第八節(jié)汽輪機危急遮斷系統(tǒng)

1、 第八章 汽輪機危急遮斷系統(tǒng)（ETS）第一節(jié) ETS危急遮斷的項目及整定值為了防止汽輪機在運行中因部分設(shè)備工作失常可能導(dǎo)致的汽輪機發(fā)生重大操作事故，在機組上裝有危急遮斷系統(tǒng)。危急遮斷系統(tǒng)監(jiān)視汽機的某些運行參數(shù)，當(dāng)這些參數(shù)超過其運行限制值時，該系統(tǒng)就送出遮斷信號關(guān)閉全部汽輪機蒸汽進汽閥門，實現(xiàn)緊急停機。一、ETS危急遮斷的項目及整定值1、汽機轉(zhuǎn)速達到110%額定轉(zhuǎn)速（OPT）；（動作轉(zhuǎn)速值為3300rpm）注：機械遮斷110%-112%額定轉(zhuǎn)速（MOPT）；(動作轉(zhuǎn)速值為3330rpm）2、 真空低于規(guī)定的極限值；（68kPa）3、 潤滑油壓下降超過極限值；（0.10MPa）4、 EH油壓下降超

2、過極限值；（9.5MPa）5、 轉(zhuǎn)子軸向位移超過極限值；（+0.5mm或-0.7mm ）6、 高壓缸排汽溫度超過極限值；（427）7、 透平壓比低于極限值；（調(diào)節(jié)級壓力與高缸排汽壓力比低于1.7）8、 汽機軸振動達到危險值；（汽機側(cè)130m,發(fā)電機側(cè)180m）9、 軸瓦、推力瓦鎢金溫度超過極限值；（汽機側(cè)110,發(fā)電機側(cè)120）10、集控室/就地手動停機（雙按鈕）；11、DEH失電；12、發(fā)電機冷卻水?dāng)嗨Ｗo； 13、備用四路；（電氣遮斷、鍋爐遮斷、旁路遮斷、遙控遮斷） 帶標(biāo)志的保護機械遮斷油路控制信號為三取二方式。 ETS危急遮斷系統(tǒng)的邏輯關(guān)系如圖8-1所示圖8-1ETS危急遮斷系統(tǒng)的邏輯關(guān)

3、系二、危急遮斷的組成危急遮斷系統(tǒng)分為兩種情況。一種是機組運行中，為防止部分設(shè)備失常造成設(shè)備嚴重損壞，裝有自動停機危急遮斷系統(tǒng)(AST)，當(dāng)發(fā)生異常情況時，關(guān)閉所有進汽閥，緊急停機。；二是超速保護控制系統(tǒng)(OPC),使高壓調(diào)節(jié)汽閥及再熱調(diào)節(jié)汽閥暫時關(guān)閉，減少汽輪機進汽量及功率，但不能使汽輪機停機。因此機組相應(yīng)設(shè)有自動停機危急遮斷油路（AST）和超速保護控制油路（OPC）及機械遮斷油路（MOPT），此外，手動停機也借助于機械遮斷油路。ETS危急遮斷系統(tǒng)的原理如圖8-2所示 圖8-2 ETS危急遮斷系統(tǒng)原理第二節(jié) 汽輪機危急遮斷系統(tǒng)的功能 一、軸承潤滑油壓低保護 汽輪機的主軸承和推力軸承分別承擔(dān)著保

4、證轉(zhuǎn)動部分與靜止部分之間的徑向與軸向間隙一定的任務(wù)，以維持機組運轉(zhuǎn)時，動、靜部分之間不相互碰撞，顯然每個部件的穩(wěn)定運行都是反映機組安全運行的重要參量。而它們的穩(wěn)定運行又是通過穩(wěn)定油膜的建立來保證的。破壞油膜的因素很多，如潤滑油壓、油溫、油質(zhì)、軸瓦與軸的間隙，烏金脫落，發(fā)電機或勵磁機漏電，等等。一旦油膜遭到破壞，除引起軸承燒瓦事故，還將產(chǎn)生轉(zhuǎn)子軸徑局部受熱而發(fā)生彎曲，軸承劇烈的振動，轉(zhuǎn)動部分與禁止部分之間的摩擦或碰撞等嚴重的后果。 由此可見，嚴密監(jiān)視軸承的工作狀態(tài)是維持機組安全運行的重要措施。 軸承發(fā)生燒瓦事故時，軸承潤滑油溫度，推力瓦和軸承溫度將升高，而軸承油膜壓力則迅速下降，所以在系統(tǒng)設(shè)計中

5、，對“軸承油壓過低”進行保護，一旦此工況發(fā)生，將立即遮斷機組的運行。至于軸承金屬和油的溫度的監(jiān)視與控制，由自動程序控制功能（ATC）完成。 對軸承潤滑油壓過低進行保護由ETS系統(tǒng)實現(xiàn)，機組正常運行時，主油泵提供潤滑油系統(tǒng)的全部用油，任何停機或偶然事故引起軸承油壓降低到開關(guān)整定值0.12MPa 時，報警并啟動交流潤滑油泵，為機組提供所需的全部用油；若潤滑油母管油壓繼續(xù)下降到0.10MPa時，啟動直流潤滑油泵和頂軸油泵；“低油壓保護”動作，機組跳閘停機。圖8-3所示是“潤滑油壓低”試驗塊原理。由于“抗燃油壓低”和“冷凝汽器真空過低”的試驗塊原理基本相同，故以同一圖示意。 圖8-3 潤滑油壓低試驗塊

6、原理 試驗塊組件由一個鋼制試驗塊、兩個壓力表、兩個截止閥、兩個電磁閥和三個針閥所組成，它安裝在前軸承座，與安裝在附近的一個端子箱中的壓力開關(guān)相連接，其一側(cè)通過節(jié)流孔與系統(tǒng)供油管道相連，而另一側(cè)與泄油或通風(fēng)閥相連，采用雙道對稱結(jié)構(gòu)。操作人員可通過集控室按鈕或就地手操，開啟其中一個通道的電磁閥，泄其壓力油，以校驗壓力開關(guān)的報警值。由于每一通道與泄油管道通過一節(jié)流孔相連，在試驗一通道時，另一通道將不受影響，系統(tǒng)仍具有“低油壓自動保護”功能。 在軸承油壓降低到壓力開關(guān)的整定值（0.10MPa ）以下時，雙通道的兩組壓力開關(guān)（四個）均向ETS柜發(fā)軸承油壓低遮斷請求信號，圖8-4所示是軸承油壓過低控制繼電

7、器邏輯。圖8-4軸承油壓過低控制繼電器邏輯 機組正常運行時，軸承油壓大于遮斷整定值，四個開關(guān)（63-1/LBO63-4/LBO）的線圈帶電，相應(yīng)的常開觸點閉合將引起圖中的四個中間繼電器1X4X/LBO帶電，同樣地，相應(yīng)的遮斷控制繼電器閉合使線圈LBO-1或LBO-2閉合，最終使得ETS的遮斷控制繼電器總邏輯系統(tǒng)（見圖8-5）中的LBO1，LBO2閉合，從而使軸承油壓正常。繼電器線圈LBO-1和LBO-2的一側(cè)分別與ETS盤上左右兩側(cè)的選擇開關(guān)的接點S1和S2相連。正常運行時，接點S1和S2閉合，將兩個遮斷控制繼電器線圈LBO-1、LBO-2并聯(lián)，因此只有在通道1與通道2各有一閉合觸點斷開-每一

