1、 汽轮机运行 吴少伟主编. 中国电力出版社内 容 提 要本 书 是 根 据 电 力 成 人 中 等 专 业 学 校 函 授 ( 课 程 ) 教 学 大 纲 汽 轮 机 运 行 编 写 的 教 材 。本 书 针 对 成 人 教 育 的 特 点 , 较 详 尽 地 阐 述 了 汽 轮 机 启 停 、 正 常 运 行 及 汽 轮 机 典 型 事 故 处 理 等 内 容 。 全 书 突 出 了 热 动 专 业 必 须 掌 握 的 基 础 理 论 , 并 结 合 生 产 的 实 例 , 增 强 了 实 用 性 。 为 了 便 于 学 习 , 每 一 章 前 面 有 内 容 提 要 , 后 面 有 学 习
2、 指 导 和 复 习 思 考 题 。本 书 不 仅 可 作 为 成 人 中 等 专 业 学 校 教 材 , 还 可 作 为 电 厂 职 工 培 训 教 材 , 亦 可 供 有 关 工 程 技 术 人 员 参 考 。图 书 在 版 编 目 ( CIP) 数 据汽 轮 机 运 行 / 吴 少 伟 主 编 . -北 京 : 中 国 电 力 出 版 社 , 2000电 力 成 人 中 专 教 材ISB N 7-5083-0438-1 . 汽 . 吴 . 汽 轮 机 运 行 -成 人 教 育 : 专 业 教 育 - 教 材 . T K 267中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 (2000
3、) 第 52060 号中 国 电 力 出 版 社 出 版 、 发 行(北 京 三 里 河 路 6 号 1 00 0 44 ht p: / w w w . cepp. co m . c n) 梨 园 印 刷 厂 印 刷各 地 新 华 书 店 经 售*2 0 01 年 1 月 第 一 版 2 00 1 年 1 月 北 京 第 一 次 印 刷7 87 毫 米 1 0 92 毫 米 1 6 开 本 5. 75 印 张 1 26 千 字印 数 0 00 1 3 0 00 册 定 价 1 2. 00 元版 权 专 有 翻 印 必 究(本 书 如 有 印 装 质 量 问 题 , 我 社 发 行 部 负 责
4、退 换 )编 者 的 话本 书 是 根 据 中 国 电 力 企 业 联 合 会 办 1999 25 号 文 1999 2000 年 电 力 成 人 中 专 教 材 建 设 规 划 和 新 颁 电 力 成 人 中 等 专 业 学 校 汽 轮 机 运 行 函 授 ( 课 程 ) 教 学 大 纲 的 要 求 编 写 的 。本 书 针 对 成 人 函 授 教 育 的 特 点 , 围 绕 汽 轮 机 安 全 、 经 济 运 行 , 对 汽 轮 机 启 停 、 正 常 运 行 维 护 和 典 型 事 故 处 理 等 作 了 详 尽 的 阐 述 。 本 书 突 出 了 热 动 专 业 必 须 掌 握 的 基
5、 础 理 论 和 基 本 方 法 , 较 详 细 地 介 绍 了 汽 轮 机 热 应 力 、 热 膨 胀 、 热 变 形 产 生 的 原 因 及 其 对 汽 轮 机 运 行 的 影 响 。 本 书 在 编 写 过 程 中 , 结 合 生 产 实 际 , 注 重 培 养 学 员 理 论 联 系 实 际 、 分 析 问 题 、 解 决 问 题 的 能 力 。 为 了 帮 助 学 员 更 好 地 掌 握 所 学 的 知 识 , 每 章 有 针 对 性 地 安 排 了 复 习 思 考 题 。 每 章 前 后 安 排 了 内 容 提 要 和 学 习 指 导 , 使 学 员 对 该 章 的 主 要 内 容
6、 、 重 要 内 容 进 行 归 纳 总 结 , 加 深 理 解 。本 书 的 第 二 、 三 、 五 章 由 杭 州 电 力 职 工 中 专 学 校 吴 少 伟 编 写 , 第 一 、 四 章 由 江 西 电 力 职 工 中 专 学 校 饶 金 华 编 写 , 全 书 由 吴 少 华 主 编 , 由 福 建 电 力 职 工 中 专 学 校 高 清 林 高 级 讲 师 担 任 主 审 , 他 对 本 书 进 行 了 认 真 的 审 阅 , 并 提 出 了 很 多 宝 贵 的 意 见 和 建 议 , 在 此 , 由 衷 地 表 示 感 谢 。由 于 编 者 水 平 有 限 , 时 间 仓 促 ,
