1、一、汽轮机部件内的热应力一、汽轮机部件内的热应力汽轮机汽轮机启停机或变负荷启停机或变负荷过程中，其过程中，其零部件零部件由于由于温度变化温度变化而产生而产生膨胀或收缩变形膨胀或收缩变形。热变形热变形热应力热应力热变形热变形受到受到外部约束或内部金属纤维间的约束时，外部约束或内部金属纤维间的约束时，在零件在零件内部内部产生产生应力，这种由于应力，这种由于温度或温差温度或温差引起的应力称为引起的应力称为温度应力或热应力。温度应力或热应力。产生热应力的根本原因：产生热应力的根本原因：零部件内零部件内温度分布不均匀温度分布不均匀或零部件或零部件变形受到约束变形受到约束。热压冷拉热压冷拉转转子子启动启动
2、停机停机转子表面转子表面热热压压应力应力转子中心孔表面转子中心孔表面热热拉拉应力应力转子表面转子表面热热拉拉应力应力转子中心孔表面转子中心孔表面 热热压压应力应力汽汽缸缸启动启动停机停机汽缸内壁面汽缸内壁面热热压压应力应力汽缸外壁面汽缸外壁面热热拉拉应力应力汽缸内壁面汽缸内壁面热热拉拉应力应力汽缸外壁面汽缸外壁面热热压压应力应力交变热应力交变热应力低周疲劳低周疲劳转子易出现裂纹转子易出现裂纹法法兰兰启动启动停机停机法兰内侧面法兰内侧面热热压压应力应力法兰外侧面法兰外侧面热热拉拉应力应力法兰内侧面法兰内侧面热热拉拉应力应力法兰外侧面法兰外侧面热热压压应力应力法兰螺栓加热装法兰螺栓加热装置置二二
3、、汽轮机部件内的热膨胀、汽轮机部件内的热膨胀汽缸和转子若热膨胀或收缩汽缸和转子若热膨胀或收缩受阻受阻，则产生则产生热应力或热变形热应力或热变形为减小部件的热应力，在结构上要保证机组和部件能自由为减小部件的热应力，在结构上要保证机组和部件能自由膨胀，又不破坏相对位置。因此：膨胀，又不破坏相对位置。因此：蒸汽参数或负荷发生变化时，汽缸内蒸汽温度蒸汽参数或负荷发生变化时，汽缸内蒸汽温度相应变化，汽缸和转子被相应变化，汽缸和转子被加热或冷却加热或冷却，使其产，使其产生生膨胀或收缩膨胀或收缩。相互组合的零件间留有相互组合的零件间留有膨胀间隙膨胀间隙，用用键定位键定位；汽缸和轴承座放置在台板上，以纵销、横
4、销和立销组成汽缸和轴承座放置在台板上，以纵销、横销和立销组成滑滑销系统定位销系统定位；汽缸以滑销系统形成的；汽缸以滑销系统形成的绝对死点绝对死点为基点，向为基点，向四周膨胀，四周膨胀，保持中心线不变保持中心线不变；三、汽轮机部件内的热变形三、汽轮机部件内的热变形当转子或汽缸周向温度不均、膨胀量不同时，产生当转子或汽缸周向温度不均、膨胀量不同时，产生热热变形变形。迫使。迫使汽缸拱曲和椭圆变形汽缸拱曲和椭圆变形、转子弯曲转子弯曲，使汽封，使汽封的径向间隙变化。的径向间隙变化。1 1 上下汽缸温差引起的热变形上下汽缸温差引起的热变形 启动、停机过程中上下汽缸的温差，造成上缸膨胀大于下启动、停机过程中
5、上下汽缸的温差，造成上缸膨胀大于下缸，而使上缸向上拱起，下汽缸底部动静部分径向间隙减少缸，而使上缸向上拱起，下汽缸底部动静部分径向间隙减少 （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，温度较高的空气聚集在上缸，温度较高的空气聚集在上缸，下缸内的空气温度较低，使上下汽缸的冷却条件产生差异，从而增下缸内的空气温度较低，使上下汽缸的冷却条件产生差异，从而增大了上下汽缸的温差；大了上下汽缸的温差；（2 2）汽缸内部因温度较高的蒸汽上升）汽缸内部因温度较高的蒸汽上升，凝结放热大于凝结水下，凝结放热大于凝结水下流的放热，而蒸汽凝结的疏水流至下缸经疏水管排出，疏水水膜降流的放热，而蒸汽凝结
