各设备的作用

汽轮机各设备的作用 01. 凝汽设备主要有凝汽器、循环水泵、抽汽器、凝结水泵等组成。 任务：⑴在汽轮机排汽口建立并保持高度真空。 ⑵把汽轮机排汽凝结成水，再由凝结泵送至回热加热器，成为供给锅炉的给水。此外，还有一定的真空除氧作用。 02. 凝汽器冷却水的作用：将排汽冷凝成水，吸收排汽凝结所释放的热量。 03. 加热器疏水装置的作用：可靠的将加热器内的疏水排出，同时防止蒸汽随之漏出。 04. 轴封加热器的作用：回收轴封漏汽，用以加热凝结水从而减少轴封漏汽及热量损失，并改善车间的环境条件。 05. 低压加热器凝结水旁路的作用：当加热器发生故障或某一台加热器停用时，不致中断主凝结水。 06. 加热器安装排空气门的作用：为了不使空气在铜管的表面形成空气膜，使热阻增大，严重地影响加热器的传热效果，从而降低换热效率，故安装排空气门。 07.高压加热器设置水侧保护装置的作用：当高压加热器发生故障或管子破裂时，能迅速切断加热器管束的给水，同时又能保证向锅炉供水。 08.除氧器的作用：用来除去锅炉给水中的氧气及其他气体，保证给水的品质。同时，又能加热给水提高给水温度。 09.除氧器设置水封筒的目的：保证除氧器不发生满水倒流入其他设备的事故。防止除氧器超压。 10.除氧器水箱的作用：储存给水，平衡给水泵向锅炉的供水量与凝结水泵送进除氧器水量的差额，从而满足锅炉给水量的需要。 11.除氧器再沸腾管的作用：有利于机组启动前对水箱中给水加温及备用水箱维持水温。正常运行中对提高除氧效果有益处。 12.液压止回阀的作用：用于防止管道中的液体倒流。 13.安全阀的作用：一种保证设备安全的阀门。 14.管道支吊架的作用：固定管子，并承受管道本身及管道内流体的重量和保温材料重量。 15.给水泵的作用：向锅炉连续供给具有足够压力，流量和相当温度的给水。 16.循环水泵的作用：主要是用来向汽轮机的凝汽器提供冷却水，冷凝进入凝汽器内的汽轮机排汽，此外，还向冷油器、发电机冷却器等提供冷却水。 17.凝结水泵空气管的作用：将泵内聚集的空气排出。 18.减温减压器的作用：作为补偿热化供热调峰之用（本厂）。 19.减温减压装置的作用：⑴对外供热系统中，用以补充汽轮机抽汽的不足，还可做备用汽源。⑵当机组启停机或发生故障时，可起调节和保护的作用。⑶可做厂用低压用汽的汽源。 ⑷用于回收锅炉点火的排汽。 20.汽轮机的作用：一种以具有一定温度和压力的水蒸气为介质，将热能转变为机械能的回转式原动机。 21.汽缸的作用：将汽轮机的通流部分与大气隔开，以形成蒸汽热能转换为机械能的封闭汽室。 22.汽封的作用：减少汽缸内的蒸汽向外漏泄和防止外界空气漏入汽缸。 23.排汽缸的作用：将汽轮机末级动叶排出的蒸汽倒入凝汽器。 24.排汽缸喷水装置的作用：为了防止排汽温度过高而引起汽缸变形，破坏汽轮机动静部分中心线的一致性，引起机组振动或其他事故。 25.低压缸上部排汽门的作用：在事故情况下，如果低压缸内压力超过大气压力，自动打开

汽轮机热应力、热膨胀、热变形

汽轮机热应力、热膨胀、热变形 一、汽轮机启停和工况变化时的传热现象： 1、凝结放热： 当蒸汽与低于蒸汽饱和温度的金属表面接触时，在金属壁表面发生蒸汽凝结现象，蒸汽放出气化潜热，蒸汽凝结放热在金属表面形成水膜——膜状凝结，其放热系数达4652~17445w/m2·k，如果蒸汽在壁面上凝结，形不成水膜则这种凝结——珠状凝结，珠状凝结的放热系数是膜状凝结的15~20倍。 汽轮机冷态启动，从开始冲转2~3min内，剧烈的换热使汽缸表面很快上升到蒸汽的饱和温度，尤其是转子表面上升更快。 2、对流放热： 汽轮机部件的最大允许温差，由机组结构、汽缸转子的热应力、热变形以及转子与汽缸的胀差决定的。 汽轮机启停和工况变化由于高、中压缸进汽区温度较高，热交换剧烈，因而汽缸转子内形成的温差也大，因此监视好这些部件温差不超允许值，其它部件的温差就不超允许值。 当蒸汽的温升率一定时，随着启动时间的增长及蒸汽参数的提高，蒸汽对金属单位时间的放热量并不相等，在金属部件内部引起的温差也不是定值。当调节级的蒸汽温度升到满负荷所对应的蒸汽温度时（约为503℃）蒸汽温度不再变化，此时金属部件内部温差达到最大值，在温升率变化曲线上的这一点为准稳态点，准稳态附近的区域为准稳态区。经过一段时间热量从内壁传到外壁，不考虑外壁的散热损失，内外壁温度相同，汽轮机进入稳定状态。 在汽轮机启停和变工况运行时，在金属部件内引起的温差不仅与蒸汽的温升率有关还与蒸汽温度的变化量有关，温差随蒸汽的温升率增大而增加，随蒸汽温度变化量的增加而增大。 机组启动时暖机，有效的减少了金属部件内引起的温差，所谓暖机，就是在蒸汽参数不变的情况下，对汽缸、转子进行加热，此时蒸汽传给金属的热量等于金属内部的导热量，使金属内外壁温差减小，暖机结束时，金属部件的温差很小或接近于零，金属部件的温度接近暖机开始的温度。 二、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。

