冷态滑参数启动方式下的汽轮机转子热应力分析
汽轮机转子的传热分析和热应力计算_唐军
2. Shanghai Electrical Power Generation Equipment Co., Ltd. Shanghai Turbi ne Plant, Shanghai 200240, China)
计算的方程个数 n。子表面的轴向 和切向热应力 S 的大小正比于转子表面温度 T S
与体积平均温度T 的差值, 即:
S=
-
E 1-
v(T S-
T)
( 8)
其中, E 为弹性模 量, 为热膨胀 系数, v 为泊松
比。
在上节中推导了各体积单元的温度计算式, 由此不难得到体积平均温度T 。
=2
rS -
r 2
l, l 为选取的某段转子长度, 代入
( 5) 式有:
t
c ( r rS - r 2/ 4) 2 hrS + k( r S / r- 0. 5)
( 6)
用( 6) 可以计算出满足要求的 r 和 t 。
n= ( r S - rB ) / r
( 7)
由( 7) 计算出所转子分层的个数即计算机要
第 39 卷 第 3 期 2010 年 9 月
热 力 透平
THERMAL TURBIN E
V ol. 39 N o. 3 Sept. 2010
汽轮机转子的传热分析和热应力计算
唐 军1, 2 , 季 佳2 , 刘 慧2
300MW汽轮机转子冷态启动在线温度场计算与分析
22
电站系统工程
2007 年第 23 卷
2.3 克兰克-尼科尔森差分
对空间变量 R 的偏导取显式差分和隐式差分的算术平
均值，得到克兰克-尼科尔森差分：
ti' − ti ∆τ
=
a[1 2
(
t' i−1
− 2ti' + ∆R2
t' i+1
+
ti−1
− 2ti + ∆R2
ti+1
)
+
1 2Ri
(ti − ti−1 ∆R
考虑到实际转子的几何结构及其运作情况，所以将汽轮机转
子视作有中心孔的无限长圆柱体，且初温均匀，则该问题就
简化为无内热源空心圆柱一维非稳态导热问题，其数学模型
及边界条件如下：
⎧ ∂t ( R,τ
⎪ ⎪
∂τ
)
=
∂ 2t(R,τ ) a( ∂R 2
+
1 R
∂t(R,τ ∂R
))
⎪⎪t(R,0) = t0
⎨ ∂t ( R,τ
+
ti'
−
t' i−1
)]
∆R
(4)
由于克兰克-尼科尔森差分格式无论在精度方面还是稳
定性方面均优于其它两种差分格式，所以对温度场的计算采
用该差分格式。
3 克兰克-尼科尔森差分在该计算模型中实际应用
3.1 具体计算方法
综合式（1）的计算模型，采用克兰克-尼科尔森差分形
式，可得到N个封闭的线性代数方程，为方便起见，采用矩
式汽轮机。高中压转子是一根联合转子，转子中心开有贯穿
转子全长的中心孔。转子本体总长为 6 984 mm，总重为 21.5
汽轮机介绍之冷态滑参数启动
汽轮机介绍之冷态滑参数启动汽轮机是一种常见的热能转换装置，广泛应用于发电、航空和工业领域。
冷态滑参数启动是汽轮机在冷态下进行的一种特殊启动方式。
本文将详细介绍冷态滑参数启动的原理、过程和应用。
一、冷态滑参数启动的原理冷态滑参数启动是指在汽轮机初始状态下未进行预热过程，直接通过滑动参数启动装置使汽轮机增速运转。
与热态启动相比，冷态启动无需准备周期，节省了启动时间，并且可以提高汽轮机的启动灵活性和可靠性。
冷态滑参数启动的原理主要包括两个方面。
首先，通过启动装置提供动能，将汽轮机旋转部件带动转动。
其次，通过调整滑动参数（以转速为基本参数）来控制汽轮机的加速过程，实现滑动参数启动。
滑参数启动装置由电机、滑动元件和控制系统组成。
电机提供动力，滑动元件通过摩擦和扭矩转换将动能传递给汽轮机转子，控制系统通过调整电机输出功率和滑动元件的滑动速度来控制汽轮机的启动速度。
