项目7 任务7.2汽轮机的热变形及汽轮机的启动方式

授课教师：孙为民项目七电厂汽轮机的启动任务7.2汽轮机的热变形及汽轮机的启动方式CONTENTS目录第三部分PART

THREE热膨胀与热变形第四部分PART

FOUR汽轮机的启动方式热膨胀与热变形第三部分热膨胀与热变形4（二）热变形由于各金属部件处于不稳定传热过程中，其加热和冷却速度不同而形成温差，此时汽缸与转子的金属内部除产生热应力、热膨胀外，还会产生热变形，造成通流部分径向间隙和轴向间隙变化。这样不仅使汽封片卡涩和摩擦，增大漏汽量，经济性下降，而且由于动静摩擦往往会引起机组振动以及产生大轴弯曲等事故。热变形汽轮机在启停和变负荷时热膨胀与热变形5上下缸温差引起的热变形1汽轮机在启停过程中，上下汽缸往往出现温差，且上缸温度高于下缸温度。主要原因有▼下缸受热面积大且布置有回热抽气管道和疏水管道；在汽缸内热蒸汽上升，而经汽缸金属壁冷却后的的凝结水流至下缸形成较厚的水膜，使下缸受热条件恶化，且疏水不良时更差；一般情况下，下汽缸的保温不如上缸，且下汽缸的保温材料容易因机组振动而脱落；下汽缸置于温度较低的运行平台以下并造成空气对流，使上下汽缸的冷却条件不同而产生温度差。1234热膨胀与热变形6上下缸温差最大值往往出现在调节级附近区域内，故上缸最大的拱起在调节级附近。由于上缸温度高于下缸温度，所以产生“拱背”热变形，如图所示热膨胀与热变形7由于汽缸产生热翘曲变形，使汽轮机下部动静间隙减小，同时隔板和叶轮也将偏离正常情况下所处的垂直平面，从而使动静部件轴向间隙也发生变化。通过几种类型汽轮机试验得出：调节级处上下缸温差每增加10℃，该处动静部件的径向间隙变化0.1～0.15mm左右。故在汽轮机启停过程时，上下汽缸温差一般要求控制在35～50℃范围以内，以免产生动静摩擦。”热膨胀与热变形8上下缸温差过大除了引起汽缸热翘曲变形外，还常是发生大轴弯曲的首要因素。为减小上下缸温差，从以下几个方面着手：1必须控制蒸汽温升率2尽可能使高压加热器随汽轮机一起启动投入3保证疏水通畅4下汽缸采用较好的保温结构并选用优质保温材料5在下汽缸可加装挡风板，以减少空气对流热膨胀与热变形9汽缸内外壁和法兰内外壁温差引起的热变形2（a）变形前；（b）汽缸前后两端的变形；（c）汽缸中间段的变形汽缸变形示意图热膨胀与热变形10在启停过程中，大容量的汽轮机的厚壁汽缸和法兰，若控制不当，除了会产生较大的热应力，还会造成热变形。当内壁温高于外壁温时，内壁金属伸长较多，使法兰在水平面产生热弯曲。法兰的热弯曲使汽缸中部横截面由圆形变为立椭圆，使前后截面变为横椭圆，相应段的法兰分别内张口和外张口。汽缸变形示意图如图所示。立椭圆使水平方向的动静部件间的径向间隙减小，横椭圆使垂直方向上下的动静部件间的径向间隙减小，都有可能造成动静部件的碰磨。（a）变形前；（b）汽缸前后两端的变形；（c）汽缸中间段的变形汽缸变形示意图热膨胀与热变形11汽缸法兰内外壁温差，也会引起垂直方向的变形。当法兰的内壁温度高于外壁温度时，内壁金属的伸长增加了法兰结合面的热压应力。若该热压应力超过材料的屈服极限时，内壁的结合面金属就会产生塑性变形。当法兰内外壁温差消失后，原为横椭圆的法兰结合面出现内张口，原为立椭圆的法兰结合面出现外张口，从而造成汽轮机运行中的汽缸结合面漏汽。同时，还将使螺栓拉应力增大，导致螺栓拉断或螺帽结合面压坏等事故的发生。对于大容量的汽轮机热膨胀与热变形12汽缸法兰产生上述变形的根本原因是汽缸、法兰内外壁温差过大。因此汽轮机在运行中，必须将汽缸、法兰内外壁温差控制在规定范围内。法兰厚度比汽缸的大得多，所以一般情况下，法兰的内外壁温差大于汽缸的内外壁温差，因此运行中，只要将法兰内外壁温差控制在允许范围就可以了。其法兰内外壁温差通常控制在30℃左右，但决不允许外壁温度高于内壁温度。对于设有法兰螺栓加热装置的汽轮机，对于没有法兰螺栓加热装置的汽轮机，法兰内外壁温差要求控制在100℃以内。热膨胀与热变形13转子的热弯曲3引起转子弯曲的原因有很多，主要包括：启停时上下缸温差大，启盘车装置过晚或停过早，使转子局部过热，产生弯曲；处于热态的机组，汽缸内进冷汽、冷水，使转子上下出现过大温差，产生的热应力超过屈服极限，产生转子弯曲；转子材料本身存在过大内应力，在高温下工作使转子弯曲；套装在转子上的叶轮偏斜、憋劲和产生相对位移，造成转子弯曲；上下缸法兰内外壁存在较大的温差，汽缸变形较大，此时冲动转子，使动静部分发生摩擦、过热引起转子弯曲等。（1）（3）（5）（2）（4）热膨胀与热变形14转子热弯曲使转子质量中心发生偏移而产生不平衡离心力。汽轮机在额定转速时，当转子不平衡离心力超过转子质量的1/20，机组就会振动。当转子弯曲大于动静部件的径向间隙，转子的弯曲高点与隔板汽封将发生摩擦，不仅造成汽封和轴的磨损，还会使转子弯曲部位产生高温，从而进一步加大了转子的弯曲，动静部件的摩擦加剧，机组振动值增大，甚至使转子产生永久性(塑性)弯曲变形事故。一般情况下，热膨胀与热变形15一旦转子的弯曲发展到动静部件硬性碰磨时，不仅转子剧烈振动，而且汽缸也会振动起来，甚至使保温材料脱落，上下缸温差增大，汽缸变形，振动进一步加剧，