7、 书 中 错 误 和 不 妥 之 处 在 所 难 免 , 恳 请 读 者 批 评 指 正 。编 者2000 年 4 月本 课 程 的 目 的 、 任 务 和 函 授 教 学方 法 的 一 般 指 导一 、 本 课 程 的 目 的 和 任 务汽 轮 机 运 行 是 成 人 中 等 专 业 学 校 动 力 类 专 业 的 一 门 主 要 专 业 课 程 , 它 在 汽 轮 机 技 术 专 业 教 学 中 占 有 重 要 的 地 位 。学 习 本 课 程 的 目 的 和 任 务 是 : 通 过 本 课 程 的 学 习 , 使 学 员 了 解 汽 轮 机 运 行 方 面 的 知 识 , 提 高 操 作
8、 技 能 , 为 从 事 本 专 业 工 作 打 下 基 础 。二 、 本 教 材 的 主 要 内 容 和 课 程 体 系汽 轮 机 运 行 的 内 容 可 以 分 为 汽 轮 机 的 启 动 和 停 止 、 汽 轮 机 正 常 运 行 维 护 和 汽 轮 机 运 行 中 发 生 的 典 型 事 故 。汽 轮 机 的 启 动 和 停 止 是 本 教 材 的 主 要 内 容 。 第 一 章 介 绍 了 汽 轮 机 启 停 的 热 状 态 , 使 学 员 了 解 汽 轮 机 的 热 应 力 、 热 膨 胀 和 热 变 形 产 生 的 原 因 、 影 响 因 素 及 对 汽 轮 机 启 停 过 程
9、的 影 响 。 第 二 章 介 绍 了 汽 轮 机 启 动 , 包 括 额 定 参 数 、 滑 参 数 启 动 的 方 法 和 主 要 步 骤 。 第 三 章 介 绍 了 汽 轮 机 的 停 运 , 汽 轮 机 额 定 参 数 、 滑 参 数 停 机 和 汽 轮 机 事 故 停 机 的 方 法 和 主 要 步 骤 , 及 停 机 过 程 中 应 注 意 的 问 题 。 第 四 章 介 绍 了 运 行 中 汽 轮 机 的 维 护 , 汽 轮 机 初 参 数 、 终 参 数 的 变 化 对 汽 轮 机 运 行 安 全 性 、 经 济 性 的 影 响 , 以 及 汽 轮 机 正 常 运 行 中 的
10、各 项 维 护 工 作 。 使 学 员 了 解 运 行 参 数 对 汽 轮 机 运 行 的 影 响 , 熟 悉 汽 轮 机 正 常 维 护 的 项 目 、 要 求 和 调 整 方 法 。 第 五 章 介 绍 了 汽 轮 机 运 行 中 发 生 的 典 型 事 故 , 包 括 汽 轮 机 几 种 典 型 事 故 产 生 的 现 象 、 原 因 和 处 理 方 法 , 使 学 员 学 会 分 析 典 型 事 故 发 生 时 产 生 的 异 常 现 象 和 发 生 的 原 因 , 掌 握 正 确 处 理 典 型 事 故 的 方 法 。三 、 函 授 教 学 形 式 与 本 课 程 教 学 活 动函
11、授 教 学 有 它 独 特 的 形 式 , 就 是 面 授 、 辅 导 答 疑 与 自 学 相 结 合 , 而 以 自 学 为 主 的 教 学 形 式 。函 授 教 学 过 程 是 分 散 自 学 和 集 中 面 授 相 结 合 进 行 的 过 程 。 在 这 个 过 程 中 , 采 取 安 排 自 学 、 作 业 、 面 授 、 辅 导 答 疑 、 考 试 等 五 个 教 学 环 节 。 按 照 教 学 计 划 进 程 , 汽 轮 机 运 行 课 程 的 学 习 在 一 个 学 期 内 完 成 。 面 授 教 育 阶 段 应 安 排 复 习 和 考 试 。函 授 生 在 分 散 自 学 和
12、集 中 面 授 期 间 应 完 成 以 下 规 定 的 教 学 活 动 :(一 ) 自 学 期 间在 此 期 间 , 函 授 生 应 完 成 阅 读 教 材 和 作 业 两 个 教 学 环 节 。1. 阅 读 教 材阅 读 教 材 是 自 学 的 基 本 形 式 , 是 函 授 生 获 取 知 识 的 重 要 途 径 , 是 函 授 教 学 的 主 要 环 节 。 阅 读 教 材 应 首 先 了 解 本 章 的 教 学 目 的 、 基 本 要 求 和 学 时 安 排 , 按 照 自 学 计 划 , 依 次 学习 每 一 节 内 容 。自 学 应 在 教 师 的 指 导 下 进 行 , 做 到