二、冷态滑参数启动的过程冷态滑参数启动的过程可以分为三个阶段：启动准备、加速控制和停机。
1.启动准备阶段：在这个阶段，需要进行一系列准备工作。
首先，检查和保养汽轮机的相关设备和阀门，确保其在良好的工作状态。
接下来，清理和检查润滑油系统，保证油品清洁和液位正常。
最后，检查和调整启动装置的工作参数，确保其匹配汽轮机的启动要求。
2.加速控制阶段：在这个阶段，通过调整滑动参数来控制汽轮机的加速过程。
首先，启动装置开始提供动力，汽轮机开始转动。
然后，根据实际情况，调整滑动元件的滑动速度，控制汽轮机的加速度。
加速过程中需要密切监控汽轮机的转速、温度和压力等参数，通过调整滑动参数，确保汽轮机在安全范围内平稳加速。
在加速到一定转速后，可以逐渐停止启动装置的工作，汽轮机将自行引导到工作状态。
3.停机阶段：在汽轮机达到正常工作状态后，停止启动装置的工作。
对汽轮机进行检查和调整，确保其在正常工作范围内。
三、冷态滑参数启动的应用冷态滑参数启动广泛应用于航空和工业领域的汽轮机中。
汽轮机启动方式分析
汽轮机启动方式分析作者：陈瑜来源：《科学与财富》2015年第33期摘要：本文从四个方面分析了汽轮机启动方式，额定参数启动、滑参数启动、高中压缸联合冲动等，对广大电厂汽轮机运行人员有一定的借鉴意义。
关键词：汽轮机；滑参数；启动汽轮机的启动过程是将转子由静止或盘车状态加速至定转速并接带负荷直至正常运行的过程。
汽轮机冷态启动时转子和汽缸温度等于室温（约25℃），而在正常运行中，转子、汽缸的温度很高，如国产300Mw汽轮机在满负荷时调节级处金属温度为510℃左右。
这就是说在整个启动过程中，调节级处的金属温度要升高约485℃。
相反，停机时，汽轮机金属温度从一很高的水平降至一个很低的水平。
因此，从传热学观点来说，汽轮机的启停过程是一个不稳定的加热和冷却过程。
汽轮机启动时，由于各金属部件均受到剧烈的加热，使得启动速度受到了以下因素的制约：汽轮机零部件的热应力和热疲劳；转子和汽缸的胀差；各主要部件的热变形以及机组振动等。
所谓合理启功，就是寻求合理的加热方式，使启动过程中机组各部分的热应力、热变形、转子和汽缸的胀差以及振动值等均能维持在允许范围内，尽快把机组的金属温度均匀地提高到工作温度，进入正常运行状态。
在汽轮机启动过程中，锅炉蒸汽参数应尽可能地密切配合汽轮机的要求，以保证满足汽轮机寿命损耗所要求的温升率。
一、按新蒸汽参数分类1. 额定参数启动额定参数启动时，从冲转至汽轮机带额定负荷，汽轮机前蒸汽参数始终保持额定值。
额定参数启动汽轮机，使用的新蒸汽压力和温度都相当高，蒸汽与汽轮机汽缸和转子等金属部件的温差很大，而大机组启动中又不允许有过大的温升，为了设备的安全，只能将蒸汽的进汽量控制得很小，但即使如此，新蒸汽管道、阀门和机体的金属部件仍产生很大的热应力和热变形，使转子与汽缸的胀差增大。
因此，采用额定参数启动的汽轮机，必须延长升速和暖机的时间。
另外额定参数下启动汽轮机时，锅炉需要将蒸汽参数提高到额定值才能冲转，在提高参数的过程中，将消耗大量的燃料，降低了电厂的经济效益，由于存在上述缺点，大容量汽轮机几乎不采用额定参数启动方式。
【知识讲解】汽轮机冷态启动和升负荷阶段，转子的受热过程
【知识讲解】汽轮机冷态启动和升负荷阶段，转子的受热过程
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【知识讲解】汽轮机冷态启动和升负荷阶段，转子的受热过程
蒸汽直接接触转子外表面，热量以对流的方式进行交换，转子外表面的温度很快上升，并与蒸汽温度同步升高；热量从转子外表面传向中心孔时是以热传导的方式进行。