凝汽式汽轮机冷态启动前为什么要先抽真空

凝汽式汽轮机冷态启动前为什么要先抽真空？ 答：汽轮机冷态启动前因内部存有大量的空气，若不抽真空将带来以下危害：（t）冲转时需很多的蒸汽量来克服轴承中的摩擦阻力和转子惯性力，使叶片受到蒸汽冲击力增大。（2）由于汽缸内有空气存在，使未级长叶片鼓风摩擦作用加剧引起排汽温度升高。（3）由于凝结器内存在空气，使凝结器内汽水热交换减弱，引起排汽温度升高，使汽缸金属变形；凝结器铜管胀口松弛，造成漏水。（4）因空气不凝结，使汽轮机排汽压力升高引起凝结器的安全门动作。鉴于以上原因，凝汽式汽轮机启动前必须先抽真空。 2、汽轮机热态启动时为什么要先送轴封后抽真空？ 答：因为汽轮机处于热态时，轴封处转子及轴封片温度都很高，此时，若不先送轴封就抽真空，必然会使大量的冷空气顺轴封处被吸进汽缸内，引起轴封段转子的急剧收缩、一则在转子上引起较大的热应力及热冲击，另外会引起前几级叶片组轴向动静部分间隙减小，严重时导致动静部分摩擦。所以汽轮机在热态启动时一定要先送轴封后抽真空。 3.补全以下全厂水处理系统流程: 长江原水→（④ ）→电厂清水池(1000M3) →（① ）→（⑤ ）↑ ↓ ↑ （② ）（③ ）→冷凝水箱 ↓ 纸厂清水池(3000M3) ①化学软化水处理系统②1×450T/H自动净水器③ 热网冷凝回水④3×450T/H自动净水器⑤主厂房 4. 遇有电气设备着火时，应如何处理？ 答：遇有电气设备着火时，应立即将有关设备的电源切断，然后进行救火。对带电设备应使用干式灭火器、二氧化碳灭火器灭火，不得使用泡沫灭火器灭火。对注油设备应使用泡沫灭火器或干燥的砂子等灭火。 5. 工作票签发人应由哪些人担任，并对哪些事项负责？ 答：工作票签发人必须经考试合格后由主管生产厂长批准、书面公布的人员担任。 对以下事项负责：（1）工作是否必要和可能；（2）工作票上所填写的安全措施是否正确和完善；（3）经常到现场检查工作是否安全地进行。

汽轮机冷态启动及操作

汽轮机冷态启动及操作 一、冲转条件 1、自动主汽门前主蒸汽压力1.0Mpa以上，主蒸汽汽温有50℃以上过热度（主蒸汽温度达到270℃以上）； 2、真空―0.061Mpa~―0.065 Mpa； 3、各轴承回油正常，润滑油压0.08Mpa以上。冷油器出口油温不低于25℃，建立正常的油膜，否则应利用真空滤油机进行加热（加热时冷油器水侧出口门必须开启，防止冷油器水侧压力过高，铜管破裂或胀口松动，导致油侧进水）；冷油器出口油温不高于40℃，否则应投入冷油器。 4、调节级上、下缸温温差小于50℃； 5、盘车装置和其它辅助设备运行正常，机组内部无异常声音。 6、DEH柜轴向位移保护、DCS画面润滑油压低保护、DCS画面推力瓦温超高保护、轴承回油温度超高保护、轴承温度超高保护等已投入。 7、发电机保护测控柜上“热工保护、励磁系统故障保护、主汽门限位、跳发电机出口、跳灭磁开关、关主汽门”硬压板全部退出。 二、冲转步骤 1、联系锅炉及有关人员准备冲转。升速与暖机过程中，应尽量稳定进汽参数，有利于胀差值的减小。 2、冲转前15分钟开启汽轮机本体疏水、汽封导管、三通疏水。 3、磁力断路油门复位（汽轮机机头处电磁铁的销子向外拉一拉即可），DEH柜及汽机复位，合上危机遮断器。 4、缓慢开启自动主汽门至40%，此时调节汽门关闭，转子不得有冲动或升速现象。按505电调节器“Reset”键复位，按505电调节器面板上的“Run”键，505电调节器转速设定值自动设为暖机最低转速700r/min（可按“Speed”进行查看），此时调节汽门逐渐打开直至全开；当实际转速达到700 r/min时，调节汽门回缩到某一稳定位置，505电调节器控制汽轮机的转速（此时应注意调节汽门及油动机的实际行程）。或者按505电调节器“Reset”键复位，按505电调节器面板上的“Run”键，而后按“Speed”键找到“Speed Setpt”项，按“Enter”键，输入设定转速值“700”（如果输入错误，可按“Clear”键进行清除），而后再次按“Enter”键，最低暖机速度点设定完毕，汽轮机将逐渐升速直至设定转速。按“Speed”

汽轮机的热应力、热变形、热膨胀分析

汽轮机的热应力、热变形、热膨胀 主要内容：主要介绍汽轮机的热应力、热膨胀和热变形；汽轮机寿命及如何进行汽轮机的寿命管理。 Ⅰ汽轮机的受热特点 一、汽缸壁的受热特点 汽轮机启停过程是运行中最复杂的工况。在启停过程中，由于温度剧烈变化，各零部件中及它们之间形成较大的温差。导致零部件产生较大的热应力，同时还引起热膨胀和热变形。当应力达到一定水平时，会使高温部件遭受损伤，最终导致部件损坏。 1．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； 2．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。 Ⅱ汽轮机的热应力 一、热应力

