热应力对汽轮机启动和加负荷的影响
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。
汽轮机启动
4. EH油压低9.3MPa试验： a. 挂闸，点出AST试验画面，点击“EH油压低”试验键，红灯 亮。点出20-1/LPT电磁阀的操作卡63-1/LP、63-3/LP压力开关中至少 有一个动作正常。关闭20-1/LPT电磁阀，压力开关复位，指示灯 灭。 b. 用同样的方法打开20-2/LPT电磁阀，试63-2/LP、63-4/LP 压力开关动作是否正常。 c. 也可就地分别缓慢打开手动泄油门，分别试两组压力开关 动作是否正常。
b. 点按20-1/AST电磁阀的“S”按钮，弹出操作软操，点按“打开” 按钮。若20-1/AST电磁阀动作正常，则63-1/ASP开关闭合，整定值 是9.5MPa，指示灯亮。 c. 点按“关闭”按钮，20-1/AST电磁阀重新带电，20-1/AST电磁 阀关闭，63-1/ASP开关打开，指示灯灭。
汽轮机启动
汽轮机的启动是指汽轮机转子从静止状态升速 至额定转速，并将负荷加到额定负荷的过程。
在启动过程中，汽轮机各部件的金属温度 将发生十分剧烈的变化，从冷态或温度较低的状 态加热到对应负荷下运行的高温工作状态，故启 动过程实质上是对汽轮机各金属部件的加热过程。
1、汽轮机启动速度受以下因素制约：
(1) 汽轮机零部件的热应力和热疲劳；
10. 相对膨胀保护试验： a. b. 当相对膨胀为-1.5mm和+7.5mm时报警。 当相对膨胀为-2.0mm和+8.0mm时停机。
c. 试验方法与轴向位移保护试验相同。
11. 转子振动保护试验： a. 当转子振动值大于0.127mm时报警。 b. 当转子振动值大于0.254mm时停机。 c. 试验方法与轴向位移保护试验相同。
c. 按转速控制软操盘上的“挂闸”键。红灯亮，脱扣信号灭， 中、低压调门开启。
1000MW汽轮机的热应力控制解读
图4 部件的热应力（温差）限制曲线
温度裕度、允许温度裕度和剩余温度裕度 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5。 对于每一个部件都有一个允许的温度变化裕度，允许 值和运行人员选择的机组启动模式有关，分为快速、 正常和慢速启动三种。快速启动的允许温度裕度最大， 正常启动其次，慢速启动最小。这一允许值减去实际 温差值就是剩余温度裕度，分剩余上升裕度和剩余下 降裕度，其公式为：
＝ m /(1 )(Tm Ti ),
式中： i＝1，热表面的应力和温度 i＝0，绝热表面的应力和温 度 Tm，平均壁温 E， 弹性模量
m，平均线性热膨胀系数 ， 横向膨胀系数
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。
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 均壁温的温度测点，具体布置见图1。插入100％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5 汽缸和转子部件的温差裕度（Margin）计算
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 ∆⋅-⋅-=μασ132 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。
汽轮机理论判断题
汽轮机理论判断题————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:汽轮机理论判断题1.运行中发现凝结水泵电流摆动，压力摆动, 即可判断是凝结泵损坏。
( × )2.运行中给水泵电流表摆动, 流量表摆动, 说明该泵已发生汽化，但不严重。
（√）3.凝汽式汽轮机当蒸汽流量变化时, 不会影响机组的效率。
因各中间级焓降不变, 故效率也不变。
( × )4.热力循环从理论上讲给水回热加热温度可达到新蒸汽压力下的饱和温度。