热传导的速度要比热交换的速度慢得多。
因此，转子中心孔的温度显现出滞后于转子表面温度的现象。
转子中心孔与转子外表面的温差（全温差）主要与蒸汽温度变化率以及转子本身的热容量有关。
全温差与蒸汽温度变化率基本成正比；对于相同的蒸汽温度变化率，转子热容量大，全温差也大，出现最大全温差的时间推迟。
转子热应力的数值正比于转子外表面（或中心孔）金属温度与转子体积平均温度之差（称为有效温差）。
转子体积平均温度介于外表面和中心孔温度之间。
启动初期，转子由中心孔至外表面的径向温度分布呈抛物线形状，体积平均温度线接近于转子中心孔温度线，此时，转子外表面热应力大于中心孔热应力。
研究表明，启动阶段转子外表面受压，热应力为负值；中心孔受拉，热应力为正值。
国产300MW汽轮机转子热应力的计算与分析_黄保海
国产300M W汽轮机转子热应力的计算与分析(250002)山东电力高等专科学校 黄保海(071003)华北电力大学 李维特摘 要 介绍了用有限单元法计算国产300M W冲动式汽轮机转子冷态启动过程中的温度场和热应力场,以计算机输出的图形形式给出了计算结果,通过对计算结果的分析,对机组运行提出了建议。
关键词 汽轮机 转子 有限单元法 温度场 热应力场 冷态启动 汽轮机在启、停过程中,由于转子表面和中心孔存在温差,汽缸内外壁存在温差,在这些部位会产生热应力,热应力的大小直接影响到机组的启停速度和寿命。
大容量汽轮机一般采用双层缸结构,减薄了汽缸壁的厚度,从而减小了启停时汽缸上的热应力;而大容量汽轮机的转子直径增大,增加了启停时的内外温差,使转子热应力增大。
因此分析转子热应力在启停时的变化规律,并使之控制在合理的范围内,是制订大机组合理运行方式的依据。
考虑到汽轮机转子的结构较复杂,本文采用有限单元法求解汽轮机转子的温度场和应力场。
1 数学模型1.1 温度场数学模型根据文献〔1〕,计算机汽轮机转子的不稳定温度场时,可以认转子是一个均匀、各向同性且无内热源的物体,属于解轴对称非定常温度函数问题,温度t(z、r、S)在区域D中应满足下列偏微分方程式:5t 5S=KCp Q(52t5z2+52t5r2+1r5t5r)(1) 式中 K-材料的导热率Q-材料的密度C p-材料的比热求解该微分方程的初始条件为t(z,r)S=0=f(z,r)对汽轮机转子来说,其外表面可作为已知放热系数及介质温度的第三类边界条件,即:-K5t5nû#=A(t-t f)(2)式中 A-蒸汽与转子表面的放热系数;t f-与转子表面接触的汽温。
当放热系数A=0时,式(2)化绝热边界条件,即无热交换,如转子的中心孔边界;若A→∞,则t(z,r)ûS=t f,此时由第三类边界条件转化为第一类边界条件,即被加热物体的表面温度与介质温度相等。
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。
汽轮机转子冷态启动过程的温度场和热应力研究
汽轮机转子冷态启动过程的温度场和热应力研究
董洪潮;曹敏;朱雷;杨世华;吴辉贤
【期刊名称】《化工设备与管道》
【年(卷),期】2024(61)1
【摘要】对汽轮机转子的冷态启动过程进行分析,编制对流换热系数计算程序并建立转子二维轴对称模型,应用有限元法模拟了转子冷态启动过程中的瞬态温度场和应力场,得到了转子温度场和应力场分布以及随时间的变化规律。
通过对不同温升率下转子的应力场计算以及寿命损耗分析,得出了合理的温升率数值,优化了机组启动曲线,对汽轮机的长期安全运行具有实际意义。
【总页数】7页(P63-69)
【作者】董洪潮;曹敏;朱雷;杨世华;吴辉贤
【作者单位】杭州中能透平机械装备股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TK263.61
