影響汽輪機(jī)壽命的基本因素

1、熱應(yīng)力的定義及理解：

  金屬因溫度化不能自由伸縮而產(chǎn)生的應(yīng)力,，或金屬本身溫度不均勻使伸縮受制約而產(chǎn)生的應(yīng)力,，稱為熱應(yīng)力。由于熱應(yīng)力是溫度變化而產(chǎn)生的,，所以也稱溫度應(yīng)力或溫差應(yīng)力,。

部件工作時，它的尺寸將因溫度變化而伸縮,。若部件的伸縮不受任何限制,，溫度變化只能使其變形，而不致產(chǎn)生應(yīng)力,。若部件不能自由伸縮,，將會在其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。

部件在受熱或冷卻時,，若各部分溫度不一致,，變形將受制約。溫度高的部分要膨脹伸長,，溫度低的部分則限制它的膨脹,，結(jié)果在高溫部位產(chǎn)生壓應(yīng)力。低溫部位產(chǎn)生拉應(yīng)力,。

2,、熱沖擊

   熱沖擊是指由于急劇加熱或冷卻，使物體在較短的時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱交換,，溫度發(fā)生劇烈的變化時,，該物體就要產(chǎn)生沖擊熱應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱為熱沖擊,。

  一次大的熱沖擊,，產(chǎn)生的熱應(yīng)力能超過材料的屈服極限，而導(dǎo)致金屬部件的損壞,。

3,、應(yīng)力松弛

   鋼材在高溫和應(yīng)力作用下，在應(yīng)變量維持不變,，應(yīng)力隨著時間的延長逐漸降低的現(xiàn)象,，稱為應(yīng)力松弛。

金屬材料在高溫下發(fā)生應(yīng)力松弛,，是有一部分在初應(yīng)力作用下產(chǎn)生的彈性變形逐漸地轉(zhuǎn)化為塑性變形的結(jié)果,。松弛現(xiàn)象與蠕變現(xiàn)象有著內(nèi)在的聯(lián)系，都是在高溫和應(yīng)力作用下的不斷性變形過程，兩者的區(qū)別僅在于蠕變時應(yīng)力基本恒定不變,，松弛時應(yīng)力則不斷在降低,。

    應(yīng)力松馳發(fā)生在高溫下工作的緊固件上，如鍋爐,、汽輪機(jī)上的螺栓,、螺母、壓緊彈簧等,。這些零件在長期高溫和應(yīng)力作用下,，塑性變形增加，應(yīng)力下降,，當(dāng)松弛到一定程度后,，就會引起汽缸和閥門漏汽，安全門提前起座,，影響機(jī)組正常運行,，甚至發(fā)生危險。

4,、蠕變：應(yīng)力不變的條件下,，應(yīng)變隨時間延長而增加的現(xiàn)象。

或者說金屬在高溫下,，即使其所受的應(yīng)力低于金屬在該溫度下屈服點,，只要在高溫下長期工作，也會發(fā)生緩慢的,、連續(xù)的,，不可恢復(fù)的塑性變形、這種現(xiàn)象稱為金屬的蠕變,，

蠕變隨時間的延續(xù)大致分3個階段：①初始蠕變或過渡蠕變,應(yīng)變隨時間延續(xù)而增加,，但增加的速度逐漸減慢；②穩(wěn)態(tài)蠕變或定常蠕變,，應(yīng)變隨時間延續(xù)而勻速增加,，這個階段較長；③加速蠕變,，應(yīng)變隨時間延續(xù)而加速增加,直達(dá)破裂點,。應(yīng)力越大，蠕變的總時間越短,；應(yīng)力越小，蠕變的總時間越長,。但是每種材料都有一個最小應(yīng)力值,，應(yīng)力低于該值時不論經(jīng)歷多長時間也不破裂，或者說蠕變時間無限長，這個應(yīng)力值稱為該材料的長期強(qiáng)度,。因此蠕變的結(jié)果是產(chǎn)生裂紋,。

5、全屬的熱疲勞

   當(dāng)金屬零部件被反復(fù)加熱和冷卻時,，其內(nèi)部將產(chǎn)主交變熱應(yīng)力,，在此交變熱應(yīng)力反復(fù)作用下；零部件遭到破壞的現(xiàn)象稱為金屬的熱疲勞,。

  金屬材料疲勞斷裂的特點是：

    （1）載荷應(yīng)力是交變的,；

    （2）載荷的作用時間較長；

    （3）斷裂是瞬時發(fā)生的,；

    （4）無論是塑性材料還是脆性材料,，

在疲勞斷裂區(qū)都是脆性的。  汽輪機(jī)葉片的損壞形式主要是疲勞斷裂

6,、熱變形：

    汽輪機(jī)在啟動,、停機(jī)和帶負(fù)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(jī)產(chǎn)生變形現(xiàn)象。

（一）熱變形的規(guī)律

從熱膨脹原理知道,，當(dāng)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(dāng)上側(cè)溫度高于下側(cè)時，金屬部件上側(cè)的膨脹量大于下側(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(jìn),，即“熱凸內(nèi)凹”。

（二）汽輪機(jī)的幾種熱變形

1）上下缸溫差引起的熱變形

在汽輪機(jī)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。

2）汽缸,、法蘭內(nèi)外壁溫差引起的熱變形

由于機(jī)械強(qiáng)度的需要,，高壓汽輪機(jī)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(dāng)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(fù)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(fù)原狀。彈性彎曲往往是塑性彎曲的起因,，因此運行中應(yīng)均勻的加熱或冷卻,，以減少彎曲，避免產(chǎn)生塑性彎曲,。

文章來源與網(wǎng)絡(luò)    新浪博客yy913

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