1、第十章第十章 汽轮机运行汽轮机运行第一节第一节 单元制机组的运行单元制机组的运行 现代大型火电厂都是由过滤、汽轮机、发电机等主辅机组成的庞大、现代大型火电厂都是由过滤、汽轮机、发电机等主辅机组成的庞大、复杂的独立的单元制机组。随着用电结构的变化，机组的功率必须适应负荷变复杂的独立的单元制机组。随着用电结构的变化，机组的功率必须适应负荷变化的要求，参加电网调频、调峰运行。化的要求，参加电网调频、调峰运行。一、单元制机组运行特点一、单元制机组运行特点（一）单元制机组的负荷适应性（一）单元制机组的负荷适应性 锅炉与汽轮机的时间常数相差很大，锅炉与汽轮机的时间常数相差很大，负荷改变引起锅炉风、煤、水量
2、变化；负荷改变引起锅炉风、煤、水量变化；汽轮机中低压缸功率滞后。汽轮机中低压缸功率滞后。导致机组功率变化滞后于外界负荷的变化，对外界负荷适应性较差，一次调频导致机组功率变化滞后于外界负荷的变化，对外界负荷适应性较差，一次调频能力相对降低。能力相对降低。1（二）单元制机组甩负荷特性（二）单元制机组甩负荷特性 单元制机组容量大、参数高、转子飞升时间常数小（单元制机组容量大、参数高、转子飞升时间常数小（58s58s），当发），当发电机甩负荷后，容易引起超速。为了避免机组甩超速，造成保护系统动作电机甩负荷后，容易引起超速。为了避免机组甩超速，造成保护系统动作停机甚至飞车，大机组都设置了超速控制功能（停
3、机甚至飞车，大机组都设置了超速控制功能（OPCOPC）。）。在电气甩负荷在电气甩负荷励磁断开、脱网运行时，设有暂态快关高、中调节阀，抑制机组超速；励磁断开、脱网运行时，设有暂态快关高、中调节阀，抑制机组超速；当甩部分负荷，而励磁电路仍然闭合，汽轮机机械机械功率超过发电机负当甩部分负荷，而励磁电路仍然闭合，汽轮机机械机械功率超过发电机负荷达一定值时，还设有快关中压调节阀功能，防止导致转速飞升。荷达一定值时，还设有快关中压调节阀功能，防止导致转速飞升。（三）汽轮机运行方式复杂（三）汽轮机运行方式复杂 单元制机组都设置旁路系统，使运行方复杂。单元制机组都设置旁路系统，使运行方复杂。1.1.多种启动方
4、式多种启动方式按蒸汽参数分：额定参数启动，滑参数启动。按蒸汽参数分：额定参数启动，滑参数启动。单元制机组通常采用滑参数单元制机组通常采用滑参数启动。启动。按冲转方式分：高中压缸启动，中压缸启动；按冲转方式分：高中压缸启动，中压缸启动；按启动前汽缸金属温度分：冷态启动按启动前汽缸金属温度分：冷态启动（汽缸金属温度（汽缸金属温度150 300 300）。）。还有还有极热态启动极热态启动（汽缸金属温度（汽缸金属温度 400 00）。）。22.2.定压、滑压综合运行定压、滑压综合运行3.3.无负荷空转运行：机组升速到无负荷空转运行：机组升速到3000r/min3000r/min后，对机组进行全面检查。
5、后，对机组进行全面检查。4.4.带厂用电运行：在出故障，断厂用电情况下。带厂用电运行：在出故障，断厂用电情况下。5.5.主要辅机故障下运行主要辅机故障下运行6.6.多种停机方式：额定参数停机，滑参数停机。多种停机方式：额定参数停机，滑参数停机。7.7.二、单元制机组运行的调节控制特点二、单元制机组运行的调节控制特点8.8.（一）单元制机组的机炉协调控制（一）单元制机组的机炉协调控制9.9.为改善单元制机组的调节特性，增强负荷适应性，提高一次调频为改善单元制机组的调节特性，增强负荷适应性，提高一次调频能力，大机组都采用机炉协调控制方式，即把转速、功率、汽压等信号同时能力，大机组都采用机炉协调控制
6、方式，即把转速、功率、汽压等信号同时送机、炉控制器，使之进行协调控制。送机、炉控制器，使之进行协调控制。协调控制的任务：协调控制的任务：根据机炉运行状态，选择控制策略和接受外部负荷需要根据机炉运行状态，选择控制策略和接受外部负荷需要的命令；对外部负荷命令进行处理，使之与机炉的动态特性及负荷变化能力的命令；对外部负荷命令进行处理，使之与机炉的动态特性及负荷变化能力相适应，并对机炉发出负荷控制命令；确定锅炉的风、水、煤量，对汽轮机相适应，并对机炉发出负荷控制命令；确定锅炉的风、水、煤量，对汽轮机确定相应的高、中调节阀的开度。确定相应的高、中调节阀的开度。3机炉协调控制有三种方式：炉跟机，机跟炉，机