13、持 之 以 恒 、 循 序 渐 进 , 并 注 意 自 学 方 法 , 讲 究 自 学 效 果 。2. 作 业作 业 是 巩 固 所 学 知 识 , 并 将 知 识 转 化 为 能 力 的 教 学 活 动 , 是 函 授 教 学 过 程 中 又 一 重 要 环 节 。 为 了 加 深 对 教 材 内 容 的 理 解 , 函 授 生 要 完 成 规 定 的 作 业 。 在 学 习 了 全 章 内 容 后 , 还 要 独 立 回 答 该 章 的 复 习 思 考 题 。(二 ) 面 授 期 间在 此 期 间 , 函 授 生 应 参 加 以 下 三 个 集 中 教 学 活 动 环 节 :1. 听 面
14、授 讲 课面 授 讲 课 是 辅 助 自 学 所 必 须 的 教 学 形 式 , 是 函 授 教 学 的 重 要 环 节 。 面 授 课 根 据 讲 课 时 间 不 同 , 可 分 为 指 导 性 面 授 和 总 结 性 面 授 。指 导 性 面 授 课 一 般 安 排 在 函 授 生 自 学 教 材 之 前 。 面 授 时 要 结 合 教 材 的 重 点 内 容 进 行 讲 解 , 对 难 点 内 容 进 行 剖 析 , 指 出 本 阶 段 自 学 教 材 的 主 要 章 节 和 内 容 、 学 习 时 间 的 安 排 等 , 以 引 导 函 授 生 掌 握 正 确 的 自 学 方 法 ,
15、弄 清 教 材 的 脉 络 , 明 确 学 习 的 要 求 。总 结 性 面 授 课 一 般 安 排 在 函 授 生 阅 读 教 材 之 后 。 这 种 自 学 基 础 上 的 面 授 , 通 常 以 综 合 性 的 讲 解 方 式 为 主 , 围 绕 教 材 重 点 , 以 问 题 为 中 心 , 即 提 出 问 题 、 分 析 问 题 和 解 决 问 题 , 从 而 将 教 学 内 容 归 纳 和 引 申 , 使 函 授 生 所 学 知 识 系 统 化 、 条 理 化 。2. 辅 导 答 疑辅 导 答 疑 是 对 函 授 生 进 行 解 难 析 疑 的 教 学 形 式 , 是 函 授 教
16、学 的 必 要 环 节 。 辅 导 答 疑 的 内 容 , 教 师 根 据 函 授 生 的 基 础 不 同 或 自 学 中 碰 到 的 困 难 而 提 出 的 问 题 进 行 讲 解 ; 教 师 也 可 以 从 作 业 中 归 纳 出 来 带 有 共 同 性 和 普 遍 性 的 问 题 进 行 解 答 。 辅 导 答 疑 的 形 式 可 采 用 个 别 或 集 中 的 方 式 , 也 可 采 用 补 充 讲 课 或 讨 论 问 题 的 方 式 。 辅 导 答 疑 应 注 意 针 对 性 、 灵 活 性 和 时 效 性 。3. 考 试考 试 是 课 程 教 学 效 果 的 总 鉴 定 , 是 考
17、 核 函 授 生 本 课 程 学 习 成 绩 的 必 要 环 节 。 本 课 程 的 考 核 内 容 侧 重 于 运 行 的 基 本 理 论 和 基 本 操 作 , 注 重 对 思 维 、 理 解 能 力 的 考 核 。四 、 本 课 程 学 时 分 配 及 教 学 进 程下 表 所 拟 定 的 本 课 程 学 时 分 配 及 教 学 进 程 , 是 根 据 汽 轮 机 运 行 课 程 函 授 教 学 大 纲 的 规 定 进 行 安 排 的 。章 次 教 学 内 容 合 计 时 数 自 学 时 数 面 授 时 数一 汽 轮 机 的 热 应 力 、 热 膨 胀 、 热 变 形 8 6 2二 汽
18、轮 机 的 启 动 1 6 1 0 6三 汽 轮 机 的 停 机 8 4 4四 汽 轮 机 运 行 中 的 维 护 1 4 1 0 4五 汽 轮 机 典 型 事 故 处 理 1 4 1 0 4总 学 时 6 0 4 0 20几 点 说 明 :(1) 各 章 的 自 学 时 数 包 括 平 时 作 业 ;(2) 各 章 讲 课 时 数 包 括 辅 导 答 疑 的 时 间 ;(3) 函 授 站 可 根 据 具 体 情 况 制 定 教 学 进 程 , 但 教 学 时 数 和 教 学 顺 序 不 应 任 意 变 更 。目 录前 言 编 者 的 话本 课 程 的 目 的 、 任 务 和 函 授 教 学
