熱能動力基礎(chǔ)知識及電廠培訓資料.doc

1、目 錄第一篇 基礎(chǔ)知識類第一章熱工基礎(chǔ)第一節(jié)。熱力學常用的基本概念第二章 熱力循環(huán)及其經(jīng)濟性第一節(jié)火力發(fā)電廠概述第二節(jié) 熱工測量和自動化系統(tǒng)第三節(jié) 熱力循環(huán)第四節(jié)熱力系統(tǒng)第三章汽輪機的熱應力、熱膨脹和熱變形第四章 管道及其附件第五章汽水流動損失及減小損失的方法第一節(jié)有關(guān)流體的基本知識第二節(jié)汽水流動的壓力損失第三節(jié)減少汽水流動損失的方法第六章水泵及其運行第一節(jié)水泵的主要性能參數(shù)第二節(jié)水泵的分類及型號第三節(jié)離心泵的各種損失及效率第四節(jié)離心泵的性能曲線及工作點第五節(jié)離心泵的汽蝕第二篇專業(yè)篇第一章汽輪機常識第二章汽輪機構(gòu)造及工作原理第一節(jié)，靜止部分第二節(jié)，轉(zhuǎn)動部分第三章汽輪機調(diào)節(jié)、保護、油系統(tǒng)第一節(jié)調(diào)

2、節(jié)系統(tǒng)第二節(jié)保安系統(tǒng)第三節(jié)油系統(tǒng)及供油設(shè)備第四章輔助設(shè)備第一節(jié)凝汽設(shè)備一凝汽器二抽汽器三冷卻塔第二節(jié)除氧、回熱加熱設(shè)備一除氧器二高壓加熱器三低壓加熱器四軸封加熱器第三節(jié)給水泵第四節(jié)泵與風機第五節(jié)減溫減壓器第三篇實際操作篇第一章汽輪機的啟動第二章汽輪機的停止第三章汽輪機運行中的維護第一節(jié)運行中的日常維護第二節(jié)正常運行中的試驗及設(shè)備切換第三節(jié)蒸汽參數(shù)變化對汽輪機的影響第四節(jié)運行中監(jiān)視段壓力、機組振動等的監(jiān)督第五節(jié)汽輪機的滑壓運行第四章汽輪機大修后的驗收和試運行第一節(jié)試運前的驗收第二節(jié)總體試運行第五章汽輪機輔助設(shè)備的運行第一節(jié)凝汽器的運行第二節(jié)低壓加熱器的運行第三節(jié)高壓加熱器的運行第四節(jié)低壓除氧器的

3、運行第五節(jié)高壓除氧器的運行第六節(jié)高壓給水泵的運行第七節(jié)中繼水泵的運行第八節(jié)減溫減壓器的運行第九節(jié)熱網(wǎng)首站的運行第四篇圖表類第一章DCS操作界面第二章DEH操作界面第三章現(xiàn)場常規(guī)盤操作界面第四章DCS系統(tǒng)汽機及除氧給水系統(tǒng)保護、聯(lián)鎖匯總第五篇安全篇第一章汽輪機的事故處理第一節(jié)事故處理的基本要求第二節(jié)典型故障處理第二章事故預想第三章汽機專業(yè)電源一6KV二400V三MCC四直流負荷五廠房、控制室照明開關(guān)柜六UPS不間斷電源第一篇 基礎(chǔ)知識類第一章熱工基礎(chǔ)第一節(jié)。熱力學常用的基本概念一 分子及其運動物質(zhì)在通常情況下有三態(tài)固態(tài)、液態(tài)和汽態(tài)，一切物質(zhì)都是由極小的微粒組成的，這些微粒叫做分子。分子的特征：（

4、1）分子的質(zhì)量很小，在很小的體積內(nèi)，分子的數(shù)目卻是很大的。如：直徑0.1mm 的一滴水含有106個分子；標準狀態(tài)下（0，1個大氣壓）1cm3的氧氣含有2.71019個氧分子。（2）分子是運動的。（3）分子與分子之間存在一定的距離。（4）分子與分子之間有相互作用的分子力。分子力是分子間引力與斥力的結(jié)合。（5）分子的運動與物質(zhì)的溫度有關(guān)。二工質(zhì)汽輪機利用具有一定壓力和溫度的蒸汽作功，把熱能轉(zhuǎn)變成機械能，這里，蒸汽起了媒介作用。這種實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)，我們就稱其為工質(zhì)。電能生產(chǎn)是連續(xù)的，為了使熱機不斷的做功，就要求工質(zhì)連續(xù)不斷的流過。因此工質(zhì)應具有良好的流動性和膨脹性，水蒸氣正好具有價廉、易得、

5、熱力性能穩(wěn)定、無毒、不腐蝕等這樣的特性，所以發(fā)電廠中主要以水和水蒸汽作為工質(zhì)。三工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的狀態(tài)是由于工質(zhì)的壓力、溫度、比熱容等物理量來確定的，這些表明工質(zhì)狀態(tài)特征的物理量，稱為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。工質(zhì)如有一組（最少2個）確定的狀態(tài)參數(shù)，就表明工質(zhì)處于一個確定的狀態(tài)，若工質(zhì)確定狀態(tài)對應的狀態(tài)參數(shù)中有一個或幾個發(fā)生了變化，則工質(zhì)的狀態(tài)就會發(fā)生變化。工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)有壓力、溫度、比容、內(nèi)能、焓、熵六個常用量，其中溫度、壓力、比容這三個狀態(tài)參數(shù)可以通過儀表直接測得，因而稱為基本狀態(tài)參數(shù)，而內(nèi)能、焓、熵則稱為導出參數(shù)。（一）溫度溫度是表明物體冷熱程度的度量。溫度的數(shù)值表示方法叫做溫標，常用的溫標有兩

6、類，即攝氏溫標和絕對溫標（也稱熱力學溫標）。1攝氏溫標攝氏溫標又稱為國際百度溫標，它規(guī)定標準大氣壓下（1.01325105Pa）下水的冰點為0，沸點為100，其間劃分一百等分，每一等分稱為1攝氏度。攝氏溫度用字母t表示，單位為。2絕對溫標又稱開氏溫標，它以攝氏零下273.15作為零度，用字母T表示，單位為K。即273.15K=0。兩者的換算關(guān)系是：T=t273.15 （二）壓力1壓力的定義物體單位面積上所受到的垂直作用力稱為壓力，用P表示。相當于物理學中的壓強即P=F/S式中P壓力（Pa）S面積（m2）F作用在面積S上的垂直作用力（N）2壓力的單位我們介紹兩個非法定計量單位：標準大氣壓和工程大

7、氣壓。（1）物理學上，把緯度45海平面上常年平均氣壓定為標準大氣壓（物理學上又稱為1物理大氣壓）。1標準大氣壓=1.01325105Pa=760mmHg(2)而在工程計算中，更多的是用工程大氣壓作為壓力單位。1工程大氣壓=1Kgfcm2=9.81Ncm2=9.81104Pa=736mmHg 735.63絕對壓力、表壓力和真空值容器內(nèi)氣體的真實壓力稱為絕對壓力。此壓力若高于大氣壓力，則氣體處于正壓狀態(tài)pe，須用壓力計來測量氣體的絕對壓力；反之若容器內(nèi)絕對壓力低于大氣壓力則稱氣體處于負壓狀態(tài)pv，測量時應用真空計。（1）表壓力：用壓力表測得的壓力，稱為表壓力。表壓力是氣體的絕對壓力與大氣壓力的差值

