EH油系統(tǒng)（復習）1、EH油用的什么油，有什么特點，為什么用它？2、EH油系統(tǒng)的主要設備有哪些？各起什么作用？第七章汽輪機的運行

嶺南現(xiàn)代高級技工學校第七章、汽輪機的運行第一節(jié)、汽輪機的熱狀態(tài)（汽輪機運行的基本理論——汽輪機“三熱理論”）蒸汽在汽輪機中的傳熱現(xiàn)象金屬部件的溫度分布汽輪機的熱應力汽輪機的熱膨脹汽輪機的熱變形三熱理論蒸汽在汽輪機中的傳熱現(xiàn)象

蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹做功，將熱能轉變?yōu)闄C械能，同時又以對流傳熱的方式，將熱量傳遞給汽缸、轉子等金屬部件的表面。熱量在汽缸內(nèi)以導熱的方式從內(nèi)壁傳到外壁，最后經(jīng)保溫層散到大氣；熱量在轉子內(nèi)以導熱方式從轉子表面?zhèn)鞯街行目?，通過中心孔散給周圍空間。由于熱量從金屬內(nèi)導熱需要一定的時間，因而在汽缸內(nèi)、外壁間以及轉子表面和中心孔間形成溫差。汽輪機在穩(wěn)定工況下運行時的傳熱過程汽輪機在啟停和工況變化時的傳熱過程換熱系數(shù)對金屬部件上引起的溫差的影響蒸汽在汽輪機中的傳熱現(xiàn)象汽輪機在穩(wěn)定工況下運行時的傳熱過程

汽輪機在蒸汽參數(shù)不隨時間變化的穩(wěn)定工況下運行時，汽缸、轉子等金屬部件內(nèi)的溫度分布是不隨時間變化的稱為穩(wěn)態(tài)傳熱過程。汽輪機在啟停和工況變化時的傳熱過程在汽輪機啟停和工況變化時，汽缸和轉子整個金屬部件的溫度分布將發(fā)生變化。在汽輪機啟動和加負荷過程中，由于蒸汽溫度比金屬部件溫度高，蒸汽將熱量傳給金屬部件，使其溫度升高，金屬部件內(nèi)溫度分布是不均勻的。而在停機和減負荷過程中，蒸汽溫度低于金屬部件溫度，使其冷卻，溫度下降，金屬部件內(nèi)溫度分布是不均勻的。凝結換熱的概念

當蒸汽與溫度低于蒸汽壓力對應的飽和溫度的金屬表面接觸時，在金屬表面容易發(fā)生凝結換熱現(xiàn)象，蒸汽放出汽化潛熱，凝結成液體。膜狀凝結珠狀凝結膜狀凝結

凝結換熱時蒸汽在金屬表面凝結成水膜。珠狀凝結

凝結換熱時蒸汽在金屬表面凝結成水珠。（汽輪機轉子以一定轉速旋轉，由于離心力作用，形不成水膜）。

珠狀凝結的放熱系數(shù)比膜狀凝結的放熱系數(shù)要大得多，約大15~20倍。由于凝結換熱非常劇烈，很容易在汽輪機金屬部件內(nèi)形成很大的溫差。為了減小這個溫差，大型汽輪機在沖轉前多采用盤車預熱的方式，即在汽輪機啟動前盤車時，通入低壓低溫蒸汽，使汽缸、轉子預熱，然后再通入較高參數(shù)的蒸汽，沖動轉子。對流換熱的概念

當汽輪機部件金屬表面溫度達到對應蒸汽壓力下的飽和溫度時，蒸汽對金屬表面的放熱總是以對流換熱方式進行的。蒸汽的對流換熱系數(shù)比凝結放熱系數(shù)小得多。換熱系數(shù)對金屬部件上引起的溫差的影響

換熱系數(shù)越大，熱導率越小，在金屬部件內(nèi)形成的溫差也就越大。導熱過程的快慢則主要取決于金屬材料的熱導率；熱導率越小，則導熱過程越慢，形成的溫差也就越大。

對于某種確定類型的汽輪機，由于其結構、材質、部件的尺寸已確定，因此在金屬部件上引起的溫差，只取決于運行條件。如果蒸汽溫度變化越劇烈，溫度變化范圍越大，則產(chǎn)生的溫差也越大。