7、炉协调方式。机炉协调控制有三种方式：炉跟机，机跟炉，机炉协调方式。（二）汽轮机进汽阀门的调节控制方式（二）汽轮机进汽阀门的调节控制方式 现代汽轮机都采用现代汽轮机都采用DEHDEH控制系统各高、中主汽阀和高中调节阀均采用一控制系统各高、中主汽阀和高中调节阀均采用一一对于的一对于的EHEH油压控制油压控制 组件驱动。各阀门的动作顺序都由计算机软件设定，运组件驱动。各阀门的动作顺序都由计算机软件设定，运行人员可根据机组情况进行操作。行人员可根据机组情况进行操作。1.1.高压主汽阀内旁通门控制及与高压调节阀的切换；高压主汽阀内旁通门控制及与高压调节阀的切换；2.2.高压调节阀的高压调节阀的“单阀调节
8、单阀调节”和和“顺序阀调节顺序阀调节”；3.3.采用中压调节阀启动时，阀门控制方式的切换（高压缸切换）；采用中压调节阀启动时，阀门控制方式的切换（高压缸切换）；4.4.高、中压缸调节阀与高低压蒸汽旁路控制阀的协调。高、中压缸调节阀与高低压蒸汽旁路控制阀的协调。5.5.（三）单元制机组的连锁保护控制（三）单元制机组的连锁保护控制6.6.为了避免大机组故障造成巨大的损失，单元制机组实行机、炉、电之间为了避免大机组故障造成巨大的损失，单元制机组实行机、炉、电之间以及主机与给水泵、引风机等重要辅机之间的连锁保护控制。根据电网或机组以及主机与给水泵、引风机等重要辅机之间的连锁保护控制。根据电网或机组主要
9、设备故障，自行减负荷、停机或停炉操作。主要连锁保护的功能有主要设备故障，自行减负荷、停机或停炉操作。主要连锁保护的功能有4 4个：个：4（1 1）快速切断主燃料停炉和相应连锁。当锅炉故障引起锅炉连锁保护动作）快速切断主燃料停炉和相应连锁。当锅炉故障引起锅炉连锁保护动作时，立即切断主燃料停炉，并连锁汽轮机跳闸，发电机跳闸，整个单元机组时，立即切断主燃料停炉，并连锁汽轮机跳闸，发电机跳闸，整个单元机组停运。停运。（2 2）汽轮机和发电机跳闸保护及相应连锁。汽轮机与发电机互为连锁，）汽轮机和发电机跳闸保护及相应连锁。汽轮机与发电机互为连锁，（3 3）甩负荷连锁。汽轮机和发电机未发生故障，但因电网故障
10、或其他原因）甩负荷连锁。汽轮机和发电机未发生故障，但因电网故障或其他原因使主断路器跳闸，也会引起甩负荷动作。使主断路器跳闸，也会引起甩负荷动作。（4 4）快速减负荷连锁。）快速减负荷连锁。5第二节第二节 汽轮机的启动与停机汽轮机的启动与停机 汽轮机的启动与停机是运行中两个最复杂的工况。汽轮机的启动与停机是运行中两个最复杂的工况。一、影响汽轮机启停速度的因素一、影响汽轮机启停速度的因素汽轮机是在高温、高压、高转速条件下运转的巨型精密机械。汽轮机在启动汽轮机是在高温、高压、高转速条件下运转的巨型精密机械。汽轮机在启动与停机运行中，参数变化，其金属温度和动静间隙发生变化，从而引起热应与停机运行中，参
11、数变化，其金属温度和动静间隙发生变化，从而引起热应力和热变形。当热应力和热变形超过金属材料的允许值时，将产生永久变形力和热变形。当热应力和热变形超过金属材料的允许值时，将产生永久变形或破坏。或破坏。（一）汽轮机启停过程中的传热（一）汽轮机启停过程中的传热 汽轮机启停过程中，在汽缸内、外壁间以及转子外表面和中心或中汽轮机启停过程中，在汽缸内、外壁间以及转子外表面和中心或中心孔内表面间形成温差。传热温差是汽轮机金属部件产生热变形、热应力和心孔内表面间形成温差。传热温差是汽轮机金属部件产生热变形、热应力和胀差，限制机组启动速度。胀差，限制机组启动速度。61 1汽缸在冷态启动过程中的非稳态和稳态传热汽
12、缸在冷态启动过程中的非稳态和稳态传热 汽轮机冷态启动之前，缸壁温度接近室温，当用蒸汽冲转汽轮机时，与汽轮机冷态启动之前，缸壁温度接近室温，当用蒸汽冲转汽轮机时，与蒸汽直接接触的汽缸内表面温度很快升高，但缸壁的其余部分保持着原来的蒸汽直接接触的汽缸内表面温度很快升高，但缸壁的其余部分保持着原来的温度。随着导热的进行，汽缸壁的温度由里向外逐步升高。由于进入蒸汽温温度。随着导热的进行，汽缸壁的温度由里向外逐步升高。由于进入蒸汽温度和压力在不断上升，汽缸内壁及其他各点的温度也持续升高。这种沿壁面度和压力在不断上升，汽缸内壁及其他各点的温度也持续升高。这种沿壁面温度随时间变化是温度随时间变化是非稳定导热
13、过程非稳定导热过程。显然，内外壁的最大温差会发生在启动。显然，内外壁的最大温差会发生在启动过程的某一时刻，此时的热应力最大。加热越快，内外壁温差越大，热应力过程的某一时刻，此时的热应力最大。加热越快，内外壁温差越大，热应力越大。越大。启动结束，达到额定参数与额定负荷时，缸壁中的温度分布就渐趋稳定，启动结束，达到额定参数与额定负荷时，缸壁中的温度分布就渐趋稳定，此时即进入此时即进入稳定导热过程稳定导热过程。汽缸内外壁间的温差估算公式为汽缸内外壁间的温差估算公式为 20/(2)twC（10-1）式中，式中，为为 汽缸壁厚，汽缸壁厚，m m；为导温系数，为导温系数，；w w为缸壁温升速为缸壁温升速度