19、方 法 的 一 般 指 导第 1 章 汽 轮 机 的 热 应 力 、 热 膨 胀 、 热 变 形 11. 1 汽 轮 机 的 热 应 力 11. 2 汽 轮 机 的 热 膨 胀 51. 3 汽 轮 机 的 热 变 形 8学 习 指 导 11复 习 思 考 题 11第 2 章 汽 轮 机 的 启 动 132. 1 汽 轮 机 启 动 前 的 准 备 工 作 132. 2 汽 轮 机 额 定 参 数 冷 态 启 动 182. 3 汽 轮 机 滑 参 数 启 动 222. 4 汽 轮 机 热 态 启 动 32学 习 指 导 36复 习 思 考 题 37第 3 章 汽 轮 机 的 停 机 383. 1
20、 汽 轮 机 额 定 参 数 停 机 383. 2 汽 轮 机 滑 参 数 停 机 413. 3 汽 轮 机 事 故 停 机 46学 习 指 导 49复 习 思 考 题 49第 4 章 汽 轮 机 运 行 中 的 维 护 504. 1 蒸 汽 参 数 变 化 对 汽 轮 机 工 作 的 影 响 504. 2 汽 轮 机 运 行 中 的 正 常 维 护 53学 习 指 导 57复 习 思 考 题 58第 5 章 汽 轮 机 典 型 事 故 处 理 595. 1 真 空 下 降 595. 2 汽 轮 机 水 冲 击 635. 3 汽 轮 发 电 机 组 甩 负 荷 665. 4 叶 片 损 坏 或
21、 断 落 685. 5 汽 轮 机 振 动 695. 6 油 系 统 工 作 失 常 75学 习 指 导 78复 习 思 考 题 79参 考 文 献 809第 1 章 汽 轮 机 的 热 应 力 、热 膨 胀 、 热 变 形【 内 容 提 要 及 要 求 】(一 ) 内 容 提 要高 压 汽 轮 机 在 运 行 过 程 中 , 经 常 遇 到 由 于 温 差 而 引 起 的 热 应 力 、 热 膨 胀 及 热 变 形 等 问 题 。 它 们 是 影 响 汽 轮 机 安 全 运 行 的 主 要 原 因 。 因 此 , 本 章 将 分 别 介 绍 汽 轮 机 的 热 应 力 、 热 膨 胀 及 热
22、 变 形 产 生 的 原 因 , 从 中 得 出 其 一 般 的 规 律 和 汽 轮 机 运 行 过 程 中 应 注 意 的 主 要 问 题 及 易 发 生 问 题 的 关 键 部 位 。(二 ) 教 学 要 求知 道 热 应 力 、 热 膨 胀 和 热 变 形 的 基 本 概 念 。 会 分 析 汽 缸 壁 、 转 子 和 法 兰 螺 栓 热 应 力 产 生 的 原 因 及 影 响 因 素 。能 表 述 汽 缸 与 转 子 的 相 对 热 膨 胀 。 能 表 述 汽 轮 机 上 下 汽 缸 温 差 引 起 汽 缸 热 变 形 及 转 子 热 弯 曲 的 情 况 , 能 表 述 汽 缸 、 法
23、 兰 内 外 壁 温 差 引 起 汽 缸 热 变 形 的 情 况 。知 道 汽 轮 机 热 应 力 、 热 膨 胀 和 热 变 形 对 汽 轮 机 运 行 的 影 响 。1. 1 汽 轮 机 的 热 应 力一 、 汽 缸 的 热 应 力高 压 汽 轮 机 启 动 、 带 负 荷 或 停 机 的 过 程 , 实 质 上 是 蒸 汽 对 其 各 组 成 部 件 ( 如 蒸 汽 管 道 、 汽 缸 、 转 子 、 法 兰 、 螺 栓 等 ) 加 热 或 冷 却 的 过 程 , 是 单 向 传 热 过 程 。 由 于 各 部 件 尺 寸 及 所 处 工 作 条 件 的 不 同 , 必 将 在 各 零
24、部 件 中 形 成 温 度 梯 度 , 从 而 产 生 热 应 力 及 热 变 形 , 影 响 机 组 的 安 全 运 行 , 因 此 分 析 热 应 力 及 热 膨 胀 问 题 时 , 必 须 把 某 一 部 件 ( 如 汽 缸 、 转 子 等 ) 的 温 度 分 布 情 况 和 结 构 等 条 件 考 虑 在 内 。 下 面 分 析 汽 轮 机 的 汽 缸 在 运 行 过 程 中 的 温 度 分 布 及 产 生 的 热 应 力 。(一 ) 汽 缸 壁 的 温 度 场金 属 部 件 被 加 热 或 冷 却 时 , 其 内 部 的 温 度 分 布 , 称 为 温 度 场 。 汽 轮 机 在 启
25、 动 、 带 负 荷 或 停 机 过 程 中 , 汽 缸 处 于 单 侧 加 热 或 冷 却 过 程 中 。 设 加 热 蒸 汽 温 度 为 t0 , 被 加 热 侧 金 属温 度 为 tn , 另 一 侧 金 属 温 度 为 tw 时 , 则 t0 tn tw 。 视 汽 缸 和 法 兰 壁 为 金 属 平 板 , 按 照 加 热 蒸 汽 与 金 属 温 度 的 差 值 及 放 热 系 数 的 不 同 , 即 加 热 的 剧 烈 程 度 不 同 , 沿 平 板 壁 厚 的 温 度 分 布 情 况 可 分 为 三 种 类 型 : 双 曲 线 型 、 直 线 型 及 抛 物 线 型 。 如 图