當蒸汽與金屬間單位時間內(nèi)的換熱量過大時，在金屬部件內(nèi)部引起的溫差會急劇增加，這時金屬部件受到熱沖擊。在汽輪機冷態(tài)啟動時的凝結放熱階段，在沖轉時蒸汽溫度過高與金屬溫度不匹配時，在汽輪機極熱態(tài)啟動時以及甩1/2以上負荷工況下，都會使汽輪機金屬部件受到熱沖擊。金屬部件的溫度分布準穩(wěn)態(tài)點準穩(wěn)態(tài)點：溫差達到最大值的時刻。例：某汽輪機當蒸汽溫度以溫升2.5℃/min

變化時，調節(jié)級處高壓轉子金屬溫度隨時間的變化關系。

由于熱量在轉子內(nèi)部傳導需要一定的時間，轉子中心孔面的溫度總要滯后一段時間才開始上升，因而轉子表面和中心孔間就形成了溫差。該溫差隨著整個溫升過程持續(xù)增大，在經(jīng)過一定的時刻后，該溫差達到最大，此后雖然金屬溫度隨蒸汽溫度的升高而升高，但內(nèi)外壁面溫差保持最大且不變化。一、汽輪機的熱應力熱應力的概念

由于溫度的變化引起的物體變形稱之為熱變形。如果物體的熱變形受到約束，則在物體內(nèi)就會產(chǎn)生熱應力，這種應力稱之為熱應力。如果物體受熱膨脹受到約束，則物體內(nèi)將產(chǎn)生壓應力

如果物體冷卻收縮受到約束，則物體內(nèi)將產(chǎn)生拉應力

2.熱應力變化規(guī)律：熱壓冷拉

熱壓熱壓冷拉冷拉

當物體內(nèi)部加熱或冷卻不均勻，溫度分布不均勻時，物體即使不受到外部約束，其內(nèi)部也會產(chǎn)生熱應力。高溫區(qū)產(chǎn)生壓應力低溫區(qū)產(chǎn)生拉應力

汽輪機轉子和汽缸的熱應力主要是由于溫度分布不均勻引起的。一、汽缸壁的熱應力1、在汽缸壁厚度和金屬材料一定的情況下，汽缸內(nèi)、外壁表面的熱應力與溫差成正比2、汽缸冷卻過快比加熱過快更危險。（考慮蒸汽靜拉力）3、控制汽輪機金屬的溫升速度是控制熱應力的基本方法。思考：1、根據(jù)汽缸壁的熱應力特點，運行中應當監(jiān)視和控制什么參數(shù)？分別控制多少？2、大機組的冷態(tài)啟動時間為什么較長？汽缸冷卻過快比加熱過快更危險在啟動加熱時，由于內(nèi)壁溫度較外壁高，受熱壓應力，工作蒸汽的靜壓力使汽缸內(nèi)壁產(chǎn)生拉應力，雖然蒸汽靜拉應力與熱壓應力相反。當汽缸受到冷卻時，內(nèi)壁就同時受到蒸汽靜拉應力與熱拉應力的作用，加上內(nèi)壁原有的殘余拉應力，就可能使內(nèi)壁應力達到危險的程度。二、螺栓的熱應力啟動時螺栓受的熱應力最大；1、法蘭、螺栓的溫差引起的熱應力2、螺栓被緊固時拉伸預應力。3、汽缸內(nèi)部蒸汽壓力對螺栓產(chǎn)生的拉應力。以上三個應力之和為螺栓受到的應力思考：為了保證螺栓不至于出現(xiàn)危險狀態(tài)（變形甚至斷裂），運行監(jiān)視控制什么？三、轉子的熱應力

1、在運行中，轉子不僅受離心力的作用，而且也受熱應力的影響。2、啟動時轉子表面產(chǎn)生熱壓應力，中心產(chǎn)生熱拉應力。3、必須注意：汽輪機每啟停一次，對轉子表面層就交替出現(xiàn)一次熱壓應力和熱拉應力。若汽輪機多次啟、停，則交變應力多次反復作用，將會引起轉子表面出現(xiàn)裂紋，這種情況稱為轉子低頻率疲勞損傷。大機組結構優(yōu)化技術改造之后，應重視轉子的熱應力。4、交變應力的作用危及轉子的壽命。因此：必須采用合理的啟停方式，并盡量減少啟動次數(shù)，否則轉子的使用壽命將受到影響。