8、通道必有一塊壓力表檢測到軸承油壓低于遮斷整定值時，才可能引起兩路自動停機通道遮斷（見圖8-5），機組緊急停機，這樣做可避免某一個觸點壓力開關(guān)或中間繼電器誤動作而錯誤停機。圖8-4中K1和K2為電磁脫扣繼電器。 圖8-5 ETS的遮斷控制繼電器總邏輯系統(tǒng)在線試驗可以通道1為例予以說明，在ETS盤上，將左側(cè)選擇開關(guān)箭頭撥至LBO檔，它將使圖8-4中原來閉合的觸點斷開，并接通圖8-3中的電磁閥20-1/LBO，釋放管道油壓，在油壓降低到遮斷值時，壓力開關(guān)63-1/LBO，63-3/LBO將引起線圈LBO-1釋放，并同時點亮ETS盤上的LBO1，LBO3指示燈，由此驗證通道1是否正常，壓力開關(guān)整定值是

9、否正確，同理，可以進行通道2的在線試驗。如果一個通道在線試驗時，實際的軸承油壓低于遮斷整定值，則四個壓力開關(guān)將全部感受到這一情況，并使雙通道的兩個繼電器線圈LBO-1和LBO-2失電，請求緊急停機。二、凝汽器真空過低保護在汽輪機運行中，真空下降現(xiàn)象比較常見，汽輪機運行中發(fā)生真空下降，對機組的經(jīng)濟性和安全性有較大的影響。真空下降將使蒸汽在汽輪機內(nèi)的焓降減小，從而減小了機組的出力和降低了熱效率，一般真空下降1，汽耗約增加12。汽輪機真空下降，使排汽溫度升高，造成低壓缸熱膨脹變形和低壓缸后面的軸承上抬，機組的中心偏移而發(fā)生振動；也會使凝汽器銅管的內(nèi)應(yīng)力增大，以致破壞凝汽器的嚴密性，還會使低壓端部軸封

10、的徑向間隙發(fā)生變化，造成摩擦損壞。凝汽器真空下降的原因難以確定且降落的速度較快時，可能造成嚴重的事故，為此，須設(shè)置凝汽器低真空保護裝置。330MW機組的低真空保護采用兩級保護系統(tǒng)，一級保護是類似潤滑油壓保護那樣的邏輯控制回路，所不同的是真空開關(guān)代替了壓力開關(guān)。二級保護是機械保護，它是基于電氣保護失靈，而汽輪機排汽壓力又過高的情況下采用的。顯然，這時一種防止排汽壓力過高的雙重保護，其措施是裝設(shè)排大汽閥。如圖8-6所示為排大汽閥的結(jié)構(gòu)，它安裝在低壓缸缸蓋上，并用螺釘4緊固在汽缸法蘭上，由一個鉛質(zhì)薄膜環(huán)5構(gòu)成，薄膜環(huán)緊壓在環(huán)形墊片6和閥蓋7的外密封面間，其內(nèi)部用螺釘3壓緊在壓環(huán)2和承壓板1的內(nèi)密封面

11、中，承壓板由圖中虛線所示的組焊式承壓格柵支托，借以承受來自外部的大氣壓力。當(dāng)汽輪機的排汽壓力超過設(shè)計的最大安全值時，排大汽閥的承壓板1即推向外側(cè)，引起鉛質(zhì)薄膜環(huán)5在壓環(huán)外緣和閥蓋內(nèi)圓間剪斷，則薄膜環(huán)斷裂，汽流自汽缸向上排出，而閥蓋7可防止鉛質(zhì)薄膜環(huán)、承壓板和壓環(huán)甩出。設(shè)在外徑上的擋板，起引導(dǎo)汽流向上排出的作用，以免傷人。對薄膜環(huán)的承壓要求，一般在4050KPa 時即破壞。“凝汽器真空低保護”的試驗原理以及遮斷控制邏輯，均類同于“軸承油壓低保護”試驗的原理。 圖8-6 排大氣閥的結(jié)構(gòu) 三、EH油壓低保護 EH油系統(tǒng)的任務(wù)之一，是維持油壓一定，為機組正常的轉(zhuǎn)速與負荷控制提供保證。正常的EH油壓14

12、.5 MPa（范圍11. 216.2MPa ）是機組啟動和正常運行的先決條件。EH油系統(tǒng)故障將引起EH油壓下降，當(dāng)油壓降到10.00MPa 時，“EH油壓保護”組件發(fā)出低油壓報警。進一步降至9.5MPa 時，組件請求機組脫扣。EH油壓過低試驗塊的組成與工作原理，以及遮斷控制斷電器邏輯，均與“軸承油壓低保護”類似。四、軸向位移保護 前已述及潤滑油系統(tǒng)故障引起的油膜破壞，將會使推力瓦塊烏金燒熔，此外，負荷突增與下跌，水沖擊，動葉結(jié)垢，隔板汽封間隙增大，新蒸汽溫度急劇下降，真空下降均將增大轉(zhuǎn)子軸向推力，使推力軸承過負荷，甚至破壞油膜而燒熔烏金。更嚴重的是，由于軸向位移增大，汽輪機內(nèi)部轉(zhuǎn)動部件與靜止部

13、件之間的軸向間隙可能消失，動靜部件之間將發(fā)生摩擦和碰撞，從而造成嚴重的設(shè)備損壞事故，如大批葉片折斷，大軸彎曲，隔板和葉輪碎裂等。因此，汽輪機都必須設(shè)置軸向位移遮斷裝置，以實現(xiàn)對機組的安全保護。相對而言，電氣遮斷邏輯總系統(tǒng)還是比較可靠的，這樣，軸向位移的遮斷問題，實質(zhì)上就是如何保證軸向位移測量準確性的問題，以便在軸向位移超標(biāo)時，向危急遮斷系統(tǒng)提供最可靠的遮斷信息。 機組的軸向位移遮斷機構(gòu)如圖8-7所示，它由四個軸向位移傳感器、兩個試驗汽缸、四個電磁閥和用來作為傳感器基準點的聯(lián)軸器墊片組成，其他零部件是支托架和用來安裝試驗汽缸和傳感器的有關(guān)部件。在任何情況下，各傳感器的安裝都必須與一個基準面保持間

14、隙，例如與聯(lián)軸器平面或指示盤間有一定的間隙。在試驗汽缸和傳感器與聯(lián)軸器指示盤的間隙整定好后，用定位銷把試驗汽缸最后固定。在正常情況下，轉(zhuǎn)子的軸向推力是由推力軸承平衡的，機組的失常導(dǎo)致軸向位移的超標(biāo)，首先由這里有所覺察，因此，監(jiān)視轉(zhuǎn)子軸向位移的傳感器，應(yīng)當(dāng)裝在推力軸承的附近。 圖8-7 軸向位移遮斷機構(gòu)軸向位移測量裝置由測量盤和傳感器組成。測量盤裝在推力軸承附近，而在該盤的發(fā)電機側(cè)的兩水平端面上，各裝有兩個作為重復(fù)保護的傳感器，用來測量轉(zhuǎn)子向機頭側(cè)和發(fā)電機側(cè)兩個方向的軸向位移，測量盤和傳感器之間間隙的變化表現(xiàn)為軸向位移的變化。轉(zhuǎn)子正常的軸向位移，由推力軸承的間隙、推力軸承的靜撓度和推力瓦塊的磨損