【相关文献】
1.冷态滑参数启动方式下的汽轮机转子热应力分析
2.600MW汽轮机转子冷态启动热应力计算与分析
3.1000MW超超临界汽轮机转子启动过程的热应力分析
4.汽轮机转子冷态启动过程的疲劳损伤分析
5.300MW汽轮机转子冷态启动在线温度场计算与分析
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冷态启动温升率对汽轮机转子寿命影响的研究
· 15·
( 1) n1 , n2…… nn 表示每一 种应力循 环
类型规定的循环次数 ,同时考虑总的应力差 范围大于单个循环的应力差范围 ,即各种循
环来源的叠加作用 (相互影响 )。
( 2) 对于每种应力循环类型确定交变应
力强度 e1。
( 3) 对于每种单独起作用的循环类型的
e,使用设计疲劳曲线确 定许用的最大 次数 N 1 , N 2… … N n。
高中 压转 子的轴 封供 汽温 度均 为 145 °C,供汽部位如图 1、图 2所示。
1. 3 小负荷时高中压转子各级蒸汽温度的
1996 12 31收到来稿。 该文受到国家自然科学基金资助。
确定
· 12·
动 力 工 程
第 17卷
图 2 中压轴热边界条件
200M W 汽轮机冷 态滑参数 启动 ,在 升 速和加初始负荷阶段 ,由于主蒸汽流量很低 , 目前还无法利用现有的公式计算出各级前后 的蒸汽温度。 考虑到各电厂广泛使用的操作 流程 ,冷态滑参数启动和加初始负荷阶段 ,汽 轮机高压调速汽门全开 ,新蒸汽可直接进入 汽轮机 ,这种运行状况与机组带满负荷时的 状况基本雷同。因此 ,我们在机组升速以及带 初始负荷过程中 ,计算高中压转子各级前后 的蒸汽温度时 ,先算出机组满负荷时高中压 转子各级前后的蒸汽温度与主蒸汽温度的比 例 ,再以此比例乘以冷态滑参数启动过程中 主蒸汽温度 ,即得到此刻高中压转子各级前 后的蒸汽温度 ,而每两级之间光轴与汽封处 蒸汽的定性温度 ,为前后两轮面处温度的平 均值。 1. 4 放热系数的选取
· 14·
动 力 工 程
第 17卷
1121号节点部位。 经分析 ,机组冷态启动过 数 ,因此 ,中压转子的内外表面温差一直处于 程中 ,当温升速度较慢时 ,由于中压转子比高 较低的水平 ,致使冷态启动过程中产生比高 压转子相对应的各级蒸汽压力要低 ,导致中 压转子低的应力值。 压转子的放热系数远小于高压转子的放热系
调峰运行的燃气轮机联合循环汽轮机转子热应力和寿命损耗分析
第23卷 第2期 2003年4月动 力 工 程POW ER EN G I N EER I N GV o l .23N o.2 A p r .2003 文章编号:100026761(2003)022*******调峰运行的燃气轮机联合循环汽轮机转子热应力和寿命损耗分析孙 伟(深圳美视电厂,深圳518040)摘 要:介绍了调峰运行的汽轮机转子热应力的计算方法。
为了减少启动时间和提高汽轮机的安全性,拟定了热应力控制曲线及保护曲线,设定应力保护。
对转子的寿命损耗进行了分析。
图3参4关键词:燃机联合循环;汽轮机;调峰;转子;热应力;寿命损耗中图分类号:T K 474.7 文献标识码:A收稿日期:2002204208 修订日期:2002212203作者简介:孙 伟(1967.8-),男,深圳美视电厂副总工程师。
0 前言目前,由于电网峰谷差的存在,所以有很多联合循环机组用于调峰,采取的方式是早启晚停。
这种运行方式对联合循环电厂的设备,尤其是汽轮机的寿命造成了很大的影响。
因此,研究调峰用的汽轮机的寿命是一个很重要的问题。
