汽轮机技术问答二十四

、什么是热应力？汽轮机在什么时候会产生较大的热应力？

答：由于温度变化引起的零件变形称为热变形，如果热变形受到约束，则在物体内会产生应力，这种应力就叫做热应力。当物体内温度变化时，只要物体不能自由伸缩或其内部彼此约束就必将产生热应力。所以汽轮机不仅在冷态启动时会产生热应力，而且在停机过程时，热态启动时和负荷变动时以及蒸气参数变化时都会产生热应力。

、什么是热冲击？造成汽轮机热冲击的原因是什么？

答：热冲击就是指蒸气与汽缸转子等金属部件之间，在短时间内有大量的热交换，金属部件内温差直线上升，热力增大。

造成汽轮机的热冲击主要原因是：

⑴启动时蒸汽温度与金属不匹配。

⑵极热态启动时，由于蒸汽温度低于汽缸、转子的金属温度，使汽缸、转子遇冷而产生的较大的热应力。

⑶甩负荷时，流过通流部分的蒸汽参数下降，蒸汽与金属温度间的放热系数减小。

、汽缸和转子最大热力的部位和时间是什么？

答：最大热力发秉的部位和时间是：

高压缸的调速级，再热机组中压缸的进汽区，高压转子在调节级前后的汽封处，中压转子的前汽封处等。

机组启停工况变化时，这些部位的工作温度高，当温度变化大时引起的温差也大，热应力也就大。

、汽轮机启停和工况变化时要承受哪两种力？

答：汽轮机在启停和工况变化时，汽缸和转子要承受热应力，同时还要承受工作应力。汽缸的工作应力主要承受蒸汽的压力作用，转子主要承受离心力的作用，这两种工作应力分别在汽缸和转子上产生拉伸应力。汽缸和转子实际上承受的应力是工作应力和热应力的叠加。

、汽轮机汽缸的绝对热膨胀是怎样产生的？如何保证其自身的膨胀和收缩？

答：金属在受热后，一般说来体积都要膨胀（即几何尺寸要伸长），这种物理现象称为热膨胀。受热后其长、宽、高各个方向的膨胀是随着金属温度的变化而变化的。高温高压汽轮机从冷态启动到带额定负荷运行，金属温度的变化很大（由室温至℃以上）。因此，汽缸轴向、垂直和水平等各个方面的尺寸都有显著增大。为了使汽缸得到充分的膨胀，除了设有滑销系统外，一般要求在机组启动中要按规定控制好温升率。要求主蒸汽和再热蒸汽两侧气温偏差不应超过28℃，调速级处法兰左右温差小于10℃。

、汽缸与转子的相对膨胀是怎样产生的？

答：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膨胀和收缩。大型汽轮机具有又厚又重的汽缸和法兰，相对来说，汽缸的质量大而接触蒸汽的面积小，转子的质量小而接触蒸汽的面积大；而且由于转子在转动的情况下，使得蒸汽对转子的放热系数大于蒸气对汽缸的放热系数。因此在开始加热时，转子的膨胀数值大于汽缸的，汽缸与转子之间发生热膨胀差值，这个差值称为相对胀差。若转子轴向膨胀大于汽缸值，则称为正胀差，反之称为负胀差。

、影响胀差的主要因素有哪些？

答：主要因素有以下几个方面：

⑴因为产生胀差的根本原因是汽缸与转子存在温差，蒸汽的温升速度大，转子与汽缸的温差也就大。引起的胀差也大。

⑵轴封供气温度的影响，由于轴封供气与汽轮机大轴直接接触，故它的温度直接影响大轴的伸缩。

⑶汽缸法兰螺栓加热装置的影响，汽缸法兰螺栓加热装置使用正确与否，直接关系到汽缸法兰螺栓的膨胀或伸缩。

⑷凝汽器真空的影响，凝汽器真空的高低在一定程度上对其相对膨胀产生不同的影响。

、采取什么措施可控制汽轮机的胀差变化过大？

答：应采取以下措施：

⑴在机组启停过程中，控制蒸汽的温升（温降）速度。

⑵轴封供气除了有低温汽源外，还应设置高温汽源。

⑶正确使用和调整汽缸法兰螺栓加热装置。

⑷在保证机组安全运行的基础上，合理的维持凝汽器真空。

、为什么说胀差是大型机组启动、停机时的关键性控制指标？

答：大功率机组由于长度增加，机组膨胀死点增多，采用双层缸，高中压合缸，以及分流缸等结构，增加了汽缸转子相对膨胀（胀差）和复杂性，特别在启动停机和甩负荷等特殊工况下，若胀差的监视控制不好，则往往是限制机组启动速度的主要原因，甚至造成危及设备安全的严重后果，因此大型机组启停时胀差是关键的控制指标。

、大功率机组冷态启动时控制胀差什么指标，可采取哪些措施？

答：冷态启动时主要矛盾是控制高压（中压）缸差的正值，防止其过大并可采取以下措施；

⑴合理使用汽缸辅助加热装置，使汽缸的绝对膨胀增加，使其和转子的膨胀相适应。

⑵缩短冲转前轴封供气时间，在保证真空提升的需要的前提下，最好能控制为20～30min以内，并采用低温轴封汽源。

⑶控制好温升速度和升速，加负荷速度，使机组均匀受热，延长中速暖机时间。

⑷采用有利于减少高压胀差的暖机方式。

⑸接带负荷后若高中压缸胀差偏大，还可采用中断双层缸间夹层冷却气流方式。

⑹为防止低压缸胀差过大，可适当提升排气温度。

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