6、的疏水流至下缸经疏水管排出，疏水水膜降低了下缸受热条件；低了下缸受热条件；（4 4）一般情况下，下汽缸的保温不如上缸）一般情况下，下汽缸的保温不如上缸，运行时，由于振动，运行时，由于振动，下缸保温材料容易脱落；下缸保温材料容易脱落；（5 5）上下汽缸冷却条件不同，）上下汽缸冷却条件不同，下缸置于温度较低的运行下缸置于温度较低的运行平台以下并造成空气对流，增大了温差。平台以下并造成空气对流，增大了温差。（1 1）上下汽缸质量和散热面积不同）上下汽缸质量和散热面积不同。下缸比上缸质量大，且。下缸比上缸质量大，且下缸布置有回热抽汽管道和疏水管道，散热面积大，因而，在下缸布置有回热抽汽管道和疏水管道，
7、散热面积大，因而，在同样保温、加热或冷却条件下，上缸温度比下缸温度高；同样保温、加热或冷却条件下，上缸温度比下缸温度高；汽轮机在启动、停机过程中，上下汽缸往往出现温差，即汽轮机在启动、停机过程中，上下汽缸往往出现温差，即上上缸温度高于下缸温度缸温度高于下缸温度，其主要原因如下：，其主要原因如下：为控制上下为控制上下汽缸温差汽缸温差启动过程启动过程严格控制温升速度严格控制温升速度高加滑启高加滑启保证汽缸疏水畅通保证汽缸疏水畅通维修方面维修方面采用较好的保温结构和选用优质保采用较好的保温结构和选用优质保温材料，并可适当加厚保温层温材料，并可适当加厚保温层加装挡风板，以减少空气对流加装挡风板，以减少
8、空气对流2 2 法兰热翘曲法兰热翘曲当汽缸法兰内壁温度高于外壁温度时，内壁金属伸长较当汽缸法兰内壁温度高于外壁温度时，内壁金属伸长较多，外壁金属伸长较少，这样就会使多，外壁金属伸长较少，这样就会使法兰在水平面内产法兰在水平面内产生热弯曲。生热弯曲。温差过大，塑性变形。温差过大，塑性变形。变形前变形前汽缸前后汽缸前后两端变形两端变形汽缸中间汽缸中间段变形段变形法兰内外壁温差的极限不大于法兰内外壁温差的极限不大于100100（没有法兰螺栓加（没有法兰螺栓加热装置）或热装置）或30(30(有法兰螺栓加热装置有法兰螺栓加热装置)3 3 转子热弯曲转子热弯曲如果上下缸温差作用在静止的转子上，引起转子的热
9、弯曲，如果上下缸温差作用在静止的转子上，引起转子的热弯曲，向上缸拱起，弹性弯曲，温差过大引起塑性弯曲向上缸拱起，弹性弯曲，温差过大引起塑性弯曲一、一、启动方式分类启动方式分类机组状态变化最为剧烈的运行工况是启停工况。机组状态变化最为剧烈的运行工况是启停工况。温度、应力的变化温度、应力的变化 疲劳、蠕变损伤，机组的寿命损耗疲劳、蠕变损伤，机组的寿命损耗 汽轮机启动方式大致可分为四类：汽轮机启动方式大致可分为四类：1.1.按新汽参数按新汽参数分类分类 额定参数启动额定参数启动滑参数启动滑参数启动整个启动过程中电动主闸门前的整个启动过程中电动主闸门前的蒸汽参数（压力、温度）始终保蒸汽参数（压力、温度
