汽機(jī)課件熱應(yīng)力熱膨脹熱變形

1、汽輪機(jī)熱應(yīng)力，熱膨脹，熱變形汽輪機(jī)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(jī)的熱應(yīng)力、熱膨脹和熱變形；汽輪機(jī)壽命及如何進(jìn)行汽輪機(jī)的壽命管理。 汽輪機(jī)的受熱特點(diǎn)一、汽缸壁的受熱特點(diǎn)汽輪機(jī)啟停過(guò)程是運(yùn)行中最復(fù)雜的工況。在啟停過(guò)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(dǎo)致零部件產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，同時(shí)還引起熱膨脹和熱變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定水平時(shí)，會(huì)使高溫部件遭受損傷，最終導(dǎo)致部件損壞。1汽缸的受熱特點(diǎn)（1）啟動(dòng)時(shí)，蒸汽的熱量以對(duì)流方式傳給汽缸內(nèi)壁，再以導(dǎo)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(jī)過(guò)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(dǎo)熱性能；蒸汽對(duì)內(nèi)壁的加熱強(qiáng)弱。2轉(zhuǎn)子的受熱特點(diǎn)蒸汽的熱量以對(duì)流方式傳給轉(zhuǎn)子外表面，再以導(dǎo)熱方式傳到中心孔，通過(guò)中心孔散給周?chē)h(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(duì)轉(zhuǎn)子的加熱程度。 汽輪機(jī)的熱應(yīng)力一、熱應(yīng)力熱應(yīng)力概念：當(dāng)物體溫度變化時(shí)，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(shí)，物體內(nèi)部各點(diǎn)溫度均勻，變形不受約束，則物體產(chǎn)生熱變形而沒(méi)有熱應(yīng)力。當(dāng)變形受到約束時(shí)，則在

3、內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。物體各處溫度不均勻時(shí)，即使沒(méi)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(dòng)時(shí)，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(jī)過(guò)程中，內(nèi)壁表面熱拉應(yīng)力，外壁表面熱壓應(yīng)力。運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)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(jī)運(yùn)行中控制熱應(yīng)力的監(jiān)視指標(biāo)，在啟停及負(fù)荷變化過(guò)程中，嚴(yán)格控制內(nèi)外壁溫差t在允許的范圍內(nèi)；（2）汽輪機(jī)冷卻過(guò)快比加熱過(guò)快更加危險(xiǎn)；（3）控制汽輪機(jī)金屬的溫升速度是控制熱應(yīng)力的基本方法。運(yùn)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(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化的快慢，也即決定了汽輪機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)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(dòng)時(shí)，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(huì)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(jī)時(shí)，情況則相反；如果機(jī)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(jī)組40-50，高參數(shù)大容量機(jī)組20-35。四、轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力1啟動(dòng)時(shí)，蒸汽以對(duì)流換熱方式將熱量傳給轉(zhuǎn)子外表面，再以導(dǎo)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(dòng)時(shí)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(jī)時(shí)，剛好相反，而正常運(yùn)行時(shí)，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(jī)組啟停及負(fù)荷變化速度。主要原因：轉(zhuǎn)子的半徑大于汽缸的壁厚； 啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子的受熱條件優(yōu)于汽缸； 啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子的機(jī)械應(yīng)力水平高于汽缸。 3汽輪機(jī)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(jí)和中壓轉(zhuǎn)子的第一級(jí)附近

6、。一般用監(jiān)視和控制調(diào)節(jié)級(jí)汽缸內(nèi)壁溫度的方法來(lái)控制轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力。因?yàn)檎羝紫冉佑|調(diào)節(jié)級(jí)處部件，蒸汽與轉(zhuǎn)子溫差較大，在啟停及正常運(yùn)行中，應(yīng)注意調(diào)節(jié)級(jí)處蒸汽溫度及缸體金屬溫度和中壓第一級(jí)處的缸體金屬溫度。隨著機(jī)組容量增大和參數(shù)提高，溫差導(dǎo)致的損壞首先發(fā)生在汽缸上，即汽缸裂紋。隨著對(duì)汽缸的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，對(duì)機(jī)組啟停及加減負(fù)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(jìn)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(dòng)時(shí)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(jī)時(shí)，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(jī)每啟停一次，轉(zhuǎn)子表面就會(huì)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(chēng)為轉(zhuǎn)子的低頻疲勞損傷。啟停時(shí)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(jī)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(kuò)展，以致當(dāng)溫度低于某一值時(shí)，引起脆性斷裂。這一溫度稱(chēng)為脆性轉(zhuǎn)變溫度。大功率汽輪機(jī)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(jī)超速試驗(yàn)