8、，也就是說表壓力是以大氣壓力為起點測量的，而絕對壓力是以完全真空為起點測量的。其間關(guān)系式為：P絕=P表B（2）真空值：真空計測得的數(shù)值稱為真空，它表示大氣壓力超出絕對壓力的部分，真空值愈大，則絕對壓力愈低。其間關(guān)系式為：P絕=BH（三）比容單位質(zhì)量的物體所占有的容積稱為比容，用字母表示，單位為m3Kg。其數(shù)學表示式為：=Vm式中物體的比容（m3Kg） V物體所占有的容積（m3） m物體的質(zhì)量（Kg）而單位容積內(nèi)物體的質(zhì)量稱為密度，用表示，單位為Kgm3，它與比容的關(guān)系為=1比容愈大，說明物體愈輕；比容愈大，表示物體愈重。（四）能任何物體具有做功的能力，我們就說這個物體具有能。1動能：物體因為運

9、動而具有的做功的能力稱之為動能。E=1/2 m2式中E物體的動能（J） m物體的質(zhì)量（Kg） 物體的速度（ms）2熱能：物體內(nèi)部分子由于熱運動而具有的能量稱為內(nèi)動能，又叫熱能，它與溫度有關(guān)。3位能：物體由于處于一定的高度（離開地球一定距離），所具有的能稱為重力位能活勢能與比容有關(guān)Eg=WH式中Eg重力位能（J）W物體重量（N）H物體離開地面的垂直高度（m）4內(nèi)能：物體的內(nèi)能是指儲存于物體內(nèi)部的能量。內(nèi)能有時又稱內(nèi)熱能，它包括內(nèi)動能和內(nèi)位能兩部分。外加給氣體的能量可以轉(zhuǎn)換為它的內(nèi)能儲存起來，如蒸汽被加熱時溫度升高；而有時氣體的內(nèi)能又可以釋放出來對外做功，如高溫高壓蒸汽在汽輪機內(nèi)作功時溫度降低。（

10、五）焓在某一狀態(tài)下，單位質(zhì)量的工質(zhì)比容為，壓力為p，則乘積p稱為流動勢能，這一能量是工質(zhì)固有的，它與工質(zhì)的內(nèi)能之和稱之為工質(zhì)的焓。用i表示，單位為KJKg。表達式：i=up由此可見，焓也是一個狀態(tài)參數(shù)。從熱力學觀點看，蒸汽的熱焓就是蒸汽的能量，對于一定狀態(tài)下（壓力、溫度）單位重量的蒸汽，焓是一定的。氣體在t的焓就等于氣體從0定壓加熱到t時吸收的熱量，所以只需知道兩狀態(tài)的焓降，就可以計算熱量。（六）熵熵是一個物理量，也是熱力計算中常用的一個狀態(tài)參數(shù)。它的定義是加熱1Kg工質(zhì)的熱量q和加熱時絕對溫度T的比值，叫做工質(zhì)在這個加熱過程中熵的增加量。用s表示，單位為KJ（KgK）。表達式 S=S2S1=

11、qT1若給工質(zhì)加入熱量，工質(zhì)的熵增加，表明工質(zhì)是吸熱，即S取正。2若工質(zhì)對外放熱，工質(zhì)的熵減小，表明工質(zhì)是放熱，即S取負。3若工質(zhì)即不增加熱量，也不放出熱量，表明工質(zhì)的熵不變，即S=0。于是熵增的正負就可以判定此熱力過程是加熱過程還是放熱過程，這就是熵這個概念的物理意義。四功、功率（一）機械功就是力與位移的乘積。物體在外力的作用下，沿著這個外力的方向發(fā)生了位移，我們就說這個力對物體做了功。用W表示，單位為J（Nm）。表達式 W=FS式中 W功（J） F物體上的作用力（N） S物體在力的方向上的位移（m）做功是一個過程，完成這個過程必須具備兩個條件：一是必須存在作用力，這個作用力必須是外界加在物

12、體上的，且在整個做功過程中不能消失；二是物體必須在力的作用方向上有一個位移。（二）熱功熱功也是機械功，這里只是為了便于說明問題，才將氣體膨脹對外所做的機械功稱為熱功。氣體膨脹，則氣體對外作正功，W0；氣體被壓縮，說明外界作功，也就是說氣體作負功。（三）功率單位時間內(nèi)所做的功叫做功率。功率愈大，說明物體做功的能力就愈大。因此常用功率來比較不同機器的做功能力。功率的符號為N，其單位是W（瓦）。其表達式 N=Wt 式中N功率（W）W物體所作的功（J）t做功的時間（S） 應該指出：功有正、負之分，但功率是沒有正、負之分的。五熱量、比熱容和熱容量（一）熱量在實際生產(chǎn)、生活當中常遇到加熱（吸熱）和冷卻（放

13、熱）的問題，例如電廠鍋爐中，燃料燃燒加熱給水，冷凝器中循環(huán)水冷凝乏汽等。在加熱和冷卻過程中，物體吸收或放出的熱能稱為熱量。用Q表示，其單位是KJ。熱量的傳遞多少和熱力過程有關(guān)，叫做過程量，只有在能量傳遞的熱力過程中才有功和熱量的存在，沒有能量傳遞的熱力狀態(tài)是根本不存在什么熱量的。需要說明的是，溫度和熱量是兩個互有聯(lián)系但又不同的概念：溫度是物體的冷熱程度的標志；而熱量是指物體在某個熱力過程后的熱能的增減幅度。一般情況下，物體吸收熱量，則溫度升高；放出熱量則溫度降低。（二）比熱單位質(zhì)量的氣體每變化（升高或降低）1時所吸收或放出的熱量稱為比熱。用字母C表示，單位是KJKg。氣體的比熱除與氣體本身的物

14、理性質(zhì)有關(guān)外，還與壓力和溫度有關(guān)，實踐證明：氣體的比熱隨溫度的升高而升高。氣體溫度升高的過程，實際是一個加熱過程，采用不同的加熱方式，可得到不同概念的比熱。常見的加熱方式有：定容加熱過程和定壓加熱過程。前者指在容積不變化的前提下加熱氣體，得到的比熱為定容比熱；后者是在壓力保持不變的條件下加熱氣體，得到的比熱為定壓比熱。為維持氣體壓力不變，定壓加熱時氣體必然膨脹，膨脹所需的熱量必來自熱源。由于定容加熱無需這部分熱量，所以定壓比熱必大于定容比熱。對同一物體，溫度不同，比熱也不同，但在實際熱力計算中，忽略了溫度對比熱的影響，把比熱看作是一個常數(shù)，稱定比熱，這樣就可以方便地計算出在熱力過程中吸收和放出

15、的熱量。表達式 Q=mCpt式中 Q質(zhì)量為m（Kg）氣體吸收或放出的熱量（KJ） m氣體的質(zhì)量（Kg） Cp氣體的定壓質(zhì)量比熱（KJKg） t加熱前后氣體的溫度差（）（三）熱容量在熱力學中，m千克物體溫升1所吸收的熱量稱該物體的熱容量，其單位為KJ。熱容量實質(zhì)上是指物體貯藏熱能的能力。等質(zhì)量的物體，比熱愈大，熱容量愈大；若比熱相同，則物體質(zhì)量愈大，熱容量愈大。例如汽輪機的汽缸由于其質(zhì)量大于螺栓，比熱又近似相等，所以汽缸貯熱能多，熱容量大。第二章 熱力循環(huán)及其經(jīng)濟性第一節(jié)火力發(fā)電廠概述一火力發(fā)電廠利用煤、石油及天然氣等燃料生產(chǎn)電能的工廠叫做火力發(fā)電廠?；鹆Πl(fā)電廠的分類：1火力發(fā)電廠按其所采用的蒸