热应力概念：当物体温度变化时，热变形受到其它物体约束或物体内部各部分之间的相互约束所产生的应力。 ①温度变化时，物体内部各点温度均匀，变形不受约束，则物体产生热变形而没有热应力。当变形受到约束时，则在内部产生热应力。 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；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。 二、汽缸壁的热应力 1．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。 内壁；t E i ??-?-=μ ασ132 外壁：t E ??-? -=μασ1310 在停机过程中，内壁表面热拉应力，外壁表面热压应力。

火力发电厂主要设备及其作用介绍

火力发电厂主要设备及其作用介绍 一次风机：干燥燃料，将燃料送入炉膛，一般采用离心式风机。 送风机：克服空气预热器、风道、燃烧器阻力，输送燃烧风，维持燃料充分燃烧。 引风机：将烟气排除，维持炉膛压力，形成流动烟气，完成烟气及空气的热交换。 磨煤机：将原煤磨成需要细度的煤粉，完成粗细粉分离及干燥。 空预器：空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交换装置。提高锅炉效率，提高燃烧空气温度，减少燃料不完全燃烧热损失。空预器分为导热式和回转式。回转式是将烟气热量传导给蓄热元件，蓄热元件将热量传导给一、二次风，回转式空气预热器的漏风系数在8～10％。 炉水循环泵：建立和维持锅炉内部介质的循环，完成介质循环加热的过程。 燃烧器：将携带煤粉的一次风和助燃的二次风送入炉膛，并组织一定 精品

的气流结构，使煤粉能迅速稳定的着火，同时使煤粉和空气合理混合，达到煤粉在炉内迅速完全燃烧。煤粉燃烧器可分为直流燃烧器和旋流燃烧器两大类。 精品

汽轮机本体 汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。 汽轮机：汽轮机是一种将蒸汽的热势能转换成机械能的旋转原动机。分冲动式和反动式汽轮机。 给水泵：将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉主给水。 高低压加热器：利用汽轮机抽汽，对给水、凝结水进行加热，其目的是提高整个热力系统经济性。 精品

11汽轮机热态启动及注意事项报告

汽轮机热态启动及注意事项 一、机组启动概述 机组在启动或是停止过程中，锅炉和汽轮机设备的温度都要经历大幅度变化，因此，机组的启动过程实质上一个对设备部件的加热升温过程。由于传热条件不同，汽轮机的各部件本身沿金属壁厚方向会产生明显的温差，温差导致膨胀不均，从而产生热应力，当热应力超过允许的极限时，还会使部件产生裂纹乃至损坏。 汽轮机的启动速度就是金属部件加热膨胀的速度，合理的启动过程应该是要使汽轮机各部分金属温差，转子和汽缸的相对膨胀差都在允许范围内。减少金属的热应力和热变形，以保证机组安全可靠运行，而且还要求启动时间最短，以提高经济性。 通常限制汽轮机启动速度的主要因素有： 1、汽轮机零部件的热应力和热疲劳。 2、转子及汽缸的膨胀及胀差。 3、汽轮机主要部件的热变形，机组的振动值。 机组启动过程是一个加热过程，不允许汽缸在启动时受到冷却，避免转子产生相对收缩。热态启动的特点： 1、启动前机组金属温度较高。 2、进汽冲转参数要求高。 3、启动时间短。 二、机组启动状态分类 汽轮机启动以高压缸调节级（第一级金属热电偶温度）和中压叶

片持环（中压隔板套金属热电偶温度）金属温度来划分机组的冷热态。 1、冷态启动：高压调节级或中压叶片持环金属温度的初始温度低于150℃时的启动。 2、热态启动：高压调节级或中压叶片持环金属温度的初始温度高于150℃时的启动。 其中按照高压缸调节级和中压叶片持环金属温度的不同，热态启动又可分为温态、热态、极热态三种启动方式。 (1) 温态：高压调节级或中压叶片持环金属温度的初始温度150—300℃时的启动。 (2) 热态：高压调节级或中压叶片持环金属温度的初始温度300—400℃时的启动。 (3) 极热态：高压调节级或中压叶片持环金属温度的初始温度高于400℃时的启动。 正常情况下，热态启动从冲转到带满负荷的时间如下（注：此启动时间为厂家给出的理想启动时间。因本机组为两炉一机的配置，机组带至满负荷的实际时间应参照锅炉的启动曲线） (1) 温态：120分钟；(2) 热态：70分钟；(3) 极热态：40分钟。 三、机组禁止启动的条件 1、机组跳闸保护试验有任一项不正常。 2、机组任一主要监控参数失去监视，如机组负荷、转速、轴向位移、差胀、转子偏心度、振动、膨胀、主再热蒸汽压力及温度、真空、各轴承金属温度、氢气纯度、油/氢差压、汽缸的主要金属温度、

汽轮机转子与构成

汽轮机转子及构成 1转子定义 汽轮机所有转动部件的组合体称为转子（图13）。它主要包括：主轴、叶轮（转鼓）、叶片、联轴器等部件。 图13 转子 转子的作用：汇集各级动叶栅所得到的机械能，并传给发电机。 转子受力分析：传递扭矩、离心力引起的应力、温度不均匀引起的热应力、轴系振动所产生的振动应力。 汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转，不仅要承受汽流的作用力和由叶片、叶轮本身离心力所引起的应力，而且还承受着由温度差所引起的热应力。 此外，当转子不平衡质量过大时，将引起汽轮机的振动，转子要承受轴系振 动所产生的振动应力。因此，转子的工作状况对汽轮机的安全、经济运行有着很大的影响。 2转子的分类 根据汽轮机的分类，转子分为两种：轮式转子、鼓式转子。前者用于冲动式汽轮机，后者用于反动式汽轮机，鼓式转子上的动叶直接安装在转鼓上。 按临界转速是否在运行转速围，分为刚性转子和柔性转子。在启动过程中，刚性转子启动就很方便，不存在跨临界区域，而柔性转子因需要快速的跨临界，故要求用户在实际启动过程中，要充分暖机，为快速跨临界作好准备。 1、轮式转子