( √ )5.汽轮机滑销系统的横销引导汽缸横向膨胀，保证汽缸受热或遇冷时能自由膨胀或收缩并能保证汽缸与转子中心一致。
（√）6.汽轮机冷态启动中，从冲动转子到定速, 一般相对膨胀差出现正值。
( √）7.汽轮机启停或变工况时, 汽缸和转子以同一死点进行自由膨胀和收缩。
( × )8.汽轮机额定参数启动, 由于冲转和升速时限制进汽量，所以对汽轮机各金属部件的热应力热变形没影响。
（× )9.汽轮机中参数启动就是中参数汽轮机的启动。
( × )10.现代大型高温高压汽轮机一般多采用渐缩斜切喷嘴。
( √ )11.蒸汽与金属间的传热量越大, 金属部件内部引起的温差就越小。
( × )12.汽轮机运行进入准稳态区后金属部件内部温差不再发生变化。
（×)13.蒸汽的温升率不同, 在金属部件内引起的温差也不同，温升率越大, 金属部件内引起的温差越大。
( √ )14.当物体热膨胀受到约束时, 物体内产生拉伸应力。
（×）15.当物体冷却收缩受到约束时, 物体内产生压缩应力。
( × )16.当物体内温度变化, 而物体不能自由伸缩或其内部彼此约束时产生热应力。
（√ )17.汽轮机的启停和工况变化时汽缸内表面与转子外表面始终产生同种热应力。
( √)18.高温高压汽轮机的冷态启动, 采用中参数冲转，主要是为了节约高温高压蒸汽。
汽轮机启停和变工况时的传热现象
汽轮机传热一、汽轮机启停和变工况时的传热现象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，蒸汽放出汽化潜热，蒸汽凝结放热在金属表面形成水膜——膜状凝结，其放热系数达到4652～17445W/m2·℃，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。
3、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部件的变形——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。
浅谈热应力对汽轮机组运行的影响
浅谈热应力对汽轮机组运行的影响作者：郭新来源：《中国新技术新产品》2012年第22期摘要：热应力是金属的属性。
对于大型汽轮机组来说，控制设备热应力在允许范围之内是保证机组安全运行的必要条件。
本文将对机组热应力产生情况、原因及危害进行分析，并提出防范措施，供指导生产之用。
关键词：热变形；热应力；温差；危害中图分类号：U664.113 文献标识码：A国华热电分公司#1、2汽轮机为德国ABB公司生产的单轴、双缸、双抽双排汽凝汽抽汽式汽轮机，型号为DKEH-1ND31。
汽轮机配有先进的DEH控制系统和多种保护来维持汽轮机的正常运行，防止机组在异常情况下运行。
1何为热应力定义：汽轮机零部件在汽轮机启动、停机或负荷变化过程中，由于温度变化而产生的膨胀或收缩变形称为热变形，当热变形受到某种约束时，则要在零部件内产生应力，称为热应力。
由定义可知，热应力有两种形式，一种是由于温度变化设备涨缩，但受到刚性约束，使涨缩受阻而产生的热应力。
另一种是零部件加热或冷却时温度不均匀，相邻部分之间涨缩受到约束，如高温部分受到低温部分的约束，它的变形量比自由膨胀值小些，即在高温部分引起压缩热应力；反之，低温部分受到高温部分热膨胀的牵拉，它的变形量比自由膨胀值大些，即在低温区产生拉伸热应力。
如果零部件不能按温度变化规律进行自由涨缩，即变形受到约束，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热应力。
对于第一种热应力，汽轮机在设计中，通过对滑销系统和定、转子死点的设置，可使其影响变小。
在运行中我们主要控制的是第二种热应力。
对于汽轮机而言，由于部件各部分温差而产生的热应力主要表现为两种形式，一种是汽缸热应力，另一种为转子热应力。
2产生热应力的几种情况2.1冷态启动时规程规定：高压转子温度≤160度时为冷态启动，此时主汽参数为4Mpa，375度。
蒸汽进入汽轮机时，对汽缸而言，内表面与蒸汽直接接触，受热快，膨胀快，而外表面由于壁厚的影响，受热慢，膨胀慢。
防止汽轮机启停过程中大轴弯曲事故的要求与措施