5、控制轉子或汽缸的熱應力就是要限制機組啟停及負荷變化速度。（1）單層缸高壓汽輪機（轉子半徑與汽缸法蘭厚度大致相等時）法蘭的熱應力大，按汽輪機法蘭熱應力來控制最大允許溫升速度；（2）雙層缸大功率汽輪機轉子的熱應力大，按轉子熱應力來控制最大允許溫升速度。主要原因：①轉子的半徑大于汽缸的壁厚；②啟動時，轉子的受熱條件優(yōu)于汽缸；③啟動時，轉子的機械應力水平高于汽缸。6．汽輪機轉子熱應力的最大值通常出現(xiàn)在高壓轉子的調節(jié)級和中壓轉子的第一級附近。一般用監(jiān)視和控制調節(jié)級汽缸內(nèi)壁溫度的方法來控制轉子的熱應力。

因為蒸汽首先接觸調節(jié)級處部件，蒸汽與轉子溫差較大，在啟停及正常運行中，應注意調節(jié)級處蒸汽溫度及缸體金屬溫度和中壓第一級處的缸體金屬溫度。①隨著機組容量增大和參數(shù)提高，溫差導致的損壞首先發(fā)生在汽缸上，即汽缸裂紋。隨著對汽缸的結構的改進，對機組啟停及加減負荷速度的限制，使汽缸的熱疲勞損壞逐步得到解決。②隨著容量進一步增大，轉子直徑也增大，轉子熱疲勞損壞也突出了。熱應力本身看不見、摸不到，對汽輪機轉子的熱應力若無有效的監(jiān)測，運行人員將無法得知現(xiàn)在運行過程熱應力的大小。汽輪機冷態(tài)啟動時的熱應力汽輪機停機過程的熱應力汽輪機熱態(tài)啟動時的熱應力負荷變動時的熱應力請回答下面變工況下汽輪機的熱應力情況！汽輪機冷態(tài)啟動時的熱應力

汽缸內(nèi)壁和轉子外表面而產(chǎn)生壓應力汽缸外壁和轉子中心孔而產(chǎn)生拉應力汽輪機停機過程的熱應力汽缸內(nèi)壁和轉子外表面產(chǎn)生拉應力汽缸外壁和轉子中心孔則產(chǎn)生壓應力汽輪機熱態(tài)啟動時的熱應力

在整個熱態(tài)啟動過程中，沖轉時進入調節(jié)級處的蒸汽溫度可能比該處的金屬溫度低，使其先受到冷卻，在轉子表面和汽缸內(nèi)表面產(chǎn)生拉應力。隨著轉速的升高及接帶負荷，該處的蒸汽溫度將迅速提高，并高出金屬溫度，轉子表面及汽缸內(nèi)壁將產(chǎn)生壓應力，這樣在整個熱態(tài)啟動過程中，汽輪機部件的熱應力要經(jīng)歷一個拉—壓循環(huán)。負荷變動時的熱應力降負荷時，轉子表面和汽缸內(nèi)壁產(chǎn)生拉應力

增負荷時，轉子表面和汽缸內(nèi)壁產(chǎn)生壓應力

汽輪機從啟動、穩(wěn)定工況下運行至停機過程，轉子和汽缸上各點的熱應力都要經(jīng)歷一個拉——壓應力循環(huán)，轉子外表面由壓應力變?yōu)槔瓚Γ行目酌嬗衫瓚ψ優(yōu)閴簯Α釠_擊金屬材料受到劇烈的加熱或冷卻，引起內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫差，形成很大的沖擊熱應力的現(xiàn)象稱為熱沖擊。熱沖擊時承受很大的熱應力，有時僅一次熱沖擊就可能造成零部件的永久性破壞。汽輪機熱態(tài)啟動時，如主蒸汽管道暖管、疏水不充分或正常運行中，鍋爐汽包水位失調而造成滿水等均可能產(chǎn)生汽輪機的熱沖擊。同樣，當電網(wǎng)或發(fā)電機故障而引起汽輪機甩負荷后帶廠用電或空負荷運行，也將造成汽輪機的熱沖擊。熱沖擊可能對汽輪機產(chǎn)生嚴重的損傷，因此，在機組啟停和正常運行中，應特別注意。