轮式转子根据转子结构和制造工艺的不同，可分为：套装转子、整段转子、焊接转子以及组合转子。 1-油封环2-轴封套3-轴4-动叶栅5-叶轮6-平衡槽 图14 套装转子示意图 （1）套装转子 套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的，然后将它们热套在主轴上，各部件与主轴之间采用过盈配合，并用键传递力矩。主轴加工成阶梯形，中间直径大。 适用性：只适用于中、低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中、低压部分，其工作温度一般在400℃以下。不宜用于高温高压汽轮机的高、中压转子。 ①优点：加工方便，材料利用合理，质量容易得到保证。 ②缺点：轮孔处应力较大，转子刚性差，高温下套装处易松动。 （2）整锻转子 叶轮和主轴及其他主要零部件由整体毛坯加工制成，没有热套部件。主轴的 中心通常钻有中心孔，其作用是： ①去掉锻件中残留的杂质及疏松部分； ②用来检查锻件的质量； ③减轻转子的重量。

电厂生产设备介绍

一次风机：干燥燃料，将燃料送入炉膛，一般采用离心式风机。 送风机：克服空气预热器、风道、燃烧器阻力，输送燃烧风，维持燃料充分燃烧。 引风机：将烟气排除，维持炉膛压力，形成流动烟气，完成烟气及空气的热交换。 磨煤机：将原煤磨成需要细度的煤粉，完成粗细粉分离及干燥。 空预器：空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交换装置。提高锅炉效率，提高燃烧空气温度，减少燃料不完全燃烧热损失。空预器分为导热式和回转式。回转式是将烟气热量传导给蓄热元件，蓄热元件将热量传导给一、二次风，回转式空气预热器的漏风系数在8～10％。 炉水循环泵：建立和维持锅炉内部介质的循环，完成介质循环加热的过程。 燃烧器：将携带煤粉的一次风和助燃的二次风送入炉膛，并组织一定的气流结构，使煤粉能迅速稳定的着火，同时使煤粉和空气合理混合，达到煤粉在炉内迅速完全燃烧。煤粉燃烧器可分为直流燃烧器和旋流燃烧器两大类。 汽轮机本体 汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固

定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。 汽轮机：汽轮机是一种将蒸汽的热势能转换成机械能的旋转原动机。分冲动式和反动式汽轮机。 给水泵：将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉主给水。 高低压加热器：利用汽轮机抽汽，对给水、凝结水进行加热，其目的是提高整个热力系统经济性。 除氧器：除去锅炉给水中的各种气体，主要是水中的游离氧。 凝汽器：使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械能，将乏汽凝结成水。 凝结泵：将凝汽器的凝结水通过各级低压加热器补充到除氧器。 油系统设备：一是为汽轮机的调节和保护系统提供工作用油，二是向汽轮机和发电机的各轴承供应大量的润滑油和冷却油。主要设备包括主油箱、主油泵、交直流油泵、冷油器、油净化装置等。 在发电厂中，同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备。因而将一次能源（水力、煤、油、风力、原子能等）转换为二次能源的发电机，现在几乎都是采用三相交流同步发电机。在发电厂中的交流同步发电机，电枢是静止的，磁极由原动机拖动旋转。

发电机甩负荷,转子表面承受应力原因分析

WORD格式 发电机甩负荷，转子表面承受应力原因分析 机组甩负荷也要分多种情况，所以转子表面在不同情况不同时间所受应力也有不同，有时是受到交变应力的影响： (1)当由电气原因造成机组甩负荷时，则发电机甩去全部或大部分负荷（仅 剩下厂用电负荷），这时机组最显著的特征是转速升高，若汽轮机调速系统的动态特性不理想，就会造成汽轮机超速保护动作而停机。这时由于转速上升，使汽缸内鼓风摩擦热量增加，同时转子内部受到泊桑效应影响收缩变短，再加上转子表面暂时受热膨胀，所以瞬间是受到压应力。但是后期由于汽机调门的关小，转速下降且蒸汽量减少的同时转子又受到冷却，故此时转为收缩受阻，所以承受拉应力。 (2)当由汽轮机保护动作造成机组甩负荷时，则发电机组会甩去全部负荷， 此时机组转速与甩负荷前相比基本不变。由于高中压自动主汽门的关闭，切断了进入汽轮机的所有蒸汽，此时机组得以维持稳定转速全靠电网的返送电，即发电机组变为电动机运行模式，称为逆功率运行，在逆功率运行期间由于鼓风摩擦热量的存在，转子表面冷却影响不大。但目前大型机组一般都有逆功率保护联跳发电机，此时由于转速的下降再加上无蒸汽进入汽轮机，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，致使其中产生很大的热应力，这时转子表面主要应该是受拉应力。 (3)当由部分主汽门或部分调门突关造成机组甩负荷时，则发电机组仅甩去 部分负荷，机组转速保持不变。其甩负荷量视突然关闭的主调门的通流量，占机组当时进汽量的份额而定，同时也与主调门的类别有关。此类甩负荷后机组负荷发生了大幅度的变化，则进入汽轮机的蒸汽量随之而减小，由于调速汽门的节流作用，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，转子表面收缩受阻，故无疑同样是受拉应力。 专业资料整理