防止汽轮机启停过程中大轴弯曲事故的要求与措施摘要：近年来，新能源装机在电网中占比越来越大，电网对常规火电机组调峰能力要求越来越高，随着电力体制改革的不断深入，电力现货交易的不断完善，火电机组启停调峰将成为常态。
文章主要分析了330MW亚临界空冷火电机组在启停过程中防止冷热冲击导致汽轮机大轴弯曲的要求及注意事项，以达到安全启停的目的。
关键字：汽轮机大轴弯曲参数控制1引言汽轮机大轴弯曲和严重超速、轴系断裂事故一样，是火力发电厂汽轮机严重事故。
对火电厂安全生产、经济运行构成重大危害，给企业造成巨大损失，汽轮机大轴弯曲事故多发生在机组启停过程中由于系统操作或参数控制不合适所致。
所以，如何控制启停参数及正确操作，是机组能否安全启动的关键。
2 汽轮机大轴弯曲的主要危害汽轮机大轴弯曲是火电机组恶性事故中突出的一种，它的主要危害是引起汽轮机强烈振动，产生动静摩擦，严重时损坏汽轮机。
汽轮机转子大轴弯曲后的校正耗费大量人力、物力，且停机修复时间长，还使转子寿命受损，甚至可能导致报废。
对火电厂安全生产、经济运行构成重大危害，给企业造成巨大损失。
3 汽轮机大轴弯曲的主要原因3.1、动静摩擦：由于汽轮机动静磨擦，转子局部过热，一方面显著降低了该部位屈服极限，另一方面受热局部的热膨胀受制于周围材料而产生很大压应力。
当应力超过该部位屈服极限时，发生塑性变形，从而形成弯曲。
受热部分的金属受压而缩短，当转子完全冷却时，轴就会向相反方向弯曲，摩擦伤痕处于轴的凹面侧。
在机组启停过程中较易发生这种弯曲。
机组的动静摩擦一般反映在振动的指标以及异音上。
3.2、冷水冷汽进入汽轮机高温汽缸：当汽缸温度较高时，冷水、冷汽进入汽缸接触到高温状态的转子，导致转子接触部位骤然冷却，转子出现很大的上下温差，产生热变形。
当冷却部位的拉应力超过屈服极限，产生永久性弯曲。
汽缸也会由于冷水、冷汽产生热变形。
如果在盘车状态进冷汽冷水，严重状态下，热变形会造成盘车中断，将加速大轴弯曲。
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。
汽轮机运行中热应力的计算
汽轮机运行中热应力的计算汽轮机运行中的热应力是指在高温高压环境下，由于机械构造变形或材料热膨胀产生的应力。
这种应力在汽轮机设备中是不可避免的，它与许多因素有关，包括材料弹性模量、温度、压力、尺寸等等。
了解汽轮机热应力的计算方法对于提高汽轮机运转可靠性和安全性都有着非常重要的意义。
汽轮机热应力计算方法一般都是遵循工程力学理论中的弹性力学算法。
这种算法通常用到的应力计算公式包括如下：1. 汽轮机内部应力计算：在汽轮机内部，应力主要由压力和温度引起。
因此，我们可以通过下列公式计算汽轮机内部应力：σ = E * α * ΔT – K;其中，σ表示内部应力的值，E是材料的弹性模量，α是它的热膨胀系数，ΔT表示温度的变化，K则是计算常数。
2. 汽轮机叶片应力计算：汽轮机叶片的应力计算是一项较为复杂的任务，通常需要进行有限元分析。
在这种方法中，我们通过把叶片从整体上划分成许多元件，并用线性代数的方法解决所得的线性方程来计算叶片应力。
不过，如果想粗略地计算叶片应力，我们可以采用如下的公式：σ = α * E * ΔT / R;其中，σ代表叶片应力的值，E为叶片材料的弹性模量，α是它的热膨胀系数，ΔT表示叶片的温度变化，R为叶片的半径。
需要注意的是，上述计算公式只是用于热应力初步估算之用，实际操作中还需绝对精度较高的数据支持，如温度场、应力场等数据，以便更准确地计算热应力大小。
除了上述计算公式外，我们还需要注意其它一些因素，比如机械结构的材料及形状，工作环境的温度、压力等等。
在实际计算过程中，我们需要综合考虑这些因素，以得到更准确的热应力计算结果。
总结：汽轮机运行中的热应力是一个十分重要的问题，影响着该设备的稳定性和寿命。
目前，我们可以采用一系列公式来计算汽轮机热应力，包括内部应力和叶片应力的计算。
但是，由于工程实际非常复杂，因此我们还需要以精度较高的数据支持，以便更准确地计算热应力的大小。
如果我们能更好地理解和处理汽轮机运行中的热应力问题，就可以更好地提高汽轮机的运行效率和可靠性。
