汽轮机的三热问题(热应力、热膨胀和热变形)
热应力和热变形
c) 轴封供汽温度：
冷态开机，△T(汽、金属) 越大，局部正胀差 越大；合理使用法兰加热装置．
热态开机，T（汽）低于T(金属)越多，则局部 负胀差越大。
主汽温度下降，未及时倒换汽源，局部负胀差
d) 轮盘摩擦鼓风效应 e) 排汽温度（真空） f) 泊松效应
一转子弯曲所呈现的晃摆值；
二轴颈中心偏离轴瓦中心的距离．
将偏心、偏心率(度)的测量分别定义为轴颈 在轴瓦内相对位置、转子弯曲的测量．
弯曲和振动的互激
弯曲加大振动 振动引发碰摩 局部加热 弯曲增大
第三节 其他监视参数
600MW汽轮机主要参数限值
序号 1
转速
参数
2 负荷
3 主汽温 4 高排温度
5 凝汽器真空
第二节 汽轮机的热应力、热膨胀、热变形
一、汽轮机的受热特点
启动过程温度变化剧烈，各部件受热条件 不同，汽轮机金属部件存在温度梯度，导致热 应力，热变形 1 启动时温度变化：内壁与蒸汽直接接触，温 度上升比较快；外壁温度上升比较慢，造成温 度差。 2 汽缸部件由于受到约束，不能自由膨胀，因 此将产生热应力。其中温度高部件受压；温度 低部件受拉伸作用
1 启动时蒸汽温度和金属温度不匹配 低压微过热蒸汽冲转，合理暖机
2 极热态启动造成的热冲击 3 甩负荷造成的热冲击
‹四› 汽轮机超速试验的条件
1 对大型汽轮机组，对超速试验的安排有较 严格的要求。按规程规定。超速试验应安排 在机组并网并接带一定负荷且运行一段时间， 经过充分暖机后，机组迅速减负荷到零、解 列后，才可进行超速试验。
B
B
L Lr Lc 0 r·trdx 0 c·tc·dx
汽机专业技术问答
汽机专业技术问答汽轮机的启动1、为什么说启动是汽轮机设备运行中最重要的阶段？答：汽轮机启动过程中，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。
现在汽轮机的运行实践说明，汽缸、阀门外壳和管道出现裂纹、汽轮机转子和汽缸的弯曲、汽缸法兰水平结合面的翘曲、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？答：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：〔1〕由于内部压力的作用，在管道、汽缸和阀门壳体产生应力。
〔2〕在叶轮、轮鼓、动叶、轴套和其它转动部件上产生离心应力。
〔3〕在隔板、叶轮、静叶和动叶产生弯曲应力。
〔4〕由于传递力矩给发电机转子，汽轮机轴上产生切向应力。
〔5〕由于振动使汽轮机的动叶，转子和其它部件产生交变应力。
〔6〕出现作用在推力轴承上的轴向推力。
〔7〕各部件的温升引起的热膨胀，热变形及热应力。
3、汽轮机滑参数启动应具备哪些必要条件？答：汽轮机滑参数启动应具备如下必要条件：〔1〕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。
〔2〕汽缸和法兰螺栓加热系统有关的管道系统的直径应予以适当加大，以满足法兰和螺栓及汽缸加热需要。
〔3〕采用滑参数启动的机组，其轴封供汽，射汽抽气器工作用汽和除氧器加热蒸汽须装设辅助汽源。
4、滑参数启动有哪些优缺点？答：滑参数启动有如下优缺点：〔1〕滑参数启动使汽轮机启动与锅炉启动同步进行，因而大大缩短了启动时间。
〔2〕滑参数启动中，金属加热过程是在低参数下进行的，且冲转、升速是全周进汽，因此加热较均匀，金属温升速度亦比拟容易控制。
热应力和热变形
某转子表面蒸汽150/h 升温2小时后,恒温,温 度和转子热应力关系 曲线
低负荷暖机的原因
若空负荷暖机,参数低, 进汽量小,加热太慢， 不经济，且高中压不 能超过低温脆性转变 温度．
低负荷暖机运行一段 时间进行超速时间， 转子热应力明显降低， 只受离心拉应力且超 过低温脆性转变温 度．
第二节 汽轮机的热应力、热膨胀、热变形
一、汽轮机的受热特点
启动过程温度变化剧烈，各部件受热条件 不同，汽轮机金属部件存在温度梯度，导致热 应力，热变形 1 启动时温度变化：内壁与蒸汽直接接触，温 度上升比较快；外壁温度上升比较慢，造成温 度差。 2 汽缸部件由于受到约束，不能自由膨胀，因 此将产生热应力。其中温度高部件受压；温度 低部件受拉伸作用
1 内外壁温差允许值的确定
根据金属特性工作温度，确定许用最大 应力，推出允许的最大温差
停机时以内壁拉应力计算 启动时以外壁拉应力计算 冷态启动比停机甩负荷时允许的内外壁温
差要大些