汽轮机转子裂纹原因分析及运行安全措施标准版本

文件编号：RHD-QB-K4470 （解决方案范本系列） 编辑：XXXXXX 查核：XXXXXX 时间：XXXXXX 汽轮机转子裂纹原因分析及运行安全措施标准 版本

汽轮机转子裂纹原因分析及运行安 全措施标准版本 操作指导：该解决方案文件为日常单位或公司为保证的工作、生产能够安全稳定地有效运转而制定的，并由相关人员在办理业务或操作时进行更好的判断与管理。，其中条款可根据自己现实基础上调整，请仔细浏览后进行编辑与保存。 1裂纹情况 河北省南部电网某厂#2机为上海产单缸冲动凝汽式汽轮机，1972年6月投产，容量50 MW，型号为N5090，运行至1986年，更换了汽轮机转子。20xx年10月，在该机组大修的过程中，汽轮机转子调速级及汽封处发现裂纹，见图1。 经河北省电力研究院锅检中心对该处裂纹进行深度测量，结果为：A处裂纹深度13.6 mm，B处4.4mm，C处3.5 mm。 2原因分析

该缺陷严重了影响机组的安全运行，排除制造因素，转子出现裂纹主要是由于交变热应力引起的金属疲劳损伤超出了材料的屈服极限而造成的，原因分析如下。 a. 随着电力行业的不断发展，该厂在20世纪90年代初成为河北省南部电网的主要调峰厂之一，机组启/停次数增加，造成低周热疲劳率增加，机组在多次交变应力作用下，引起金属材料内部微观缺陷的发展，从而造成金属热疲劳，引发金属裂纹。 b. 机组启动过程中暖机时间短，热应力大。该机组启动时存在负差胀过大的缺陷，为控制差胀，保证机组的正常顺利启动，从冲车到机组接带初始负荷的时间比较短，蒸汽流量快速增大，加剧金属温升，造成汽轮机转子尤其是高调门部位和高压侧轴封处热应力较大；另外，根据调度的预计负荷安排，从并网

220MW汽轮机极热态启动过程分析及注意事项示范文本

220MW汽轮机极热态启动过程分析及注意事项示 范文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月

220MW汽轮机极热态启动过程分析及 注意事项示范文本 使用指引：此管理制度资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 汽轮机极热态启动是指汽轮机高压内缸上缸内壁金属 温度大于400℃的启动，是对汽轮机威胁最大的一种启动 方式，若汽缸壁温差大或操作不当，会产生较大的热应 力，引起汽轮机动静摩擦，甚至会产生大轴弯曲。 汽轮机启动方式按照汽轮机高压内缸上缸内壁金属温 度划分为冷态启动(壁温<150℃)、温态启动(150℃～ 300℃)、热态启动(300℃～400℃)和极热态启动(壁温大于 400℃)，河北兴泰发电有限责任公司集控运行规程(以下简 称规程)规定：高压内缸内(外)壁上下缸温差大于35℃，或 高压外缸或中压前缸内(外)壁上下缸温差大于50℃时，禁 止汽轮机启动。

该公司5号机为东方汽轮机厂生产的220 MW 汽轮发电机组，1986年10月投入运行，1999年12月进行了DCS热控及DEH系统改造，同时进行了通流改造，现额定功率为220 MW。机组正常运行中发现，1号喷油试验阀阀杆自动顶起，2005-04-22进行低谷消缺，经查为1号喷油试验阀阀杆连接锁母松动，消除异常情况后，机组准备启动。 1 启动过程 2005-04-23T03:10，5号炉点火，当时高压内缸内上壁温度为420℃，为极热态启动。提升参数过程中，当主蒸汽温度高于高压内缸内上壁温时，开启法兰、夹层加热联箱及分联箱疏水门，进行法兰、夹层联箱暖管。汽封高温备用汽管道疏水门开启，分门前暖管。04:20，高压外缸

浅析汽轮机的热应力

浅析汽轮机的热应力 汽轮机是火电厂的重要设备，它的运行情况如何会直接影响到整个企业的效益。在汽轮机的运行过程中，不可避免会产生热应力，而这些热应力若得不到有效的控制，则可能导致气缸裂纹、转子变形等不良后果，影响汽轮机组的正常工作。鉴于此，文章主要对汽轮机的受热特征、热应力产生原因及控制方法等问题进行了探讨。 标签：汽轮机；热应力；气缸；转子 在汽轮机的运行中，热应力是极易导致设备损坏的一个因素。当物体温度发生改变时，热变形在其他物体或者物体内部各部分的相互约束作用下而产生的一种应力，则称为热应力[1]。比如，转子变形、气缸裂纹或者螺栓裂纹等，都是在热应力作用下产生的。因此，掌握汽轮机热应力的产生原因与影响因素，并采取相应的控制措施，才能最大限度地减少热应力造成的不良后果的发生。 1 汽轮机的受热特征分析 1.1 气缸 启动时，蒸汽热量利用对流的方式传递给气缸内壁，然后通过导热方式传递至外壁。再经过保温层直接散向大气。此时，气缸内外壁之间会出现温差，且外壁温度高出内壁温度，停机时的温差情况则相反。内外壁温差的影响因素主要有这几个：（1）气缸壁的厚度，汽缸壁厚度和温差成正比关系。（2）蒸汽对内壁加热的强弱程度。加热较快时，温度呈双曲线型分布，温差主要集中于内壁一侧；加热较稳定时，温度呈直线型分布，温差的分布相对均匀；加热较缓慢时，温度呈抛物线型分布，内壁温差则较大[2]。（3）材料的导热性能。材料导热性好，温度易升高。 1.2 转子 蒸汽热量通过对流方式传递给转子外表面后，再利用导热方式将热量传至中心孔，最后经过中心孔散至周围环境。此时，转子外表面与中心孔之间的温度相差较大，则产生了温差。转子的材料特性、结构和蒸汽对转子的加热快慢等因素，直接决定了温度差的大小。 2 汽轮机的热应力 2.1 气缸 启动气缸时，气缸内壁会和蒸汽产生直接接触，故内壁温度会快速上升，而外壁温度的上升相对较慢，气缸内外壁会出现较大的温度差。这时候，内壁的金属会膨胀，而外壁金属却未膨胀，内壁需要承受热压应力，外壁则承受热拉应力。