汽轮机转子热应力及寿命分析
汽轮机转子热应力及寿命分析汽轮机转子是汽轮机的重要组成部分，其运行状态直接影响到整个汽轮机的性能和安全性。
然而，汽轮机转子在运行过程中会受到各种应力的作用，其中热应力是最重要的应力之一。
汽轮机转子的寿命也是一个需要的问题，因为转子的寿命直接关系到汽轮机的运行效率和安全性。
因此，本文将重点探讨汽轮机转子的热应力及寿命分析。
在汽轮机运行过程中，转子会受到高温高压蒸汽的作用，从而产生热应力。
热应力是由于转子不同部位的温度差异引起的，当高温蒸汽与较低温度的转子材料接触时，会使转子材料产生膨胀，但是由于转子的高速旋转，使得转子材料不能自由膨胀，从而产生热应力。
这种热应力会随着蒸汽温度的变化而变化，对转子的材料产生不同程度的影响。
汽轮机转子的寿命是指其能够安全、有效地运行的时间。
然而，由于各种应力的作用，包括热应力、离心应力、蠕变应力等，都会对转子的寿命产生影响。
其中，热应力是影响转子寿命的最主要因素之一。
热应力会使转子材料产生疲劳裂纹，随着应力的增加，裂纹会逐渐扩展，最终导致转子破裂或者严重变形。
热应力还会加速转子材料的蠕变过程，使材料的机械性能下降，从而导致转子的寿命缩短。
为了解决上述问题，需要采取一系列措施来提高汽轮机转子的寿命和稳定性。
可以改善转子的设计，使其在运行过程中更加稳定，减少热应力的产生。
例如，可以优化转子的结构，采用更高级的抗疲劳制造技术等。
加强转子的防腐蚀处理也是提高其寿命的重要措施之一。
腐蚀不仅会削弱转子的强度，还会破坏其表面光滑度，从而增大热应力的产生。
因此，采用耐腐蚀材料、对转子进行涂层处理等可以有效提高其寿命。
采用先进的监控技术对转子进行实时监测也是延长其寿命的有效手段。
例如，利用非接触式监测方法对转子进行实时监测，及时发现并处理存在的故障和问题。
汽轮机转子的热应力及寿命分析是汽轮机设计和运行过程中的重要问题。
通过对其热应力产生的原因和影响进行分析，采取相应的措施来提高转子的寿命和稳定性，对于保障汽轮机的安全性和效率具有重要意义。
汽轮机组频繁启动、停车危害分析(2015-6)
高温高压余热发电机组频繁停产、启动的危害分析我公司现运行的15MW余热发电机组属于高温高压机组，高温高压余热发电机组具有能源消耗低、工作效率高、自动化控制水平高等优点，但机组对运行质量也比中温中压机组要求高，要求维持长期、连续、稳定地运行。
而我们机组因受单台高炉及下游煤气用户的影响，运行不稳定且停机频率较高，近一段时间因高炉生产异常导致发电机组多次停机，停机时间多则半天、少则一小时左右，由于频繁的启动和工况的变化,对汽轮机的安全运行造成很大的影响，对汽轮机的寿命影响就更大。
一、汽轮机的启、停过程汽轮机的启动是指将转子由静止或盘车状态加速至额定转速直至正常运行，包括锅炉点火、升温、升压；汽轮机冲转升速、并列，直至额定负荷的全过程。
它是汽轮机运行工况中热态变化最大、机组设备最危险、最不利的工况之一。
每次启动都是一个加热的过程，每次停机都是一个冷却的过程，频繁的加热、冷却导致金属材料在交变应力反复作用下，会出现疲劳损伤。
汽轮机在启动、停机或负荷变化时，转子金属内部将产生较大的温度梯度并由此产生热应力，这种过渡工况下的热应力是影响机组寿命损耗的重要因素。
二、汽轮机的设计寿命分析我们现运行的汽轮机组设计使用寿命不小于30年，年强迫停机率不大于 (0.3～2)%，汽轮机的零部件(不包括易损件)的设计，在其寿命期内应能承受下列工况:由上述数据分析机组平均每年冷态启动次数不能超过6次；温态启动次数不能超过13次；极热态启动次数不能超过16次。
三、汽轮机组在交变热应力下变化的分析1、影响汽轮机寿命的因素影响汽轮机寿命的因素有蠕变断裂、热脆性、热疲劳以及高温介质的氧化和腐蚀等。
主要的影响因素是受到交变热应力作用引起的低周疲劳寿命损耗，对于经常带基本负荷的机组,长期在稳定工况下进行,低周疲劳对机组寿命影响不大。
汽轮机在启停过程中转子所承受的就是交变热应力，启动加热时转子表面承受压应力，停机时为拉应力，在这种交变应力作用下，经过一定周次的循环，就会在金属表面出现疲劳裂纹并逐渐扩展以致断裂。
汽轮机超速的危害及预防措施