14、，度，。2/mh0/C h7 由式由式(101)(101)可知：可知：汽缸内外壁温差与壁厚的平方成正比，与壁面的温升速汽缸内外壁温差与壁厚的平方成正比，与壁面的温升速度成正比。度成正比。因此，在满足汽缸强度的条件下，减薄缸壁厚度，采用合理的升因此，在满足汽缸强度的条件下，减薄缸壁厚度，采用合理的升温速度。温速度。2 2蒸汽与汽缸内表面、转子外表面间的凝结换热蒸汽与汽缸内表面、转子外表面间的凝结换热 冷态启动时，汽缸和转子等部件的温度低于冲转蒸汽的饱和温度。当蒸冷态启动时，汽缸和转子等部件的温度低于冲转蒸汽的饱和温度。当蒸汽进入后，在金属壁面上就会发生凝结换热。形成一层水膜，产生汽进入后，在金属
15、壁面上就会发生凝结换热。形成一层水膜，产生“膜状凝膜状凝结结”。还有一种形式的凝结称为。还有一种形式的凝结称为“珠状凝结珠状凝结”，比膜状凝结换热更强烈。，比膜状凝结换热更强烈。在冷态启动的初期阶段，传热温差大，换热剧烈，金属中产生很大的在冷态启动的初期阶段，传热温差大，换热剧烈，金属中产生很大的温度梯度，很大的冲击热应力。因此，通过冲转前进行盘车预热，减少热冲温度梯度，很大的冲击热应力。因此，通过冲转前进行盘车预热，减少热冲击。击。3 3蒸汽与汽缸内表面、转子外表面间的对流换热蒸汽与汽缸内表面、转子外表面间的对流换热 当零部件金属表面温度达到该蒸汽压力下的饱和温度时，凝结结束，蒸当零部件金属
16、表面温度达到该蒸汽压力下的饱和温度时，凝结结束，蒸汽以对流换热方式向金属传递热量，其换热系数小得多。汽以对流换热方式向金属传递热量，其换热系数小得多。8（二）热应力、热膨胀和热变形（二）热应力、热膨胀和热变形 热应力、热膨胀和热变形是影响汽轮机启、停及变负荷的三个重要热应力、热膨胀和热变形是影响汽轮机启、停及变负荷的三个重要因素。直接关系到汽轮机的安全可靠性及设备使用寿命。因素。直接关系到汽轮机的安全可靠性及设备使用寿命。热应力：通过积累，最终以部件裂纹，寿命终止；热应力：通过积累，最终以部件裂纹，寿命终止；热膨胀和热变形：影响汽轮机的启、停及变负荷运行能否顺利进行，要求热膨胀和热变形：影响汽
17、轮机的启、停及变负荷运行能否顺利进行，要求控制好热膨胀和热变形。控制好热膨胀和热变形。1 1汽轮机运行时的热应力汽轮机运行时的热应力 （1 1）汽缸的热应力。）汽缸的热应力。汽轮机启动或升负荷时，蒸汽温度高，汽缸内壁汽轮机启动或升负荷时，蒸汽温度高，汽缸内壁受压应力；受压应力；停机减负荷时，受拉伸应力。而且在停机或减负荷中，内壁的停机减负荷时，受拉伸应力。而且在停机或减负荷中，内壁的热拉应力与汽缸内外压差而产生的机械拉应力同向叠加，使合成拉应力增大。热拉应力与汽缸内外压差而产生的机械拉应力同向叠加，使合成拉应力增大。另外汽缸在缸内快速冷却时，也会出现较大拉应力，汽轮机快冷比快速加另外汽缸在缸内
18、快速冷却时，也会出现较大拉应力，汽轮机快冷比快速加热更危险。热更危险。所以，热状态的汽轮机用低于缸温的低温蒸汽进行冲转启动，所以，热状态的汽轮机用低于缸温的低温蒸汽进行冲转启动，或突然甩负荷，机组是非常危险的。或突然甩负荷，机组是非常危险的。从额定状态甩半负荷比甩全负荷的危从额定状态甩半负荷比甩全负荷的危险性更大，此时，蒸气温降大。因此，汽轮机对甩负荷带厂用电及甩负荷空险性更大，此时，蒸气温降大。因此，汽轮机对甩负荷带厂用电及甩负荷空转都有严格的时间限制。转都有严格的时间限制。为了安全运行和减少寿命损耗，在停机和降负荷为了安全运行和减少寿命损耗，在停机和降负荷过程中，汽温或降负荷率应比启动或升
19、负荷时更小。过程中，汽温或降负荷率应比启动或升负荷时更小。9 热应力与汽缸内外壁温差成正比。可通过控制汽缸内、外壁温差来控热应力与汽缸内外壁温差成正比。可通过控制汽缸内、外壁温差来控制热应力。汽缸内外壁的最大允许温差为制热应力。汽缸内外壁的最大允许温差为5050一一7070。在启动和负荷变化时，调节级汽室的汽温变化很大，汽缸的最大温差常在启动和负荷变化时，调节级汽室的汽温变化很大，汽缸的最大温差常常出现在常出现在调节级对应的汽缸壁与法兰螺栓孔处调节级对应的汽缸壁与法兰螺栓孔处。必须严格控制调节级汽室蒸。必须严格控制调节级汽室蒸汽温度的变化率。汽温度的变化率。（2 2）螺栓及法兰的热应力。）螺栓