汽轮机题库

一、选择题（请将正确答案的代号填入括号内，每题1分，共20题） 1. 如果汽轮机部件的热应力超过金属材料的屈服极限，金属会产生（）。 (A)塑性变形； (B)热冲击； (C)热疲劳； (D)断裂。 答案:A 2. 蒸汽在有摩擦的绝热流动过程中，其熵是（）。 (A)增加的； (B)减少的； (C)不变的； (D)均可能。 答案:A 3. 当需要接受中央调度指令参加电网调频时，机组应采用（）控制方式。 (A)机跟炉； (B)炉跟机； (C)机炉协调； (D)机、炉手动。 答案:C 4. 汽轮机低油压保护应在（）投入。 (A)盘车前； (B)定速后； (C)冲转前； (D)带负荷后。 答案:A 5. 汽轮发电机振动水平是用（）来表示的。 (A)基础振动值； (B)汽缸的振动值； (C)地对轴承座的振动值； (D)轴承和轴颈的 振动值。 第 1 页答案:D 6. 下列参数哪个能直接反映汽轮发电机组的负荷（）。 (A)主汽压力； (B)调节级压力； (C)高调门开度； (D)凝汽器真空。 答案:B 7. 滑参数停机时，不能进行超速试验的原因是（）。 (A)金属温度太低，达不到预定转速； (B)蒸汽过热度太小，可能造成水冲击； (C)主 汽压不够，达不到预定转速； (D)调速汽门开度太大，有可能造成超速。答案:B

8. 汽轮机调节油系统中四个AST电磁阀正常运行中应（）。 (A)励磁关闭； (B)励磁打开； (C)失磁关闭； (D)失磁打开。 答案:A 9. 机组启动前，发现任何一台主机润滑油泵或其他启动装置有故障时，应该（）。 (A)边启动边抢修； (B)切换备用油泵； (C)汇报； (D)禁止启动。 答案:D 10. 汽轮机大修后，甩负荷试验前必须进行（）。 (A)主汽门严密性试验； (B)调速汽门严密性试验； (C)主汽门及调速汽门严密性试验；(D)主汽门及调速汽门活动试验。答案:C 11. 超临界锅炉冷态清洗水质合格指标中，铁含量应小于（）。 (A)200ug/kg； (B)500ug/kg； (C)1000ug/kg； (D)1200ug/kg。 答案:B 12. 汽轮机胀差保护应在（）投入。 (A)带部分负荷后； (B)定速后； (C)冲转前； (D)冲转后。 答案:C 13. 雷诺数Re可用来判别流体的流动状态，当（）时是层流状态。 (A)Re<2300； (B)Re>2300； (C)Re>1000； (D)Re<1000。 答案:A 14. 对于一种确定的汽轮机，其转子和汽缸热应力的大小取决于（）。 (A)蒸汽温度； (B)蒸汽压力； (C)机组负荷； (D)转子和汽缸内温度分布。 答案:D 15. 炉跟机的控制方式特点是（）。 (A)主汽压力变化平稳； (B)负荷变化平稳； (C)负荷变化快，适应性好； (D)锅炉 运行稳定。答案:C 16. 计算机硬件系统主机由（）组成。

汽轮机转子加工工艺分析

汽轮机转子加工工艺分析 摘要：转子是汽轮机的重要组成部件之一，结构相当微妙和复杂。由于转子在运行时需要承受着叶片、叶轮、主轴本身质量的离心力，承受着温度分布不均匀产生的热应力，还要承受着巨大的扭转力矩和轴系振动产生的动应力，所以转子的尺寸精度和跳动要求很高。所以汽轮机转子的装夹方法，叶根槽及轴颈和推力面对关键结构的加工工艺十分重要，为提高转子的加工精度和保障表面粗糙度的要求而探讨合理的加工工艺。 关键词：汽轮机转子；装夹；叶根槽；加工工艺 1汽轮机转子 1.1汽轮机转子概述 汽轮机中所有转动部件的组合体叫做转子。转子的作用就是把蒸汽的动能转变为汽轮机轴的回转机械能。还主要用于汇集各级动叶栅上所得到的机械能并传递给发电机转子。它主要有主轴、叶轮、动叶及联轴器、盘车装置等组成。按主轴上是否有叶轮，汽轮机转子可分为两种基本形式，即转轮型转子和转鼓型转子。轮式转子具有安装、固定动叶片的叶轮，常用于冲动式汽轮机；鼓动式转子无叶轮，动叶片直接安装在转鼓上，常用于反动式汽轮机。 1.2转子在运行时应注意的问题 汽轮机运行中，转子可能发生的问题主要是轴的弯曲和折断。发生弯曲和折断的原因可能是汽轮机第一次振动过大、可能是运行操作不当、汽轮机启动时的受热不均等原因造成轴的弯曲。还有可能是转子在运行中较大振动而造成的转子弯曲。 2汽轮机转子装夹工艺 选择正确的装夹方法是保证汽轮机转子加工质量的前提。根据汽轮机各部件的尺寸和规格，也就无形的确定了转子的尺寸和规格。因为部件和部件之间要完美的衔接，不能差之毫厘。在加工转子前、后轴颈外圆时，其表面粗糙度要求是Ra0.8，行位公差必须严格控制在0.01-0.02毫米范围内。所以为了保证转子各处的精确度，必须依照流程、按照顺序，选择合适的装夹方案。 在初始加工时，为防止转子变形，要利用一种东西固定住夹子。即采用一夹一顶的定位方式。具体步骤就是：先夹住转子的前端，顶住汽轮机排汽端，在花盘处车削一段基准外圆，拥有搭建中心架，然后调过来进行装夹，同时也在汽轮机排汽端车削一段基准外圆，用以搭建中心架。然后在转子的前端，割出转子的第一段轴长，需留出2毫米，用以打中心孔。在重复前面的步骤，调头装夹，把支承架放在排汽端，切割轴段长度，同样留2毫米，为方便进行重修中心孔。完