16、汽的參數(shù)可分為：（1）低溫低壓 1.181.47MPa（2）中溫中壓 1.963.92 MPa（3）高溫高壓 5.589.81 MPa（4）超高壓 11.7713.75 MPa（5）亞臨界壓力 15.6917.65 MPa（6）超臨界壓力 22.16 MPa2火力發(fā)電廠按其生產(chǎn)產(chǎn)品的性質(zhì)可分為：（1）凝汽式發(fā)電廠（2）供熱式發(fā)電廠（3）綜合利用發(fā)電廠二火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程利用水在鍋爐中吸收燃料燃燒時放出的熱量，變成具有一定壓力和溫度的蒸汽，被送入汽輪機。蒸汽在流經(jīng)汽輪機時，通過噴管降低壓力和溫度，提高流動速度，這種高速的氣流沖動汽輪機轉(zhuǎn)子上的葉片使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)。汽輪機旋轉(zhuǎn)時就帶動同一軸上的發(fā)電

17、機旋轉(zhuǎn)而發(fā)出電來。工作過的蒸汽送入冷凝器中（或供給其它熱用戶），被凝結(jié)成水后送回鍋爐繼續(xù)工作?；鹆Πl(fā)電廠的生產(chǎn)過程概括起來就是：通過高溫燃燒把燃料的化學能轉(zhuǎn)變成熱能，從而將水加熱成具有一定壓力溫度的蒸汽；然后用蒸汽推動汽輪機把熱能轉(zhuǎn)變成機械能，發(fā)電機就把汽輪機輸入的機械能轉(zhuǎn)變成發(fā)電機輸出的電能。即能量轉(zhuǎn)換過程為：燃料的化學能熱能機械能電能。三火力發(fā)電廠的主要生產(chǎn)系統(tǒng)1汽水系統(tǒng)：火力發(fā)電廠的汽水系統(tǒng)主要由鍋爐、汽輪機、凝汽器、給水泵等組成。水在鍋爐中被加熱成蒸汽，再經(jīng)過過熱汽使蒸汽進一步加熱后變成過熱蒸汽，過熱蒸汽經(jīng)過主蒸汽管路進入汽輪機，做完功的蒸汽排入凝汽器被冷卻水冷卻成凝結(jié)水，凝結(jié)水在低壓

18、加熱器加熱后，經(jīng)過除氧器加熱除氧后由給水泵打至高壓加熱器，經(jīng)高壓加熱器加熱后再進入鍋爐。2.燃燒系統(tǒng)燃煤由皮帶機輸送到煤粉間的煤斗內(nèi)，煤斗的煤經(jīng)給煤機進入磨煤機磨成煤粉；煤粉和經(jīng)過空氣預熱器的熱風一起噴入爐內(nèi)燃燒，燃氣經(jīng)除塵器除塵后由引風機抽出，最后經(jīng)煙囪排入大氣。鍋爐排出的爐渣經(jīng)碎渣機破碎后連同除塵器下部的細灰一起由灰渣泵打至貯灰器。3.電氣系統(tǒng)由發(fā)電機主變輸配線路用戶。它包括廠用高壓變壓器及負荷控制回路；低壓變壓器及負荷控制回路；一次主接線；二次測量、保護、控制回路等。4化學水處理系統(tǒng)（1）流程：生井泵精密過濾器（除去水中砂及懸浮顆粒）陽床（去除水中的鉀、鈣、鎂等金屬離子）中間水箱陰床（去

19、除水中的OH-離子）除鹽水箱除鹽水泵除氧器.（2）化學水處理監(jiān)督的是汽、水、油、煤。提高蒸汽品質(zhì)應從提高補給水品質(zhì)和凝結(jié)水品質(zhì)著手；5輸煤系統(tǒng)發(fā)電廠的輸煤系統(tǒng)包括從卸煤裝置起，直接把煤運到鍋爐房煤斗的整個生廠工藝流程。輸煤系統(tǒng)一般包括煤料運輸、卸煤機械、貯煤裝置、煤場設(shè)施、輸煤設(shè)備和篩分破碎裝置、集中控制和自動化以及其他輔助設(shè)備與附屬建筑。第二節(jié) 熱工測量和自動化系統(tǒng)汽輪發(fā)電機的熱力過程自動化有熱工檢測、自動調(diào)節(jié)、遠方操作、程序控制、熱工信號及自動保護等幾部分組成。一熱工檢測為了在電力生產(chǎn)過程中觀測和控制設(shè)備的運行情況，分析和統(tǒng)計生產(chǎn)情況；保證電廠安全經(jīng)濟運行；提高勞動生產(chǎn)率，減輕運行人員勞動

20、強度。就必須對運行設(shè)備的各種熱工參數(shù)：壓力 、溫度、轉(zhuǎn)速、流量、水位等進行測量、顯示和記錄，使值班人員能夠及時了解設(shè)備及系統(tǒng)的運行情況，以便正確的進行調(diào)整和操作，用來測量熱工參數(shù)的儀表叫熱工測量儀表。二自動調(diào)節(jié)在熱力生產(chǎn)過程中，熱工參數(shù)大多數(shù)需要進行調(diào)節(jié)與控制，通常采用人工或自動調(diào)節(jié)方式。所謂手動調(diào)節(jié)，是指揮操作人員（即運行人員）根據(jù)儀表指示觀察被調(diào)量是否發(fā)生變化，按照所規(guī)定的規(guī)律去操作閥門或擋板，使被調(diào)量穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。如果用自動化裝置代替上述人工操作，就叫做“自動調(diào)節(jié)”。1.常用術(shù)語：（1）調(diào)節(jié)對象：被調(diào)節(jié)的生產(chǎn)設(shè)備稱為調(diào)節(jié)對象。（2）調(diào)節(jié)系統(tǒng)：調(diào)節(jié)設(shè)備與調(diào)節(jié)對象構(gòu)成的具有調(diào)節(jié)功能的統(tǒng)

21、一體叫做調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（3）被調(diào)量：調(diào)節(jié)對象中需要加以控制和調(diào)節(jié)的物理量叫做被調(diào)量。（4）擾動：引起被調(diào)量變化的各種因素稱擾動，調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于內(nèi)部原因引起的擾動叫內(nèi)部擾動；外部因素引起的擾動叫外部擾動。（5）調(diào)節(jié)：通過外加控制作用使被調(diào)量保持定量，或按一定規(guī)律變化，稱為調(diào)節(jié)。依靠自動設(shè)備來實現(xiàn)這種作用，叫做自動調(diào)節(jié)。2調(diào)節(jié)過程的品質(zhì)指標（1）穩(wěn)定性：若調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到擾動后，經(jīng)過自動調(diào)節(jié)能達到新的穩(wěn)定的數(shù)值，則稱這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)是穩(wěn)定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（2）準確性：被調(diào)量的實際值與給定值之間的動、靜態(tài)偏差值不應超過生產(chǎn)所允許的范圍。（3）快速性：要求過渡過程時間越短越好。三熱工信號及保護裝置熱工信號與保護裝置的任