汽輪機在啟停和工況變化時，轉子和汽缸除了承受熱應力外，還要承受蒸汽的工作壓力。對于轉子還要承受旋轉離心應力，因此汽缸和轉子實際上承受的是工作應力和熱應力的合成應力。應力合成思考：

學習了汽缸、螺栓、轉子的熱應力，請思考：1．汽輪機啟停過程中產(chǎn)生最大熱應力的部位在哪里？我們應當以誰的熱應力來控制汽輪機的最大溫升速度？

2．試分析對采用雙層汽缸結構的大功率汽輪機，限制啟停及負荷變化的主要矛盾是轉子熱應力的大小，而不是汽缸法蘭的熱應力？一、汽缸的熱膨脹1、汽缸的熱膨脹⊿Lcy＝ɑcy⊿tcyLcy2、調節(jié)級處汽缸的金屬溫度與汽缸的熱膨脹值有一定的對應關系3、汽缸的軸向膨脹有跳躍式的增加或減少時，說明滑銷系統(tǒng)有卡澀。4、此外注意：汽缸的橫向膨脹兩側不均——汽缸中心偏斜二、汽輪機的熱膨脹二、轉子的熱膨脹⊿Lro＝ɑro⊿troLro⊿tro—轉子的平均溫升ɑro—金屬材料的線膨脹系數(shù)Lro—轉子長度相對脹差:

汽輪機汽缸與轉子以同一死點膨脹或收縮時，其出現(xiàn)的差值稱相對膨脹差。正脹差：轉子軸向膨脹大于汽缸值。負脹差：轉子軸向膨脹小于汽缸值。三、汽缸和轉子的相對膨脹

汽輪機的橫銷只允許軸承座和汽缸作橫向膨脹；縱銷只允許其縱向膨脹。汽缸和軸承座之間設有立銷，立銷只允許汽缸在鉛垂方向膨脹，使汽缸中心和軸承中心在同一縱分面上，以保證汽缸與軸承中心一致，使轉子中心與汽缸中心一致。基礎知識

汽輪機轉子是以推力盤為死點，沿軸向向前后膨脹的。當工況變化時，推力盤有時靠工作瓦塊，有時靠非工作瓦塊，在計算通流部分間隙時，要考慮推力間隙的影響。

由于汽缸的軸向尺寸大，故汽缸的軸向膨脹成為重要的監(jiān)視指標。國產(chǎn)300MW汽輪機高中壓缸總膨脹可達近40mm?；A知識NC300MW機組汽缸和轉子膨脹系統(tǒng)圖←←←←→→中壓內(nèi)缸膨脹方向高中壓轉子膨脹方向高中壓缸膨脹方向低壓缸膨脹方向●●●四、汽輪機的熱膨脹汽輪機啟動時脹差的變化規(guī)律汽輪機甩負荷、停機、熱態(tài)啟動時相對脹差的變化規(guī)律影響脹差的因素汽輪機冷態(tài)啟動前，汽缸一般要進行預熱，軸封要供汽，此時汽輪機脹差總體表現(xiàn)為正脹差。從沖轉到定速階段，汽輪機的正脹差成上升趨勢。對采用中壓缸啟動的機組，則這階段脹差變化主要發(fā)生在中壓缸。當機組并網(wǎng)接待負荷后，正脹差增加的幅度較大，對于啟動性能較差的機組，在啟動過程中要完成多次暖機，以解脹緩差大的矛盾。汽輪機啟動時脹差的變化規(guī)律汽輪機甩負荷、停機、熱態(tài)啟動時相對脹差的變化規(guī)律汽輪機甩負荷或停機時，流過汽輪機通流部分的蒸汽溫度會低于金屬溫度，轉子比汽缸冷卻快，即轉子比汽缸收縮得多，因而出現(xiàn)負脹差。熱態(tài)啟動時，轉子汽缸的金屬溫度高，若沖轉時蒸汽溫度偏低，則蒸汽進入汽輪機后對轉子和汽缸起冷卻作用，也會出現(xiàn)負脹差，尤其對極熱態(tài)啟動，幾乎不可避免地會出現(xiàn)負脹差。脹差的變化對汽輪機的影響脹差的變化主要引起汽輪機內(nèi)部動靜部分軸向間隙的變化；間隙消失，動靜摩擦，設備損壞。特別注意：噴嘴出口的軸向間隙要比動葉出口的軸向間隙要小，因此，脹差的負值比正值更危險。這也是汽輪機冷卻過快比加熱過快更危險的原因。脹差負值比正值更危險