20、及法兰的热应力。在启动过程中，法兰与螺栓之间存在着较大的温差。由于法兰的膨胀，在启动过程中，法兰与螺栓之间存在着较大的温差。由于法兰的膨胀，螺栓被拉长。此时，螺栓承受安装时的螺栓被拉长。此时，螺栓承受安装时的拉伸预应力、汽缸内蒸汽压力引起的拉伸预应力、汽缸内蒸汽压力引起的拉伸应力，又有热应力拉伸应力，又有热应力。如三种拉应力之和超过螺栓材料的屈服极限，螺栓。如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。就发生塑性变形甚至断裂。螺栓产生热拉应力，法兰则受到热压应力。若这种应力过大，法兰结螺栓产生热拉应力，法兰则受到热压应力。若这种应力过大，法兰结合面产生局部塑性变形，结合面
21、的严密性将受到破坏。法兰与螺栓的热应力，合面产生局部塑性变形，结合面的严密性将受到破坏。法兰与螺栓的热应力，与法兰与螺栓间的温差成正比。与法兰与螺栓间的温差成正比。10（3 3）转子的热应力。）转子的热应力。汽轮机转子在启、停过程中，表面受到加热或冷却。例如，汽轮机转子在启、停过程中，表面受到加热或冷却。例如，在启动时，蒸汽加热转子表面，轴心部分的温度低。转子截面径向温差，在启动时，蒸汽加热转子表面，轴心部分的温度低。转子截面径向温差，转子中心产生热拉应力，外表面产生热压应力。到一定负荷处于稳定后，转转子中心产生热拉应力，外表面产生热压应力。到一定负荷处于稳定后，转子径向温差逐渐减小，热应力基
22、本消失；子径向温差逐渐减小，热应力基本消失；停机时的情况与启动时相反，转子外表面产生热拉应力，而中心处产生热停机时的情况与启动时相反，转子外表面产生热拉应力，而中心处产生热压应力。压应力。转子热应力是汽轮机安全转子热应力是汽轮机安全监控的重点。监控的重点。最大热应力发生的部位通常是在最大热应力发生的部位通常是在高压缸调节级处，中压缸进汽处，高、中压轴封处。这些部位蒸汽温度高，高压缸调节级处，中压缸进汽处，高、中压轴封处。这些部位蒸汽温度高，变工况时温度变化大，引起的热应力大。这些部位还存在结构突变，如叶轮变工况时温度变化大，引起的热应力大。这些部位还存在结构突变，如叶轮根部、轴肩处的过渡圆角及
23、转子上的弹性槽等，由于存在较大的根部、轴肩处的过渡圆角及转子上的弹性槽等，由于存在较大的热应力集中热应力集中，使得热应力成倍增加。使得热应力成倍增加。11 （4 4）转子的低周疲劳和低温脆性）转子的低周疲劳和低温脆性 大机组均采用双层汽缸，汽缸及法兰厚度相对减薄，内、外壁温差大机组均采用双层汽缸，汽缸及法兰厚度相对减薄，内、外壁温差减小。这样，汽缸热应力就不是主要问题，而转子的热应力却成为主要问题。减小。这样，汽缸热应力就不是主要问题，而转子的热应力却成为主要问题。随着汽轮机容量的增大，转子的直径也越来越大。在启、停过程中，转子的随着汽轮机容量的增大，转子的直径也越来越大。在启、停过程中，转子
24、的热应力、热变形也就越大。因此，转子的热应力、热变形也就越大。因此，转子的低周疲劳低周疲劳和和低温脆性低温脆性成为关键问题。成为关键问题。低周疲劳：低周疲劳：是指机组多次反复启、停或升、降负荷时，由交变热应力引是指机组多次反复启、停或升、降负荷时，由交变热应力引起的损伤。这种交变热应力变化的周期比较长。起的损伤。这种交变热应力变化的周期比较长。脆性转变温度：脆性转变温度：金属材料在较低温度下工作时，机械性能发生变化。当金属材料在较低温度下工作时，机械性能发生变化。当温度低于某一定值时，材料从韧性转变为脆性，许用应力下降，材料易发生温度低于某一定值时，材料从韧性转变为脆性，许用应力下降，材料易发
25、生脆性断裂，通常称这一温度为材料的脆性转变温度。常用的转子钢材，脆性脆性断裂，通常称这一温度为材料的脆性转变温度。常用的转子钢材，脆性转变温度一般为转变温度一般为8080 140140。为保证转子不发生脆断，汽轮机的超速试验以及带大负荷运行，应在定为保证转子不发生脆断，汽轮机的超速试验以及带大负荷运行，应在定速后经一段时间的低负荷运行，待转子被加热到脆性转变温度以上再进行。速后经一段时间的低负荷运行，待转子被加热到脆性转变温度以上再进行。12（5 5）热冲击）热冲击 热冲击是指蒸汽与汽缸、转子等部件在短时间内进行强烈热交换的过热冲击是指蒸汽与汽缸、转子等部件在短时间内进行强烈热交换的过程。此时