22、務就是對汽輪機的允許參數(shù)實施越限監(jiān)督，當運行參數(shù)達到整定值時，由設(shè)備異常信號報警裝置發(fā)出光子、音響等報警信號，當設(shè)備發(fā)生事故時，信號裝置發(fā)出事故信號，對應光子出現(xiàn)，警鈴、喇叭齊鳴，保護裝置動作，切除（或停止）事故設(shè)備及相關(guān)設(shè)備運行，以避免人身和設(shè)備的損壞。常用的熱工信號有：熱工預告信號、熱工事故信號、熱工聯(lián)絡(luò)信號三種。第三節(jié) 熱力循環(huán)以水蒸汽作為工質(zhì)的火力發(fā)電廠，在能量轉(zhuǎn)換過程中，要使熱功轉(zhuǎn)換連續(xù)進行，則工質(zhì)就必須完成一個熱力循環(huán)，并周而復始?；鹆Πl(fā)電廠中，燃料燃燒產(chǎn)生高溫熱源，將熱量傳給工質(zhì)，工質(zhì)流過汽輪機完成熱功轉(zhuǎn)換過程，然后在凝汽器內(nèi)放熱給冷源，恢復其初始狀態(tài)，再重新由熱源獲得熱能，從而

23、完成熱力循環(huán)。熱力學第一定律實質(zhì)上是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱力學上的一種特定應用形式。熱可以變?yōu)楣?，功可以變?yōu)闊?，一定量的熱消失時，必產(chǎn)生一定量的功；消耗一定量的功時，必出現(xiàn)與之對應的一定量的熱。熱力學第二定律說明了能量傳遞和轉(zhuǎn)化的方向、條件、程度。它有兩種敘述方法：（1）從能量傳遞角度來講：熱不可能自發(fā)地不付代價地從低溫物體傳質(zhì)高溫物體。（2）從能量轉(zhuǎn)化角度來講；不可能制造出從單一熱源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)化成為功而不留下任何其它變化的熱力發(fā)動機。一熱力過程工質(zhì)在一定條件下，由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)所經(jīng)過的路徑，叫做熱力過程。典型的熱力過程有：1等溫過程工質(zhì)在溫度維持不變的條件下（T常數(shù)），由一種

24、狀態(tài)改變到另一種狀態(tài)的熱力過程。2等容過程工質(zhì)在維持體積不變的條件下（V常數(shù)），由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的熱力過程。所有加入工質(zhì)的熱量全部用于增加工質(zhì)的內(nèi)能。3絕熱過程這是在即不輸入也不輸出熱量（q=0）的條件下，工質(zhì)由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的熱力過程，理想的絕熱過程是熵不變的過程。這里需要說明的是，實際上發(fā)生的過程都不可能是上述某一個純粹的過程，而是以某過程為主，其它過程影響較小，因而是可以忽略不計的過程。二熱力循環(huán)工質(zhì)從某一狀態(tài)點開始，經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化，又回到原來這一狀態(tài)點的變化過程的綜合。（一）卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)是由兩個可逆的等溫過程和兩個可逆的絕熱過程組成。但由于：（1）卡諾循環(huán)

25、只允許用在濕飽和蒸汽區(qū)，這就使冷、熱源的可利用溫差不大，上限溫度受臨界溫度（374.15）的限制，下限受大氣溫度限制，這樣熱效率=1T2T1不可能提高很多；（2）整個熱機都處于濕蒸汽狀態(tài)下工作，運行條件十分惡劣；（3）絕熱壓縮過程是蒸汽比容比水大12千倍，需要的壓氣機體積很大，消耗的功率也很大。故火電廠不采用卡諾循環(huán)。這里我們再導入一些相關(guān)概念：1飽和溫度：對水進行定壓加熱時，水自0開始升高至沸騰，通常把水沸騰的開始溫度稱飽和溫度，即沸點。2飽和水：沸點狀態(tài)下的水即為飽和水。3飽和壓力：飽和水狀態(tài)時對應的蒸汽壓力，稱為飽和壓力。4飽和蒸汽：蒸發(fā)的蒸汽稱為飽和蒸汽。5濕飽和蒸汽：在水沒有完全氣化

26、之前，這時飽和水與飽和蒸汽共存，把這種含有飽和水的蒸汽叫濕飽和蒸汽，簡稱濕蒸汽。6干飽和蒸汽：當水達到飽和溫度后，如繼續(xù)定壓加熱，則飽和水開始氣化，此時比容增大，而水溫并不升高，保持飽和溫度。繼續(xù)加熱，水不斷氣化直至完全變?yōu)檎羝?，最后一滴水變?yōu)檎羝臓顟B(tài)稱干飽和蒸汽。7干度：是指1Kg濕飽和蒸汽中干飽和蒸汽的重量，用x表示。如x=90表示：1Kg干蒸汽中有0.9Kg干蒸汽和0.1Kg的水。飽和水x=0；干飽和蒸汽x=1。8濕度：1Kg濕飽和蒸汽中飽和水的重量叫濕度。9液體熱：在水加熱到飽和水的階段所加入的熱量叫液體熱。10汽化潛熱：把1Kg已經(jīng)加熱到飽和溫度的水在定壓下完全氣化，所加入的熱量叫

27、汽化潛熱。用r表示。11過熱度：將干飽和蒸汽繼續(xù)定壓加熱，蒸汽溫度就要上升，而超過飽和溫度 ，其超過的溫度叫過熱度。12過熱蒸汽：具有過熱度的蒸汽叫過熱蒸汽。13過熱熱：過熱過程中吸收的熱量叫過熱熱。14熱效率：表明循環(huán)過程中熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ挠行С潭?，用表示?Wq1 W=q1q2W循環(huán)中轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃浚↘J/Kg）q11Kg蒸汽在鍋爐中定壓吸收的熱量。q21Kg蒸汽在凝汽器中定壓放出的熱量。15汽耗率：汽輪機產(chǎn)生單位功所消耗的蒸汽量，用d表示。d=D/Nd汽輪機的汽耗率（Kg/KWh）D汽輪機每小時所消耗的蒸汽量 （Kg/h）N汽輪機每小時所產(chǎn)生的電功（KW）16熱耗率單位功所消耗的熱量，

28、用qt表示。qt=3600t（二）朗肯循環(huán)火力發(fā)電廠中蒸汽動力裝置的基本熱力循環(huán)設(shè)備是由蒸汽鍋爐、汽輪機、凝汽器和給水泵組成的。工質(zhì)在熱力設(shè)備中不斷地進行吸熱、膨脹、放熱、壓縮等四個過程，使熱能不斷的轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，這就是火力發(fā)電廠的朗肯循環(huán)。它是最簡單的火力發(fā)電廠的理論循環(huán)，是組成蒸汽動力裝置的基本循環(huán)。其循環(huán)過程為：作為工質(zhì)的凝結(jié)水用凝結(jié)水泵和給水泵將其從凝汽器打入鍋爐省煤器內(nèi)，這個過程為工質(zhì)的絕熱壓縮過程；水在省煤器內(nèi)預熱，然后進入爐膛水冷壁內(nèi)，被加熱汽化成飽和蒸汽，再進入過熱器內(nèi)過熱變成過熱蒸汽，這個過程是定壓吸熱過程；從鍋爐出來的過熱蒸汽導入汽輪機中，在其中膨脹做功（汽輪機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)

29、動發(fā)出電能），這個過程是絕熱膨脹過程；在汽輪機內(nèi)作完功的乏汽，排入凝汽器內(nèi)，在循環(huán)水的冷卻下放出它的汽化潛熱，定壓凝結(jié)成飽和水，這個過程是定壓放熱過程凝汽器內(nèi)的凝結(jié)水重又通過凝結(jié)水泵和給水泵送入鍋爐加熱蒸發(fā)從而完成了循環(huán)。（三）中間再熱循環(huán)為了保證末幾級蒸汽的濕度在允許范圍內(nèi)，就必須提高初壓的同時提高初溫，但提高初溫又受到金屬材料強度的限制，為解決此問題采用中間再熱循環(huán)。就是將汽輪機高壓缸內(nèi)已經(jīng)作了部分功的蒸汽，再引入鍋爐中間再熱器中重新加熱，使蒸汽溫度提高至初溫，再熱后的蒸汽引向汽輪機低壓缸繼續(xù)做功。由于再熱，使得流經(jīng)低壓缸末幾級的蒸汽濕度大為減少。（四）回熱循環(huán)在純凝汽式汽輪機的熱力循環(huán)（