2 内外温差取决与汽缸壁加热或冷却的速度 以及壁厚 —和汽缸内壁温度变化率成正比 —和汽缸壁厚平方成正比. 采用双层缸 汽缸启动停机,转速和负荷变化的快慢影响 内壁温度的变化
3 合成应力若超过材料的许用应力，则局部 会产生塑性变形，在转子表面出现残余应 力，缩短转子的使用寿命。
3 冷态启动时转子表面承受压应力，中心孔表 面承受热拉应力，中心孔的强度低于其他部 位，所以在启动和加负荷过程中限制转子内 外温差，减小中心孔热应力的目的。
4 热态启动，极热态启动转子表面温度会暂时下 降被冷却，转子表面形成热拉伸应力
1 启动时蒸汽温度和金属温度不匹配 低压微过热蒸汽冲转，合理暖机
汽轮机运行工况分析（八）热应力、热膨胀、热变形分析
汽轮机运行工况分析（八）热应力、热膨胀、热变形分析温馨提示：蓝色加粗字体为相关知识链接。
⒈汽缸膨胀：（【大修现场一】高中压缸部件认识）⑴变化原因：①负荷改变；②汽缸夹层或法兰加热装置阀门泄漏；③汽温变化；④滑销系统或轴承台板滑动面卡涩，汽缸突然胀缩；（什么是猫爪、横销、纵销、立销....汽缸的支承、膨胀和滑销系统）⑤汽缸保温脱落不全；⑥季节性的变化，冬季大雨夏季；⑦穿堂风的影响；⑧车肚挡风板不全。
⑵汽缸膨胀变化的影响：（汽轮机汽缸详解）①汽缸受热以后在长、宽、高几个方面都要膨胀，滑销系统的合理布置，满足了汽缸几个方向上的自由膨胀的要求，保证汽轮机与发电机，转子与静子部分以及轴承座中心一致，使汽缸在加热和冷却时不发生过大的应力和变形。
汽缸膨胀值的大小，取决于汽缸的长度和汽缸金属材料的线膨胀系数及汽缸金属温度。
对于高压汽轮机，因为其法兰宽度和厚度远远大于汽缸的厚度，所以汽缸膨胀值往往取决于法兰的平均温度，由于汽缸的金属温度的分布有一定的规律性，可以用调节级汽缸内壁的金属温度与汽缸膨胀的对应关系，便于对照分析。
②机组起动或增负荷，汽缸膨胀绝对值是决定升速或增负荷的重要参考指标。
因为有时汽缸膨胀因滑销系统活轴承台板滑动面卡涩而出现滞后现象。
如果该时单根据金属温度升高情况定升速、增荷是比较危险的。
汽缸膨胀滞后必将引起汽缸与转子的相对膨胀迅速上升，这时应加强对膨胀和机组振动的监视。
③汽缸膨胀方向根据汽缸的死点而定。
一般汽轮机都是向机头方向膨胀，汽缸左右侧膨胀必须注意均匀，对于使用夹层，法兰加热装置的机组，更须不断对照左右两侧膨胀值和金属两侧温差。
具有双层汽缸的机组，汽缸膨胀值主要是由外法兰的平均温度决定的。
④（附汽缸金属事故主要是变形和开裂）汽缸变形：影响汽轮机的安全经济运行，其表现形式是汽缸水平结合面因变形而漏汽，以及汽缸圆周发生变形而导致汽轮机中心变化。
为此在检修时不得不进行水平结合面的修刮和局部补焊（也可用热喷涂进行修复）以及重新调整汽轮机中心。
汽轮机运行
压力法启动
常用
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0.98～ 1.47MPa，温度为240～ 250℃，开始冲转升速，这一过程中，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 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 强锅炉燃烧提高主蒸汽参数，增加机组负荷至满负荷。
汽轮机启动方式大致可分为四类：
1.按新汽参数 分类
额定参数启动
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
持额定
滑参数启动 真空法启动
压力法启动
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；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 动时间；机炉分开启动，延长了启动时间，增大了燃料损耗。
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 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；
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 ，一直到金属温度冷却到120~150℃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 车运行期间，不允许拆除保温设施。
第一节 汽轮机主要零部件的 热应力、热膨胀和热变形
一、汽轮机部件内的热应力