汽轮机超速的危害及预防措施摘要：本文就汽轮机运行中产生的超速事故进行举例，并对汽轮机超速事故的预防措施进行研究。
关键词：汽轮机；超速事故；预防中图分类号：tk26文献标识码： a 文章编号：一、汽轮机设备的运行及特点众所周知，汽轮机都具有高压、高温、高转速，结构复杂精密，动静间隙极其小的特点。
汽轮机在停机、启动及负荷大幅度变化等各种情况下，其动静部分的收缩、膨胀都将会引起动静间隙和胀差变化的明显变化，因此，推力的变化和由热应力而引起的变形等，都会严重威胁到汽轮机的安全。
若汽轮机检修的质量不好，或者是运行的操作不正确，以及对异常情况的处理操作错误，或者是对紧急的情况处理得不够及时，都将会对汽轮机的设备造成严重的损坏事故，甚至会导致设备的报废。
这些不仅会严重的影响到企业自身的经济效益，还会对正常的供电造成影响。
伴随着我国经济的快速发展，火力发电取得长足的发展，装机容量不断提高，装备的科技含量、精密程度不断地进步，相应的对我们的运行维护。
汽轮机组是完成发电任务最重要的组成设备之一，其运行维护的好坏，对火力发电厂是否能够安全、稳定和经济的发电起着主要的作用。
因此，在我们的日常生产管理工作中，必须做好汽轮机的各种安全事故的预防工作，这也是预防和阻止产生重大的安全事故的关键所在。
在汽轮机各种事故中，超速对汽轮机设备造成的损害是最为严重。
众所周知，汽轮机的转速如果超过了额定转速的112%，即可定为超速。
如果在严重超速的状态下，会导致汽轮发电机组受到严重的损坏，甚至有可能毁坏报废。
随着现代汽轮机技术的发展，汽轮机的防超速保护在设计上已相对完备，一般都采用电超速保护、机械超速保护等多重保护，从技术角度避免汽轮机超速。
然而，近年来，汽轮机超速事故仍时有发生。
因此，探究汽轮机超速的原因以及采取必要的预防措施，是保证汽轮机组安全、可靠运行的前提。
二、汽轮机超速事故及原因（一）汽轮机超速事故举例就这十几年以来，我国曾经就发生过几次由于超速而造成汽轮机的设备受到严重的毁坏的事故。
汽轮机结构及零件强度习题答案
第四章 汽轮机结构及零件强度习题答案1．汽轮机本体由哪些主要部件组成？汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分，它由转动部分(转子)和固定部分(静子)组成。
转动部分包括动叶片、叶轮(反动式汽轮机为转鼓)、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件；固定部件包括汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套(或静叶持环)、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。
2．动叶片常用的叶根型式有哪几种？各有何特点？常用的结构型式有T 型、叉型和枞树型等T 型叶根：结构简单，加工方便，增大受力面积，提高承载能力，多用于短叶片，加有凸肩的可用于中长叶片。
叉型叶根：强度高，适应性好。
同时加工简单，更换方便。
枞树型叶根：承载截面按等强度分布，适应性好。
但加工复杂，精度要求高。
3．围带和拉金分别有什么作用？有哪几种型式？采用围带或拉金可增加叶片刚性，围带：增加叶片刚性，减少级内漏气损失。
降低叶片蒸汽力引起的弯应力，调整叶片频率。
拉金：增加叶片刚性，改善振动性能。
4．动叶片工作时主要受到哪些力的作用？⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎪⎬⎫⎩⎨⎧⎩⎨⎧静应力动应力—交变部分汽流弯应力—稳定部分汽流力离心弯应力离心拉应力离心力叶片受力5．等截面叶片上最大拉应力和弯应力在什么地方？等截面直叶片其根部截面承受最大的离心力与离心拉应力。
等截面直叶片根部截面不同部位均承受最大的弯应力6．工作时引起叶片振动的激振力有哪几类？是如何产生的？激振力按频率的高低可分为低频激振力和高频激振力。
主要是由于沿圆周方向汽流不均匀而产生的，这样形成的激振力产生这种现象的主要原因有：个别喷嘴损坏或制造、安装偏差；隔板中分面处结合不好使汽流异常；级前或级后有加强筋，干扰汽流；级前或级后有抽汽口或排汽口；隔板采用部分进汽等。