30、即朗肯循環(huán)）中，新蒸汽的熱量在汽輪機中轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠种徽?0左右，而其余的70左右的熱量隨乏汽進入凝汽器，在凝結(jié)過程中被循環(huán)水帶走了，可見乏汽在凝汽器內(nèi)的熱損失是很大的。用乏汽直接及熱鍋爐給水，由于溫度太低（不存在傳熱溫度差）是不可能的。為了使熱力循環(huán)的效率提高，利用在汽輪機內(nèi)做了一定量功后的蒸汽，即進入汽輪機的蒸汽一部分按朗肯循環(huán)繼續(xù)作功直至凝汽器；而另一部分則在汽輪機中間抽出，用來加熱由凝汽起來的凝結(jié)水或鍋爐給水，提高給水溫度。顯然，這部分抽氣的熱量重新回入鍋爐，沒有在凝汽器中被冷卻水帶走的熱量損失，故這部分蒸汽的循環(huán)效率可以等于100。其余部分的蒸汽進入凝汽器，其熱效率為朗肯循環(huán)的熱效率

31、。整個熱力循環(huán)便是上述兩循環(huán)組成，其總的熱效率必大于同樣參數(shù)下的純凝汽式循環(huán)的效率。這種具有利用抽汽加熱給水的熱力循環(huán)稱為給水回熱循環(huán)。采用回熱循環(huán)的效果：（1）顯著的提高了循環(huán)的效率，使鍋爐熱負荷減低，此時汽耗率雖然增加了（因每千克蒸汽所作的功較少），但熱耗率卻降低了,鍋爐中換熱量反而減少，故換熱面積需要的較少。（2）采用回熱后，若凝汽量相同，則汽輪機前面幾級（抽汽前）的蒸汽量增加，若汽輪機進汽量相同，則是最后幾級（抽氣后）的流量減少。因蒸汽在汽輪機中膨脹到終壓時比容常增加幾百甚至千余倍，要使第一級葉片不太短和最后級葉片不太長，往往發(fā)生困難，而汽輪機的最大功率總是受限于末級的通流能力?，F(xiàn)在回

32、熱循環(huán)的效果正好有利于解決這一困難。因此，對于同樣的末級葉片通流能力，由于前面幾級的蒸汽量可增大而使得單機功率可提高。（3）進入凝汽器的蒸汽流量減少了，凝汽器負荷減少，換熱面積可以減少，循環(huán)水泵容量也相應減小。（五）熱電循環(huán)即發(fā)電又供熱的熱力循環(huán)稱為熱電循環(huán)。相應的電廠稱為熱電廠，排汽壓力大于100KPa的汽輪機稱為背壓機。（1）背壓式汽輪機供熱循環(huán)排汽全部送至熱用戶，回收的凝結(jié)水仍然送回鍋爐。以熱定電，熱電負荷不能同時調(diào)整。（2）調(diào)整抽汽式汽輪機供熱循環(huán)調(diào)整抽汽式汽輪機供熱的特點：供熱和供電可以分別調(diào)節(jié)，能同時滿足用電和用熱二者的需要。汽輪機供給熱用戶的抽氣口至低壓缸處有調(diào)節(jié)閥，當需增大熱負

33、荷，而電負荷不變時，可增加進入汽輪機高壓缸的蒸汽量，使送入熱用戶的蒸汽量增加，高壓缸輸出功率亦相應增加；同時關(guān)小調(diào)節(jié)汽閥，使得低壓缸輸出功率的減少正好等于高壓缸輸出功率的增加。反之，需在電負荷不變的條件下減少熱負荷，可減少進入高壓缸的蒸汽量，用低壓缸多輸出的功率來補償高壓缸少輸出的功率。第四節(jié)熱力系統(tǒng)一原則性熱力系統(tǒng)在熱力設(shè)備中工質(zhì)按熱力循環(huán)順序流動的系統(tǒng)稱為原則性熱力系統(tǒng)。其實質(zhì)是用以表明工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換及其熱量利用過程，反映出電廠能量轉(zhuǎn)換過程中的技術(shù)完善程度和熱經(jīng)濟性的高低，并通過計算可以確定各設(shè)備的汽水流量及電廠的熱經(jīng)濟指標等。正確的擬定、分析和論證原則性熱力系統(tǒng)是發(fā)電廠設(shè)計和技術(shù)改進中一

34、項重要內(nèi)容。原則性熱力系統(tǒng)只表示出工質(zhì)流動過程發(fā)生壓力和溫度變化時所必需的各種熱力設(shè)備，同類型、同參數(shù)的設(shè)備只表示一個，備用設(shè)備及管道不予繪出，附件一般均不表示。原則性熱力系統(tǒng)主要有下列局部熱力系統(tǒng)組成：鍋爐汽輪機及凝汽設(shè)備的連接系統(tǒng)、給水回熱系統(tǒng)、除氧器系統(tǒng)、補充水系統(tǒng)等。二全面性熱力系統(tǒng)的是電廠的所用熱力設(shè)備及其汽水管道和附件連接的總系統(tǒng)。它是發(fā)電廠進行設(shè)計、施工及運行工作指導性系統(tǒng)之一。全面性熱力系統(tǒng)明確地反映了電廠在各種工況及事故時的運行方式。全面性熱力系統(tǒng)既要按設(shè)備的室有數(shù)量表示全部主要熱力設(shè)備和輔助設(shè)備，如鍋爐、汽輪發(fā)電機組、各種熱交換器及水泵等，也要按實際情況表示出電廠的主蒸汽系

35、統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)及給水系統(tǒng)等，還要表示出管道系統(tǒng)中的一切操作部件級保護部件，如截止閥、安全閥、測量孔板等，從而了解全廠熱力設(shè)備的配置情況及各種工況的運行方式。三主蒸汽系統(tǒng)：鍋爐與汽輪機之間連接的蒸汽管道，以及用于蒸汽通往各輔助設(shè)備的支管，都屬于主蒸汽系統(tǒng)。1主蒸汽管道單元制系統(tǒng)由一臺或兩臺鍋爐直接配用的汽輪機供氣，組成一個單元，各單元之間無橫向聯(lián)系的母管，單元中各輔助設(shè)備的用汽支管與本單元的蒸汽總管相連。它具有以下特點：系統(tǒng)簡單、機爐集中控制 、管道短、附件少、投資少、管道壓力損失小、檢修工作量小、系統(tǒng)本身發(fā)生事故的可能性小等優(yōu)點；缺點是相鄰單元之間不能切換運行，單元中任何一個主要設(shè)備發(fā)生故障，

36、整個單元都要被迫停止運行，運行靈活性差。2主蒸汽集中母管制系統(tǒng)發(fā)電廠所有鍋爐的蒸汽送往蒸汽母管，再由母管引到汽輪機和其他用汽處。一般只有在鍋爐汽輪機容量相差很大時才采用這種系統(tǒng)。3主蒸汽切換母管制每臺鍋爐與其對應的汽輪機組成一個單元，各單元之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)母管，每一單元與母管相連處加裝一段聯(lián)絡(luò)管和三個切換閥門，這樣機爐可單元運行，也可切換運行，故稱為切換母管制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是：可靠性大，有一定的靈活性，可以進行各爐之間的最有利的負荷分配。缺點是管道長、閥門多。適用于工質(zhì)參數(shù)不太高，機爐容量不完全配合的一些中高參數(shù)的電廠。四給水管道系統(tǒng)從除氧器給水箱經(jīng)給水泵、高壓加熱器到鍋爐給水操作平臺的全部

