热变形热应力以及热膨胀

1、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： 汽缸壁厚度6,汽缸壁越厚，内外温差越大。 材料的导热性能； 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热冲

2、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；fisolN&ilt-WIgsHmffiSIUnu雀簷HMg瞿zo¥8MvwsiHK-£ig£%K$iKSBl%直吳雇用巻埋。羊麗TaInlasKsls%苜餐而莓SWAKIIHmx简盡wwltl§Ksifi櫟盘團嘗杲翟摩艮-oslKK布取决于材质、换热剧烈程度、蒸汽温升率。蒸汽温升率越大，金属部件内的温度分布越不均匀，造成的温差越大，产生的热应力也越大，当热应力超过一定值后，会使金属部件产生塑性变形，从而引起较大的疲劳损

3、伤。对汽轮机转子来说，在机组启停或变工况条件下，往往在调节级前后产生最大的热应力，对于冲动式汽轮机，调节级前后的离心应力也很大，因此在变工况条件下，热应力与离心应力的合成可使总应力大大升高。目前采用的无中心孔汽轮机转子的最大优点是降低了转子的工作应力，另外缩短了制造周期，降低了生产成本。但无中心孔转子的应用前景取决于以下两个因素：一是金冶炼、加工及热处理水平的提高；二是超声波探伤技术，解决对服役中转子进行全体积探伤的难题。1汽轮机冷态启动时的热应力冷态启动对汽缸和转子等金属部件来说是个加热过程，随着冲转-并网T带负荷，金属部件温度不断升高。对汽缸来说，随着蒸汽温度的升高，汽缸内壁温度升高，内壁

4、温度大于外壁温度，内壁由于受外壁的制约产生压应力而外壁受内壁膨胀影响产生拉应力。对转子来说，外表面首先被加热，使得外表面与中心孔而形成温差，外表面产生压应力，中心孔表面产生拉应力。SSMrsswsISS'slmlss罷直SSMSawlsiiesi必決启個IIPosts胞浪瞿直Bl虹嘗瘵屢Agn!yw«l9rslgetz«HBpoov-l枚2%sm觸田肚'SBSSS.essfsGSs-lsss晅斤卷唱發忖叱fK«MMb魯農eswisfc-w輕ntc“IinsfrBSK£Ksi床T思rCNUO8ZK1w!"lrIsssss对于法兰比

5、汽缸壁厚的机组，汽缸沿轴向的膨胀量取决于法兰各段平均温升。正常运行时，通常选择调节级区段的法兰内壁温度作为汽缸纵向膨胀的监视点，只要监视点温度在适当范围内，就能保证汽缸的热膨胀在允许范围内。一rm-r-对高参数大容量汽轮机，其法兰壁厚远大于汽缸壁厚，汽缸的膨胀量会受到法兰膨胀量的限制；在启动过程中，为使汽缸得到充分膨胀，应该投入法兰加热装置，并把汽缸和法兰的温差控制在允许的范围内。3转子的热膨胀随着机组容量的提高，转子的轴向长度增加，转子的轴向膨胀量较大，在运行中应加强对转子膨胀量的监控，以防止卡涩和动静部分磨损。二、汽缸与转子的相对膨胀1胀差概念胀差：转子与汽缸沿轴向膨胀之差称为胀差。当转子

6、轴向膨胀量大于汽缸轴向膨胀量时，胀差为正，反之为负汽轮机在启动及加负荷时，胀差为正；在停机或减负荷时，胀差为负。2胀差产生的原因：（1）转子和汽缸的金属材料不同，热胀系数不同；（2）汽缸质量大与蒸汽接触面积小，转子质量小与蒸汽接触面积大；转子和汽缸的质面比：转子或汽缸质量与被加热面积之比，通常以m/A表示。转子质量轻、表面积大，则质面比小，而汽缸质量大、表面积小，则质面比大。（3）转子转动，故蒸汽对转子表面的放热系数比对汽缸表面的放热系数大。3危害：胀差使通流部分动静沿轴向间隙发生变化，造成动静部件的碰撞和摩擦，延误启动时间、引起机组振动、大轴弯曲等严重事故。当胀差为正时，动叶出口与下级静叶入

7、口间隙减小；当胀差为负时，静叶出口与动叶入口之间的间隙减小；4影响胀差的主要因素（1）主、再热蒸汽的温升、温降速度及负荷变化速度；（2）轴封供汽温度和供汽时间冷态启动时，在冲转前向轴封供汽，由于供汽温度高于转子温度，转子局部受热而伸长，可能出现轴封摩擦现象。热态启动时，为防止轴封供汽后胀差出现负值，轴封供汽应选用1Bl附smsu砂豐型as1郦场却miBIWd)°棚动wrag1詡*旨一妙阿迪*IWW删SWSIK'開丁理"可尊硏穿画僧血丄羽理理丁山嗣理曲料回星1¥aw1s$島沁欧飙眈回导MBhL:g|±SWBIW±T®:曲昨占霍B

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9、agyre.sgyrMKS'yrrgttiM册畳卷泗mswK«ssmsrFW-Isssisir&sssslisx小養sNrK-凹床OSGN将产生热变形。（2）法兰的热弯曲汽轮机启动时，汽缸和法兰内壁温度高于外壁温度，使法兰内壁热膨胀值大于外壁，从而使法兰水平方向发生热翘曲现象，（3）汽缸变形法兰的热变形，引起汽缸横截面发生变形。在汽缸的中部形成立椭圆，其法兰结合面形成内张口，上下间隙增大，左右间隙减小，在汽缸的两侧形成横椭圆，其法兰结合面形成外张口，上下间隙减小，左右间隙增大。（4）危害：法兰的热翘曲过大，会引起动静部分摩擦；垂直膨胀会使法兰结合面局部发生塑性变形，当法兰螺栓负荷卸去后，上下结合面便出现内外张口，造成法兰结合面漏汽。在法兰内壁温度高于外壁温度时，内壁金属的垂直膨胀增加了法兰接合面的热压应力，如果此热压应力超过材料的屈服极限，金属就会产生塑性变形，同时还会导致螺栓被拉断或螺帽结合面被压坏。运行规程规定：法兰内外壁温差的极限不应大于100X（在没有法兰螺栓加热装置时）。（5）为减少汽缸热翘曲，可采用下缸加厚保温层或是加装在下鲍0S用薈：£髯畐爲备绘吳AT训：sess号輪展團世曲趨爪輝曬阶ZEnm虹ATsttp世SH(I-l)s»畫盘vIwss瞿段bSISisssK.le$-1BW%I%SWK«