形成恶性循环。因此汽轮机在冲转前的盘车过程中，必须测量转子的弯曲值。只有弯曲值在允许范围内时，才可以启动。转子弯曲的最大部位，通常在调节级附近；多缸汽轮机的高压转子和背压汽轮机的转子大概在中部；单缸汽轮机转子稍偏前端。““热膨胀与热变形16目前还没有较好的仪器直接测量弯曲值的大小，现场一般用千分表通过测量转子的晃动度间接计算得到。方法是：通过一个接长杆，借着弹簧的压力，使接长杆一端压在转轴上，另一端与千分表杆相接触，百分表壳固定在轴承外壳上。盘动转子，若转轴存在弯曲，接长杆上下移动，带动千分表杆上下移动，千分表指示出转轴的晃动值。根据测得的晃动值与轴的长度、支撑点、和测点间距离的比例关系，如图所示，可以计算得到转子的最大弯曲值，计算公式如下：汽轮机的启动方式第四部分汽轮机的启动方式18汽轮机的启动过程是指将汽轮机从静止状态加速到额定转速，并将负荷逐步加至额定值的过程。按启动过程中新汽参数是否变化分类1在启动过程中，电动主汽门前的新蒸汽参数始终保持额定值。由于冲转参数高，冲转时蒸汽流量小，使得受热不均，温差大，汽水损失大，启动时间长。因为该启动方式有以上缺点，所以目前只用于母管制的汽轮机。（1）额定参数启动汽轮机的启动方式19（2）滑参数启动启动过程中主汽门前的新蒸汽参数随转速、负荷的升高而滑升。对喷管配汽的汽轮机，定速后调节阀保持全开或基本全开，节流损失小；汽轮机的启动与锅炉启动同时进行，可以缩短启动时间，且蒸汽与金属的温差较小，流量较大，使得汽缸与转子受热均匀，热应力小。因为该启动方式具有以上优点，所以在现代大机组启动中得到广泛应用。汽轮机的启动方式20根据冲转前主汽门前的压力大小，滑参数启动又可分为：▼1）真空法滑参数启动锅炉点火前，从锅炉出口到汽轮机调节级喷管前的所有阀门全部开启，启动抽气器，使整台汽轮机和锅炉汽包都处于真空状态。锅炉点火后，产生的蒸汽冲动转子，此时主汽门前仍保持真空状态。汽轮机的升速与带负荷，全部由锅炉控制，操作困难，疏水困难，蒸汽过热度低，易引起水击现象，安全性较差。故一般很少采用。汽轮机的启动方式21根据冲转前主汽门前的压力大小，滑参数启动又可分为：▼2）压力法滑参数启动冲转前主汽门前蒸汽具有一定的压力(p0>1MPa)和一定的过热度(50℃以上)，在冲转和升速过程中逐渐开大调节汽门增加进汽量。利用调节汽门控制转速，并网后，全开调节汽阀，随着新汽参数提高逐渐增加负荷。目前热态、冷态滑参数启动广泛采用这种方法。汽轮机的启动方式22按冲转时进汽方式分类2（1）高中压缸联合启动（2）中压缸启动启动时，蒸汽同时进入高中压缸冲动转子。对高中压合缸的机组，可使分缸处均匀加热，减少热应力，并缩短了启动时间。汽轮机启动时，关闭高压汽阀，开启中压调节汽门，利用高低压旁路系统，先从中压缸进汽冲转，升到5～7％的额定负荷后，切换为高中压缸联合运行方式。但如果控制不当，高压缸容易产生较大胀差，且高压缸鼓风摩擦损失大，需设旁路阀进行冷却。汽轮机的启动方式23图中M1为旁路阀(也称快冷阀)，M2为通风阀(也称真空阀)，H.V为高压排汽逆止门，HP.BV、LP、BV分别为高、低压旁路门。中压缸启动机组的旁路系统图如图所示，汽轮机的启动方式24按控制进汽量的阀门分类3（1）调节汽门启动启动时电动主汽门和自动主汽门全部开启，进汽量由调节汽门控制，可减少蒸汽的节流，但冲转时只有部分调节阀开启，蒸汽只通过汽缸某些弧段，易使汽缸受热不均，多用于滑参数启动。（2）自动主汽门和电动主汽门(或旁路门)启动启动前，调节汽门全开，进汽量由自动主汽门和电动主汽门(或旁路门)控制。该方式使汽缸在圆周方向受热均匀，但由于自动主汽门频繁启动，易造成关闭不严。目前此法多用于额定参数启动。汽轮机的启动方式25按启动前汽轮机金属温度