37、管道系統(tǒng)稱為鍋爐給水管道系統(tǒng)。給水管道按其壓力不同可分為低壓和高壓給水管道系統(tǒng)。由除氧器給水箱下降管到給水泵入口之間的管道、閥門等稱為低壓給水管道。由給水泵出口經(jīng)高壓加熱器至鍋爐給水操作臺的管道、閥門等稱為高壓給水管道系統(tǒng)。第三章汽輪機的熱應力、熱膨脹和熱變形汽輪機在啟動、停機或增減負荷過程中，各部件的金屬溫度都將發(fā)生變化。由于汽輪機部件結(jié)構(gòu)和所處的條件不同，蒸汽對各部件的傳熱性也不一樣，因此汽輪機各部件沿厚度方向或不同部件之間將產(chǎn)生溫差、熱變形和熱應力。當熱變形和熱應力超出允許范圍時，將使這些部件產(chǎn)生永久變形或造成更嚴重的損壞。一熱量傳遞方式1熱傳導：直接接觸物體各部分的熱量傳遞現(xiàn)象叫熱傳導

38、。2熱對流；在流體內(nèi)，冷熱流體之間的熱量主要是因為流體的運動，使一部分流體的熱量隨著流體的運動而傳遞到另一部分流體去，這種熱量傳遞現(xiàn)象叫做熱對流。3熱輻射：它不同于導熱和對流，不需要物體間的直接接觸，不管物體相隔多遠，都能發(fā)生熱量傳遞。這種依靠電磁波束來傳遞熱量的現(xiàn)象叫做熱輻射。二汽輪機啟停和變工況時傳熱現(xiàn)象蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹作功，是將熱能轉(zhuǎn)變成機械能，同時又將熱能（一部分）以對流的方式傳給汽輪機汽缸、轉(zhuǎn)子等金屬部件的表面。熱量在汽缸內(nèi)的導熱方式從內(nèi)壁傳到外壁，最后經(jīng)保溫層散到大氣。熱量在轉(zhuǎn)子內(nèi)以導熱方式從轉(zhuǎn)子表面?zhèn)鞯街行目?，通過中心孔散給周圍空間。由于熱量在金屬內(nèi)導熱需要一定的時間，因而在汽

39、缸內(nèi)、外壁間以及轉(zhuǎn)子表面和中心孔間形成溫差。汽輪機在蒸汽參數(shù)不隨時間變化的穩(wěn)定工況下運行時汽缸、轉(zhuǎn)子等金屬部件內(nèi)的溫度分布是不隨時間變化的。對于汽缸來說，蒸汽以對流方式傳遞給汽缸內(nèi)壁的熱量，就等于從內(nèi)壁傳導到外壁的熱量，也即等于最終從保溫層擴散到大氣中的熱量。這種熱量傳遞方式是穩(wěn)定的，因而稱為穩(wěn)態(tài)傳熱過程。同樣，對于汽輪機轉(zhuǎn)子，在汽輪機蒸汽工況穩(wěn)定的條件下，其溫度分布也是不隨時間而變的。在汽輪機啟停和工況變化時，由于掠過汽缸、轉(zhuǎn)子等金屬部件的蒸汽溫度變化，汽缸和轉(zhuǎn)子表面的溫度首先發(fā)生變化，隨后整個金屬部件的溫度分布將發(fā)生變化。在汽輪機啟動和加負荷過程中，由于蒸汽比金屬部件溫度高，蒸汽將熱量傳給

40、金屬部件，使其溫度升高，而在停機和減負荷過程中，蒸汽溫度低于金屬部件溫度，使其冷卻、溫度下降。一般情況下，汽輪機內(nèi)的傳熱過程主要有兩種：一種是蒸汽與金屬表面之間的傳遞熱量，稱之為換熱；另一種是熱量在金屬部件內(nèi)的傳遞，稱為導熱，整個傳熱過程稱之為熱傳導。換熱過程的劇烈程度取決于換熱系數(shù)的大小，而導熱過程的快慢主要取決于金屬材料的熱導率。換熱系數(shù)越大，熱導率越小，在金屬部件內(nèi)形成的溫差就越大。蒸汽與金屬部件之間的換熱方式主要為對流換熱，其中還涉及到有物態(tài)變化時的對流換熱，特別是凝結(jié)換熱。（一）凝結(jié)換熱一般來說，當蒸氣與溫度低于蒸汽壓力對應的飽和溫度的金屬表面接觸時，在金屬表面容易發(fā)生的凝結(jié)換熱的想

41、象，蒸汽放出汽化潛熱，凝結(jié)成液體。汽輪機冷態(tài)啟動時，汽缸、轉(zhuǎn)子等金屬部件的溫度很低，蒸汽容易在金屬表面形成水膜，這層水膜把蒸汽與金屬表面分開，蒸汽凝結(jié)時放出的熱量主要通過水膜才能傳給金屬表面，這種凝結(jié)方式稱為膜狀凝結(jié)。如果蒸汽凝結(jié)時，在金屬表面形不成水膜，則這種凝結(jié)方式為珠狀凝結(jié)（汽輪機轉(zhuǎn)子以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，形不成水膜）。珠狀凝結(jié)的放熱系數(shù)比膜狀凝結(jié)的放熱系數(shù)約大1520倍。（二）對流換熱當汽輪機部件金屬表面溫度達到對應蒸汽壓力下的飽和溫度時，蒸汽對金屬表面的放熱總是以對流方式進行的。蒸汽的對流放熱系數(shù)比凝結(jié)放熱系數(shù)下的多。在汽輪機啟動或變工況過程中，蒸汽對汽缸和轉(zhuǎn)子等部件的對

42、流換熱系數(shù)不是一個常數(shù)，它隨蒸汽的流動狀態(tài)以及蒸汽的溫度、壓力、流速的變化而變化。一般來說，隨著汽輪機負荷的增加，蒸汽壓力的提高，換熱系數(shù)是不斷增加的。在汽輪機軸封處，由于蒸汽的流速高，蒸汽的放熱系數(shù)也大，啟動時這些部分就會發(fā)生強烈的熱交換，使部件產(chǎn)生較大的溫差。三金屬部件的溫度分布對于現(xiàn)代大型汽輪機，容易產(chǎn)生較大溫差和熱應力的部件是汽輪機汽缸和轉(zhuǎn)子。因為這些部件較厚，同時還要承受較大的溫度變化，因而汽缸和轉(zhuǎn)子內(nèi)部容易形成較大的溫差，這些部位常稱為臨界點和危險點。在汽輪機啟停和變工況時，只要監(jiān)視這些部位（高壓缸調(diào)節(jié)級和中壓缸第一級的溫度）的溫差不超過最大允許值，其它部位的溫差就不會超限。對于機