由于喷嘴的出汽边有一定的厚度，使得喷嘴叶栅出口的汽流速度分布不均匀，通道中间部分高而出汽边尾迹处低。
叶片每经过一个喷嘴，所受的汽流力就变动一次，即受到一次激振，称为高频激振力。
汽轮机热态启动及注意事项
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围。
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。
汽轮机的高加运行经验及故障分析
汽轮机的高加运行经验及故障分析汽轮机是一种常见的热能转换设备，广泛应用于发电、船舶推进和工业生产等领域。
在汽轮机的运行中，高加运行是一项重要的工作，它能够提高汽轮机的热效率和机械效率，延长设备寿命，减少故障率。
本文将从汽轮机的高加运行经验和故障分析两个方面进行介绍。
一、汽轮机的高加运行经验1. 控制汽轮机高加温度汽轮机高加温度是影响汽轮机性能和寿命的重要因素。
在高温工况下，汽轮机叶片容易受到热应力的影响，从而导致叶片变形。
对汽轮机高加温度进行合理控制非常重要。
一般来说，控制汽轮机的高加温度要从以下几个方面入手：（1）合理选择高加温度控制策略，根据汽轮机的负荷变化和环境条件，调整高加温度。
（2）定期检查汽轮机高温部件，确保各部件的温度均匀分布，避免局部温度过高。
（3）优化汽轮机热力系统，提高汽轮机的热效率，减少高温工况。
3. 优化汽轮机高加燃烧汽轮机的高加燃烧是影响汽轮机燃烧效率和排放的关键环节。
合理的高加燃烧可以提高汽轮机的燃烧效率，减少污染物排放。
优化汽轮机的高加燃烧是非常重要的。
一般来说，优化汽轮机高加燃烧要从以下几个方面入手：（1）采用先进的燃烧控制技术，提高高温燃烧的效率。
（2）选择合理的燃烧参数，包括燃烧温度、空燃比等，以提高燃料的利用率。
（3）定期清洗汽轮机的燃烧室和燃烧器，保持高加燃烧的稳定性和可靠性。
二、汽轮机的故障分析1. 涡轮腐蚀汽轮机的涡轮叶片容易受到燃烧产物的腐蚀，导致叶片表面粗糙，减少叶片的气动性能。
涡轮腐蚀主要是由于燃烧产物中的硫化物、氯化物等腐蚀性物质对叶片表面的作用。
避免涡轮腐蚀可以采取以下措施：（1）提高燃烧气体的清洁度，减少腐蚀物质的含量。
（2）定期清洗涡轮叶片，去除叶片表面的腐蚀产物。
（3）加强对涡轮腐蚀的监测和分析，及时发现问题。
2. 轴承失效汽轮机的轴承是承受轴承载荷的关键部件，一旦轴承发生失效，将会导致汽轮机的停机维修，带来不必要的损失。
轴承失效的原因可能有：润滑油不足、污染、过载等。
汽轮机技术问答5
汽轮机技术问答:五, 汽轮机起动与停止1．为什么说起动是汽轮机设备运行中最重要的阶段？汽轮机起动过程中，各部件间的温差、热应力、热变形大。
汽轮机多数事故是发生在起动时刻。
由于不正确的暖机工况，值班人员的误操作以及设备本身某些结构存在缺陷都可能造成事故，即使在当时没有形成直接事故，但由此产生的后果还将在以后的生产中造成不良影响。
现代汽轮机的运行实践表明，汽缸、阀门外壳和管道出现裂纹、汽轮机转子和汽缸的弯曲、汽缸法兰结合面的翘曲、紧力装配元件的松弛、金属结构状态的变化、轴承磨损的增大、以及在投入运行初始阶段所暴露出来的其它异常情况，都是起动质量不高的直接后果。
2．汽轮机升速、带负荷阶段与汽轮机机械状态有关的主要变化是哪些？汽轮机升速、带负荷阶段与汽轮机机械状态有关的主要变化有：⑴由于内部压力的作用，在管道、汽缸和阀门壳体产生应力。
⑵在叶轮、轮鼓、动叶、轴套和其它转动部件上产生离心应力。
⑶在隔板、叶轮、静叶和动叶产生弯曲应力。
⑷由于传递力矩给发电机转子，汽轮机轴上产生切向应力。
⑸由于振动使汽轮机的动叶，转子和其它部件产生交变应力。
⑹出现作用在推力轴承上的轴向推力。
⑺各部件的温升引起的热膨胀，热变形及热应力。
3．汽轮机起动操作，可分为哪三个性质不同的阶段？汽轮机起动过程可分为下列三个阶段：⑴起动准备阶段。
⑵冲转、升速至额定转速阶段。
⑶发电机并网和汽轮机带负荷阶段。
4．汽轮机起动有哪些不同的方式？汽轮机的起动过程就是将转子由静止或盘车状态加速至额定转速并带负荷至正常运行的过程，根据不同的机组和不同的情况，汽轮机的起动有不同的方式。