热变形 汽轮机启停机或变负荷过程中，其零部件由于 温度变化而产生膨胀或收缩变形。
汽轮机启动过程中转子的三热分析及控制方法
汽轮机启动过程中转子的三热分析及控制方法摘要：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，将热量传递给转子等金属部件的表面。
由于热量与转子接触，在转子内产生温差，从而产生热应力后导致转子的热膨胀和热变形。
本文就目前600MW汽轮机在不同方式启动过程中转子三热的原因及所暴露的问题和控制方法问题分析得到一些三热对转子的影响及控制方法，以保证汽轮机组的正常运行。
关键词：汽轮机；转子；三热；自动控制一、汽轮机转子的受热特点1.1 600MW汽轮机高中低压缸蒸汽温度当汽轮机冷态启动时，温度较高的蒸汽与冷的汽缸内壁接触，这是蒸汽的热量主要以凝结放热的形式传给金属壁（现代大型汽轮机的一、二次汽温高，一般为535〜650C,）高压缸调节级和中压缸调节级第一级的热降都不大，因此调节级后和中压缸第一级后的汽温仍然很高，必须选用合适的耐热合金钢。
由于凝结放热的系数很高，且越高，放热系数越大，传热量也就越大，汽缸内壁温度很快就上升到该蒸汽压力下的饱和温度，当汽缸内壁的金属温度高于该蒸汽压力下的饱和温度时，凝结放热阶段结束，此后蒸汽主要以对流放热的方式向转子传热。
1.3转子的工作特点汽轮机转子的工作条件相当复杂，工作时转子受高压、高温气流冲击，除承受巨大的扭矩外，还要承受高速旋转的巨大离心力。
受热不均时引起的热应力和热变形，轴系振动时产生动应力，因此，要求转子必须具有很高的结构强度和优秀的工作特性。
1.3转子所用材料】油封环；2轴封若；3-轴；4-动叶5-叶轮：图1转子的结构例如，某600MW汽轮机高、中压转子采用30Cr1Mo1V耐热合金钢制成，能在590C 下安全工作。
低压转子材料采用30Cr2Ni4MoV，高、中压转子脆性转变温度（FATT）W 80 C,低压转子脆性转变温度（FATT）W- 10C，保证了转子良好的性能。
1.4受热方式及产生的危害现代汽轮机的转子，虽然其受热条件比汽缸好些，它的外周面和叶轮两侧均能与蒸汽接触，仅转子中心的热量仍然是由它的外周以热传导的方式传递的。
2021年汽轮机课程设计
汽轮机课程设计汽轮机设备及检修课程设计指导书一、课程设计目的和任务1．目的（1）系统地总结、巩固并应用《汽轮机设备及检修》课程中已学过的理论知识，重点掌握汽轮机凝汽系统结构与基本检修方法及工艺；（2）通过设计对汽轮机的局部检修过程作初步了解，培养自己的管理水平；（3）了解不同类型机组的结构特点及检修的新工艺、新方法。
2．任务对某火电厂汽轮机凝汽系统进行分析，根据所学《汽轮机设备及检修》、《热力发电厂》等有关知识，提出该凝汽设备的配置，根据机组的运行情况，设计凝汽系统的检修方案，并说明设计依据。
二、课程设计的过程课程设计过程分为选题和资料收集阶段、分析和计划阶段、设计（论文）阶段、课程设计说明书写阶段，具体内容和任务如下1．选题和资料收集根据课程设计提出的任务，收集相关资料。
资料包括某火电厂汽轮机本体结构、凝汽系统基本情况、汽轮机运行规程等。
2．分析计划阶段（1）分析并确定汽轮机凝汽系统型式、特点；（2）分析并确定检修方案涉及的内容；（3）对本课程设计进行合理安排。
3．课程设计说明书写阶段要求严格按照规范要求进行设计，画出图表，编制课程设计说明书，并同时上交电子文档和打印件。
三、课程设计的方式及时间分配1．方式利用课余时间，通过查阅相关参考资料，结合教师指导，完成课程设计任务。
2．课程设计的时间和进程课程设计规定时间201*.3-201*.13课程设计进程资料收集及分析计划2天设计阶段7天整理阶段2天四、课程设计的课题汽轮机凝汽系统检修方案设计五、设计注意事项1．在进行图表数据查找时要力求准确；2．设计格式要求规范；3．如有附图，应规范、美观；4．分析问题应有理有据，结论清晰明了。
六、课程设计的主要内容1．检修目的及要求；检修项目及基本方法；检修工器具及材料备件清单；检修安全措施等内容；检修流程图。
七、在课程设计期间需要填写和提交的表格和资料1．课程设计课题及任务说明；2．汽轮机本体结构简介；3．汽轮机凝汽系统简介；4．检修方案；5．设计总结；7．列出参考书籍、文献和资料；8．同时上交电子文档和打印件。
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
个人收集整理，仅供交流学习！
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