26、金属部件内温差大，热应力大，甚至超过材料的屈服极限。严重时，程。此时金属部件内温差大，热应力大，甚至超过材料的屈服极限。严重时，一次严重的热冲击就可能造成部件损坏。热冲击的主要原因有三种：一次严重的热冲击就可能造成部件损坏。热冲击的主要原因有三种：1 1）启动时蒸汽温度与金属温度不匹配。）启动时蒸汽温度与金属温度不匹配。启动时，要求蒸汽温度高于金属温启动时，要求蒸汽温度高于金属温度，且两者应当匹配，如果相差太大就会对金属部件产生热冲击。通常以调度，且两者应当匹配，如果相差太大就会对金属部件产生热冲击。通常以调节级处参数来衡量。如：日立节级处参数来衡量。如：日立250MW250MW汽轮机给出的最
27、住匹配温度为：调节级处汽轮机给出的最住匹配温度为：调节级处蒸汽温度比金属温度高蒸汽温度比金属温度高28552855。对于几种进口的。对于几种进口的600MW600MW汽轮机，规定热态启汽轮机，规定热态启动时的主蒸汽及再热蒸气的温度应比第一级金属温度高动时的主蒸汽及再热蒸气的温度应比第一级金属温度高5010050100，且有，且有5050以上的过热度等。以上的过热度等。2 2）极热态启动时造成的热冲击）极热态启动时造成的热冲击。由于保护误动或故障造成汽轮机短时间事。由于保护误动或故障造成汽轮机短时间事故停机，如果在故停机，如果在24h24h内重新启动，此时高、中压缸第一级处的金属温度极高，内重新
28、启动，此时高、中压缸第一级处的金属温度极高，其启动为极热态启动。极热态启动时，蒸汽到调节级后的汽温比该处金属温其启动为极热态启动。极热态启动时，蒸汽到调节级后的汽温比该处金属温度低很多，转子外表面先产生拉应力。经过一段时间以后，蒸汽温度高于金度低很多，转子外表面先产生拉应力。经过一段时间以后，蒸汽温度高于金属温度，转子表面又转为压应力。这种应力拉属温度，转子表面又转为压应力。这种应力拉 压循环，对寿命极为不利。造压循环，对寿命极为不利。造成转子或汽缸的一次疲劳损伤，应尽量减少汽轮机极热态启动的次数。成转子或汽缸的一次疲劳损伤，应尽量减少汽轮机极热态启动的次数。3 3）甩负荷造成的热冲击。）甩负
29、荷造成的热冲击。汽轮机发生大幅度的甩负荷，通流部分蒸汽温度汽轮机发生大幅度的甩负荷，通流部分蒸汽温度的急剧变化，在转子和汽缸上产生很大的热应力。机组带负荷越多，甩负荷的急剧变化，在转子和汽缸上产生很大的热应力。机组带负荷越多，甩负荷后引起的热应力越大。后引起的热应力越大。13 2 2汽缸及转子的热膨胀汽缸及转子的热膨胀 （1 1）汽缸的绝对膨胀）汽缸的绝对膨胀 金属受热后，其长、宽、高都要膨胀。大型汽轮机，其轴向长度很长，金属受热后，其长、宽、高都要膨胀。大型汽轮机，其轴向长度很长，当从冷态启动到带至额定负荷时，金属温度变化很大，故轴向膨胀量最大，当从冷态启动到带至额定负荷时，金属温度变化很大
30、，故轴向膨胀量最大，是监控的重点之一。是监控的重点之一。汽缸的绝对膨胀：汽缸的绝对膨胀：是指从基准点是指从基准点(死点死点)开始，沿规定的开始，沿规定的(轴向轴向)方向膨胀或方向膨胀或收缩的数值。例如，收缩的数值。例如，300MW300MW机冷态启动到带额定负荷，高、中压缸的总绝对膨机冷态启动到带额定负荷，高、中压缸的总绝对膨胀值可达近胀值可达近40mm40mm。为了保证机组的安全，在前轴承箱基架上装有高中压缸绝。为了保证机组的安全，在前轴承箱基架上装有高中压缸绝对膨胀传感器。对膨胀传感器。滑销系统滑销系统的合理布置及正常导向，可以保证汽缸在各个方向能自由伸缩，的合理布置及正常导向，可以保证汽
31、缸在各个方向能自由伸缩，同时保证汽轮发电机组各部件之间的相对位置正确。同时保证汽轮发电机组各部件之间的相对位置正确。滑销系统设有纵销、横销、立销和角销滑销系统设有纵销、横销、立销和角销，分别引导汽缸各部分沿轴向、，分别引导汽缸各部分沿轴向、横向和垂直方向自由移动。横向和垂直方向自由移动。汽缸的死点：汽缸的死点：横销和纵销的延长线的交点，称为汽缸的死点。现代大型横销和纵销的延长线的交点，称为汽缸的死点。现代大型多缸汽轮机一般都有两个以上汽多缸汽轮机一般都有两个以上汽缸绝对死点缸绝对死点和多个汽缸和多个汽缸相对死点相对死点。14（2 2）转子的绝对膨胀。）转子的绝对膨胀。转子的相对死点：转子的相对