26、1 -1 所 示 。如 图 1-1 (a) 中 所 示 , 当 t0 - tn 差 值 较 大 时 , 汽 缸 壁 温 度 分 布 呈 双 曲 线 型 。 此 时 若蒸 汽 的 放 热 系 数 愈 大 , 加 热 就 愈 剧 烈 , 平 壁 上 的 温 差 在 加 热 侧 较 小 的 厚 度 范 围 内 较 大 ; 随 着 t0 - tn 的 不 断 减 小 , 加 热 渐 趋 均 匀 后 , 温 度 场 呈 直 线 型 分 布 。 如 图 1 -1 (b) 中 所 示 。2图 1-1 金 属 平 壁 被 单 向 加 热 时 , 沿 壁 厚 的 温 度 分 布( a) 双 曲 线 型 ; (
27、b) 直 线 型 ; ( c) 抛 物 线 型若 汽 缸 壁 受 到 缓 慢 加 热 , 此 时 温 度 分 布 呈 抛 物 线 型 , 如 图 1 -1 (c) 中 所 示 。 无 论 是 何 种 类 型 的 温 度 分 布 , 汽 缸 壁 若 受 约 束 不 产 生 变 形 , 则 中 心 线 与 内 侧 热 表 面 间的 金 属 产 生 压 应 力 , 而 外 壁 产 生 拉 应 力 , 只 不 过 在 直 线 型 温 度 场 分 布 中 , 拉 伸 与 压 缩 应 力 对 称 分 布 于 中 心 线 两 侧 , 中 心 线 处 应 力 为 零 ; 而 抛 物 线 和 双 曲 线 温 度
28、 场 中 , 热 应 力 分 布 不 对 称 , 最 大 热 应 力 为 压 应 力 , 发 生 在 温 度 高 的 内 表 面 。 在 电 厂 的 实 际 运 行 中 , 汽 轮 机 在 启 动 时 , 汽 缸 壁 的 温 度 分 布 可 近 似 为 抛 物 线 型 。 此 时 , 壁 内 任 一 点 A 处 的 温 度 t 的 计 算 公式 为x 2t = tw + ( tn - tw ) S (1 -1)x 2= tw + t S式 中 tw 、 tn 汽 缸 外 壁 、 内 壁 的 温 度 , ; S汽 缸 壁 厚 , m ;x沿 汽 缸 壁 厚 方 向 任 一 A 点 处 至 汽 缸
29、 外 壁 的 距 离 , m 。 t汽 缸 内 外 壁 温 差 , 即 为 tn - tw , 。(二 ) 汽 缸 的 热 应 力如 前 所 述 , 汽 轮 机 在 启 动 或 停 机 过 程 中 , 汽 缸 的 温 度 分 布 视 为 抛 物 线 型 。 若 把 汽 缸 和 法 兰 壁 视 为 平 壁 处 理 , 则 汽 缸 壁 两 侧 存 在 温 差 时 , 加 热 或 冷 却 的 一 侧 承 受 的 最 大 热 应 力 可 由 下 式 计 算 :2 E t (1 -2)另 一 侧 的 热 应 力 为 n = - 3 1 - 1 E t (1 -3) w = 3 1 - 式 中 n 、 w
30、 汽 缸 内 、 外 壁 的 热 应 力 , Pa; 汽 缸 材 料 的 线 胀 系 数 , - 1 ; E 汽 缸 材 料 的 弹 性 模 数 , Pa; 汽 缸 材 料 的 泊 松 比 , 一 般 取 = 0. 3。式 (1 -2) 和 式 (1 -3) 表 明 : 当 汽 缸 材 料 一 定 时 , 即 线 胀 系 数 、 弹 性 模 数 E 、 泊 松11比 都 为 定 值 时 , 汽 缸 内 外 壁 表 面 的 热 应 力 都 与 内 外 壁 面 温 差 成 正 比 。由式 (1 -2) 和 式 (1 -3) 可 知 , 汽 轮 机 在 冷 态 启 动 过 程 中 , 由 于 tn
31、tw , 即 t 0, 此 时 n 0, 说 明 汽 缸 内 壁 表 面 热 应 力 为 压 缩 应 力 , 汽 缸 外 壁 表 面 热 应 力 为 拉 伸 应力 , 且 n = 2 w , 即 内 壁 的 压 缩 应 力 为 外 壁 拉 伸 应 力 的 两 倍 ; 在 停 机 过 程 中 , 由 于 tn 0 ), 外 壁 表 面 为 压 缩 应 力 ( w 0, 此 时 胀差 l 0, 因 而 形 成 正 胀 差 。 相 反 , 汽 轮 机 在 停 机 冷 却 过 程 中 , t 0, l 0, 产 生 负 胀 差 。 然 而 , 由 于 汽 轮 机 通 流 部 分 轴 向 动 、 静 间