10、）始终保持额定持额定额定参数启动的缺点：额定参数启动的缺点：冲转参数高，机炉分开启动，启动时间长；冲转参数高，机炉分开启动，启动时间长；冷态或温态启动时，进汽冷态或温态启动时，进汽温度高，温差大，参数高进汽量小，汽缸和温度高，温差大，参数高进汽量小，汽缸和转子受热不均匀，调门节流转子受热不均匀，调门节流大，调节级后温度变化剧烈，热应力大，为减少热应力，进一步延长启大，调节级后温度变化剧烈，热应力大，为减少热应力，进一步延长启动时间；机炉分开启动，延长了启动时间，增大了燃料损耗。动时间；机炉分开启动，延长了启动时间，增大了燃料损耗。真空法启动真空法启动压力法启动压力法启动额定参数启动适用于母管制
11、机组额定参数启动适用于母管制机组滑参数启动滑参数启动启动过程中，电动主闸门前的蒸汽参数随机组转速和负荷启动过程中，电动主闸门前的蒸汽参数随机组转速和负荷的变化而逐渐升高。的变化而逐渐升高。真空法启动真空法启动 锅炉点火前从锅炉汽包到汽轮机之间的蒸汽管道上的所有阀门均全部开启，锅炉点火前从锅炉汽包到汽轮机之间的蒸汽管道上的所有阀门均全部开启，机组热力系统上的空气阀、疏水阀全部关闭，汽轮机盘车抽真空一直抽到锅机组热力系统上的空气阀、疏水阀全部关闭，汽轮机盘车抽真空一直抽到锅炉汽包，炉汽包，然后锅炉点火后产生蒸汽后，送入汽轮机暖机，蒸汽参数达到一定然后锅炉点火后产生蒸汽后，送入汽轮机暖机，蒸汽参数达
12、到一定值，汽轮机被冲动旋转，并随蒸汽参数的逐渐升高而升速、带负荷。全部启值，汽轮机被冲动旋转，并随蒸汽参数的逐渐升高而升速、带负荷。全部启动过程由锅炉进行控制。动过程由锅炉进行控制。不常用不常用压力法启动压力法启动 抽真空投盘车时，汽轮机主汽阀和调节阀门是关闭状态。锅炉点火，蒸抽真空投盘车时，汽轮机主汽阀和调节阀门是关闭状态。锅炉点火，蒸汽升温升压，待主汽阀前蒸汽参数达到一定值时，例如：压力升至汽升温升压，待主汽阀前蒸汽参数达到一定值时，例如：压力升至0.980.981.47MPa1.47MPa，温度为，温度为240240 250250，开始冲转升速，这一过程中，为了使汽压，开始冲转升速，这一
13、过程中，为了使汽压和汽温稳定，锅炉不宜进行过大的燃烧调整。利用调节阀门或主汽阀控制和汽温稳定，锅炉不宜进行过大的燃烧调整。利用调节阀门或主汽阀控制转速，增加进汽量，进行冲转、升速、和并网带少量负荷，蒸汽压力值由转速，增加进汽量，进行冲转、升速、和并网带少量负荷，蒸汽压力值由旁路阀控制保持不变，允许汽温按规律升高，在旁路阀关闭后，再通过加旁路阀控制保持不变，允许汽温按规律升高，在旁路阀关闭后，再通过加强锅炉燃烧提高主蒸汽参数，增加机组负荷至满负荷。强锅炉燃烧提高主蒸汽参数，增加机组负荷至满负荷。常用常用2 2按冲转时进汽方式分类按冲转时进汽方式分类 （1 1）高中压缸启动：蒸汽同时进入高、中压缸
14、冲动转子，高中、压缸同时受）高中压缸启动：蒸汽同时进入高、中压缸冲动转子，高中、压缸同时受热，可以使汽缸和转子所受热冲击较小热，可以使汽缸和转子所受热冲击较小(相对额定参数启动相对额定参数启动)，加热均匀，降低，加热均匀，降低热应力，缩短启动时间。但是，对于高中、压缸反向布置的机组，控制相对胀热应力，缩短启动时间。但是，对于高中、压缸反向布置的机组，控制相对胀差不利。再热汽温低，造成中压缸升温速度慢，限制了启动速度。差不利。再热汽温低，造成中压缸升温速度慢，限制了启动速度。（2 2）中压缸启动：冲转时，高压缸不进汽，处于暖缸状态，主蒸汽经高压）中压缸启动：冲转时，高压缸不进汽，处于暖缸状态，主
