汽機課件熱應(yīng)力熱膨脹熱變形

1、汽輪機熱應(yīng)力，熱膨脹，熱變形汽輪機熱應(yīng)力，熱膨脹，熱變形第三小組成員如下：第三小組成員如下： 任朗，劉顯祥，張建雄，周世福，高天博任朗，劉顯祥，張建雄，周世福，高天博主要內(nèi)容主要介紹汽輪機的熱應(yīng)力、熱膨脹和熱變形；汽輪機壽命及如何進行汽輪機的壽命管理。 汽輪機的受熱特點一、汽缸壁的受熱特點汽輪機啟停過程是運行中最復(fù)雜的工況。在啟停過程中，由于溫度劇烈變化，各零部件中及它們之間形成較大的溫差。導致零部件產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，同時還引起熱膨脹和熱變形。當應(yīng)力達到一定水平時，會使高溫部件遭受損傷，最終導致部件損壞。1汽缸的受熱特點（1）啟動時，蒸汽的熱量以對流方式傳給汽缸內(nèi)壁，再以導熱方式傳向外壁，最后

2、經(jīng)保溫層散向大氣，汽缸內(nèi)外壁存在溫差，內(nèi)壁溫度高于外壁溫度，停機過程則產(chǎn)生相反溫差。（2）影響內(nèi)外壁溫差的主要因素：汽缸壁厚度，汽缸壁越厚，內(nèi)外溫差越大。材料的導熱性能；蒸汽對內(nèi)壁的加熱強弱。2轉(zhuǎn)子的受熱特點蒸汽的熱量以對流方式傳給轉(zhuǎn)子外表面，再以導熱方式傳到中心孔，通過中心孔散給周圍環(huán)境，在轉(zhuǎn)子外表面和中心孔產(chǎn)生溫差，溫差取決于轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)、材料的特性及蒸汽對轉(zhuǎn)子的加熱程度。 汽輪機的熱應(yīng)力一、熱應(yīng)力熱應(yīng)力概念：當物體溫度變化時，熱變形受到其它物體約束或物體內(nèi)部各部分之間的相互約束所產(chǎn)生的應(yīng)力。溫度變化時，物體內(nèi)部各點溫度均勻，變形不受約束，則物體產(chǎn)生熱變形而沒有熱應(yīng)力。當變形受到約束時，則在

3、內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。物體各處溫度不均勻時，即使沒有外界約束條件，也將產(chǎn)生熱應(yīng)力；在溫度高的一側(cè)產(chǎn)生熱壓應(yīng)力，在溫度低的一側(cè)產(chǎn)生熱拉應(yīng)力。二、汽缸壁的熱應(yīng)力1啟動時，汽缸內(nèi)壁為熱壓應(yīng)力，外壁為熱拉應(yīng)力，且內(nèi)外壁表面的熱壓和熱拉應(yīng)力均大于沿壁厚其他各處的熱應(yīng)力。在停機過程中，內(nèi)壁表面熱拉應(yīng)力，外壁表面熱壓應(yīng)力。運行現(xiàn)場如何操作？ （1）熱應(yīng)力與汽缸壁溫差t成正比，因此可用t作為汽輪機運行中控制熱應(yīng)力的監(jiān)視指標，在啟停及負荷變化過程中，嚴格控制內(nèi)外壁溫差t在允許的范圍內(nèi)；（2）汽輪機冷卻過快比加熱過快更加危險；（3）控制汽輪機金屬的溫升速度是控制熱應(yīng)力的基本方法。運行中除監(jiān)視內(nèi)外壁溫差外，還必須控制好金