15、來確定，會有一些正常緩慢的變化，但變化很小。當(dāng)推力軸承損壞時，若轉(zhuǎn)子向發(fā)電機方向移動，傳感器與測量盤間的間隙變??；若向機頭方向移動，則該間隙變大，這種間隙變化將引起傳感器內(nèi)磁阻的變化，通過變送器使輸出的電氣信號改變。變送器提供的信息有兩種監(jiān)控功能：第一種是報警功能，表示過度的軸承撓曲和瓦片磨損使軸向位移超過第一個規(guī)定值，通過繼電器向運行人員發(fā)出報警信號以提醒注意；第二種是遮斷功能，表示位移已增加到第二個規(guī)定值，機組轉(zhuǎn)動部分與靜止部分即將接觸，監(jiān)控系統(tǒng)一方面通過聲光信息說明位移已達到遮斷狀態(tài)，另一方面使繼電器遮斷觸點動作，通過危急遮斷系統(tǒng)使汽輪機緊急停機。 圖8-8所示是軸向位移控制繼電器邏輯。

16、機組正常運行時，軸向位移在正常范圍內(nèi)。當(dāng)軸向位移達遮斷值時，軸向位移傳感器控制的觸點K1、K2閉合，短接了線圈KTB1、KTB2，使其相應(yīng)的觸點斷開，從而引起AST電磁閥失電（見圖8-5），遮斷汽輪發(fā)電機組。圖8-8中觸點K1K4可起到隔離兩個通道的作用，便于每一通道做在線試驗。 圖8-8 軸向位移控制繼電器邏輯五、電氣超速保護在避免機組超速方面，前面介紹了103n0 超速保護，這里，介紹的是110n0 電氣超速保護，圖8-9是電氣超速遮斷系統(tǒng)原理圖，它是由一個安裝在盤車處的磁阻發(fā)送器和一個安裝在ETS柜中的轉(zhuǎn)速插件組成。磁阻發(fā)送器的輸出頻率正比于軸的轉(zhuǎn)速，該頻率送至轉(zhuǎn)換器，經(jīng)限幅、整形、發(fā)達

17、后輸出一個正比于頻率的模擬信號，此信號一方面經(jīng)緩沖放大回路進行轉(zhuǎn)換顯示，一方面與110n0 對應(yīng)的遮斷整定點電壓進行比較，在軸的轉(zhuǎn)速小于該遮斷整定點（即 n110n0 ）時，比較器的輸出是一個正電壓；如果軸的轉(zhuǎn)速大于遮斷整定值（即 n110n0 ），則比較器輸出是電壓為負值，它將使其后的三級管V1導(dǎo)通，超速遮斷繼電器線圈KOST帶電，其相應(yīng)的觸點狀態(tài)將發(fā)生變化。 圖8-9 電氣超速遮斷系統(tǒng)原理圖8-10所示是電氣超速遮斷控制繼電器邏輯，機組正常運行時，S1、S2是閉合的，觸點KOST斷開，線圈KOS1、KOS2帶電，相應(yīng)的觸點（見圖8-5）閉合，一旦機組轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值110n0，KOST線圈通

18、電（見圖8-9）而使其相應(yīng)的觸點KOST（圖8-10）閉合，短接了線圈KOS1、KOS2，從而斷開了圖8-5中的觸點OS1、OS2，最終導(dǎo)致危急遮斷電磁閥的四個線圈（20-1/AST20-4/AST）失電，釋放AST母管油壓，遮斷汽輪發(fā)電機組。接點S1、S2也是為進行單通道試驗而設(shè)計的。圖8-10電氣超速遮斷控制繼電器邏輯從圖8-9和圖8-10中不難分析：在進行單通道試驗時，ETS系統(tǒng)無“電氣超速保護”功能。此時，若機組突然發(fā)生了110n0的超速，則遮斷所有進汽閥門的行為將由機械超速遮斷裝置完成。六、遙控遮斷保護危急遮斷系統(tǒng)提供一接口，可接受外部遙控遮斷汽輪機的命令。圖8-11表示了遙控遮斷控

19、制繼電器邏輯。圖中觸點S1、S2上跨有跳接線。如果用戶遙控遮斷汽輪機的觸點輸入，將短接兩個繼電器REM1、REM2、其相應(yīng)觸點（見圖8-5中的REM1、REM2）斷開，釋放四只危急遮斷電磁閥，實現(xiàn)緊急停機。對于單通道系統(tǒng)（見圖8-11），欲想試驗遙控通道而又不引起停機是不可能的。解決這個問題的辦法是采用雙通道，即將圖中虛線變?yōu)閷嵕€，并將跨接在觸點S1、S2的跳接線去掉，這樣就可以在進行單通道試驗的同時，系統(tǒng)仍具有遙控危急遮斷的功能。 圖8-11 遙控遮斷控制繼電器邏輯七、 機械超速危急遮斷系統(tǒng)（一）、機械超速危急遮斷系統(tǒng)的工作原理在DEH系統(tǒng)中，對轉(zhuǎn)速的保護是多重的，機械超速遮斷系統(tǒng)是一個獨立

20、的系統(tǒng)，與常規(guī)液壓控制系統(tǒng)中的超速保護基本相同，圖8-12所示為機械超速遮斷相同的工作原理，它的傳感器為飛錘，裝于轉(zhuǎn)子延伸軸的橫向孔中，其質(zhì)量中心與轉(zhuǎn)子的幾何中心偏置，并通過壓彈簧將飛錘緊固在橫向小孔中，利用彈簧約束力與離心力平衡的原理來設(shè)計動作轉(zhuǎn)速。設(shè)飛錘的質(zhì)量為m，飛錘質(zhì)心與轉(zhuǎn)子幾何中心的偏心距為a，飛錘出擊距離為x，離心力為c，轉(zhuǎn)子角速度 ，則飛錘離心力與角速度的關(guān)系為： （8-1）從式中可看出，只要確定了轉(zhuǎn)子角速度，便可計算出離心力，然后設(shè)計彈簧，根據(jù)彈簧的約束力F的方向與離心力的方向相反，可以得到約束力F與離心力c的關(guān)系。當(dāng)cF時，飛錘不出擊，當(dāng)cF時，飛錘出擊，通過機械遮斷系統(tǒng)動作

21、而實現(xiàn)停機。 圖8-12 機械超速遮斷系統(tǒng)的工作原理機械超速保護系統(tǒng)的機械遮斷油系統(tǒng)，與電氣超速系統(tǒng)（ETS）互為獨立，采用的是與潤滑油主油泵相連接的油系統(tǒng)。當(dāng)機組正常運行時，脫扣油母管中的機械遮斷油自主油泵出口的透平油經(jīng)節(jié)流孔板后分兩路，其中一路經(jīng)常開電磁閥（1）后，通向危急遮斷油門活塞的側(cè)面，另一路是通向隔膜閥的上部。此時，危急遮斷油門和隔膜閥封閉，機械遮斷系統(tǒng)處于備用狀態(tài)。飛錘出擊轉(zhuǎn)速，一般為額定轉(zhuǎn)速的110112。當(dāng)機組正常運行時，飛錘因偏心所產(chǎn)生的離心力，不足以克服彈簧反方向的約束力，飛錘不出擊。當(dāng)機組超速時，隨著轉(zhuǎn)速的增加，偏心距加大，離心力也相應(yīng)增加，雖然隨著偏心距的增加，彈簧刀