按起动过程的新蒸汽参数分：额定参数起动和滑参数起动。
按起动前汽缸温度水平分：冷态起动和热态起动。
按冲动时的进汽方式分：高、中压缸进汽起动和中压缸进汽起动。
按冲动控制转速所用阀门分：调节汽门起动、自动主汽门起动和电动主闸门起动及总汽阀旁路门起动。
5．汽轮机滑参数起动应具备哪些必要条件？汽轮机滑参数起动应具备如下必要条件：⑴对于非再热机组要有凝汽器疏水系统，凝汽器疏水管必须有足够大的直径，以便锅炉从点火到冲转前所产生的蒸汽能直接排入凝汽器。
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热应力对汽轮机启动和加负荷的影响
作者：王超军黄永昌
来源：《城市建设理论研究》2013年第03期
摘要：通过对汽轮机的材料特性、温度变化恶劣部位及结构特点的分析，从而确定热应力在汽轮机启动和加负荷时的影响。
关键词：汽轮机；热应力；转子；汽缸
中图分类号： U664 文献标识码： A 文章编号：
由于电网容量的日益扩大，汽轮机必须考虑到快速启动、快速改变负荷的能力，以满足电能的需要，而汽轮机的各个部件在启动、停机和负荷变化时可能会产生巨大的热应力，因此分析热应力对汽轮机启动和加负荷的影响具有十分重要的意义。
我国自50年代以来，大型汽轮机不断发展完善。
60、70年代在处理汽缸和转子的热应力方面积累了一定的经验。
现代大型汽轮机通常都根据热应力（特别是转子热应力）开机。
只要热应力方面没问题，一般在热膨胀、热变形与振动等方面也就没有什么大问题了。
1、金属材料对热应力的限制
由于机组越来越大，所以机组运行人员对于制造机组的材料的性能也应更多的了解。
大型汽轮机的进汽汽温一般为535～650℃，金属材料的抗拉强度随温度的升高而下降，而且在高温情况下（碳钢在300～350℃以上，合金钢在350～400℃以上），还必须考虑持久强度和蠕变强度，因此材料的强度限额很低。
所以，金属的温差限额和温升率限额，随着金属的温度升高而明显地有所下降。
汽轮机负荷变化或启停过程中，汽缸和转子等部件都要发生温度的变化，每启、停一次，或负荷变动一次，部件受到的热应力方向就要变化一次，因而材料就要受到一次有拉有压的应力循环。
这种应力就称为热疲劳应力，它的周期很长，频率很低，因此是一种低周期的交变应力。
韧性材料受到较大的热应力时，即使超过了材料的屈服限，以致产生了塑性变形，也不会立即破裂。
但是只要有稍大的温度变化反复进行，以致引起了塑性变形，时间长了就会产生裂纹，这就是热疲劳损伤。
一旦裂纹发展到临界值，而且材料又在脆性状态下工作时，就很易发展成为转子脆性破裂事故。
热疲劳应力取决于部件的温度情况。
温度变化幅度愈大，或工作温度愈高，或温度变化速度愈大（特别是热冲击时），或循环次数愈多，则热疲劳应力愈大，愈容易出现热疲劳裂纹。
2、温度变化对汽轮机负荷变化率的影响
从热应力角度看，现代大型汽轮机的限制条件通常发生在汽轮机高压和再热部分的进汽室及其法兰以及中压转子。
因此对汽轮机的温度监视通常将主监视点设在调节级汽室与中压缸第一级处。
对汽缸来说主要监视内汽缸法兰内外壁温差或汽缸—法兰温差；对于转子来说主要借助内缸内壁温度来进行间接的监视。
在汽轮机升速时，一个重要的考虑因素是其转动部分引起的振动。
以均匀速率升速可以减小振动，但不一定能满足热应力的要求，热应力有时就限制了转速的变化。
如果热应力能保持在允许范围内，那么动、静部分的胀差一般也是没有问题的。
高压汽轮机第一级的温度，受到由调节阀节流而引起的温降和由部分进汽调节所引起的通过第一级喷嘴和动叶的温降所影响。
在一定的负荷变化下，节流调节汽轮机的第一级温度的变化比喷嘴调节汽轮机要小得多。
因此，前者的负荷变化可以较快一些。
但是从冷启动到满负荷所需时间并不怎么受此差别的影响，这是因为转子总的温度变化，不管是节流调节汽轮机还是喷嘴调节汽轮机，几乎是相同的。
高压汽轮机第一级温度变化受初温度变化的影响很大（图1）。
因此，如果负荷变动时还伴随着初温的变化，那么负荷变化率必须大大减小。