43、組因無溫度監(jiān)視設(shè)計的，在啟停和變工況時，應監(jiān)視軸向位移指示儀和汽缸膨脹指示儀的變化，使其符合膨脹要求。一般說，汽缸轉(zhuǎn)子內(nèi)外壁溫差大小取決于以下幾個因素：1汽缸或轉(zhuǎn)子的幾何尺寸2.材料的熱導率3蒸汽溫度變化速率和溫度變化范圍以及蒸汽與金屬表面的換熱系數(shù)4對于確定形式的汽輪機，由于幾何尺寸及材質(zhì)已確定，金屬部件溫差的大小僅取決于運行條件。若蒸汽溫度變化劇烈、范圍越大，則產(chǎn)生的溫差也越大。假定在初始點金屬部件溫度分布均勻一致。且與蒸汽初始溫度相同，在整個溫升階段速率均勻，在起始階段，蒸汽與轉(zhuǎn)子表面直接接觸，使其溫度隨蒸汽溫度迅速上升。由于熱量在轉(zhuǎn)子內(nèi)部傳導需要一定時間，轉(zhuǎn)子中心孔的溫度總要滯后一段時

44、間后才開始上升，因而轉(zhuǎn)子表面和中心空間就形成了溫差。該溫差隨整個溫升過程持續(xù)增大，在經(jīng)過一定的時刻后，該溫差達到最大，此后雖然金屬溫度隨蒸汽溫度的升高而升高，但內(nèi)外壁面溫差保持最大且不變化，通常稱該溫差達到最大值的時刻為準穩(wěn)態(tài)點。對于一般的汽輪機轉(zhuǎn)子，當蒸汽溫升率不變時，進入準穩(wěn)態(tài)點的時間大約為80100min。但對于汽輪機的實際啟動工況，由于蒸汽溫度變化率不會是常數(shù)。因此往往不會達到準穩(wěn)態(tài)工況。當汽輪機啟動結(jié)束后，轉(zhuǎn)子內(nèi)外壁溫差逐漸減小，經(jīng)過一段時間后，如不考慮轉(zhuǎn)子本身散熱的影響，內(nèi)外壁溫度相等，且接近蒸汽溫度，此時汽輪機進入穩(wěn)定運行工況。汽輪機的合理啟動就是合理的加熱方式，在啟動過程中，使

45、機組各部件的熱應力、熱變形、汽缸和轉(zhuǎn)子的脹差以及轉(zhuǎn)動部分的振動均維持在允許范圍內(nèi)，盡快的把機組的金屬溫度加熱到額定負荷下的工作溫度。保持機組在某一轉(zhuǎn)速或負荷下穩(wěn)定運行一段時間稱為暖機，暖機的主要目的是：1減少汽輪機轉(zhuǎn)子和汽缸內(nèi)外壁溫差2使轉(zhuǎn)子、汽缸加熱均勻充分，減小汽輪機脹差3使汽輪機轉(zhuǎn)子加熱均勻并保證整體溫度水平在轉(zhuǎn)子材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度以上，從而防止轉(zhuǎn)子脆性斷裂。四熱應力由于溫度的變化而引起物體的變形稱之為熱變形。如果物體的熱變形受到約束，則在物體內(nèi)部就會產(chǎn)生應力，這種應力稱之為熱應力。當溫度變化時，如果物體內(nèi)各點的溫度變化是均勻的，并且其變形不受約束，既可以自由膨脹或收縮，則物體只存在熱變

46、形，而不產(chǎn)生熱應力。如果物體膨脹受到約束，則物體內(nèi)將產(chǎn)生壓應力；如物體冷卻收縮受到約束，則物體內(nèi)將產(chǎn)生拉應力。當物體加熱或冷卻不均勻，溫度分布不均勻時，物體即使不受到外部約束，其內(nèi)部也會產(chǎn)生熱應力，高溫區(qū)產(chǎn)生壓應力，低溫區(qū)產(chǎn)生拉應力。汽輪機轉(zhuǎn)子和汽缸的熱應力主要是由于溫度分布不均勻引起的。在汽輪機啟動及變工況時，由于掠過轉(zhuǎn)子和汽缸表面的蒸汽溫度是不斷變化的，這就引起轉(zhuǎn)子和汽缸內(nèi)部溫度分布不均勻且隨工況變化。正是由于這種不均勻的溫度分布，使得轉(zhuǎn)子和汽缸內(nèi)部產(chǎn)生了熱應力。熱應力的大小只與金屬部件內(nèi)的溫度分布有關(guān)，溫度分布越不均勻，產(chǎn)生的熱應力就越大。而金屬部件的溫度分布取決于材質(zhì)、換熱劇烈程度、蒸

47、汽溫升率。蒸汽溫升率越大，金屬部件內(nèi)的溫度分布越不均勻，造成的溫差越大，產(chǎn)生的熱應力也越大，當熱應力超過一定值后，會使金屬部件產(chǎn)生塑性變形，從而引起較大的疲勞損傷。對汽輪機轉(zhuǎn)子來說，在機組啟?；蜃児r條件下，往往在調(diào)節(jié)級前后產(chǎn)生最大的熱應力，對于沖動式汽輪機，調(diào)節(jié)級前后的離心應力也很大，因此在變工況條件下，熱應力與離心應力的合成可使總應力大大升高。目前采用的無中心孔汽輪機轉(zhuǎn)子的最大優(yōu)點是降低了轉(zhuǎn)子的工作應力，另外縮短了制造周期，降低了生產(chǎn)成本。但無中心孔轉(zhuǎn)子的應用前景取決于以下兩個因素：一是金屬冶煉、加工及熱處理水平的提高；二是超聲波探傷技術(shù)，解決對服役中轉(zhuǎn)子進行全體積探傷的難題。1汽輪機冷態(tài)

48、啟動時的熱應力冷態(tài)啟動對汽缸和轉(zhuǎn)子等金屬部件來說是個加熱過程，隨著沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)帶負荷，金屬部件溫度不斷升高。對汽缸來說，隨著蒸汽溫度的升高，汽缸內(nèi)壁溫度升高，內(nèi)壁溫度大于外壁溫度，內(nèi)壁由于受外壁的制約產(chǎn)生壓應力而外壁受內(nèi)壁膨脹影響產(chǎn)生拉應力。對轉(zhuǎn)子來說，外表面首先被加熱，使得外表面與中心孔而形成溫差，外表面產(chǎn)生壓應力，中心孔表面產(chǎn)生拉應力。2停機時的熱應力停機實際上是汽輪機零部件冷卻過程，隨著蒸汽溫度的下降和熱量的減少，汽缸內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子外表面首先被冷卻，而汽缸外壁和轉(zhuǎn)子中心孔冷卻滯后，致使汽缸內(nèi)壁溫度小于外壁溫度，轉(zhuǎn)子表面溫度小于中心孔溫度。與啟動相反，汽缸內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生拉應力；汽缸外壁和轉(zhuǎn)子中

49、心孔產(chǎn)生壓應力。在停機過程中可以在汽輪機尚有一定負荷時打閘停機，隨后汽輪機金屬部件經(jīng)歷自然冷卻，故停機過程金屬部件溫度下降的速度及幅度比啟動時小得多，其產(chǎn)生的熱應力也小得多。3汽輪機熱態(tài)啟動時的熱應力汽輪機熱態(tài)啟動時，進入調(diào)節(jié)級氣閥處蒸汽溫度可能低于該處金屬溫度，使其金屬部件先冷卻，轉(zhuǎn)子表面和汽缸內(nèi)壁產(chǎn)生拉應力，隨著轉(zhuǎn)速升高及并網(wǎng)帶負荷，該處蒸汽溫度迅速升高，并高出金屬溫度，轉(zhuǎn)子表面及汽缸內(nèi)壁產(chǎn)生壓應力，這樣整個啟動過程要經(jīng)歷一個拉壓應力循環(huán)，所以極易造成熱沖擊。4負荷變化時的熱應力汽輪機負荷在35100范圍變動時，調(diào)節(jié)級后溫度變化可達100，因此負荷變動，轉(zhuǎn)子和汽缸上將產(chǎn)生溫差和熱應力。負荷