15、蒸汽经高压旁路进入再热器，当再热蒸汽参数达到机组冲转要求的数值后，开中压主汽旁路进入再热器，当再热蒸汽参数达到机组冲转要求的数值后，开中压主汽门，用中调门控制进汽冲转，待转速升至门，用中调门控制进汽冲转，待转速升至250025002600rpm2600rpm或并网带一定负荷或并网带一定负荷后，再切换为高、中压缸同时进汽。对控制机组相对胀差有利，可以将高压后，再切换为高、中压缸同时进汽。对控制机组相对胀差有利，可以将高压缸的相对胀差排除在外。可使再热蒸汽参数容易达到冲转要求，同时高压缸缸的相对胀差排除在外。可使再热蒸汽参数容易达到冲转要求，同时高压缸在暖缸过程中可以提高金属温度水平使进汽时金属温
16、度与主蒸汽温度匹配，在暖缸过程中可以提高金属温度水平使进汽时金属温度与主蒸汽温度匹配，解决了汽轮机启动冲转时主蒸汽、再热蒸汽温度与高、中压缸金属温度难以解决了汽轮机启动冲转时主蒸汽、再热蒸汽温度与高、中压缸金属温度难以匹配问题，具有降低高、中压转子的寿命损耗，改善汽缸热膨胀和缩短启动匹配问题，具有降低高、中压转子的寿命损耗，改善汽缸热膨胀和缩短启动时间等优点。但要求启动参数的选择合理，以避免高压缸进汽时产生较大的时间等优点。但要求启动参数的选择合理，以避免高压缸进汽时产生较大的热冲击。热冲击。（3 3）高压缸启动。机组启动冲转时，高、低压旁路阀门关闭，中压主汽阀）高压缸启动。机组启动冲转时，高
17、、低压旁路阀门关闭，中压主汽阀和调节阀全开，由高压主汽阀和调节阀控制进汽冲转、升速、并网、带负荷。和调节阀全开，由高压主汽阀和调节阀控制进汽冲转、升速、并网、带负荷。机组冲转前，机组冲转前，3 3按启动前汽轮机金属温度水平分类按启动前汽轮机金属温度水平分类高压缸启动时按调节级处金属温度划分；中压缸启动时高压缸启动时按调节级处金属温度划分；中压缸启动时按中压第一压力级处金属温度划分按中压第一压力级处金属温度划分 (1)(1)冷态启动：金属温度低于满负荷时金属温度的冷态启动：金属温度低于满负荷时金属温度的40%40%左左右或右或150150180180以下称为冷态启动。以下称为冷态启动。(2)(2
18、)温态启动：金属温度在满负荷时金属温度的温态启动：金属温度在满负荷时金属温度的40%-40%-80%80%之间或低于之间或低于 180180350350之间称为温态启动。之间称为温态启动。(3)(3)热热态启动：金属温度高于满负荷时金属温度的态启动：金属温度高于满负荷时金属温度的80%80%或或在在350350以上，称为热态启动。以上，称为热态启动。有时热态又分为热态（有时热态又分为热态（350350450450）和极热态（）和极热态（450450以以上）。上）。有的国家按停机时间的长短分类有的国家按停机时间的长短分类 （1 1）停机一周或一周以上，称为冷态启动。）停机一周或一周以上，称为冷态
19、启动。（2 2）停机两昼夜（）停机两昼夜（4848小时），称为温态启动。小时），称为温态启动。（3 3）停机）停机8 8小时称为热态启动。小时称为热态启动。（4 4）停机）停机2 2小时称为极热态启动。小时称为极热态启动。4 4按冲转时的控制进汽阀分类按冲转时的控制进汽阀分类（1 1）调节汽阀启动：启动时，电动主汽门和自动主汽阀处于）调节汽阀启动：启动时，电动主汽门和自动主汽阀处于全开位置，进入汽轮机的蒸汽流量由依次开启的调节阀门控制。全开位置，进入汽轮机的蒸汽流量由依次开启的调节阀门控制。这种控制方式由于调节阀门较小易于控制流量，但由于调节门这种控制方式由于调节阀门较小易于控制流量，但由于调