可将调节阀固定在一定的位置并用锅炉减压的方法来卸汽轮机负荷，这样可以克服第一级温度的急剧降落。
图1高压汽轮机第一级温度变化受初温影响极大
当负荷变化时，对汽轮机的再热部分来说节流或部分进汽调节没有太大的差别。
因此从进汽口处到各级的温度都不随负荷变化，而只受再热温度的影响。
由此，高压汽轮机第一级的温度变化通常决定负荷的允许变化率。
3、转子热应力
随着机组容量增加，转子直径不断增大，热应力急剧增加，转子的工作条件非常恶劣。
研究转子的热应力时，转子表面和中心孔的应力都必须考虑，但要区别对待。
转子结构复杂，尺寸、重量也很大，热应力比较大的地方是转子的轴封处。
汽轮机转子材料多为30CrMoV低碳合金钢，其各项物理性质均随温度变化显著（如：密度Q、比热c、导热系数K、弹性模量E、线性膨胀系数B、泊桑数v等）。
转子材料物性参数随温度的变化显著影响其启动热应力的大小，材料的变物性影响是不容忽视的。
转子表面由热应力和离心应力组成的总应力可以允许超过材料屈服强度。
但是必须使材料的变形量和热疲劳应力限制在一合理的范围内不致引起表面裂开。
因为表面发生热裂不会很快延伸和不太可能导致突然破坏，因此这种裂纹是可以接受的。
而且这种裂纹很容易被发现和车去。
转子中心孔的热应力和离心应力合成的总应力的允许值必须小于材料的屈服点，因为中心孔裂纹往往会引起转子爆裂，并且可能长时期不被发现。
转子热应力的衰减十分缓慢，尽管转子轴封部份表面的放热系数很高，表面温度能很快反应出汽温的变化，但是由于热应力决定于平均温度和表面温度之差，而平均温度的变化则是比较缓慢的，因此在负荷增减过程中停留在某一负荷一段时间对于减小热应力是很重要的。
在机组带负荷之前，如果提前向轴封送入温度适当的蒸汽以加速提高转子的平均温度是有意义的，相反，在减负荷时，最好能提前送入温度较低的蒸汽，以便适当冷却轴封段。
4、汽缸等部件热应力
汽缸应力包括由蒸汽作用力引起的拉应力，壁面温差引起的热应力，以及法兰螺栓温差引起的法兰压应力三个部份。
而汽缸的热应力取决于壁面温差与加热情况。
大型机组的高压进汽室部份形状复杂，汽缸端部的刚度和水平法兰的横向刚度都很高，限制了汽缸的轴向膨胀与横向膨胀，明显地出现空间温度场和应力集中现象。
因此其实际热应力要比计算的结果高得多。
由于机组越来越大，汽缸法兰也越来越宽厚，所以法兰刚性很大，不易加热，也不易冷却。
由于法兰的约束作用，使汽缸的实际热应力要比计算值高些，而法兰的实际热应力则偏低。
启动速度愈大，这种现象愈严重。
使用法兰加热装置时，可以减少此差别。
启动过程中，法兰的壁面温差要比汽缸本体为大，所以一般说来，只要法兰温差不超限，汽缸也就没有问题。
汽缸与法兰之间的温差也不宜过大，以免在汽缸与法兰相邻处产生裂纹。
汽轮机汽缸和阀门的热应力与压力合成的应力比转子更难计算，因为这部分更加不对称。
这些暂变应力如转子表面那样允许超过材料的屈服强度。
对阀门、汽缸确立内、外壁温差允许值是为了限制热应力（图2）。
当温度提高时，允许温差减小，这是因为在较高的温度下材料的屈服强度降低了。
图2高压汽轮机内缸的允许温差
5、结语
随着汽轮机温度和压力的增大，要求体积更大、壁更厚的汽缸和阀门。
同时，转子的直径也增大了。
在一定的温度变化率下，这些变动引起更大的热应力。
虽然已采用更好的材料和设计形状来弥补，但是大型高压汽轮机仍然比小型机组要求较长的启动和加负荷时间。
这些考虑导致根据汽轮机的加热速度将热应力限制在允许值内，从而发展出推荐的启动和加负荷程序。
运行必须以主截止阀和调节阀阀体以及高压汽轮机第一级和再热汽室的内、外壁温度为依据。
6、参考文献
[1] 翦天聪. 汽轮机原理. 中国电力出版社, 1992
[2] 火力发电厂金属材料手册. 中国电力出版社, 2001
[3] 支小牧，寇可新，曹向秋. 汽轮机转子热应力在线监测、寿命管理及优化启停的研究. 动力工程，2001，20（1）：543—547.
作者简介：王超军（1985 -），男，广东化州人，广重企业集团有限公司助理工程师，主要从事热能动力设备设计方面的工作。
黄永昌（1982 -），男，广东广州人，广重企业集团有限公司助理工程师，主要从事热能动力设备设计方面的工作。