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参考答案:汽轮机运行中,其汽缸承受的作用力有:蒸汽与大气压力差产生的作用力;隔板或隔板套作用在汽缸上的力;汽缸内、外壁温差产生的热应力;连接管道作用在汽缸上的力。
蒸汽与大气压力差产生的作用力,在汽缸壁内部产生切向、轴向和径向应力;在高、中压汽缸的法兰内还产生弯曲应力;在其螺栓内产生拉应力。隔板或隔板套作用在汽缸上的力,在其与汽缸的接触面产生挤压应力;蒸汽喷射对隔板产生的反作用力,通过隔板的挂耳传递给汽缸,在汽缸内产生剪切应力;汽缸内、外壁温差产生切向、轴向和径向热应力。连接管道作用在汽缸上的力,在汽缸壁内产生局部的拉、压应力或剪切应力。
除凝汽式汽轮机的最末几级和低压排汽室外,其内部蒸汽压力大于大气压力,承受蒸汽表压力在其内壁产生的作用力,其中以进汽部分蒸汽压力最高,特别是在其进汽超压的最大流量工况,汽缸、法兰和螺栓承受的蒸汽作用力最大。对于其低压最末几级和低压排汽室,内部压力低于大气压力,主要承受大气的作用力,它随凝汽器真空升高而增大。隔板或隔板套作用在汽缸上的力,以最大流量工况时最大。汽缸内的热应力,与汽缸内、外壁温差成比例,温差愈大,热应力愈大。连接管道作用在汽缸上的力,与管道连接的状态有关。
对于汽缸的高、中压部分,若运行中其内、外压力差过大而超过最大许用值,其最大应力可能超过材料的许用应力;螺栓因变形而使预紧力消失,法兰结合面出现张口,产生漏汽,冲刷法兰结合面,破坏结合面的严密性。对于汽缸的低压部分,其内部压力低于大气压力,主要解决刚度问题,同时防止排汽压力高于大气压力。因为排汽压力升高,排汽温度随之升高,排汽缸的垂直膨胀量增大,破坏转子或汽缸中心线的自然垂弧,可能引起机组振动,造成动、静部分摩擦;而且可能造成凝汽器铜管泄漏,影响凝结水的质量。在汽轮机启停和变负荷过程中热应力为交变应力,热应力过大将使材料提前出现疲劳裂纹,还可能使合成应力超过许用应力。连接管道作用在汽缸上的力过大将阻碍汽轮机自由膨胀,严重时会引起汽缸中心线偏斜,或与台板脱离,造成推力轴承烧毁,或激起机组强烈振动。
只要在安装时注意控制连接管道作用在汽缸上的力;在运行中控制主蒸汽和调节级后蒸汽的参数不超过最大许用值;汽缸内、外壁温差和法兰内、外壁温差不超过最大允许值,可以保证汽缸的安全。
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