在一般情况下,决定汽轮机寿命的关键因素是其汽缸和转子的寿命,而转子的工作条件比汽缸差,价格也比较昂贵。
所以,控制好转子的寿命也就控制了整个汽轮机的寿命[1]。
而影响转子寿命的关键因素是转子热应力高低。
本文就对控制转子热应力的方法做探讨,同时讨论转子寿命的管理方法。
1 热应力计算方法在汽轮机启停过程中,从安全性来考虑,要求启停时间尽可能长,转子所受到的加热和冷却速度尽可能慢。
这样,转子的热应力就比较小,转子的寿命也就比较长。
但从经济性来考虑,要求启停时间尽可能短。
为更好地解决这一矛盾,需要对转子热应力进行合理的控制。
通过计算机实时计算出应力值与设定的应力限制曲线进行比较,超过设定点就会触发保护动作,如低于设定点,则可以按正常速率升速加负荷等,这样就做到了两全其美。
1.1 热应力计算方法[2] 将转子近似看作圆柱体,则对热膨胀的微分方程如下:5v 5t =1r 55rr -vr(1)由此产生温差:∃v 1=v 1-v m =∑∞k =1Bk[v 1-Z k (t )](2)式中 r ——转子半径t ——时间v m ——转子平均温度v 1——转子表面温度B k ——转子几何相关系数Z ——温度不均系数由于形成温差而产生应力,所以结合公式(1)和公式(2),在计算机计算程序中所设定的系数B k 和Z k 同时充分地考虑了由于温度的突变而产生的误差。
优化N100-90／535型汽轮机冷态滑参数启动方式
值 ，以减小热应力 、热变形。同时使汽缸膨胀充分 均匀 ，机组胀差在规定范围内，以保证汽轮机组启 动的顺利进行 。
（ ）对 ６ 号机冷态滑参数启动时各阶段高压 ２ 、７ 缸温 差 、机 组胀差 的统 计如 表 ｌ 。
转速旋转，在离心力的作用下 ，金属表面形 不成水 膜 ，使蒸汽 与金属表面产生珠状凝结换热现象 。珠
（ ）负荷加至 ８Ｍ 时，投入高加至正 常运行。 ５ ０Ｗ （ ）负荷 由 ８１ 升至 １０Ｗ过程 中 ，始终 要 ６ ０Ｍ上 ￣ ０Ｍ
严密 监视 主蒸 汽 流量不 得 超过 额 定流 量 ３０ ／ ， 同 ７ ｔｈ
同步器迅速开启调速汽 门加负荷至 ５Ｗ Ｍ 停留暖机（ 由 于 ７号机 调速 系统 未 改 为 Ｄ Ｈ系 统故 仍用 同步 器来 Ｅ 调整 负荷 ） 然后 ６ 。 号机点击主画面 中的“ 负荷控制” 按 钮 ，投 入 功 率 闭 环控 制 。此 时炉 侧 主 汽压 力 不得 超过 １５Ｐ ，汽温不超过 ３０ ．Ｍ ａ ５ ℃。
汽 。６ 号机将负荷控制方式切换至 “ 阀位控制” ，阀 位 目标值为 １０ ；７号机保持调速汽 门全开，然后 ０％ 联系锅炉按 《 汽轮机运行规程 》规定的加 负荷时间 和速度进行升温 升压加负荷 。此 时应严密监视金属
各 部 温 差 、差 胀 等应 在 规 定 范 围 内， 否则 停 止 升温 升 压 ，延 长暖 机 时 间。
过 程 中 的热应 力和 调 节级 动 叶 的机 械应 力 ； 同时 能
汽缸和转子能够充分均匀加热膨胀 。故能有效地控 制机组高压缸上、下缸温差、汽缸内外壁温差、法 兰内外壁温差、法兰与螺栓的温差，从而降低启动
够有效的控制汽轮机组高、低压缸正胀 差增大 的问 题 ，防止 由于 正胀 差 增 大使 机 组动 静 间 隙消 失 ，产 生摩擦 ，保证汽轮机组启动 的顺利进行。现将优化 后 ４ － 月开机时的有关数据进行统计 （ ＂９ － ＇ 见表 ２ 。 ）
汽轮机的三热问题(热应力、热膨胀和热变形)
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形关于汽轮机的三热问题汽轮机的热应力、热膨胀和热变形蒸汽在汽轮机中的传热现象金属部件的温度分布汽轮机的热应力汽轮机的热膨胀汽轮机的热变形汽轮机的热应力、热膨胀和热变形蒸汽在汽轮机中的传热现象蒸汽在汽轮机内膨胀做功，将热能转变为机械能，同时又以对流传热的方式，将热量传递给汽缸、转子等金属部件的表面。