32、死点：推力轴承与转子推力盘接触面是转子的死点。转子轴向推力轴承与转子推力盘接触面是转子的死点。转子轴向位置由推力轴承决定。位置由推力轴承决定。转子的绝对膨胀：转子的绝对膨胀：转子以该相对死点为起点，沿转子轴向的膨胀称转子的转子以该相对死点为起点，沿转子轴向的膨胀称转子的绝对膨胀。绝对膨胀。（3 3）汽缸与转子的相对膨胀）汽缸与转子的相对膨胀 汽轮机启、停和工况变化时，转子和汽缸分别以各自的死点为基准沿汽轮机启、停和工况变化时，转子和汽缸分别以各自的死点为基准沿轴向膨胀（收缩）。由于汽缸与转子结构不同，材料不同，汽缸的质量大于轴向膨胀（收缩）。由于汽缸与转子结构不同，材料不同，汽缸的质量大于转子
33、，而汽缸与蒸汽的接触面积又小于转子与蒸汽的接触面积，使得蒸汽对转子，而汽缸与蒸汽的接触面积又小于转子与蒸汽的接触面积，使得蒸汽对汽缸的加热（冷却）比对转子的加热（冷却）来得慢。因此，在启动（停机）汽缸的加热（冷却）比对转子的加热（冷却）来得慢。因此，在启动（停机）过程中汽缸与转子的绝对膨胀值是不等的，两者之差称为过程中汽缸与转子的绝对膨胀值是不等的，两者之差称为相对膨胀（相对膨胀（胀差）。胀差）。胀差过大（或失控）就会使汽轮机的轴向动静间隙消失，造成动静摩碰和振胀差过大（或失控）就会使汽轮机的轴向动静间隙消失，造成动静摩碰和振动事故。动事故。胀差是制约汽轮机启、停的一个重要因素，运行中要密切监
34、视和控制。胀差是制约汽轮机启、停的一个重要因素，运行中要密切监视和控制。当胀差超限时，汽轮机保护动作，跳闸停机。例如国产当胀差超限时，汽轮机保护动作，跳闸停机。例如国产300MW300MW冲动式汽轮机，冲动式汽轮机，在高压转子前端在高压转子前端(前轴承箱内前轴承箱内)和低压转子后端和低压转子后端(低压后轴承箱内低压后轴承箱内)各装有一个各装有一个胀差传感器，可实时监控机组的胀差。胀差传感器，可实时监控机组的胀差。15（4 4）胀差的变化规律）胀差的变化规律正胀差：正胀差：冷态启动前，要预热，轴封供汽，此时出现的是冷态启动前，要预热，轴封供汽，此时出现的是正胀差正胀差（即转子膨（即转子膨胀值大于
35、汽缸膨胀值）。从冲转到定速阶段，转子加热快，正胀差呈上升的趋胀值大于汽缸膨胀值）。从冲转到定速阶段，转子加热快，正胀差呈上升的趋势。当采用中压缸启动，则这阶段胀差的变化主要发生在中压缸。当并网带负势。当采用中压缸启动，则这阶段胀差的变化主要发生在中压缸。当并网带负荷后，蒸汽温度和流量的进一步提高，蒸汽与汽缸、转子的热交换加剧，正胀荷后，蒸汽温度和流量的进一步提高，蒸汽与汽缸、转子的热交换加剧，正胀差增加较大。当进入准稳态区或启动结束时，正胀差值达到最大。由于在启动差增加较大。当进入准稳态区或启动结束时，正胀差值达到最大。由于在启动过程中要进行多次过程中要进行多次暖机暖机，汽缸有足够的膨胀时间，
36、可缓解胀差大的矛盾。，汽缸有足够的膨胀时间，可缓解胀差大的矛盾。汽轮机稳定运行时，转子和汽缸的金属温度接近同位置的蒸汽温度。汽轮机稳定运行时，转子和汽缸的金属温度接近同位置的蒸汽温度。负胀差：负胀差：当甩负荷或停机时，流过汽轮机的蒸汽温度会低于金属温度，同样当甩负荷或停机时，流过汽轮机的蒸汽温度会低于金属温度，同样地，转子比汽缸冷却快、收缩快，因此出现地，转子比汽缸冷却快、收缩快，因此出现负胀差负胀差。汽轮机打闸停机后，在转子情走阶段胀差有所增加。其主要原因是：打闸汽轮机打闸停机后，在转子情走阶段胀差有所增加。其主要原因是：打闸后调节阀关闭，没有蒸汽进入通流部分，转子摩擦鼓风热量使转子温度升高
37、；后调节阀关闭，没有蒸汽进入通流部分，转子摩擦鼓风热量使转子温度升高；泊松效应：泊松效应：转子高速旋转时，受离心力的作用，转子发生变形，在径向变转子高速旋转时，受离心力的作用，转子发生变形，在径向变粗和轴向变短（即力学中的泊松效应）。当转速降低时，离心力作用减小，大粗和轴向变短（即力学中的泊松效应）。当转速降低时，离心力作用减小，大轴变细变长，使胀差向正的方向增加。对于低压转子，由于其直径大，泊松效轴变细变长，使胀差向正的方向增加。对于低压转子，由于其直径大，泊松效应更明显。应更明显。热态启动时转子、汽缸的金属温度较高，若冲转时蒸汽温度偏低，则蒸热态启动时转子、汽缸的金属温度较高，若冲转时蒸汽