32、 隙 是 一 定 的 , 因 此 , 如 果 机 组 某 一 截 面 在 启 停 过 程 中 的 正 、 负 胀 差 值 超 过 这 一 限 额 时 , 则 将 导 致 通 流 部 分 轴 向 动 、 静 摩 擦 , 必 将 威 胁 汽 轮 机 的 安 全 运 行 。 特 别 是 为 兼 顾 汽 轮 机 内 效 率 及 安 全 的 需 要 , 汽 轮 机 动 叶 片 进 汽 侧 间 隙 小 于 出 汽 侧 间 隙 , 高 压 端 间 隙 小 于 低 压 端 间 隙 , 从 这 个 意 义 上 讲 , 负 胀 差 较 正 胀 差 更 具 有 动 、 静 摩 擦 的 危 险 性 。另 外 , 在
33、具 体 分 析 转 子 与 汽 缸 的 胀 差 时 , 必 须 根 据 不 同 机 组 的 膨 胀 特 点 , 弄 清 机 组胀 差 及 其 相 互 关 系 , 从 而 找 出 汽 轮 机 在 启 停 时 热 膨 胀 可 能 产 生 最 危 险 胀 差 的 通 流 部 分 的 位 置 。 对 单 层 、 单 缸 中 小 型 汽 轮 机 而 言 , 其 滑 销 系 统 和 热 膨 胀 问 题 比 较 简 单 。 但 对 双 层 缸 结 构 的 多 缸 汽 轮 机 而 言 , 其 胀 差 情 况 则 较 为 复 杂 。 仍 以 图 1-3 所 示 的 125 M W 汽 轮 机 为 例 来说 明
34、其 热 膨 胀 时 相 对 胀 差 的 情 况 。国 产 N 125 M W 汽 轮 机 是 双 缸 机 组 , 且 高 中 压 缸 合 缸 , 反 向 布 置 , 低 压 缸 分 流 布 置 。 当 汽 轮 机 启 动 受 热 时 , 高 中 压 转 子 以 转 子 死 点 为 基 点 向 机 头 方 向 膨 胀 ; 高 中 压 外 缸 带动 内 缸 以 高 中 压 外 缸 死 点 为 基 点 也 向 机 头 膨 胀 ; 而 高 中 压 内 缸 则 在 外 缸 内 以 内 缸 死 点 为 基 点 向 两 侧 膨 胀 。 因 此 , 高 压 内 缸 级 的 膨 胀 值 为 外 缸 的 膨 胀
35、值 加 上 内 缸 至 该 级 的 膨 胀 值 。 中 压 内 缸 级 的 膨 胀 值 则 是 外 缸 的 膨 胀 值 减 去 内 缸 至 该 级 的 膨 胀 值 。 因 此 , 对 高 压 缸 通 流 部 分 而 言 , 转 子 与 汽 缸 的 胀 差 使 得 各 级 轴 向 间 隙 增 大 , 是 安 全 的 。 但 中 压 缸 级 间 轴 向 间 隙 却 减 小 , 尤 其 是 中 压 缸 第 一 级 , 其 动 、 静 部 分 有 发 生 摩 擦 的 可 能 。 低 压 缸 胀 差 的 分 析 与 高 中 压 缸 相 类 似 , 在 此 不 作 具 体 分 析 。 由 此 可 见 ,
36、N 125 M W 汽 轮 机 在 启 动 或 停 机 时 , 要 加 强 对高 中 压 缸 胀 差 , 尤 其 是 中 压 缸 胀 差 的 监 视 与 控 制 。在 机 组 启 停 过 程 中 , 为 监 视 和 控 制 汽 轮 机 的 胀 差 , 电 厂 中 汽 轮 机 的 汽 缸 都 设 有 胀 差 表 , 它 是 用 来 指 示 缸 内 各 轴 向 动 静 间 隙 是 否 消 失 的 重 要 表 计 , 运 行 人 员 必 须 予 以 重 视 。如 前 所 述 , 汽 轮 机 胀 差 的 大 小 主 要 取 决 于 机 组 启 停 及 变 负 荷 时 转 子 与 汽 缸 的 温 度 变
37、 化 , 尤 其 是 机 组 启 停 时 转 子 与 汽 缸 的 温 差 。 因 此 机 组 在 启 停 及 变 负 荷 时 , 控 制 转 子 与 汽 缸 的 温 差 成 为 控 制 胀 差 的 主 要 手 段 。 而 转 子 和 汽 缸 的 平 均 温 差 与 蒸 汽 的 温 升 速 度 成 正 比 , 而 且 还 与 汽 缸 和 转 子 的 质 面 比 、 放 热 系 数 及 金 属 材 料 的 比 热 容 有 关 。 如 滑 参 数 启 动 中 , 转 子 与 汽 缸 的 平 均 温 差 表 达 式 为 t = tr - tc = c m c A - m r w (1 -9)c c r