热量在汽缸内以导热的方式从内壁传到外壁，最后经保温层散到大气；热量在转子内以导热方式从转子表面传到中心孔，通过中心孔散给周围空间。
由于热量从金属内导热需要一定的时间，因而在汽缸内、外壁间以及转子表面和中心孔间形成温差。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机在稳定工况下运行时的传热过程汽轮机在启停和工况变化时的传热过程换热系数对金属部件上引起的温差的影响蒸汽在汽轮机中的传热现象汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机在稳定工况下运行时的传热过程汽轮机在蒸汽参数不随时间变化的稳定工况下运行时，汽缸、转子等金属部件内的温度分布是不随时间变化的称为稳态传热过程。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机在启停和工况变化时的传热过程在汽轮机启停和工况变化时，汽缸和转子整个金属部件的温度分布将发生变化。
在汽轮机启动和加负荷过程中，由于蒸汽温度比金属部件温度高，蒸汽将热量传给金属部件，使其温度升高，金属部件内温度分布是不均匀的。
而在停机和减负荷过程中，蒸汽温度低于金属部件温度，使其冷却，温度下降，金属部件内温度分布是不均匀的。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形凝结换热的概念当蒸汽与温度低于蒸汽压力对应的饱和温度的金属表面接触时，在金属表面容易发生凝结换热现象，蒸汽放出汽化潜热，凝结成液体。
膜状凝结珠状凝结汽轮机的热应力、热膨胀和热变形膜状凝结凝结换热时蒸汽在金属表面凝结成水膜。
珠状凝结凝结换热时蒸汽在金属表面凝结成水珠。
（汽轮机转子以一定转速旋转，由于离心力作用，形不成水膜）。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形珠状凝结的放热系数比膜状凝结的放热系数要大得多，约大15~20倍。
汽轮机主要零部件的热应力、热膨胀及热变形
所谓提高启动水平，就是在汽轮机启动过程 中，不仅要确保安全，而且要在规定的寿命 消耗下尽量缩短启动时间、以节省启动费用。
一、启动方式分类
汽轮机启动可以采用多种店动方式， 一般可分为以下四种
转子的热弯曲有两种情况。一种是由于转子 某段径向存在温差引起的弹性弯曲，这种弯 曲当温度均匀后即消除，转子恢复原状。另 一种是转子金属产生塑性变形后造成的塑性 弯曲。塑性弯曲差不多总是从弹性弯曲开始 的．而且在温度均匀后永久弯曲的凸面居于 原来弹件弯曲凸面的相对的一例。
高压汽轮机的转于发生塑性弯曲后，需要停 机相当长的时间进行直轴。直轴不仅缩短了 机组的使用年限，并直接影响发电厂生产任 务的完成。
第八章 第一节汽轮机主要零部件的热应力、
热膨胀及热变形
热应力
金属构件在以下三种情况下将产生热应 力：、金属不均匀受热(断面上各点温 度不同)
金属受热后膨胀受阻、受热金属材料不 均匀。所以热应力的大小与工件形状、 温度梯度、
受阻情况及材料性质等有关。汽轮机热 应力讨论中假设金属材料是均匀的。
二 冷态滑参数启动
滑参数启动的优缺点 启动条件的确定 1 冲转参数的选择
汽温和汽压 2 凝结器的真空 3 大轴的晃动 4 油压 5油温 6冲转条件的确认
二 冷态滑参数启动
启动过程 1 准备工作 2 汽缸预热 3 冲转、升速和暖机 4 并网、接带负荷
启动中的控制指标