火电厂主要设备简介

火电厂主要设备简介 火力发电厂是利用化石燃料燃烧释放的热能发电的动力设施，包括燃料燃烧释 热和热能电能转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。主要有蒸 汽动力发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂几种类型. 火电厂主要设备： 汽轮机本体 汽轮机本体（steam turbine proper）是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基 本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分

（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。 锅炉本体 锅炉设备是火力发电厂中的主要热力设备之一。它的任务是使燃料通过燃烧将 化学能转变为热能，并且以此热能加热水，使其成为一定数量和质量（压力和温 度）的蒸汽。由炉膛、烟道、汽水系统（其中包括受热面、汽包、联箱和连接管道）以及炉墙和构架等部分组成的整体，称为“锅炉本体”。

“ 热力系统及辅助设备 汽轮机部分的辅助设备有凝汽器、水泵、回热加热器、除氧器等。把锅炉、汽轮机及其辅助设备按汽水循环过程用管道和附件连接起来所构成的系统，叫做发电 厂的热力系统。发电厂的热力系统按照不同的使用目的分为“原则性热力系统”、“全面性热力系统”、汽轮机组热力系统”等。

汽轮机冷态启动操作

汽轮机冷态启动操作 1.暖管 （1）稍开电动主汽门旁路门，使管道内压力维持在0.25Mpa左右，加热管道升温速度5-10℃/min. （2）管内壁温度达130℃-140℃，以0.25Mpa/min速度提升管内压力至额定压力，全开电动主气门。暖管20-30分钟。开始暖管时，疏水门尽量开大，随着管壁温度和管内压力的升高,并检查管路膨胀及支架状况。 （3）同时打开补汽旁路及补汽疏水阀门进行补汽管道暖管。 （4）打开均压箱新蒸汽进口阀门与疏水阀进行暖管。 2.启动辅助油泵，启动盘车装置 （1）启动低压油泵检查润滑油压力及轴承回油量，油路严密性，油箱油位。 （2）启动盘车顶轴油泵，检查油压及回油状况。【顶轴油压10.0Mpa】（3）各联锁指示灯亮后可启动盘车装置 （4）启动高压油泵，停止低压油泵 3.保安装置动作试验（静态试验） （1）将自动主汽门关到底 （2）挂上危急保安器，投入轴向位移遮断器及磁力断路油门。（3）在电调装置开启启动阀 （4）开启主汽门到1/3行程后，分别使各保安装置动作，检查主汽

门，补汽门，调速汽门是否迅速关闭。． （5）检查合格后，将各保安装置重新挂阀，接通高压油泵 （6）检查主汽门及补汽门是否关严。 4.启动循环水泵，向凝汽器通冷却水 （1）全开凝汽器循环水出口门，排气门，稍开进口门。 （2）启动循环水泵，待水侧排气门冒水时关闭排气门，全开进水门5.启动凝结水泵，开启出口门，用在循环门保持热井水位。轮流开两台凝结水泵，联动装置试验后，使一台投入运行。 （1）向凝汽器侧补充软化水到热井水位3/4处。 （2）开启凝结水泵进口阀门 （3）开启水泵外壳到凝汽器汽侧空气管道上的阀门。 （4）检查水泵是否充满水，开启水泵盘根水旋塞，启动凝结水泵，缓慢开启水泵出口阀门。 6.启动射水泵，先开启射水抽气器进口水门，再开启空气门。 7.开启轴封进气门，使前后轴封冒气管有少量蒸汽冒出,开启轴封风机。 8.冲转。 一．机组冲转应具备的条件 （1）机组各轴承回油正常，冷油器出口油温35-40℃之间，调节油压≧0.85Mpa，润滑油压0.08-0.12Mpa （2）主蒸汽温度达320℃以上，蒸汽压力在1.8Mpa以上真空度负0.05MPa-负0.08MPa之间