38、 Ar可 见 , 在 材 料 比 热 ( c), 蒸 汽 对 汽 缸 、 蒸 汽 对 转 子 的 放 热 系 数 ( c 、 r ) 及 转 子 和 汽缸 的 质 面 比 m rArm c、Ac 一 定 时 , 控 制 转 子 与 汽 缸 的 胀 差 在 安 全 范 围 之 内 , 必 须 合 理 地 控 制蒸 汽 的 温 升 速 度 , 保 证 启 动 时 蒸 汽 温 度 控 制 在 运 行 规 程 中 规 定 的 升 温 速 度 范 围 之 内 。 停 机 过 程 中 也 是 如 此 。8f = tl另 外 , 合 理 地 使 用 法 兰 螺 栓 加 热 装 置 , 对 控 制 相 对 胀
39、 差 在 允 许 范 围 之 内 也 具 有 重 要 的 作 用 ; 机 组 在 启 停 过 程 中 , 根 据 机 组 的 启 动 方 式 , 合 理 地 调 整 轴 封 供 汽 对 控 制 胀 差 的 变 化 也 起 到 了 积 极 的 作 用 。1. 3 汽 轮 机 的 热 变 形汽 轮 机 的 热 变 形 主 要 是 指 汽 缸 的 热 变 形 和 转 子 的 热 弯 曲 (变 形 ) 。 汽 轮 机 在 加 热 或 冷却 过 程 中 , 由 于 上 下 汽 缸 、 汽 缸 内 外 壁 、 汽 缸 壁 与 法 兰 之 间 等 存 在 温 差 , 因 此 将 产 生 不 同 程 度 的
40、热 变 形 。 热 变 形 超 限 时 , 就 可 能 导 致 某 些 部 位 的 径 向 或 轴 向 间 隙 的 消 失 , 引 起 碰 撞 和 振 动 , 甚 至 还 会 造 成 大 轴 弯 曲 事 故 , 因 此 必 须 注 意 监 视 。一 、 汽 缸 的 热 变 形(一 ) 上 下 汽 缸 温 差 引 起 的 热 变 形高 压 汽 轮 机 在 启 停 过 程 中 经 常 遇 到 上 下 汽 缸 的 温 差 问 题 。 由 于 上 下 汽 缸 温 差 的 存 在 , 且 一 般 上 缸 温 度 高 于 下 缸 温 度 , 因 而 会 造 成 汽 缸 向 上 弯 曲 的 “ 猫 拱 背
41、” 现 象 , 如 图 1-4 所 示 。 此 时 , 汽 缸 下 部 动 静 部 件 的 径 向 间 隙 减 小 , 同 时 隔 板 也 偏 离 正 常 运 行 时 所 在 的 垂 直 平 面 , 从 而 导 致 轴 向 间 隙 减 小 , 造 成 轴 向 动 静 部 分 的 摩 擦 。由 于 汽 缸 的 形 状 比 较 复 杂 , 由 上 下 汽 缸 温 差 引 起 的 汽 缸 热 弯 曲 值 f, 通 常 按 下 式 进 行近 似 计 算 :28 D (1 -10)式 中 汽 缸 材 料 的 线 胀 系 数 , 1/ ; t上 下 汽 缸 温 差 , ;l汽 缸 长 度 (支 承 点 间
42、 的 距 离 ), m ; D 沿 汽 缸 长 度 的 平 均 直 径 , m 。在 整 个 汽 轮 机 通 流 部 分 中 , 调 节 级 附 近图 1-4 上 下 汽 缸 温 差 造 成 的 汽 缸 热 变 形的 金 属 温 度 最 高 , 所 以 上 下 汽 缸 的 最 大 温 差 出现 在 调 节 级 附 近 。 由 式 (1-10) 可 知 , 此 时 汽 缸 的 弯 曲 值 在 调 节 级 附 近 最 大 , 也 就 是 讲 , 该 处 的 径 向 间 隙 最 小 。 试 验 表 明 : 在 调 节 级 附 近 , 上 下 汽 缸 温 差 增 加 10 , 调 节 级附 近 下 部
43、 汽 缸 径 向 间 隙 约 减 少 0. 1 m m 左 右 。 因 此 , 在 机 组 启 停 过 程 中 必 须 严 格 控 制 上 下缸 之 间 的 温 差 。 如 N 200 M W 机 组 规 定 上 下 汽 缸 温 差 为 : 高 压 内 缸 为 35 , 高 压 外 缸 及 中压 缸 为 50 。 N 125 M W 和 N 300 M W 机 组 规 定 上 下 缸 温 差 限 额 为 30 35 。 因 为 高 压 缸前 轴 封 的 径 向 间 隙 一 般 为 0. 5 m m 左 右 , 若 上 下 缸 温 差 大 于 50 , 就 可 能 使 汽 缸 的 热 弯 曲 值