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按新蒸汽参数分类 （1）额定参数启动 （2）滑参数启动
1）压力法启动 2）真空法启动 按冲转时进汽方式分类 （1）高中压缸启动 （2）中压缸启动
600MW汽轮机调节级温度场和应力场有限元分析
本论 文假 定转 子是 完 全 轴 对称 模 型 ， 据 轴 根 对称 性 ， 三 维 空 间 问题 转 化 为 二 维 平 面 问 题 ， 将 利 用直 接耦 合解 法 求 解 汽 轮 机 转 子 的温 度 场 和 应 力 场 。耦 合场 单元 采用 平 面轴 对 称 Ｐ Ａ Ｅ ３ Ｌ Ｎ １。 网格 划 分 的结 果 为 节 点 数 ８ １ ７ 单 元 数 ７ ８ ２ ９ ， １。
列代 数 方程 来代 替 微 分方 程 ， 而 导 出 其 温 度及 进 热应 力 的计 算 公 式 。文 献 ＂ 以现 场 直 接 可
文 献 ［ ０ 建立 了二 维轴 对称 有 限元 转 子模 型 ， １］ 比
较 了两 种 常用换 热 系数对转 子温 度场 的影 响。 本 文利 用 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 方 法 通过 对 机组 冷 ＮＹ
的简化方 法 ， 将 转 子 调 节 级 的 叶 片 和 围 带 ， 即 用 在 叶 片 根 部 位 置 添 加 同 样 材 料 的 假 想 连 续 环 状
在 汽轮 机转子 温 度场 的计 算 中 ， 子 外 表 面 转 与蒸 汽的换 热 系数是 一 个 重要 参 数 ， 值 的 准 确 其 程度 直 接 影 响 到 温 度 场 及 热 应 力 的 计 算 精 度 。 在 汽轮机 的启 动或 停 机过 程 中 ， 子外 表 面 上 蒸 转
（ ）不 考 虑 转 子 表 面 以及 端 部 内 压 差 、 配 ３ 装
图 １ 节 点 不 意 图
１ ４ 边 界 条 件 及 初 始 条 件 的 确 定 ．
１ ４ １ 热 边 界 条 件 的 确 定 ． ．
建立 转子模 型后 ， 要 合 理 地确 定 转 子 边 界 需
条件 。根 据 汽 轮 机 转 子 在 运 行 时 热 量 传 递 特 点 及 热流密 度分 析 ， 界条 件做 以下处 理 ： 边 （ ）中心边界 作 为绝热 边界处 理 ； １ （ ）轴 的外 表 面可 作 为 已 知 放 热 系 数 及 介 ２ 质温 度的第 三类 边界 条件 ； （ ）隔离 体左 右 截断 面 热 流 密度 小 ， ３ 因此 作 为 绝热边 界条 件处 理 。
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。
汽轮机转子冷态启动过程的疲劳损伤分析
汽轮机转子冷态启动过程的疲劳损伤分析杨兴林;邵明扬;张俊苗;陈波【摘要】针对汽轮机高压转子在冷态环境下启动至额定工况的疲劳损伤问题,基于有限元方法,建立针对汽轮机高压转子的三维结构疲劳寿命预测模型,通过热-固耦合分析,得到汽轮机冷态启动过程中温度场和应力场的分布,运用Manson-Coffin公式、Miner线性疲劳累积损伤理论及Timo-Sarney曲线,实现疲劳寿命和疲劳损伤的预测,算例分析某国产135 MW汽轮机高压转子的低周疲劳损伤,结果表明,该汽轮机转子冷态启动过程中,寿命损耗值远小于转子出厂设计分配值,该转子启动方式安全可靠.