4、屬的溫度升降速度，汽缸內(nèi)壁溫升（溫降）速度大小決定了汽輪機轉(zhuǎn)速和負荷變化的快慢，也即決定了汽輪機啟動和停機過程的快慢。三、法蘭螺栓的熱應(yīng)力（1）沿著法蘭寬度方向存在溫差，必然引起熱應(yīng)力。啟動時，法蘭外側(cè)的溫度低于內(nèi)側(cè)溫度，因而受熱后內(nèi)側(cè)膨脹大，外側(cè)膨脹小，外側(cè)就會阻止內(nèi)側(cè)自由熱膨脹，內(nèi)側(cè)產(chǎn)生熱壓應(yīng)力，外側(cè)受熱拉應(yīng)力。停機時，情況則相反；如果機組不斷啟停，法蘭內(nèi)外側(cè)就要承受交變的熱應(yīng)力。（2）螺栓的熱拉應(yīng)力隨法蘭和螺栓的溫差增大而增加，一般規(guī)定法蘭與螺栓溫差的允許值為：中參數(shù)機組40-50，高參數(shù)大容量機組20-35。四、轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力1啟動時，蒸汽以對流換熱方式將熱量傳給轉(zhuǎn)子外表面，再以導熱方式

5、將熱量傳給轉(zhuǎn)子中心孔。其中轉(zhuǎn)子外表面溫度上升快，中心孔與外表面存在溫差；其溫差大小主要與蒸汽溫度變化率以及轉(zhuǎn)子本身的熱容量有關(guān)。溫差與蒸汽溫度變化率成正比；且熱容量越大，溫差越大；轉(zhuǎn)子中心孔與外表面的溫差越大，轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力也越大。啟動時轉(zhuǎn)子外表面產(chǎn)生熱壓應(yīng)力，中心產(chǎn)生熱拉應(yīng)力；停機時，剛好相反，而正常運行時，由于徑向溫差變得很小，轉(zhuǎn)子內(nèi)的熱應(yīng)力基本消失。 2控制轉(zhuǎn)子或汽缸的熱應(yīng)力就是要限制機組啟停及負荷變化速度。主要原因：轉(zhuǎn)子的半徑大于汽缸的壁厚； 啟動時，轉(zhuǎn)子的受熱條件優(yōu)于汽缸； 啟動時，轉(zhuǎn)子的機械應(yīng)力水平高于汽缸。 3汽輪機轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力的最大值通常出現(xiàn)在高壓轉(zhuǎn)子的調(diào)節(jié)級和中壓轉(zhuǎn)子的第一級附近

6、。一般用監(jiān)視和控制調(diào)節(jié)級汽缸內(nèi)壁溫度的方法來控制轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力。因為蒸汽首先接觸調(diào)節(jié)級處部件，蒸汽與轉(zhuǎn)子溫差較大，在啟停及正常運行中，應(yīng)注意調(diào)節(jié)級處蒸汽溫度及缸體金屬溫度和中壓第一級處的缸體金屬溫度。隨著機組容量增大和參數(shù)提高，溫差導致的損壞首先發(fā)生在汽缸上，即汽缸裂紋。隨著對汽缸的結(jié)構(gòu)的改進，對機組啟停及加減負荷速度的限制，使汽缸的熱疲勞損壞逐步得到解決。隨著容量進一步增大，轉(zhuǎn)子直徑也增大，轉(zhuǎn)子熱疲勞損壞也突出了。轉(zhuǎn)子低頻疲勞損傷啟動時轉(zhuǎn)子外表面產(chǎn)生熱壓應(yīng)力，中心產(chǎn)生熱拉應(yīng)力；停機時，轉(zhuǎn)子外表面產(chǎn)生熱拉應(yīng)力，中心產(chǎn)生熱壓應(yīng)力；汽輪機每啟停一次，轉(zhuǎn)子表面就會交替出現(xiàn)一次熱壓應(yīng)力和熱拉應(yīng)力，多次啟停，在交變熱應(yīng)力反復(fù)作用下，將使轉(zhuǎn)子金屬表面出現(xiàn)裂紋，稱為轉(zhuǎn)子的低頻疲勞損傷。啟停時加熱或冷卻越快，轉(zhuǎn)子損耗就越大。越容易出現(xiàn)裂紋。轉(zhuǎn)子的低溫脆性轉(zhuǎn)變金屬材料在低溫條件下，機械性能將發(fā)生變化，由韌性變?yōu)榇嘈?，許用應(yīng)力下降，使轉(zhuǎn)子的宏觀裂紋不斷擴展，以致當溫度低于某一值時，引起脆性斷裂。這一溫度稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度。大功率汽輪機低壓轉(zhuǎn)子脆性轉(zhuǎn)變溫度為0左右，高中壓轉(zhuǎn)子在120左右。汽輪機超速試驗