22、約束力也有所增加，但到達整定轉(zhuǎn)速后，由于離心力增加較快，迅速地克服約束力并使飛錘出擊。出擊的飛錘撞擊在脫扣碰鉤上，克服扭彈簧的力使碰鉤圍繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而脫扣，使危急遮斷油門的滑閥在下部彈簧力的作用下向上運動，通向危急遮斷油門滑閥的側(cè)面的油口和危急遮斷油門底部的泄油口接通并泄油，導(dǎo)致機械超速與手動遮斷母管的油壓降低，使隔膜閥也因其上部機械遮斷油壓的降低而打開，危急遮斷油總管泄油并失壓，從而使主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥關(guān)閉，切斷汽輪機的全部進汽，使機組停機。機械遮斷系統(tǒng)動作、汽輪機停止進汽后，轉(zhuǎn)速逐漸下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到遮斷值以下時，由于離心力降低比約束力降低快，彈簧的約束力使飛錘退回到出擊前的原位，其對應(yīng)的轉(zhuǎn)

23、速，稱為復(fù)位轉(zhuǎn)速。考慮到機組重新啟動的方便，一般復(fù)位轉(zhuǎn)速稍高于額定轉(zhuǎn)速，大約3050r/min左右。當(dāng)飛錘復(fù)位后，若要重新建立機械遮斷油壓，必須打開常閉電磁閥（3），建立復(fù)位油壓，作用在危急遮斷油門滑閥的上部克服彈簧力使滑閥下移封閉泄油口的同時，掛鉤在扭彈簧的作用下轉(zhuǎn)動并重新返回到掛閘位置，頂住遮斷油門滑閥，重新建立機械遮斷油壓，封閉隔膜閥。（二）、機械超速遮斷機構(gòu)1、危急遮斷器危急遮斷器采用的是北重生產(chǎn)的常規(guī)通用部套，技術(shù)成熟，性能可靠，兼具調(diào)整方便，體積小等特點，在其它機組上得到廣泛使用。危急遮斷器采用的是飛錘式機械危急遮斷器，轉(zhuǎn)速升高到整定值時，在離心力的作用下，飛錘克服彈簧的作用力飛出

24、，行程約4mm。通過調(diào)整危急遮斷器的調(diào)節(jié)套筒，可以調(diào)整彈簧預(yù)緊力，達到整定飛錘飛出轉(zhuǎn)速的目的(出廠前飛錘飛出整定已做好)。此外，危急遮斷器的一端還帶有60齒的測速齒盤，用于測量機組的轉(zhuǎn)速、危急遮斷器飛錘的飛出轉(zhuǎn)速、機組轉(zhuǎn)速飛升時的最高轉(zhuǎn)速及鑒相。2、危急遮斷油門危急遮斷油門與危急遮斷器配套使用，也是北重生產(chǎn)的常規(guī)通用部套，它排油量大，動作靈活，使用方便。危急遮斷油門主要由殼體、套筒、滑閥、擋板、壓縮彈簧及扭彈簧組成，它的作用是：擋板接受危急遮斷器飛錘的打擊信號后與滑閥脫扣，滑閥在底部彈簧的作用下向上彈起，打開原本處于遮擋狀態(tài)的安全油泄油窗口，使安全油路的油壓迅速跌落，造成隔膜閥的快速動作。3、

25、節(jié)流孔板節(jié)流孔板安裝在通往危急遮斷油門的潤滑油路上。設(shè)置節(jié)流孔板的目的既是為了使危急遮斷油門動作后，機械遮斷油路油壓快速下降；同時又使?jié)櫥蛪翰皇軝C械遮斷油壓跌落的干擾。 （三）、機械超速試驗機械超速保護裝置可做以下試驗： 1、 噴油試驗此試驗是在汽輪機正常運行條件下檢查飛錘動作的可靠性。在充油試驗時，為了防止使汽輪機跳閘停機，必須先將常開電磁閥（1）關(guān)閉，使試驗不會引起隔膜閥動作。 接著將注油用的常閉電磁閥(2)打開，將主油泵出口的壓力油，經(jīng)過常閉電磁閥（2）通向裝在汽輪機前軸承箱前端的噴油管，由此油管向正對轉(zhuǎn)子中心的噴嘴供0.2MPa的油，將油噴入轉(zhuǎn)子端部的中心孔內(nèi)，經(jīng)油通道注到飛錘內(nèi)（如

26、圖8-13所示），在機組處于額定轉(zhuǎn)速（3000 r/min）時，離心力和噴油壓力共同推動飛錘飛出。飛錘飛出時，由危急遮斷指示器給出信號，直至撞擊掛鉤，使掛鉤順時針轉(zhuǎn)動脫開危急遮斷油門活塞的頂部。在確信遮斷機構(gòu)動作正確后，關(guān)閉常閉電磁閥（2）。當(dāng)常閉電磁閥（2）關(guān)閉后，飛錘中油流逐漸泄去，油壓消失后飛錘便能復(fù)位。由于復(fù)位轉(zhuǎn)速較正常轉(zhuǎn)速高，因而油壓消失后飛錘很快可以復(fù)位。然后，打開常閉電磁閥（3）使掛鉤和危急遮斷油門的滑閥復(fù)位、再打開常閉電磁閥（1），危急遮斷器系統(tǒng)恢復(fù)正常、噴油試驗結(jié)束。整個過程可由ETS來完成。在做噴油試驗時，噴嘴前油壓大小決定了飛錘的動作，并用壓力表指明使危急遮斷器飛錘動作時

27、所需的油壓，把這些壓力與以前壓力比較，可以判定危急遮斷器動作是否正常。為了使結(jié)果有可比性，在做噴油試驗時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須嚴格保持額定轉(zhuǎn)速（3000 r/min），轉(zhuǎn)子的端面與噴嘴之間的距離必須一定。圖8-13 超速遮斷機構(gòu)噴油試驗裝置1、常閉電磁閥（2）；2、試驗噴嘴；3、危急遮斷飛錘2、 機械超速試驗為保證汽輪機的安全運行，應(yīng)當(dāng)使機械超速保護的動作準確，即機械超速危急遮斷器的飛錘動作轉(zhuǎn)速應(yīng)準確（要求轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的1.101.12倍時，危急遮斷器動作），并及時使各進汽閥關(guān)閉，故應(yīng)當(dāng)定期進行超速試驗、校驗飛錘動作轉(zhuǎn)速的設(shè)定值以及保證機械超速保護系統(tǒng)正確動作，試驗應(yīng)進行兩次，動作轉(zhuǎn)速范圍33303