20、节门依次开启，汽机头部进汽不匀，易造成受热不匀。依次开启，汽机头部进汽不匀，易造成受热不匀。（2 2）自动主汽门启动：启动时，电动主汽门和调节阀）自动主汽门启动：启动时，电动主汽门和调节阀处于全开位置，由自动主汽阀控制进入汽轮机的蒸汽流处于全开位置，由自动主汽阀控制进入汽轮机的蒸汽流量，控制汽机转速。当转速达到量，控制汽机转速。当转速达到2900rpm2900rpm时，切换为调时，切换为调节阀进汽方式（即由节阀进汽方式（即由TVTV方式切换为方式切换为GVGV方式），继续升速方式），继续升速到定值。到定值。（3 3）电动主闸门的旁路阀启动：启动前，调节阀门）电动主闸门的旁路阀启动：启动前，调节
21、阀门全开，用电动主汽门的旁路门控制蒸汽流量。由于该全开，用电动主汽门的旁路门控制蒸汽流量。由于该旁路门流量较小，便于控制。现代大容量单元机组，旁路门流量较小，便于控制。现代大容量单元机组，由于设备可靠性提高，为了简化系统，现在大都取消由于设备可靠性提高，为了简化系统，现在大都取消了该阀门。了该阀门。三、启动过程的主要阶段三、启动过程的主要阶段(1)启动前的准备阶段。启动前的准备阶段。为机组启动准备相应的条件，主为机组启动准备相应的条件，主要包括设备、系统和仪表的检查及试验；辅助设备、系要包括设备、系统和仪表的检查及试验；辅助设备、系统的检查和启动；油系统的检查和试验；投入盘车；调节统的检查和启
22、动；油系统的检查和试验；投入盘车；调节保护系统校验；汽源准备等工作。保护系统校验；汽源准备等工作。(2)冲转升速阶段。冲转升速阶段。在确保机组安全的条件下，当冲转条在确保机组安全的条件下，当冲转条件满足后，汽轮机进汽冲转，将转子由静止状态逐步升件满足后，汽轮机进汽冲转，将转子由静止状态逐步升速到额定转速的过程。速到额定转速的过程。(3)定速并网阶段。定速并网阶段。当转速稳定在同步转速，经全面检查当转速稳定在同步转速，经全面检查确认设备运转正常确认设备运转正常,并网功率运行。并网功率运行。(4)带负荷阶段。带负荷阶段。在机组并网后，将机组的输出电功率逐在机组并网后，将机组的输出电功率逐渐增加至额
23、定值，或某一要求的负荷稳定运行。渐增加至额定值，或某一要求的负荷稳定运行。四、滑参数启动的特点四、滑参数启动的特点滑参数启动与额定参数启动相比有以下的优缺点滑参数启动与额定参数启动相比有以下的优缺点:（1）缩短了机组启动时间，提高了机组的机动性。缩短了机组启动时间，提高了机组的机动性。（2）滑参数启动可在较小的热冲击下得到较大的金属加热速度，）滑参数启动可在较小的热冲击下得到较大的金属加热速度，从而改善了机组加热的条件。从而改善了机组加热的条件。（3）滑参数启动时，容积流量大，可较方便地控制和调节汽轮机）滑参数启动时，容积流量大，可较方便地控制和调节汽轮机的转速与负荷，且不至造成金属温差超限。