38、温度偏低，则蒸汽对转子和汽缸将起到冷却作用，出现负胀差。汽对转子和汽缸将起到冷却作用，出现负胀差。16（5 5）影响膨胀的因素及控制措施）影响膨胀的因素及控制措施 1 1）汽轮机滑销系统）汽轮机滑销系统。滑销系统是为了保证对汽轮机正常热膨胀，运行中。滑销系统是为了保证对汽轮机正常热膨胀，运行中应注意定期往滑动面注油，保证滑动面润滑及自由移动。应注意定期往滑动面注油，保证滑动面润滑及自由移动。2 2）蒸汽温升（温降）和流量变化速度）蒸汽温升（温降）和流量变化速度。蒸汽的温升或流量变化越大，转。蒸汽的温升或流量变化越大，转子与汽缸的胀差也越大。因此，在启、停过程中，要控制蒸汽温度和流量变子与汽缸的
39、胀差也越大。因此，在启、停过程中，要控制蒸汽温度和流量变化速度。化速度。3 3）轴封供汽温度。）轴封供汽温度。轴封供汽直接与汽轮机大轴接触，其温度的变化直接轴封供汽直接与汽轮机大轴接触，其温度的变化直接影响转子的伸缩。热态启动时，如果高中压轴封汽源来自温度较低的汽源，影响转子的伸缩。热态启动时，如果高中压轴封汽源来自温度较低的汽源，就会造成前轴封段大轴的急剧冷却收缩，过大时，将导致动静部分的摩擦。就会造成前轴封段大轴的急剧冷却收缩，过大时，将导致动静部分的摩擦。大型机组轴封供汽除了低温汽源外，还设置了高温汽源。大型机组轴封供汽除了低温汽源外，还设置了高温汽源。4 4）汽缸法兰、螺栓加热装置）汽
40、缸法兰、螺栓加热装置。在启、停过程中使用法兰和螺栓加热装置，。在启、停过程中使用法兰和螺栓加热装置，可以有效地减小汽缸内外壁、法兰内外、汽缸与法兰、法兰与螺栓的温差，可以有效地减小汽缸内外壁、法兰内外、汽缸与法兰、法兰与螺栓的温差，加快汽缸的膨胀（收缩），起到控制膨胀和胀差的目的。但现在生产的机组，加快汽缸的膨胀（收缩），起到控制膨胀和胀差的目的。但现在生产的机组，由于汽缸采用窄、高型法兰，取消了汽缸法兰、螺栓加热装置。西门子产汽由于汽缸采用窄、高型法兰，取消了汽缸法兰、螺栓加热装置。西门子产汽轮机高压缸为整体圆筒形，取消了汽缸法兰，使汽缸的温度变化能更好地与轮机高压缸为整体圆筒形，取消了汽缸
41、法兰，使汽缸的温度变化能更好地与转子同步。转子同步。17 5 5）凝汽器真空。）凝汽器真空。启动过程中，当机组转速或负荷一定时，改变真空可以调启动过程中，当机组转速或负荷一定时，改变真空可以调整胀差。当真空降低时，欲保持机组转速或负荷不变，应增加进汽量，使高整胀差。当真空降低时，欲保持机组转速或负荷不变，应增加进汽量，使高压转子受热加快，高压缸正胀差增大。由于进汽量增大，中、低压缸摩擦鼓压转子受热加快，高压缸正胀差增大。由于进汽量增大，中、低压缸摩擦鼓风热容易被蒸汽带走，因而转子被加热的程度减小，正胀差减小。当凝汽器风热容易被蒸汽带走，因而转子被加热的程度减小，正胀差减小。当凝汽器真空升高时，
42、过程正好相反。真空升高时，过程正好相反。6 6）汽缸保温和疏水。）汽缸保温和疏水。若汽缸保温不好，会造成汽缸温度分布不均匀且偏若汽缸保温不好，会造成汽缸温度分布不均匀且偏低，从而影响汽缸的充分膨胀，也使胀差增大。汽缸疏水不畅可能造成下缸低，从而影响汽缸的充分膨胀，也使胀差增大。汽缸疏水不畅可能造成下缸温度偏低，影响汽缸膨胀，并容易引起汽缸变形。温度偏低，影响汽缸膨胀，并容易引起汽缸变形。18 3 3汽轮机的热变形汽轮机的热变形 汽轮机启动、停机和负荷变化时，汽缸和转子的内外壁出现温差，产生汽轮机启动、停机和负荷变化时，汽缸和转子的内外壁出现温差，产生热应力、热变形。如果热变形过大，可能造成通流
43、部分动静间隙消失而碰摩。热应力、热变形。如果热变形过大，可能造成通流部分动静间隙消失而碰摩。若汽封碰摩，其径向间隙扩大，增大漏汽量，使经济性降低。另外动静部件若汽封碰摩，其径向间隙扩大，增大漏汽量，使经济性降低。另外动静部件的碰摩，会引起机组振动，甚至产生大轴弯曲事故。的碰摩，会引起机组振动，甚至产生大轴弯曲事故。（1 1）上下缸温差引起的汽缸热翘曲。）上下缸温差引起的汽缸热翘曲。在启、停过程中，会出现上缸温度高于在启、停过程中，会出现上缸温度高于下缸温度，造成上缸膨胀大于下缸，从而使汽缸产生向上拱起的热翘曲变形。下缸温度，造成上缸膨胀大于下缸，从而使汽缸产生向上拱起的热翘曲变形。上下缸温差产
44、生的原因主要有四个。上下缸温差产生的原因主要有四个。1 1）上下缸散热面积不同）上下缸散热面积不同，下缸布置有回热抽汽管道和疏水管道，散热面，下缸布置有回热抽汽管道和疏水管道，散热面积大。积大。2 2）在汽缸内，温度较高的蒸汽上升，而冷却后的凝结水流至下）在汽缸内，温度较高的蒸汽上升，而冷却后的凝结水流至下缸，形成缸，形成水膜，使下缸温度下降。水膜，使下缸温度下降。3 3）停机后汽缸内形成空气对流，）停机后汽缸内形成空气对流，温度较高的空气上升回到上缸，下缸内温度较高的空气上升回到上缸，下缸内的空气温度较低，增大了上下汽缸的温差。的空气温度较低，增大了上下汽缸的温差。4 4）运行中，下缸的保温