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。
第八章 启停与三热
3、控制手段： 控启停速度—控流量、参数、暧机时间；
合理选择冲转参数；合理投用法螺加热；尽量减少启停次数；
注:1)停机比启动控制更严格.(快冷更危险)
• 2） 汽机寿命管理，大机热应力在线监测。 3）控制指标：汽缸内外温差<35~50℃,调节级处缸壁温升
<2.5~3℃/min(启);<1.5~2℃/min(停) • 法兰内外温差≯75~100℃,法螺温差≯35~40℃.
中压缸启动的优点及灵活性
• 在启动初期可以保持较高的再热汽压力，可使 用较小的旁路管道来达到所需要的蒸汽流量。
• 使用的蒸汽量大，锅炉可以维持在稳定的工况 下运行，同时可以提供较高的蒸汽温度，因而 能与汽轮机的金属温度向匹配。
• 可以避免高压缸在低流量下运行，因而减少了 高压缸第一级与高压排气口处的热冲击。
3000次 150次 12,000次
中压缸启动
高压缸VV阀（通风阀）的作用
• 高压缸VV阀在汽轮机达到一定负荷水 平之前，用于完全切断高压缸进汽流量之 前用于对高压缸抽真空，以防高压缸末级 因鼓风损失发热而损坏。在冲转及低负荷 运行期间切断高压缸进汽以增加中压缸、 低压缸进汽量，有利于中压缸的加热和低 压缸末级叶片的冷却，同时也有利于提高 再热器压力，保证合适的旁路流量和汽温 参数。
• 寿命分配:
启动方式
启动方式定义
冷态启动 停机72h以上（金属温度降至该测点满负荷温度的40%以下）
启动次数 100次
停机10～72h（金属温度降至该测点满负荷温度的40%至80% 温态启动
之间）
700次
热态启动 停机10h以内（金属温度降至该测点满负荷温度的80%以上） 极热态启动 停机1h以内（金属温度接近该测点满负荷温度） 负荷阶跃 ≥10%额定负荷
热膨胀、热应力和热变形解析
2 转子对汽缸的相对膨胀： 当汽轮机启动加热 或停机冷却及负荷变化时，汽缸和转子都会产 生热膨胀或冷收缩，由于转子的受热面积比汽 缸大，且转子质量比汽缸小，蒸汽对转子的传 热比汽缸快得多，因此转子和汽缸之间存在着 膨胀差，这个膨胀差是转子相对于汽缸而言的， 故称为相对膨胀差，简称差胀。
在机组启动加热时，转子膨胀大于汽缸，其相 对膨胀差称为正差胀，而当汽轮机冷却时，转 子冷却较快，其收缩也比汽缸块，产生负差胀， 负差胀也会发生在有法兰螺栓加热装置的汽轮 机，当加热装置投入时，其汽缸膨胀可能比转 子膨胀得快。
B.热应力
启动时，转子外表面温度上升速度较中心孔 快得多，从而产生温差。外表面产生压缩应 力，内孔表面产生拉伸应力。若表面温升剧 烈，压缩应力会使表面材料屈服，在负荷稳 定后，转子表面会持续残余拉伸应力影响。 目前，把这种转子金属材料承受一次加热冷 却的过程称为一次温度循环，由此而引起的 疲劳则称为低周疲劳。这样的一次交变热应 力虽然不一定立即造成宏观可见的缺陷，但
转子轴向必然会缩短大容量机组转速高、 转子长离心力对胀差的影响应加以考虑。 随流量增大、转速上升高压转子的胀差逐 渐增大而中低压转子胀差先随转速升高而 增加中速之后又随转速增加而减小。
D.冷态启动监视参数
蒸汽升温速度
冷态滑参数启动的过程中，限制加负荷的主要因素 是胀差正值的增大，而影响胀差的主要因素就是蒸 汽的升温速度。蒸汽升温速度越快，不仅转子内的 温差大，而且转子与汽缸的温差也越大，其相对胀 差也就越大。因此一般限制主蒸汽温升率和再热蒸 汽的升温速度在规定范围内。根据数据计算可得， 冷态低速启动时主蒸汽温升率为12.67℃/min，高速 冷态启动时主蒸汽温升率为6.33℃/min，初始负荷 下的冷态启动主蒸汽温升率为5.85℃/min。
第二十一章 汽轮机的热应力、热膨胀、热变形9
第二十一章汽轮机的热应力、热膨胀、热变形一、填空题：1．汽轮机在稳定工况下，其汽缸和转子传热过程为过程。
2．汽轮机内的传热过程主要有两种，一种是蒸汽与之间的热量传递，一种是热量在的传递。
3．汽轮机热态启动和减负荷过程一般相对膨胀差出现。
4．当汽轮机转子上下温差达到℃就会因变形而造成大轴变曲。
5．变压运行能改善负荷变化时机组的性。
6．主蒸汽温度变化幅度大、次数频繁，机组的高温部件会因交变热应力而，产生损坏。
7．蒸汽与金属部件之间的换热方式主要是。
8．由于凝结换热非常剧烈，很容易在汽轮机金属内部形成很大的。
9．蒸汽与金属的对流换热系数凝结放热系数。
10．蒸汽对金属部件的对流换热系数不是一个常数，它是随蒸汽的以及蒸汽的、、的变化而变化。