24、的转速与负荷，且不至造成金属温差超限。（4）减少了工质的损失，提高了电厂运行的经济性）减少了工质的损失，提高了电厂运行的经济性（5）滑参数启动升速和接带负荷时，可做到调节汽门全开全周进）滑参数启动升速和接带负荷时，可做到调节汽门全开全周进汽。汽。（6）滑参数启动时，通过汽轮机的蒸汽流量大，可有效地冷却低）滑参数启动时，通过汽轮机的蒸汽流量大，可有效地冷却低压段。压段。（7）滑参数启动可事先做好系统的准备工作，使启动操作大为简）滑参数启动可事先做好系统的准备工作，使启动操作大为简化化五、汽轮机的停机五、汽轮机的停机汽轮机停机是指机组由带负荷运行状态到卸去全部负荷汽轮机停机是指机组由带负荷运行状态
25、到卸去全部负荷、发电机从电网中解列、汽轮发电机组转子由转动至静、发电机从电网中解列、汽轮发电机组转子由转动至静止的过程。汽轮机停机过程是金属部件逐渐冷却的过程。止的过程。汽轮机停机过程是金属部件逐渐冷却的过程。1停机方式的分类停机方式的分类1）正常停机：）正常停机：是根据机组或外负荷的情况，主动进行的停机，它又分为是根据机组或外负荷的情况，主动进行的停机，它又分为滑参数停机和额定参数停机滑参数停机和额定参数停机。滑参数停机多用于需进行大修或小修而进行的停机滑参数停机多用于需进行大修或小修而进行的停机额定参数停机多用于调峰停机或短时间消缺额定参数停机多用于调峰停机或短时间消缺2）事故停机：）事故
26、停机：事故停机是指机组监视参数超限，保护装置动作或手动事故停机是指机组监视参数超限，保护装置动作或手动打闸，机组从运行负荷瞬间降至零负荷，发电机与电网打闸，机组从运行负荷瞬间降至零负荷，发电机与电网解列，汽轮机转子进入惰走阶段的停机过程。解列，汽轮机转子进入惰走阶段的停机过程。事故停机根据事故的严重程度又分为一般事故停机和紧事故停机根据事故的严重程度又分为一般事故停机和紧急事故停机，其主要区别在于机组解列时是否立即打开急事故停机，其主要区别在于机组解列时是否立即打开真空破坏阀。紧急事故停机在停机信号发出后，立即破坏真空破坏阀。紧急事故停机在停机信号发出后，立即破坏真空。真空。2停机过程中应注意
27、的问题停机过程中应注意的问题汽轮机的停机过程是机组从热态到冷态，从额定转速到汽轮机的停机过程是机组从热态到冷态，从额定转速到零转速的动态过程。在这个过中，如果运行操作不当，就零转速的动态过程。在这个过中，如果运行操作不当，就会造成设备的损坏，所以必须给予足够的重视。会造成设备的损坏，所以必须给予足够的重视。在停机过程中，应严密监视机组的各种参数，如蒸汽参在停机过程中，应严密监视机组的各种参数，如蒸汽参数、转子的胀差、轴向位移、振动和热应力、轴承金属数、转子的胀差、轴向位移、振动和热应力、轴承金属温度和油温、油压等。温度和油温、油压等。停机过程中由于转子被冷却，会出现负胀差；停机过程中由于转子被冷却，会出现负胀差；汽轮机停机后，汽缸和转子的金属温度还较高，需要一汽轮机停机后，汽缸和转子的金属温度还较高，需要一个逐渐冷却的过程，此时，必须保持盘车装置连续运行个逐渐冷却的过程，此时，必须保持盘车装置连续运行，一直到金属温度冷却到，一直到金属温度冷却到120150后，才允许停盘车。后，才允许停盘车。盘车运行时，润滑油系统和顶轴油泵必须维持运行。盘盘车运行时，润滑油系统和顶轴油泵必须维持运行。盘车运行期间，不允许拆除保温设施。车运行期间，不允许拆除保温设施。本章结束