28、360r/min，兩次動作轉(zhuǎn)速之差不應(yīng)超過18r/min。試驗前禁止作“噴油試驗”且各個進汽閥的嚴密性試驗合格。 制造廠要求：機組大修后；運行2000h后；機組在安裝初始啟動期間；機組甩負荷試驗前及前箱檢修結(jié)束后應(yīng)做超速試驗。 在超速試驗期期間，解除TSI110n0及DEH110%n0超速保護，在手動遮斷旁應(yīng)當(dāng)有運行人員。在超速試驗時，汽輪機的轉(zhuǎn)速在DEH控制器控制下，設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速3360r/min、目標(biāo)升速率100r/min升速。當(dāng)轉(zhuǎn)速達到汽輪機額定轉(zhuǎn)速的111112的數(shù)值時，如果危急遮斷器不動作，則應(yīng)立即手動遮斷停機。如果危急遮斷器動作性能不合要求，應(yīng)該停機進行全面檢查，繼而檢查飛錘是否卡

29、澀。如果確信沒有問題，檢查后重新進行超速試驗。如果危急遮斷器仍不能動作，則可能是飛錘上彈簧的預(yù)緊力過大，阻止了飛錘在規(guī)定的轉(zhuǎn)速內(nèi)出擊，用專用工具進行飛錘彈簧壓縮量調(diào)整，飛錘彈簧做調(diào)整后，均應(yīng)重新做超速試驗。 超速試驗的轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的1.111.12倍 ，因此轉(zhuǎn)子的離心力較正常轉(zhuǎn)速大23以上，為了防止超速試驗帶來的危險，在做超速試驗時不希望轉(zhuǎn)子再有其它熱應(yīng)力出現(xiàn)，也不希望轉(zhuǎn)子處于低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度以下進行試驗。因此，在啟動后帶上10額定負荷進行4h暖機，使轉(zhuǎn)子溫度均勻升高，然后方允許減負荷至零進行超速試驗，試驗時間不允許過長，一次限制15min。如果定期試驗，機組長期在10額定負荷以上運行時，

30、不必在10負荷下停留，因為轉(zhuǎn)子溫度已經(jīng)均勻，即可減負荷至零直接升速試驗。 第三節(jié) 汽輪機危急遮斷的控制油路及執(zhí)行元件汽輪機危急遮斷油路分為自動停機遮斷（AST）油路和超速保護控制（OPC）油路機械遮斷油路（MOPT）三種，如圖814所示。自動停機遮斷油路是ETS的傳動放大機構(gòu)；當(dāng)任一保護裝置動作時，都將使AST油路失壓，使執(zhí)行機構(gòu)動作并停機。圖814 汽輪機危急遮斷油路AST、OPC兩種油路之間用逆止閥相連。AST油路與自動主汽閥、再熱主汽閥的油動機相連接。OPC油路則與高壓調(diào)節(jié)汽閥、再熱調(diào)節(jié)汽閥的油動機相連接。另外，機械式超速遮斷裝置是獨立的系統(tǒng)，它通過隔膜閥與AST油路相連接。當(dāng)機械超速保

31、護動作時，隔膜閥動作排油，使AST油路失壓，關(guān)閉各進汽閥并停機。一、 危急遮斷控制油路1、 AST油路AST油路主要用于下列幾種危急情況下的自動緊急停機：低油壓、低真空、軸向位移等超過保護的整定值時，相應(yīng)的遮斷信號使電磁閥打開，AST和OPC油路相繼失壓而關(guān)閉各主汽閥和各調(diào)節(jié)汽閥并停機（AST失壓，逆止壓打開）。AST油壓是高壓EH 油節(jié)流形成，AST的回油是無壓回油。2、 OPC油路OPC油路在正常運行時，受DEH控制系統(tǒng)的OPC部分控制的兩個電磁閥失電關(guān)閉，封閉了OPC油路的泄油通道，使高壓調(diào)節(jié)閥與再熱調(diào)節(jié)閥的伺服機構(gòu)中建立起油壓，閥門處于開啟狀態(tài)。當(dāng)OPC動作時，OPC油路失壓，高壓、再

32、熱調(diào)節(jié)閥迅速關(guān)閉。OPC油路的主要作用是當(dāng)機組轉(zhuǎn)速上升到103 n0時，使高、中壓調(diào)節(jié)汽閥關(guān)閉，控制機組轉(zhuǎn)速不致飛升過高，避免超速過大導(dǎo)致危急遮斷。OPC油壓是高壓EH 油節(jié)流形成，OPC的回油是無壓回油。3、 機械遮斷油路（低壓安全油） 在EH供油系統(tǒng)與潤滑油系統(tǒng)之間有一個隔膜閥，它為AST油路與機械超速遮斷油路之間提供了傳遞壓力信號的接口。汽輪機超速時引起危急保安器動作或手打“脫扣油門”使機械遮斷油路失壓，隔膜閥頂部的機械遮斷油壓作用力消失，其閥芯在彈簧力的作用下被抬起，打開了閥門下部的AST油路放油口，AST油路失壓使各進汽閥關(guān)閉并停機。遠方掛閘,打開復(fù)位常閉電磁閥（3）（見圖8-12）

33、，使危急遮斷油門（脫扣油門）的滑閥復(fù)位，機械遮斷油的回油切斷，機械遮斷油在隔膜閥的上腔室建立起油壓。機械遮斷油壓力克服彈簧力作用將隔膜閥的閥芯壓下，封住了AST油路的放油口，AST油路重新建立起油壓，逆止閥關(guān)閉，OPC油壓建立，為機組開啟各個進汽閥創(chuàng)造了條件。啟動時機械遮斷油是來自密封備用油泵或者交流潤滑油泵、正常運行時是主油泵出口的潤滑油節(jié)流形成。機械遮斷時，機械遮斷油的回油到潤滑油箱。二、 危急遮斷執(zhí)行元件ETS危急遮斷系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件主要由自動停機遮斷AST電磁閥（四只串并聯(lián)）和超速保護OPC電磁閥（二只并聯(lián)）、兩只逆止閥、隔膜閥、快速卸荷閥、空氣引導(dǎo)閥等組成。OPC和AST電磁閥結(jié)構(gòu)

34、相同，僅有的區(qū)別是OPC電磁閥是由內(nèi)部供油控制，AST電磁閥則由高壓油路外部供油所控制，由其組合形成危急遮斷控制塊，安裝在汽機前軸承箱右側(cè)，見圖8-15。 “遮斷”的狀態(tài)是通過兩個壓力開關(guān)63-1/ASP，63-2/ASP，（見圖8-16）反饋到ETS系統(tǒng)的，在EH油壓降低到9.31MPa時兩個開關(guān)都閉合，發(fā)出遮斷信號。 圖8-15 汽輪機自動保護系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)組合結(jié)構(gòu)1、 AST電磁閥（1）、AST電磁閥的工作原理危急遮斷電磁閥（20-1/AST20-4/AST）受ETS系統(tǒng)控制。當(dāng)機組正常運行是，圖8-16中的AST電磁閥的線圈是通電的，該閥左側(cè)垂直位置的一級閥控制小室的泄油孔被電磁力所關(guān)閉