机组冷态与热态启动。

1.1机组冷态启动 1.1.1辅助系统的投运 1.1.1.1所有具备送电条件的设备均已送电。 1.1.1.2根据锅炉点火时间至少提前一天联系辅控投运电除尘器绝缘、灰斗加热器和各电场振打装置及除灰系统的辅助设备及系统运行。通知燃运值班员检查运行燃运系统并向原煤仓上煤。 1.1.1.3厂用补充水系统、工业水系统投入，联系化学，向冷却塔补水至正常水位；除盐水系统投运，凝补水箱充水至正常水位。 1.1.1.4仪用空压机系统投入，维持仪用空气母管压力0.6～0.7MPa。 1.1.1.5启动一台循环水泵，正常后投入联锁。 1.1.1.6开式水泵投运前，开式水用户由工业水供水，当用水量较大时，及时启动一台开式水泵，系统各用户按规定投入运行。 1.1.1.7用除盐水或凝结水输送泵向闭冷水箱补水至正常后，启动一台闭式水泵运行正常，联锁试验正常，投入联锁，并通知化学化验水质合格。 1.1.1.8检查主油箱油质合格，油位正常。润滑油温＞10℃时，启动主机轴承油泵运行，使轴承油压达到0.083～0.124MPa，检查润滑油管道、法兰和冷油器无泄漏。主机润滑油系统油泵联锁试验正常，并进行油循环至化学化验油质合格。 1.1.1.9润滑油质合格后，投入发电机密封油系统，油泵联锁试验正常。 1.1.1.10发电机介质置换完毕，投入氢气干燥装置。检查定冷水水质合格，启动一台定子冷却水泵运行正常，做联锁试验，投入联锁。冬季水温低时可投入定子水蒸汽加热，维持定子冷却水温高于氢温。 1.1.1.11启动一台顶轴油泵正常后投入汽轮机盘车运行，全面检查汽轮机和发电机本体内无金属摩擦声，盘车电流正常。冲转前连续盘车时间保证不少于4h，投运盘车装置之前，润滑油的最低进油温度不得低于21℃。 1.1.1.12联系化学用pH为9.2～9.6的除盐水向凝汽器补水至正常水位，根据水质情况对凝汽器热井进行冲洗，直至热井水质合格（清澈透明）。 1.1.1.13低压管路清洗：凝结水管路充水排空后，启动凝结水泵对凝结水管路及低加系统冲洗，通过#5低加出口电动门前管道排放。启动凝结水泵后及时通知化学投入凝结水加药、取样系统。 1.1.1.14凝泵出口Fe＞1000μg/L走精处理系统旁路，Fe≤1000μg/L时投入凝结水精处理前置过滤器，当凝结水Fe≤500μg/L时投入精处理装置，向除氧器上水冲洗，除氧器上水至1500mm，并远方就地校对水位计。除氧器出水Fe＜500μg/L，回收进凝汽器。 1.1.1.15投入辅助蒸汽系统（第一台机组启动应提前投入启动锅炉，向辅助蒸汽联箱供汽），投除氧器加热，手动调节进汽门以≯1.5℃/min的速度加热至锅炉要求的上水温度（20～70℃），防止除氧器振动。之后维持除氧器正常水位和锅炉要求的上水温度。 1.1.1.16根据机组的启动时间及季节情况，投运各辅机润滑油系统运行。 1.1.1.17向锅炉炉水循环泵电机注水。开启锅炉炉水循环泵注水一次门，对注水管路进行大流量冲洗，联系化学人员取样分析，直至水质合格。然后向锅炉再循环泵电机腔室和高压冷却器注水，直至锅炉炉水循环泵进口管道放气一、二次门后有水连续流出，保持10分钟以上，出水清澈并且水质化验合格，关闭锅炉炉水循环泵进口管道放气一、二次门。 1.1.1.18全面检查汽动给水泵系统，其油系统已运行正常，对汽泵及给水管路注水排空（锅炉为冷态时可用凝结水输送泵向给水系统注水及向锅炉上水），给水水质不合格时，应先冲洗合格再切至高加水侧。 1.1.1.19检查汽泵轴封系统、抽汽系统、疏水系统、汽泵本体、给水管路的相关阀门符合启动前要求。 1.1.1.20启动一台EH油泵和一台EH循环泵运行，维持EH油油温35～45℃，并做联动试验，投入备用泵联锁 1.1.1.21除氧器出水Fe＜200μg/L，低压系统冷态冲洗结束，进入高压系统冷态冲洗。 1.1.2锅炉上水 1.1. 2.1在锅炉启动前的检查工作结束后，确认无影响进水因素时，抄录锅炉膨胀指示器一次。

第五章-汽轮机零件的强度校核-第九节--汽轮机主要零件的热应力及汽轮机寿命管理

第九节 汽轮机主要零件的热应力及汽轮机寿命管理 一、汽轮机主要雾件的热应力 随着我国电力事业的发展，电网容量逐渐扩大，电负荷峰谷差也随之增大．已达到最高负荷的30％～50％。为了适应负荷变化的需要、要求原带基本负荷的高参数大容量汽轮发电机组参加调峰运行，致使这些机组启停次数增加，负荷变化频繁，经常处于变工况下运行。汽轮机主要零件(如转子、汽缸壁、法兰等)内的温度分布规律随着工况变化而变化，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。为了对汽轮机寿命有大概了解，首先对汽轮机零件的热应力作一般的介绍。 (一) 产生热应力的原因 汽轮机的启动与停机过程，对其零部件而言．是加热与冷却过程。这些零部件由于温度变化而产生的膨胀或收缩变形称为热变形。如果零部件不能按温度变化规律进行自由胀缩，即热变形受到约束(包括金属纤维之间的约束)、则在零部件内引起应力，这种由温度(或温差)引起的应力称为温度应力，又称热应力。 设一受热零件内各点的温度由0t 均匀加热至t ，其热变形不受约束，可白由膨胀，见图5．9.1(a)，则零件虽然有热膨胀，但零件内不会引起热应力。零件长度的绝对热膨胀量为 000()l l t t l t ββ?=-=? (5.9.1) 式中 β——材料线膨胀系数； 0l ——零件原始长度； t ?——零件温升，0t t t ?=-。 如果该零件两端受到刚性约束，即零件加热时两瑞不允许膨胀，那么刚性约束的作用相当于把图5．9. 1(a)的绝对热彭胀量l ?压缩到原来长度0l ，可以想象零件内必然引起压缩热应力。设零件内的热应力仍在弹性范围以内，根据虎克定律便可求出零件内的热应力值。先由应变定义求应变： =l t l εβ?=? （5.9.2）