50、下降，蒸汽溫度低于金屬溫度，轉(zhuǎn)子和汽缸內(nèi)壁產(chǎn)生拉應力；負荷上升，蒸汽溫度高于金屬溫度，轉(zhuǎn)子表面和汽缸內(nèi)壁產(chǎn)生壓應力。這樣經(jīng)歷一個拉壓應力循環(huán)，也易造成熱沖擊。五熱沖擊所謂熱沖擊，使之蒸汽與汽缸、轉(zhuǎn)子等金屬部件間在短時間內(nèi)進行大量的熱交換，金屬部件內(nèi)溫差迅速增大，熱應力增大，甚至超過材料的屈服極限，嚴重時，一次大的熱沖擊就能造成部件的損壞。汽輪機部件受到熱沖擊時產(chǎn)生的熱應力，取決于蒸汽和部件表面的溫差、蒸汽的放熱系數(shù)。造成熱沖擊的主要原因有：1啟動時蒸汽溫度與金屬溫度不匹配2及熱態(tài)啟動3甩負荷4.水沖擊六熱膨脹1汽輪機的絕對膨脹汽機從啟動到帶額定負荷運行，汽輪機軸向、垂直和水平等各個方向尺寸都有

51、顯著增大，汽輪機啟停和變工況，汽缸的膨脹、收縮是否自由，直接決定機組能否正常運行。汽輪機的橫銷只允許軸承座和汽缸作橫向膨脹，縱銷只許其縱向膨脹，其橫銷和縱銷延長線的交點，既不能縱向移動，也不能橫向移動，稱為汽缸的死點。另外，在汽缸和軸承座間有立銷，它只允許汽缸在鉛垂方向膨脹，使汽缸中心與軸承座中心在同一縱剖面上，以保證汽缸與轉(zhuǎn)子中心一致。汽輪機轉(zhuǎn)子則以推力盤為死點，沿軸向前后膨脹。2汽輪機的相對膨脹汽輪機的轉(zhuǎn)子和氣缸，其軸向長度較橫向尺寸大，故軸向熱膨脹是主要的。轉(zhuǎn)子與汽缸不僅金屬材料和線膨脹系數(shù)不同，而且汽輪機的轉(zhuǎn)子質(zhì)量比汽缸質(zhì)量小，轉(zhuǎn)子與蒸汽接觸的表面積是汽缸與蒸汽接觸表面積的數(shù)倍。因此在

52、啟動過程中，轉(zhuǎn)子的溫升比汽缸快，軸向膨脹值比汽缸大，從而兩者軸向膨脹值產(chǎn)生差異。轉(zhuǎn)子與汽缸沿軸向膨脹的差值，稱之為轉(zhuǎn)子與汽缸的相對膨脹差，簡稱脹差。習慣上規(guī)定：當轉(zhuǎn)子軸向膨脹值大于汽缸軸向膨脹值時，脹差為正，反之為負。通常，汽輪機在啟動加負荷過程中，轉(zhuǎn)子溫度升高比汽缸快，因而轉(zhuǎn)子膨脹值大于汽缸膨脹值，脹差為正；相反在停機減負荷（包括甩負荷、熱態(tài)啟動時）過程中，汽缸收縮比轉(zhuǎn)子慢，脹差為負。由此可以得到脹差的變化規(guī)律是“熱正冷負”。由于汽輪機各級葉片出其側(cè)軸向間隙大于進汽側(cè)故允許正脹差大于負脹差間隙，在穩(wěn)定工況下，相對脹差趨于一個定值，且值較小，啟停和變工況時，由于汽輪機動靜間隙發(fā)生了較大變化，古

53、脹差也可能較大，若脹差超過規(guī)定值，會發(fā)生動靜摩擦，引起機組振動增大，甚至發(fā)生掉葉片、大軸彎曲等事故。影響脹差的主要因素有：（1）滑銷系統(tǒng)暢通與否（2）蒸汽溫升（降）和流量的變化速度（3）軸封供汽溫度的影響（4）凝器真空的影響（5）汽缸保溫和疏水的影響（6）汽缸法蘭、螺栓加熱裝置的影響七熱變形汽輪機在啟動、停機和帶負荷過程中，由于加熱和冷卻速度不同所形成的溫差，除了使汽缸和轉(zhuǎn)子等產(chǎn)生熱膨脹外，還會使汽輪機產(chǎn)生熱變形現(xiàn)象。（一）熱變形的規(guī)律從熱膨脹原理知道，當金屬部件溫度均勻上升，沿長度方向的熱膨脹也是均勻的。如果金屬部件受熱不均勻，兩側(cè)溫度上升不一致，當上側(cè)溫度高于下側(cè)時，金屬部件上側(cè)的膨脹量大

54、于下側(cè)的膨脹量，從而使金屬部件向上彎曲，產(chǎn)生了熱變形。熱變形的規(guī)律是：溫度高的一側(cè)向外凸出，溫度低的一側(cè)向內(nèi)凹進，即“熱凸內(nèi)凹”。（二）汽輪機的幾種熱變形1上下缸溫差引起的熱變形在汽輪機啟動、停止過程中，上、下缸存在著溫差，且上缸溫度高于下缸溫度，而使上缸變形大于下缸，引起氣缸向上拱起，發(fā)生熱翹曲變形，俗稱貓拱背。這種變形使下缸底部徑向間隙減小甚至消失，造成動靜摩擦，同時還會使隔板和葉輪偏離正常時的垂直平面，使軸向發(fā)生摩擦。引起上、下缸溫差的主要因素：（1）上、下缸具有不同的重量和散熱面積。下缸布置有回熱抽汽管道，不僅重量大，而且散熱面積大，在同樣的加熱冷卻條件下，下缸加熱慢而散熱快，所以上缸

55、溫度高于下缸溫度。（2）汽缸內(nèi)蒸汽上升，凝結(jié)水流至俠缸，使下缸受熱條件惡劣。（3）當調(diào)節(jié)汽門開啟的順序不當造成部分進汽時，也會使上、下缸溫度不勻。（4）汽輪機啟動中，汽缸疏水不暢；停機時有冷蒸氣從抽汽管道返回汽缸，都會使汽缸溫度下降。（5）上、下缸保溫不良。2汽缸、法蘭內(nèi)外壁溫差引起的熱變形由于機械強度的需要，高壓汽輪機法蘭壁厚度比汽缸厚度大得多（約為4倍），因此啟動時法蘭內(nèi)外壁出現(xiàn)較大的溫差，當法蘭內(nèi)外壁溫差過大時，將引起法蘭水平方向和垂直方向的變形，變形量與汽缸、法蘭內(nèi)外壁溫差成正比。3轉(zhuǎn)子的熱彎曲轉(zhuǎn)子彎曲有兩種情況：一種是彈性彎曲，即轉(zhuǎn)子徑向存在溫差時，引起彎曲，溫差消失后轉(zhuǎn)子即恢復原狀；另一種是塑性彎曲，即轉(zhuǎn)子徑向出現(xiàn)較大溫差時，引起較大彎曲，溫差消失后，轉(zhuǎn)子不能恢復原狀。彈性彎曲往往是塑性彎曲的起因，因此運行中應均勻的加熱或冷卻，以減少彎曲，避免產(chǎn)生塑性彎曲。八蠕變金屬在高溫下，即使其所受的應力低于金屬在該溫度點下的屈服點，只要在這樣的應力下長期工作，也會發(fā)生緩慢、連續(xù)的塑性變形的現(xiàn)象叫蠕變。金屬在蠕變過程中，塑性變形不斷增大，最終導致在工作應力下