11．随着汽轮机负荷的增加，蒸汽压力的提高，放热系数是。
12．现代大型汽轮机容易产生较大的温差和热应力的部件是汽轮机的和。
13．当汽轮机转子内外壁温度相等时，汽轮机进入运行。
14．由于的变化引起的物体的称为热变形。
15．当物体内各点温度变化均匀的并不受约束的变形，即可以自由的或。
16．如果物体热膨胀受到约束，则物体内将产生。
17．如果物体冷却收缩受到约束，则物体内将产生。
18．汽轮机冷态启动过程对于汽缸内壁来说，首先产生的是。
19．汽轮机停机过程是汽轮机零部件一个冷却的过程，对于转子表面是首先被冷却而产生。
20．汽轮机在启停和变工况时，汽缸和转子各部位的热应力不同，因而汽轮机启动进入时零部件的热应力值最大。
21．汽轮机在启停和变工况时，转子和汽缸除了承受热应力外，还要承受蒸汽的，对于转子还要承受。
22．汽轮机在启停和变工况时，汽缸的、是否自由，直接决定机组能否安全运行。
23．汽轮机转子是以为死点，沿轴向前后膨胀的。
24．汽轮机汽缸与转子间发生的热膨胀差值称为汽轮机。
25．汽缸的上缸温度高，下缸温度低，因此上缸的变形下缸的变形引起向上拱起，发生。
26．上下汽缸温差是和汽缸翘曲变形的重要指标。
汽轮机启动时转子“三热”的监测
汽轮机启动时转子“三热”的监测汽轮机转子“三热”是指热应力、热膨胀和热变形，它们是决定汽轮机升速率和升负荷率的重要因素。
1、冷态启动时的监控参数为了保证汽轮冷态机启动的顺利进行，防止加热不均匀使金属部件产生过大的热应力、热变形、以及由此而引起的动静部分摩擦，应按制造厂规定控制好各项指标。
热应力和热变形是因为不均匀地加热金属部件而引起的。
加热不均匀的程度决定了热应力和热变形的大小。
要了解加热不均匀的程度变化必须借助传热学的知识，确定加热过程中受热物件内部温度场的分布。
因为热应力和热变形与温度场的分布有严格的对应关系。
根据表的数据，应控制以下指标。
1.1蒸汽的温升速度冷态滑参数启动的过程中，限制加负荷的主要因素是胀差正值的增大，而影响胀差的主要因素就是蒸汽的升温速度。
蒸汽升温速度越快，不仅转子内的温差大，而且转子与汽缸的温差也越大，其相对胀差也就越大。
因此一般限制主蒸汽温升率和再热蒸汽的升温速度在规定范围内。
根据数据计算可得，冷态低速启动时主蒸汽温升率为12.67℃/min，高速冷态启动时主蒸汽温升率为 6.33℃/min，初始负荷下的冷态启动主蒸汽温升率为 5.85℃/min。
1.2金属的温升变化汽轮机启动时，金属中应力的大小是由其内、外壁温差决定的，而且温差又与金属的升温速度有关，因此控制金属升温率是控制热应力的最基本手段。
对于具体的机组各部件的几何尺寸是固定的，温升率越高则其内外壁温差越大。
因此制造厂家在规程中规定的各种允许温差都是以允许应力为基础的；允许温差又与金属的升温速度有一定的关系。
所以控制金属的升温速度不仅可以调整转子和汽缸的相对胀差，而且可以控制零部件中的启动热应力。
1.3上、下汽缸温差上、下汽缸温差的大小影响汽缸的上拱形变（弯曲）及转子的热弯曲值。
因此上、下缸温差控制在规定值范围内。
根据表二数据，空负荷运行时，汽轮机各缸壁温上限在55℃、下限在-55℃时会跳机，上限在30℃、下限在-30℃时会报警。
《汽轮机原理》第10章01
第一节 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、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。
一、单元制机组运行特点
（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，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。 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。
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。
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（5）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：
降负荷率应比启动或升负荷时更小。
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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50一70℃。