N125-135/550/550型汽輪機膨脹示意圖

1-葉片2-噴嘴3-推力軸承4-支持軸承5-死點級內(nèi)間隙b＜級間間隙a

脹差負值比正值更危險

若脹差為正值，表明轉子膨脹較汽缸大，即轉子以推力軸承為固定點，相對于汽缸往后伸長，使噴嘴出口軸向間隙b增大，入口軸向間隙a減小。若脹差為負值，則表明轉子收縮比汽缸快，噴嘴出口軸向間隙b變小，入口軸向間隙a增大。影響脹差的因素汽輪機滑銷系統(tǒng)暢通與否控制蒸汽溫升（溫降）和流量變化速度軸封供汽溫度的影響汽缸法蘭、螺栓加熱裝置的影響凝汽器真空的影響汽缸保溫和疏水的影響通常采取以下措施控制脹差：（1）控制蒸汽升降溫度及升降負荷的速度，以保證汽缸和轉子的溫差在允許范圍內(nèi)。（2）合理的使用汽缸和法蘭螺栓加熱裝置。（3）利用軸封供汽控制脹差。三、汽輪機的熱變形一、熱變形的規(guī)律如圖所示：熱變形的規(guī)律是：溫度高的一側向外凸，溫度低的一側向內(nèi)凹進，即“熱凸冷凹”。熱變形的規(guī)律：熱凸冷凹二、上、下缸溫差引起的熱變形上下缸溫差產(chǎn)生的原因：（1）上、下汽缸的重量和散熱面積不同。（2）啟動時，蒸汽在汽缸內(nèi)凝結成的疏水都流經(jīng)下汽缸經(jīng)疏水管排出，疏水形成的水膜降低了汽缸的受熱條件，而較高溫度的蒸汽上升加熱上汽缸，故上缸溫度比下缸溫度高。（3）下汽缸的保溫材料因自身重量，不易嚴密且易脫落，使保溫效果比上缸差。（4）下汽缸處于運行平臺之下，受到下面溫度較低的空氣對流通風的影響，使下汽缸加速冷卻。（5）停機后，轉子在靜止狀態(tài)下，汽缸內(nèi)殘存蒸汽和進入的空氣，在汽缸內(nèi)對流流動，熱氣流聚集在上汽缸，冷氣流在下汽缸，使上下汽缸的冷卻條件不一樣。（6）較長時間的低負荷或空負荷運行，對只有上部調節(jié)汽閥開啟的汽輪機，會使上下汽缸溫差增大。上下汽缸過大的溫差就會造成汽缸向上彎曲的“拱背”熱變形如圖所示：注意；上下缸的溫差沿軸向并不一樣，其最大值出現(xiàn)在調節(jié)級附近。上下缸的溫差通常規(guī)定不得大于35—500C思考：啟動過程中如何控制上、下缸溫差？三、汽缸法蘭內(nèi)外壁溫差引起的熱變形1、法蘭內(nèi)壁溫度高于外壁溫度，法蘭內(nèi)壁金屬伸長較多，法蘭外壁金屬伸長較少，這時法蘭在水平面內(nèi)產(chǎn)生熱變形（熱翹曲）啟動時，法蘭內(nèi)壁熱外壁冷，使得汽缸中部截面A-A由圓變?yōu)榱E圓，發(fā)生內(nèi)張口。而汽缸前后端部截面B-B由圓變?yōu)楸鈾E圓，發(fā)生外張口，造成運行中汽缸結合面漏汽，同時變形還會導致螺栓被拉斷或螺帽結合面被壓壞。