35、，切斷了自動停機危急遮斷總管上高壓油的泄油通道，在該室內(nèi)建立油壓，該油壓和彈簧力使水平位置的二級閥關(guān)閉，與油動機控制油相連通的ETS危急遮斷總管上的安全油，由ETS繼電器控制邏輯總系統(tǒng)中的各種信號所保持，機組處于正常的工作狀態(tài)。圖8-16 電磁閥及控制塊系統(tǒng)原理當(dāng)ETS系統(tǒng)中的任一參數(shù)處于遮斷水平時，控制邏輯總系統(tǒng)中的相應(yīng)繼電器把電路斷開，結(jié)果，AST電磁閥失電，一級閥的泄油口被打開，控制小室的油壓很快下降，使與該室連通的二級閥的端面上的作用力減小，于是，另一側(cè)油壓使該級滑閥向左運動，泄去遮斷油總管中的安全油，快速卸載閥也因油壓下降而將油動機腔室內(nèi)的控制油泄去，從而關(guān)閉汽輪機所有的進汽閥，實行

36、緊急停機。電磁閥的結(jié)構(gòu)如圖圖8-17所示。 圖8-17 電磁閥的結(jié)構(gòu)（2）、AST電磁閥的連接及其動作特點AST電磁閥采用串聯(lián)和并聯(lián)混合連接系統(tǒng)，其連接過程可簡化成圖8-13。從圖中看出，該連接的特點是： 、串聯(lián)油路中的任何一路電磁閥（20-1/AST，20-2/AST或20-3/AST，20-4/AST）動作，都可以進行停機；而任何一個電磁閥誤動作，不會引起錯誤停機。 、并聯(lián)油路中，任何一個奇數(shù)號電磁閥（20-1/AST和20-3/AST）和任何一個偶數(shù)號電磁閥（20-2/AST和20-4/AST）動作，系統(tǒng)都可以順序或交叉動作并停機。 這樣，由于采取了雙路雙閥門的順序或交叉連接系統(tǒng)，不僅確

37、保系統(tǒng)的動作可靠，而且當(dāng)任何一個閥門不動作或做在線試驗時，系統(tǒng)仍然具有保護功能。換言之，該系統(tǒng)只有在一對奇數(shù)號或偶數(shù)號電磁閥都不起作用的雙重故障下，保護系統(tǒng)才會失效，這種機會顯然極小。 圖8-18 AST電磁閥的混合連接簡化圖 綜合前面所述，從液壓系統(tǒng)看AST四個電磁閥為混合串聯(lián)并聯(lián)連接系統(tǒng)，而從繼電器控制邏輯系統(tǒng)看又是雙通道（20-1/AST，20-3/AST和20-2/AST，20-4/AST）系統(tǒng)，因此，可使保護系統(tǒng)中的任意一個電氣或液壓元件發(fā)生故障時，都保證系統(tǒng)都能可靠地工作，而且誤動作的可能性也減至最小。2、 超速保護電磁閥（OPC電磁閥）OPC電磁閥由DEH系統(tǒng)的OPC系統(tǒng)所控制，

38、機組正常運行時，該閥是關(guān)閉的，切斷了OPC總管的泄油通道，使高壓和中壓調(diào)節(jié)汽閥油動機活塞的下腔室能建立油壓，起正常控制作用。當(dāng)OPC系統(tǒng)動作，例如轉(zhuǎn)速達到103額定轉(zhuǎn)速時，該電磁閥被激勵通道信號所打開，使OPC總管泄去安全油，快速卸載閥隨之打開，并泄去油動機的動力油，使高壓和中壓調(diào)節(jié)汽閥關(guān)閉。 從圖8-16看出，超速保護控制系統(tǒng)的兩個電磁閥，即20-1/OPC和20-2/OPC，采用并聯(lián)回路，其中只要一路動作，便可通過高、中壓油動機的快速卸載閥，釋放油動機內(nèi)的控制油，快速關(guān)閉調(diào)節(jié)汽閥，防止超速。何時重新開啟，是由DEH控制器根據(jù)故障分析結(jié)果，然后發(fā)出指令來進行的。這種聯(lián)接方法可以做到：一路OP

39、C不起作用，另一路仍可工作，確保系統(tǒng)的可靠和機組的安全；可以進行在線試驗，即當(dāng)一個回路進行在線試驗時，另一路回路仍具有連續(xù)的保護功能，避免保護系統(tǒng)失控。 OPC電磁閥只對DEH控制器來的信號產(chǎn)生響應(yīng)，例如機組負荷下跌，引起機組突然升速，或其他原因使機組超速達到103n0 時，由DHE控制器對電磁閥發(fā)出指令，通過快速卸載閥，把高、中壓調(diào)節(jié)汽閥油動機內(nèi)的控制油泄去，從而關(guān)閉調(diào)節(jié)汽閥，防止繼續(xù)超速而引起AST電磁閥的動作。與此同時，止回閥的逆止作用，保證AST遮斷總管不會泄油，使各主汽閥仍保持在全開狀態(tài)。在各調(diào)節(jié)汽閥關(guān)閉后，待機組的轉(zhuǎn)速下降，DEH控制器重新發(fā)出指令關(guān)閉OPC電磁閥，OPC總管建立油

40、壓，調(diào)節(jié)汽閥才能恢復(fù)控制任務(wù)。該方法可避免機組停機減少重新啟動的損失。3、止回閥兩個止回閥即單向閥，分別安裝在自動停機危急遮斷油路AST和超速保護控制油路OPC之間。當(dāng)OPC電磁閥動作、AST電磁閥不動作時，單向閥維持AST油路的油壓，使高、中壓主汽閥保持全開，待轉(zhuǎn)速降低到額定轉(zhuǎn)速時，OPC電磁閥關(guān)閉，高、中壓調(diào)節(jié)汽閥重新打開，繼續(xù)行使控制轉(zhuǎn)速的任務(wù)。當(dāng)AST電磁閥動作、OPC電磁閥不動作時，AST油路的油壓下降，OPC油路通過兩個止回閥的油壓也下降，關(guān)閉所有的進汽閥和抽汽閥，進行停機。 4、快速卸荷閥（快關(guān)油門）快速卸荷閥安裝在油動機控制塊上，它主要作用是當(dāng)機組發(fā)生故障必須緊急停機時或在危急

41、保安器動作使危急遮斷油（AST）泄油失壓后，可使油動機活塞下腔的高壓EH油經(jīng)快速卸荷閥快速釋放，緊急停機。5、隔膜閥隔膜閥聯(lián)接著機械遮斷油路系統(tǒng)與危急遮斷油（AST）系統(tǒng)，其作用是當(dāng)危急保安器動作、機械遮斷油泄壓時，可通過危急遮斷油（AST）系統(tǒng)，遮斷汽輪機。隔膜閥裝于前軸承座的側(cè)面，機械遮斷油通入閥蓋內(nèi)隔膜上面的腔室中。機械遮斷油壓力克服了彈簧力，使下部閥門保持在關(guān)閉位置，堵住危急遮斷油（AST）母管通向回路的通道，危急遮斷油（AST）油壓建立。使EH系統(tǒng)投入正常工作。若機械超速遮斷或手動超停機操作，均使機械遮斷油壓力降低或消失，因而使壓縮彈簧打開隔膜閥閥門把危急遮斷油排到無壓回油管，AST