44、 超 过 径 向 间 隙 值 , 从 而 造 成 动 静 部 分 摩 擦 。 因 此 , 与 控 制 汽 轮 机 热 应 力 、 热 膨 胀 一 样 , 也 必 须 严 格 控 制 蒸 汽 的 温 升 速 度 , 保 证 上 下 汽 缸 的 温 差 在 允 许 的 范 围 之 内 。9另 外 , 引 起 上 下 汽 缸 温 差 的 原 因 也 有 汽 缸 结 构 方 面 和 其 他 方 面 的 因 素 , 主 要 包 括 : (1) 下 缸 具 有 抽 汽 口 、 疏 水 管 道 等 , 从 而 增 加 了 散 热 面 积 , 易 于 散 热 , 如 有 积 水 , 还要 吸 热 , 且 下
45、缸 的 金 属 质 量 大 , 不 易 加 热 。(2) 外 缸 环 境 受 空 气 的 直 接 冷 却 , 使 上 缸 温 度 高 于 下 缸 。(3) 机 组 启 动 中 , 蒸 汽 加 热 汽 缸 壁 后 变 为 疏 水 , 疏 水 从 下 汽 缸 的 疏 水 管 排 出 , 疏 水 水 膜 使 下 缸 的 换 热 条 件 恶 化 。 若 疏 水 不 良 , 上 下 缸 的 温 差 则 更 大 。(4) 下 缸 的 保 温 层 紧 固 较 上 缸 差 , 加 之 下 汽 缸 保 温 层 自 重 及 振 动 的 影 响 , 下 缸 保 温 层 易 脱 落 , 使 下 缸 易 受 对 流 空
46、 气 冷 却 。可 见 , 为 减 小 上 下 汽 缸 的 温 差 , 消 除 汽 缸 的 热 变 形 , 还 必 须 根 据 上 述 原 因 采 取 相 应 的 措 施 。 如 改 进 汽 缸 保 温 情 况 。 N 125 M W 、 N 200 M W 和 N 300 M W 汽 轮 机 采 用 超 细 玻 璃 棉 , 且 上 缸 保 温 层 厚 度 为 250 300 m m , 下 缸 保 温 层 厚 度 为 450 m m , 并 防 止 脱 落 。 实 践 证 明 , 这 一 措 施 对 改 善 上 下 汽 缸 的 温 差 具 有 相 当 好 的 效 果 。 另 外 , 为 防
47、止 对 流 空 气 对 下 缸 的 冷 却 , 还 装 设 挡 风 板 等 。(二 ) 汽 缸 、 法 兰 内 外 壁 温 差 引 起 的 热 变 形汽 轮 机 在 启 动 、 停 机 时 , 如 果 法 兰 内 外 壁 和 汽 缸 内 外 壁 有 较 大 的 温 差 , 则 不 仅 会 使 法 兰 和 汽 缸 产 生 较 大 的 热 应 力 , 同 时 还 会 引 起 汽 缸 、 法 兰 在 径 向 和 水 平 方 向 上 的 变 形 。 法 兰 的 变 形 又 导 致 汽 缸 横 截 面 形 状 不 再 保 持 原 有 的 圆 形 。一 般 说 来 , 汽 轮 机 在 启 动 过 程 中
48、, 当 法 兰 内 外 壁 温 差 和 汽 缸 内 外 壁 温 差 较 大 时 , 法 兰 和 汽 缸 内 壁 金 属 伸 长 较 多 , 外 壁 金 属 伸 长 较 少 , 此 时 在 法 兰 的 水 平 面 上 产 生 热 变 形 。 如 图 1-5 所 示 , 这 种 热 变 形 的 结 果 是 汽 缸 的 中 部 截 面 A-A 变 为 立 椭 圆 并 出 现 内 张 口 ; 而 端 部 截 面 B-B 则 变 为 横 椭 圆 并 出 现 外 张 口 。 前 者 引 起 汽 缸 中 间 段 左 右 间 隙 减 小 , 后 者 引 起 汽 缸 前 后 两 端 径 向 间 隙 减 小 。
49、当 法 兰 内 外 壁 温 差 过 大 时 , 可 能 导 致 径 向 间 隙 消 失 , 引 起 动 、 静 部 分 碰 摩 。 与 此 同 时 , 如 果 法 兰 内 壁 结 合 面 的 热 压 应 力 超 过 了 材 料 的 屈 服 极 限 , 还 会 产 生 塑 性 变 形 。 待 法 兰 内 外 壁 温 差 消 失 后 , 此 结 合 面 反 而 出 现 内 张 口 , 这 是 运 行 中 汽 缸 法兰 结 合 面 漏 汽 的 主 要 原 因 。由 此 可 见 , 在 汽 轮 机 运 行 过 程 中 , 必 须 严 格 限 制 法 兰 内 外图 1-5 汽 缸 法 兰 内 外 壁 温 差 引 起 的 热 变 形壁 温 差 ( 实 质 上 也 限 制 了 汽 缸 内 外 壁 温 差 )。 国 产 N 125 M W 、 N 200 M W 和 N 300 M W 汽 轮 机 都 设 置 有 法 兰 螺 栓 加 热 装 置 , 其 目 的