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汽温 度的变化率。 （2）螺栓及法兰的热应力。
14Leabharlann （2）转子的绝对膨胀。• 转子的相对死点：推力轴承与转子推力盘接触面是转子的死点。转子轴向
位置由推力轴承决定。
• 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
绝对膨胀。
（3）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轴
汽轮机的三热理论
2、汽缸单向受热时可能出现的温度分布情况
（1）双曲线：加热剧烈
（2）直线：稳定加热
（3）抛物线：缓慢加热
3、临界点（危险点）：高压缸调节级和中压缸第 一级 4、准稳态：当蒸汽温升率一定时，温差达到最大 且保持不变汽轮机转子和汽缸内外壁温差； （2）使转子、汽缸加热均匀充分，减小汽轮 机胀差； （3）使汽轮机转子加热均匀并保持整体温度 水平在转子材料的脆性转变温度以上，从而 防止转子脆性断裂。
4 、凝结换热：当蒸汽与低于饱和温度的壁面接 触时，在壁面上发生凝结，放出汽化潜热。 凝结换热分为：珠状凝结和膜状凝结；珠状 凝结放热系数大于膜状凝结放热系数； 汽轮机冷态启动时发生凝结换热；蒸汽对汽 缸表面的放热为膜状凝结换热；转子上由于离心 力的作用一般不会形成水膜，因此为珠状凝结换 热。 5 、对流换热：金属部件温度达到对应压力下的 饱和温度时，蒸汽对金属表面的放热数是以对流 方式进行的；蒸汽的对流换热系数比凝结放热系 数小得多。
第三节 热应力
1 、热应力：物体温度变化时其变形受到限制， 则在物体内就会产生应力，这种应力称为热应 力。
2、汽缸的热应力：
汽轮机启动时：内壁为压应力、外壁为拉应力。 内壁热压应力： 内
2 E t 3 1 1 E t 3 1
外壁热拉应力：
外
汽轮机停机时：内壁为拉应力、外壁为压应力
（2）胀差的影响：使动静部分轴向间隙发生变 化。正胀差使级间轴向间隙减小，负胀差使本级 轴向间隙减小。（见下图） （3）冷态启动时胀差的变化规律：汽轮机胀差 总体表现为正胀差。汽轮机进入准稳态区或启动 过程结束时，正胀差值达到最大。
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（ 4 ）汽轮机甩负荷、停机、热态启动 时相对胀差的变化规律：往往出现负胀 差。
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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。
由于凝结换热非常剧烈，很容易在汽轮机金属部件内形成很大的温差。
为了减小这个温差，大型汽轮机在冲转前多采用盘车预热的方式，即在汽轮机启动前盘车时，通入低压低温蒸汽，使汽缸、转子预热，然后再通入较高参数的蒸汽，冲动转子。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形对流换热的概念当汽轮机部件金属表面温度达到对应蒸汽压力下的饱和温度时，蒸汽对金属表面的放热总是以对流换热方式进行的。
蒸汽的对流换热系数比凝结放热系数小得多。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形换热系数对金属部件上引起的温差的影响换热系数越大，热导率越小，在金属部件内形成的温差也就越大。
导热过程的快慢则主要取决于金属材料的热导率；热导率越小，则导热过程越慢，形成的温差也就越大。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形对于某种确定类型的汽轮机，由于其结构、材质、部件的尺寸已确定，因此在金属部件上引起的温差，只取决于运行条件。
如果蒸汽温度变化越剧烈，温度变化范围越大，则产生的温差也越大。
当蒸汽与金属间单位时间内的换热量过大时，在金属部件内部引起的温差会急剧增加，这时金属部件受到热冲击。
在汽轮机冷态启动时的凝结放热阶段，在冲转时蒸汽温度过高与金属温度不匹配时，在汽轮机极热态启动时以及甩1/2以上负荷工况下，都会使汽轮机金属部件受到热冲击。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形金属部件的温度分布准稳态点准稳态点：温差达到最大值的时刻。