扁橢圓外張口立橢圓內(nèi)張口扁橢圓外張口立橢圓內(nèi)張口2、汽缸變形

法蘭的熱變形，引起汽缸橫截面發(fā)生變形。

在汽缸的中部形成立橢圓，其法蘭結合面形成內(nèi)張口，上下間隙增大，左右間隙減小，

在汽缸的兩側形成橫橢圓，其法蘭結合面形成外張口，上下間隙減小，左右間隙增大。

（4）危害：法蘭的熱翹曲過大，會引起動靜部分摩擦；四、汽輪機轉子的熱彎曲

在啟動前和停機后由于上下汽缸存在溫差，使轉子上下部分也存在溫差，在此溫差的作用下，轉子要發(fā)生熱彎曲。轉子發(fā)生彎曲后，不僅會使機組產(chǎn)生異常振動，還可能造成汽輪機動靜部分摩擦。因此啟動前和停機后，必須正確使用盤車裝置。（1）彈性彎曲、塑性彎曲彈性彎曲：轉子處于靜止狀態(tài)時，會出現(xiàn)溫差，產(chǎn)生熱變形。當上下汽缸溫度趨于平穩(wěn)，溫差消失后，轉子的徑向溫差和變形也隨著消失，恢復到原來的狀態(tài)。這種彎曲是暫時的。塑性彎曲：當轉子徑向溫差過大，熱應力超過材料屈服極限時，將造成轉子的永久變形。盤車裝置作用：當上下汽缸存在溫差時盤動轉子，使轉子均勻冷卻或加熱，以減少轉子的熱彎曲。

（2）危害：當轉子彈性彎曲較大時，也是汽缸拱起較大時；此時動靜間隙可能消失，如果轉子轉動，其彎曲部位與隔板汽封將產(chǎn)生摩擦，使轉子彎曲部位溫度升高，加劇了轉子的熱彎曲，動靜摩擦也加劇，機組振動增大，甚至使轉子產(chǎn)生永久彎曲。在啟動前盤車時，應測量轉子彎曲情況，彎曲值在允許范圍內(nèi)方可啟動。

（3）轉子的最大彎曲部位通常在調節(jié)級附近，多缸汽輪機的高壓轉子和背壓汽輪機的轉子約在中部；單缸汽輪機轉子則稍偏于轉子的前端。

通過晃度來間接得到轉子的熱彎曲值，將千分表裝在轉子的軸頸或軸向位移發(fā)訊器圓盤上測取轉子晃度。（4）一般規(guī)定汽輪機轉子的晃度值不超過0.05mm，部分制造廠規(guī)定晃度表指示不得大于原始值0.02mm?？偨Y：基本規(guī)律

結論：熱變形的規(guī)律：熱凸冷凹熱應力變化規(guī)律：熱壓冷拉汽缸冷卻過快比加熱過快更危險脹差的變化規(guī)律：熱正冷負脹差負值比正值更危險復習思考題一、名詞解釋

(1)熱應力

(2)熱變形

(3)脹差

二、問答題

1．汽輪機在啟停過程中如何控制汽缸、轉子的熱應力？

2．引起轉子熱彎曲的原因有哪些？如何消除轉子熱彎曲？

3．簡述汽輪機轉子的低頻疲勞特性。

4．為什么說汽輪機快速冷卻比快速加熱更加危險？

5．影響脹差的因素有哪些？運行中如何控制脹差？

6．試分析引起上下汽缸溫差的主要原因有哪些?如何控制？

第五節(jié)汽輪機的壽命管理一、壽命概念壽命工程上，將致裂疲勞循環(huán)周次（致裂壽命）稱為：無裂紋壽命。工程上，將產(chǎn)生宏觀初始裂紋至斷裂之間的循環(huán)周次（即斷裂壽命與致裂壽命之差）稱為：殘余壽命。二、影響壽命損耗的因素影響汽輪機壽命的因素有很多，如蠕變斷裂、熱脆性、熱疲勞以及高溫介質的