42、安全油迅速失壓將關(guān)閉所有的進汽閥和抽汽閥，打開各旁路疏水閥。隔膜閥結(jié)構(gòu)圖如圖819所示。正常運行時，EH油壓為14.5MPa ，機械遮斷油壓約為0.25MPa ，當(dāng)機械遮斷油壓力跌到約0.07MPa 時，隔膜閥打開；當(dāng)AST油壓為零，汽輪機機械遮斷油壓升到約0.2MPa 時，隔膜閥復(fù)位。圖8-19 隔膜閥結(jié)構(gòu)圖6、空氣引導(dǎo)閥空氣引導(dǎo)閥安裝在汽輪機前軸承座旁邊，空氣引導(dǎo)閥用于控制供給氣動抽汽止回閥的壓縮空氣。該閥由一個油缸和一個帶彈簧的青銅閥體組成（見圖8-20），油缸控制閥門打開時，彈簧提供關(guān)閉閥門所需的力。 當(dāng)OPC母管有壓力時，油缸活塞往外伸出，空氣引導(dǎo)閥的提升頭便封住了通大氣的孔口，使壓

43、縮空氣通過此閥進入抽汽止回閥的通道，打開抽汽止回閥。當(dāng)OPC母管失壓時，該閥由于彈簧力的作用而關(guān)閉，提升頭封住了壓縮空氣源的出口通路，截留到抽汽止回閥去的管道中的壓縮空氣經(jīng)過大氣閥孔口排放，這使得抽汽止回閥快速關(guān)閉，避免抽汽倒流使機組超速。 圖8-20 空氣引導(dǎo)閥 第四節(jié) 汽輪機的轉(zhuǎn)子應(yīng)力監(jiān)視(RSM）一、 應(yīng)力控制原理汽輪機在啟停過程中，轉(zhuǎn)速、功率、蒸汽參數(shù)及流量變化較大。由于汽輪機金屬部件的熱慣性大，如果蒸汽溫度變化快，則會引起汽輪機內(nèi)部不均勻受熱情況嚴重，內(nèi)部溫差大，產(chǎn)生過大的熱應(yīng)能，此外，蒸汽壓力、轉(zhuǎn)子離心力等因素會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子機械應(yīng)力。轉(zhuǎn)子應(yīng)力實際上是熱應(yīng)力與機械應(yīng)力的疊加值。由于啟動過

44、程中工況經(jīng)常變動，所以對熱應(yīng)力的計算與控制尤為重要。高壓缸中調(diào)節(jié)級后汽室的氣壓、氣溫隨負荷的變化最大，中壓缸第一級處的情況與此類似，所以高壓缸調(diào)節(jié)級和中壓缸第一級處的汽缸和轉(zhuǎn)子都是熱應(yīng)力較大的部位，同時，轉(zhuǎn)子還要承受巨大的離心力所產(chǎn)生的機械應(yīng)力，因此，這些部位的應(yīng)力轉(zhuǎn)子引力往往是最大的。所以，在汽輪機啟停運行過程中，只要監(jiān)視與控制住這兩個部位轉(zhuǎn)子應(yīng)力，其余部位也就不會出現(xiàn)應(yīng)力超過允許值的情況。 由于轉(zhuǎn)子是高速旋轉(zhuǎn)的部件，它的內(nèi)部溫度無法直接測量，所以只能通過間接方法來求得轉(zhuǎn)子的內(nèi)部溫度，從而計算出轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力。間接方法有兩種：一是利用汽輪機傳熱數(shù)學(xué)模型來計算；二是運用相似原理建立物理模型來計算

45、。在計算出熱應(yīng)力值的基礎(chǔ)上，再考慮機械應(yīng)力的修正因素，便能得出總的轉(zhuǎn)子應(yīng)力值。 啟動與停機過程中轉(zhuǎn)子應(yīng)力變化方向相反，每啟停一次，便構(gòu)成一次大幅度的應(yīng)力循環(huán)。同理，負荷每升降一次，也會形成一次一定幅度的應(yīng)力循環(huán)。經(jīng)過多次應(yīng)力循環(huán)后，汽輪機部件有可能產(chǎn)生疲勞裂紋，導(dǎo)致設(shè)備損壞。工程上用應(yīng)力循環(huán)次數(shù)來代表設(shè)備壽命，而循環(huán)次數(shù)與應(yīng)力大小關(guān)系很大，假如汽輪機設(shè)計壽命是一萬次應(yīng)力循環(huán)，當(dāng)設(shè)備使用不當(dāng)，導(dǎo)致過大的應(yīng)力時，則實際壽命就可能只有幾千次了。因此現(xiàn)代大型汽輪機普遍采用同時控制高、中壓轉(zhuǎn)子應(yīng)力以及應(yīng)力循環(huán)數(shù)來保證設(shè)備達到設(shè)計壽命。 通過控制汽輪機轉(zhuǎn)速變化量及變化率、功率變化量及變化率，汽輪機中的蒸汽

46、參數(shù)、流量的變化量以及變化率便得到間接控制，相應(yīng)地就控制住了轉(zhuǎn)子應(yīng)力水平。 通過數(shù)據(jù)檢測裝置，采集汽輪機有關(guān)點的溫度參數(shù)，按照專門的計算程序計算出高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子實際應(yīng)力，然后將它與許用應(yīng)力進行比較，得其差值，再將它轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速或功率目標(biāo)值和相應(yīng)的變化率，通過系統(tǒng)控制來改變機組轉(zhuǎn)速或功率，最終使轉(zhuǎn)子應(yīng)力水平控制在允許值范圍內(nèi)。 為了更好地滿足機組啟停安全，縮短啟停時間，本機組設(shè)置了汽輪機熱應(yīng)力監(jiān)控器，它是一套微處理機系統(tǒng)。它預(yù)先按照熱力學(xué)和熱彈性力學(xué)方程，編好程序，接受開關(guān)量和模擬量形式給出的如閥門位置、壓力、溫度的數(shù)值等輸入信號，實時計算轉(zhuǎn)子應(yīng)力值。應(yīng)力控制原理如圖8-21所示。圖8-21

47、應(yīng)力控制原理框圖二、汽輪機轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力的計算汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸的熱應(yīng)力是大功率汽輪機在運行中需要監(jiān)視的主要參數(shù)。因為大功率機組都是高溫高壓機組，進汽溫度可達535565，進汽壓可達16.723.8MPa 或者更高，轉(zhuǎn)子本身是高速旋轉(zhuǎn)部件，已經(jīng)承受了比較大的離心力，再由于大功率機組的汽缸的厚度和轉(zhuǎn)子的直徑都在不斷增大，各部分溫度分布不均勻所引起的熱應(yīng)力問題就更加突出。目前，無論是在啟動還是在負荷變動的過程中，大功率汽輪機的控制系統(tǒng)都把熱應(yīng)力作為一個主要考慮因素。如果熱應(yīng)力控制的好，則可加快升速與帶負荷過程；如果處理不當(dāng)，汽輪機的汽缸和轉(zhuǎn)子則會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，影響到機組的使用壽命，甚至?xí)p壞設(shè)備。另