例：某汽轮机当蒸汽温度以温升2.5℃/min 变化时，调节级处高压转子金属温度随时间的变化关系。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形由于热量在转子内部传导需要一定的时间，转子中心孔面的温度总要滞后一段时间才开始上升，因而转子表面和中心孔间就形成了温差。
该温差随着整个温升过程持续增大，在经过一定的时刻后，该温差达到最大，此后虽然金属温度随蒸汽温度的升高而升高，但内外壁面温差保持最大且不变化。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机的热应力热应力的概念由于温度的变化引起的物体变形称之为热变形。
如果物体的热变形受到约束，则在物体内就会产生热应力，这种应力称之为热应力。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形如果物体受热膨胀受到约束，则物体内将产生压应力如果物体冷却收缩受到约束，则物体内将产生拉应力汽轮机的热应力、热膨胀和热变形当物体内部加热或冷却不均匀，温度分布不均匀时，物体即使不受到外部约束，其内部也会产生热应力。
高温区产生压应力低温区产生拉应力汽轮机转子和汽缸的热应力主要是由于温度分布不均匀引起的。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽缸壁的热应力1、在汽缸壁厚度和金属材料一定的情况下，汽缸内、外壁表面的热应力与温差成正比2、汽缸冷却过快比加热过快更危险。
3、控制汽轮机金属的温升速度是控制热应力的基本方法。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形螺栓的热应力启动时螺栓受的热应力最大；1、法兰、螺栓的温差引起的热应力2、螺栓被紧固时拉伸预应力。
3、汽缸内部蒸汽压力对螺栓产生的拉应力。
以上三个应力之和为螺栓受到的应力汽轮机的热应力、热膨胀和热变形转子的热应力在运行中，转子不仅受离心力的作用，而且也受热应力的影响交变应力的作用危急转子的寿命必须注意：汽轮机每启停一次，对转子表面层就交替出现一次热压应力和热拉应力。
若汽轮机多次启、停，则交变应力多次反复作用，将会引起转子表面出现裂纹，这种情况称为转子低频率疲劳损伤。
大机组结构优化技术改造之后，应重视转子的热应力汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机冷态启动时的热应力汽轮机停机过程的热应力汽轮机热态启动时的热应力负荷变动时的热应力汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机冷态启动时的热应力汽缸内壁和转子外表面而产生压应力汽缸外壁和转子中心孔而产生拉应力汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机停机过程的热应力汽缸内壁和转子外表面产生拉应力汽缸外壁和转子中心孔则产生压应力汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机热态启动时的热应力在整个热态启动过程中，冲转时进入调节级处的蒸汽温度可能比该处的金属温度低，使其先受到冷却，在转子表面和汽缸内表面产生拉应力。
随着转速的升高及接待负荷，该处的蒸汽温度将迅速提高，并高出金属温度，转子表面及汽缸内壁将产生压应力，这样在整个热态启动过程中，汽轮机部件的热应力要经历一个拉—压循环。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形负荷变动时的热应力降负荷时，转子表面和汽缸内壁产生拉应力增负荷时，转子表面和汽缸内壁产生压应力汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机从启动、稳定工况下运行至停机过程，转子和汽缸上各点的热应力都要经历一个拉——压应力循环，转子外表面由压应力变为拉应力，中心孔面由拉应力变为压应力。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形热冲击的概念所谓热冲击，是指蒸汽与汽缸、转子等部件之间在短时间内进行大量的热交换，金属部件内温差迅速增大，热应力增大，甚至超过材料的屈服极限。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形应力合成汽轮机在启停和工况变化时，转子和汽缸除了承受热应力外，还要承受蒸汽的工作压力。