45、层易脱落，）运行中，下缸的保温层易脱落，而且下缸是置于温度较低的运行平台而且下缸是置于温度较低的运行平台以下并造成空气对流，使上下汽缸冷却条件不同，增大了温差。以下并造成空气对流，使上下汽缸冷却条件不同，增大了温差。19 上下缸温差最大值往往出现在调节级附近，因此，汽缸热翘曲值最大的上下缸温差最大值往往出现在调节级附近，因此，汽缸热翘曲值最大的部位也在调节级附近。由于汽缸变形上拱，使下部动静部件的径向间隙减小，部位也在调节级附近。由于汽缸变形上拱，使下部动静部件的径向间隙减小，同时隔板和叶轮也偏离正常情况下所在的垂直平面，而使轴向间隙变化。因同时隔板和叶轮也偏离正常情况下所在的垂直平面，而使轴
46、向间隙变化。因此汽轮机启动时，上下汽缸温差一般要求控制在此汽轮机启动时，上下汽缸温差一般要求控制在35503550范围内。范围内。在启动过程中，为了控制上下汽缸温差在，必须严格控制温升速度，在启动过程中，为了控制上下汽缸温差在，必须严格控制温升速度，同时要使高压加热器一起启动。在启动过程中还要保证汽缸疏水畅通，不要同时要使高压加热器一起启动。在启动过程中还要保证汽缸疏水畅通，不要有积水；在维修方面，下汽缸要采用较好的保温结构和优质保温材料，适当有积水；在维修方面，下汽缸要采用较好的保温结构和优质保温材料，适当加厚保温层或者加装挡风板，以减少空气对流。加厚保温层或者加装挡风板，以减少空气对流。（
47、2 2）汽缸内外壁和法兰内外壁温差引起的热变形。）汽缸内外壁和法兰内外壁温差引起的热变形。大容量汽轮机的汽缸和法大容量汽轮机的汽缸和法兰厚度大。在启、停和负荷变化时，如果控制不当，可能会出现较大的温差，兰厚度大。在启、停和负荷变化时，如果控制不当，可能会出现较大的温差，使汽缸和法兰产生较大的热应力，造成汽缸水平结合面法兰内凹或外凸变形。使汽缸和法兰产生较大的热应力，造成汽缸水平结合面法兰内凹或外凸变形。汽缸横截面变形对汽缸径向间隙、法兰水平结合面和法兰螺栓的影响如下。汽缸横截面变形对汽缸径向间隙、法兰水平结合面和法兰螺栓的影响如下。20 1 1）汽缸横截面呈椭圆变形及对汽缸内部径向间隙的影响。
48、）汽缸横截面呈椭圆变形及对汽缸内部径向间隙的影响。在汽缸的中间横在汽缸的中间横截面上，将产生立椭圆变形，引起该处垂直方向动静部件间的径向间隙增大，截面上，将产生立椭圆变形，引起该处垂直方向动静部件间的径向间隙增大，使漏汽增大；在汽缸两端，产生横椭圆变形，引起该处垂直向动静部件间的使漏汽增大；在汽缸两端，产生横椭圆变形，引起该处垂直向动静部件间的径向间隙减小或消失，导致汽缸内部顶部和底部摩擦；该处水平向动静部件径向间隙减小或消失，导致汽缸内部顶部和底部摩擦；该处水平向动静部件间的径向间隙增大，导致漏汽增大。间的径向间隙增大，导致漏汽增大。2 2）汽缸横截面呈椭圆变形对汽缸法兰水平结合面的影响。）
49、汽缸横截面呈椭圆变形对汽缸法兰水平结合面的影响。当汽缸横截面出当汽缸横截面出现立椭圆变形时，汽缸法兰水平结合面将出现内张口，在螺栓的压紧力作用现立椭圆变形时，汽缸法兰水平结合面将出现内张口，在螺栓的压紧力作用下，结合点局部压应力增大。结合面金属将产生塑性变形，使结合面的密封下，结合点局部压应力增大。结合面金属将产生塑性变形，使结合面的密封性能下降，导致汽缸漏汽。同理，当汽缸横截面出现横椭圆变形时，汽缸法性能下降，导致汽缸漏汽。同理，当汽缸横截面出现横椭圆变形时，汽缸法兰水平结合面将出现外张口，造成同样的危害。兰水平结合面将出现外张口，造成同样的危害。3 3）汽缸横截面呈椭圆变形对法兰螺栓受力的
50、影响。）汽缸横截面呈椭圆变形对法兰螺栓受力的影响。当汽缸横截面产生椭圆当汽缸横截面产生椭圆变形时，导致螺栓拉断或螺帽结合面压坏等事故发生。变形时，导致螺栓拉断或螺帽结合面压坏等事故发生。法兰及汽缸产生上述变形的根本原因，是由于内外壁温差过大所致。大法兰及汽缸产生上述变形的根本原因，是由于内外壁温差过大所致。大型汽轮机采用双层缸、窄高形法兰，能有效减小法兰内外温差，减小汽缸热型汽轮机采用双层缸、窄高形法兰，能有效减小法兰内外温差，减小汽缸热变形。变形。在启、停过程中，要求将调节级处的法兰内外温差控制在在启、停过程中，要求将调节级处的法兰内外温差控制在3010030100左右。左右。21 （3 3