48、外，脹差問題也是汽輪機控制中需要考慮的一個重要因素。它和熱應(yīng)力一樣，也是由于溫度分部不均勻引起的，目前一般認為，只要熱應(yīng)力得到很好的控制，再加上制造廠在生產(chǎn)汽輪機時適當(dāng)加大通流部分的軸向間隙，脹差問題就能順利地得到解決。1. 熱應(yīng)力的產(chǎn)生熱應(yīng)力是由于金屬內(nèi)部熱狀態(tài)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，主要發(fā)生在汽輪機的啟動階段和負荷變動時期，尤其發(fā)生在機組冷態(tài)啟動時。金屬的熱狀態(tài)不同表現(xiàn)為其各部分的溫度不同，因此熱應(yīng)力和溫度差值有關(guān)。在啟動、停機和負荷變動過程中，蒸汽和汽缸或轉(zhuǎn)子的溫度不同，因而蒸汽就要向金屬零件的表面發(fā)熱，或自零件的表面吸取熱量。汽缸和轉(zhuǎn)子表面接受來自蒸汽的熱量后，再以熱傳導(dǎo)方式逐漸把熱量傳給零

49、件的其他部件。在傳遞熱量時必然有溫差（由于各零部件受熱溫度場不均勻所致），有溫差就會有熱應(yīng)力。在單位時間內(nèi)傳給金屬表面的熱量愈多，則汽缸和轉(zhuǎn)子內(nèi)外的溫差就會愈大。所以一般汽輪機在啟動時，升速過程，都安排一定的定速暖機時間，其目的就是為了避免汽缸和轉(zhuǎn)子內(nèi)外產(chǎn)生太大的溫差，使熱應(yīng)力超過金屬允許的界限。蒸汽和金屬壁面之間的放熱過程，可以用下面的等式來表達。蒸汽傳給金屬壁面的熱量為： Q=AT1 （8-2）式中 Q -蒸汽傳給金屬表面的熱量；-放熱系數(shù)；A-換熱面積；T1-蒸汽與金屬壁面的溫度差； 金屬壁面通過熱傳導(dǎo)將熱量傳給內(nèi)壁，它可以用下示公式來表示： QAT/ （8-3）式中 -導(dǎo)熱系數(shù)；-壁厚

50、；T-內(nèi)外壁溫差；A-導(dǎo)熱面積。圖中8- 22是蒸汽溫度發(fā)生變化時，金屬表面（曲線2）和金屬內(nèi)部（曲線3）的溫度變化規(guī)律。由圖可知，金屬表面溫度變化很快，而內(nèi)部溫度變化卻慢得多。在蒸汽溫度變化后，內(nèi)外壁的溫差 T 迅速加大，在達到最大值后又逐漸減小，最后趨于零。圖8- 22 金屬內(nèi)外壁溫度變化規(guī)律在蒸汽進入汽缸時，如果金屬表面溫度低于在此壓力下的飽和溫度，則屬于凝結(jié)放熱。凝結(jié)放熱時的放熱系數(shù)極大，因而金屬壁面溫度上升很快，金屬內(nèi)外的溫差也大，當(dāng)汽缸壁面溫度高于相應(yīng)蒸汽壓力的飽和溫度時，這時蒸汽熱量以對流方式傳給金屬表面。對流放熱系數(shù)的大小和蒸汽速度及汽流的溫度壓力有關(guān)。在冷態(tài)啟動時，金屬表面的

51、溫度一般低于飽和溫度，屬于凝結(jié)放熱，傳熱量大，因此要求啟動的速度低，以免出現(xiàn)過大的熱應(yīng)力。汽輪機各部分的熱應(yīng)力也不相同。在汽輪機的調(diào)節(jié)級部分，蒸汽的溫度和壓力最高，進汽量變化時它們的變化幅度最大，因此在啟動和負荷變動時熱應(yīng)力也最大。除此之外，再熱氣溫也很高，一般與主蒸汽溫度相同，因此中壓缸進汽部分的熱應(yīng)力也很大。由于以上原因，汽輪機熱應(yīng)力的監(jiān)視點一般都設(shè)在高壓缸的調(diào)節(jié)級和中壓缸的進口處。以汽輪機的熱應(yīng)力和轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力相比，由于轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力比汽缸的熱應(yīng)力更危險，因此在汽輪機啟動、停機和負荷變化時期，主要應(yīng)控制高壓缸調(diào)節(jié)級和中壓缸第一級處的轉(zhuǎn)子應(yīng)力，只要這兩處的熱應(yīng)力不超過安全允許的限度，則其他部

52、分一般也不成問題。轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力雖然是由于負荷變化所引起的，但是計算表明并非是負荷變化幅度愈大時應(yīng)力也愈大，而是在不同的負荷下，同樣的負荷變化幅度所產(chǎn)生的熱應(yīng)力也不同。圖8-23（a）是汽輪機帶100負荷時，減負荷所產(chǎn)生的熱應(yīng)力計算曲線。由圖可見，當(dāng)甩掉全負荷時，即100時，熱應(yīng)力 19.6MPa ；而當(dāng) 50時，熱應(yīng)力可達68.6MPa 。圖8-23（b）是汽輪機帶80負荷時，減負荷所產(chǎn)生的熱應(yīng)力計算曲線。由圖可見，同樣 50，熱應(yīng)力僅為39.2MPa 。而當(dāng)汽輪機帶50負荷時 見圖8-23（c），最大應(yīng)力僅為11.77MPa 。圖8-23（b）、（c）中的虛線是負荷突然增加的情況。由圖可見，

53、當(dāng)汽輪機突然增加負荷時所產(chǎn)生的熱應(yīng)力遠遠大于負荷突然降低時所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。但是也要說明的是，由于在增負荷時轉(zhuǎn)子所受的是壓應(yīng)力，而減負荷時所受的是拉應(yīng)力，金屬材料在受壓時的許用應(yīng)力比受拉時要大得多，因此最危險的工況還要具體分析。以上計算僅僅說明了一個穩(wěn)定工作點變化到另一個穩(wěn)定工作點所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。實際的運行情況更為復(fù)雜，負荷的變化有可能是連續(xù)的，例如先從50負荷增加到80負荷，在各部分溫度場尚未達到穩(wěn)定，又從80負荷增加到100負荷。因此，有必要尋找?guī)追N有效的熱應(yīng)力的測量方法（或計算方法），以便能夠隨時測定汽輪機的熱應(yīng)力。圖8-23 負荷突然變化時汽輪機的熱應(yīng)力2、 熱應(yīng)力檢測方法檢測熱應(yīng)力的方法目前有兩種：一種是通過計算來確定熱應(yīng)力。它是根據(jù)蒸汽初溫、初壓、高壓缸第一級的溫度、蒸汽流量、轉(zhuǎn)速以及沖轉(zhuǎn)開始的時間來計算出傳熱系數(shù)、轉(zhuǎn)子中心溫度和實際溫升，根據(jù)實際溫升就可以確定熱應(yīng)力，后面將詳細介紹。另一種是采用熱模擬的方法，該方法用轉(zhuǎn)子表面溫度的變化來反映熱應(yīng)力的變化。對于汽輪機轉(zhuǎn)子這種圓柱形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子表面溫度低于平均溫度，則轉(zhuǎn)子表面就產(chǎn)生拉應(yīng)力；當(dāng)轉(zhuǎn)子表面溫度高于平均溫度時，如汽輪機加負荷時，由于轉(zhuǎn)子外表面溫度升高，內(nèi)部仍保持原溫度，于是就產(chǎn)生壓應(yīng)力。應(yīng)力的大小與溫度成正比，其關(guān)系式可用下式表示： K0（To-Tm） （8-4）式