蒸汽在汽轮机中的传热现象        

1.蒸汽在汽轮机内膨胀做功，将热能转变为机械能，同时又以对流传热的方式，将热量传递给汽缸、转子等金属部件的表面。热量在汽缸内以导热的方式从内壁传到外壁，最后经保温层散到大气；热量在转子内以导热方式从转子表面传到中心孔，通过中心孔散给周围空间。

2.由于热量从金属内导热需要一定的时间，因而在汽缸内、外壁间以及转子表面和中心孔间会形成温差。

3.在汽轮机启动和加负荷过程中，由于蒸汽温度比金属部件温度高，蒸汽将热量传给金属部件，使其温度升高，金属部件内温度分布是不均匀的。 

4.在停机和减负荷过程中，蒸汽温度低于金属部件温度，可使金属部件冷却，温度下降，金属部件内温度分布是不均匀的。

热应力和热变形

热变形：由于温度的变化引起的物体变形（膨胀或收缩）称之为热变形。

热应力：如果物体的热变形受到约束，则在物体内就会产生应力，这种应力称之为热应力。

如果物体受热膨胀受到约束，则物体内将产生压应力；如果物体冷却收缩受到约束，则物体内将产生拉应力 。

当转子或汽缸周向温度不均、膨胀量不同时，会产生热变形，迫使汽缸拱曲和椭圆变形、转子弯曲。

（1）上下汽缸温差引起的热变形

启动、停机过程中上下汽缸的温差造成上缸膨胀大于下缸，而使上缸向上拱起。这会造成汽轮机下部动静部件的径向间隙减小，隔板和叶轮的轴向间隙发生变化，增大磨损。

汽轮机在启动、停机过程中，上缸温度高于下缸温度，其主要原因如下：

（1）上下汽缸质量和散热面积不同。下缸比上缸质量大，且下缸布置有回热抽汽管道和疏水管道，散热面积大，因而，在同样保温、加热或冷却条件下，上缸温度比下缸温度高；

（2）汽缸内部因温度较高的蒸汽上升，凝结放热大于凝结水下流的放热，而蒸汽凝结的疏水流至下缸经疏水管排出，疏水水膜降低了下缸受热条件；

（3）停机后汽缸内形成空气对流，温度较高的空气聚集在上缸，下缸内的空气温度较低，使上下汽缸的冷却条件产生差异，从而增大了上下汽缸的温差；

（4）运行时，由于振动，下缸保温材料容易脱落；

（5）上下汽缸冷却条件不同，下缸置于温度较低的运行平台以下并造成空气对流，增大了温差。

（2）转子的热弯曲

如果上下缸温差作用在静止的转子上，引起转子的热弯曲，温差过大引起塑性弯曲，造成转子的永久变形。

不管是启动还是停机,上缸温度大于下缸温度,引起转子的热弯曲，向上缸拱起。这会使动静部件摩擦加剧，机组振动增大。转子的最大热弯曲值与晃度值有固定的比例关系，一般规定转子的晃度不允许超过0.05mm。

汽缸和转子的相对膨胀   

转子质量轻，表面积大，而汽缸质量大，表面积小，在启动或停机过程中，转子温度的升高或降低速率比汽缸的高。

胀差：汽轮机汽缸与转子沿轴向膨胀之差，称为相对膨胀差。

正胀差：汽轮机在启动及加负荷过程中，转子温度升高比汽缸快，因而转子轴向膨胀值大于汽缸的值。

负胀差：在停机或减负荷过程中，汽缸收缩比转子慢，转子轴向膨胀小于汽缸的值。

汽轮机在热状态下，汽缸和转子之间存在胀差，将使通流部分动静部件的轴向间隙发生变化。当胀差为正值时，表明动叶出口与下级静叶入口间隙减小；当胀差为负值时，表明静叶出口与动叶入口间隙减小。

无论正负值，当超过允许值时，都将发生动静部件的轴向磨损，必须将胀差变化控制在允许范围内。

胀差的大小主要取决于蒸汽的温度变化率，在运行中常用控制蒸汽温度变化率的方法来控制胀差的变化。