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2019(048)003【总页数】5页(P132-136)【关键词】汽轮机转子;有限元法;温度场;应力场;疲劳损伤【作者】杨兴林;邵明扬;张俊苗;陈波【作者单位】江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212000;江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212000;江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212000;江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212000【正文语种】中文【中图分类】U664;TK262汽轮机转子运行在高温高压的环境中，易发生疲劳损伤，其疲劳寿命决定着发电设备的使用寿命。
我国汽轮机组的使用寿命年限为30年[1]，有学者认为合理评估机组的寿命和精确地修复易损部位，可以让发电设备寿命延长10～20年[2-3]。
已有研究在建模过程中将转子模型简化为二维模型，但无法精准模拟汽轮机转子在实际工况下的应力状态[4-6]，通过对某135 MW汽轮机高压转子三维建模，精确模拟汽轮机转子真实运行状况下的受力状况，使计算结果更加精确，为以后该型号机组结构优化，检修安排提供可靠的理论参考。
1 汽轮机疲劳损伤分析低周疲劳是汽轮机转子疲劳损耗的主要因素[7-9]。
汽轮机转子在启停过程中会产生循环的交变应力，经过一定的周次启停后，汽轮机转子表面会产生疲劳裂纹，伴随着时间的积累，转子表面裂纹会不断扩展直到断裂[10]，其特点是裂纹萌生周次少、交变频率低、循环次数一般不超过104。
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。
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口 甘 霖 口 丁毓峰
武汉 ４ ０７ ３００ 武汉理工大学 机电工程学院
摘 要 ：以 当前 广 泛 应 用 的 汽轮 机 冷 态 滑参 数 启 动 过 程 为 重 点 研 究 工 况 ，建 立 汽 轮 机 转 子 的全 尺 寸 有 限 元 分 析模
型 ． 采 用 加 载 等 效 质 量 块 的 方 法 对 其 进 行 简化 ； 用 工 程 热 力 学及 传 热 学知 识 对 汽轮 机 转 子 边 界 蒸 汽 温 度 和 各 部 位 的 并 采 对 流 放 热 系数 进 行 计 算 ． 其 作 为 边 界 条 件 加 载 到 汽 轮 机 转 子 有 限 元 模 型 上 。 过 有 限元 分 析 软 件 Ａ Ｓ Ｓ对 转 子 进 行 温 将 通 ＮＹ
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问题 提 出 了合 理 化 建 议 。 关 键 词 ： 态 滑 参 数 启 动 汽 轮 机 转 子 有 限 单 元 法 温 度 场 应 力场 冷 中 图分 类 号 ： Ｈ１ ３ ４Ｔ ２ ２ Ｔ ２ ￣ ；Ｋ ６ ． 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ ４ ９ （０ １ ０ — ０ ５ ０ １ ０ — ９ ８２ １ ） ８ ０ ２ — ５
度 场 的 计 算 与 分 析 ， 到 温度 分 布 规 律 、 差 最 大 时 刻及 出现 的部 位 ； 用 热 应 力 间接 耦 合 分 析 法 对转 子 的 应 力 场进 行 计 得 温 采
算 分 析 ， 到其 应 力分 布 变化 情 况 、 效 应 力 最 大值 及 出现 的 时刻 和 部 位 。 据 分 析计 算 结 果对 汽轮 机 在 使 用 时应 注 意 的 得 等 根