对于转子还要承受旋转离心应力，因此汽缸和转子实际上承受的是工作应力和热应力的合成应力。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形一、汽缸和转子的热膨胀1、汽缸的热膨胀⊿Lcy ＝ɑcy ⊿t cy L cy如图所示：汽缸的轴向膨胀此外注意：汽缸的横向膨胀调节级处汽缸的金属温度与汽缸的热膨胀值有一定的对应关系汽轮机的热膨胀汽轮机的热应力、热膨胀和热变形2、转子的热膨胀⊿Lro ＝ɑro⊿troL ro⊿t ro—转子的平均温升ɑro —金属材料的线膨胀系数L ro—转子长度汽轮机的热应力、热膨胀和热变形相对胀差: 汽轮机汽缸与转子以同一死点膨胀或收缩时，其出现的差值称相对膨胀差。
正胀差：转子轴向膨胀大于汽缸值。
负胀差：转子轴向膨胀小于汽缸值。
汽缸和转子的相对膨胀汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机的横销只允许轴承座和汽缸作横向膨胀；纵销只允许其纵向膨胀。
汽缸和轴承座之间设有立销，立销只允许汽缸在铅垂方向膨胀，使汽缸中心和轴承中心在同一纵分面上，以保证汽缸与轴承中心一致，使转子中心与汽缸中心一致。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机转子是以推力盘为死点，沿周详向前后膨胀的。
当工况变化时，推力盘有时靠工作瓦块，有时靠非工作瓦块，在计算通流部分间隙时，要考虑推力间隙的影响。
由于汽缸的轴向尺寸大，故汽缸的轴向膨胀成为重要的监视指标。
国产300MW汽轮机高中压缸总膨胀可达近40mm。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形NC300MW 机组汽缸和转子膨胀系统图←←←←→→中压内缸膨胀方向高中压转子膨胀方向高中压缸膨胀方向低压缸膨胀方向●●●汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机的热膨胀汽轮机启动时胀差的变化规律汽轮机甩负荷、停机、热态启动时相对胀差的变化规律影响胀差的因素汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机冷态启动前，汽缸一般要进行预热，轴封要供汽，此时汽轮机胀差总体表现为正胀差。
从冲转到定速阶段，汽轮机的正胀差成上升趋势。
对采用中压缸启动的机组，则这阶段胀差变化主要发生在中压缸。
当机组并网接待负荷后，正胀差增加的幅度较大，对于启动性能较差的机组，在启动过程中要完成多次暖机，以缓解胀差大的矛盾。
汽轮机启动时胀差的变化规律汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机甩负荷、停机、热态启动时相对胀差的变化规律汽轮机甩负荷或停机时，流过汽轮机通流部分的蒸汽温度会低于金属温度，转子比汽缸冷却快，即转子比汽缸收缩得多，因而出现负胀差。
热态启动时，转子汽缸的金属温度高，若冲转时蒸汽温度偏低，则蒸汽进入汽轮机后对转子和汽缸起冷却作用，也会出现负胀差，尤其对极热态启动，几乎不可避免地会出现负胀差。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形影响胀差的因素汽轮机滑销系统畅通与否控制蒸汽温升（温降）和流量变化速度轴封供汽温度的影响汽缸法兰、螺栓加热装置的影响凝汽器真空的影响凝汽器真空的影响汽缸保温和疏水的影响汽缸保温和疏水的影响汽轮机的热应力、热膨胀和热变形通常采取以下措施控制胀差：（1）控制蒸汽升降温度及升降负荷的速度，以保证汽缸和转子的温差在允许范围内。
（2）合理的使用汽缸和法兰螺栓加热装置。
（3）利用轴封供汽控制胀差。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形汽轮机的热变形一、热变形的规律如图所示：热变形的规律是：温度高的一侧向外凸，温度低的一侧向内凹进，即“热凸冷凹”。
汽轮机的热应力、热膨胀和热变形二、汽轮机的几种热变形（一）上、下缸温差引起的热变形上下缸温差产生的原因：（1）上、下汽缸的重量和散热面积不同。
（2）启动时，蒸汽在汽缸内凝结成的疏水都流经下汽缸经疏水管排出，疏水形成的水膜降低了汽缸的受热条件，而较高温度的蒸汽上升加热上汽缸，故上缸温度比下缸温度高。