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摘 要：本文对介绍了汽轮机暖机操作过程及存在的问题，比如鼓风摩擦、加热效果不明显、不同转速下的动静摩擦、启动过程中转子受到的应力、造成能源浪费等问题。
关键词：汽轮机；暖机；动静摩擦
汽轮机组的暖机过程是汽轮机在启动过程中为了防止材料低温脆性断裂和产生过大热应力而在一定转速或负荷下维持各项参数基本不变，以使启动蒸汽均勻加热汽轮机各部件的一个过程。
暖机的分类方法很多，在达到额定转速前的暖机过程称为冲转暖机，一般分为低速暖机、中速暖机、高速暖机，冲转到额定转速后，各发电公司会按照机组启动情况在不同负荷阶段进行暖机，一般这些负荷段都处于额定负荷的，所以又称此阶段为低负荷暖机或初负荷暖机。
汽轮机的启动大致分为冷态、温态、热态、极热态这几种工况，具体的暖机时间要根据机组的启动工况而定，不能一概而论。目前，发电公司在启动汽轮机时，暖机时间都是根据运行规程制定的，严格按照规程上的暖机步骤操作确实能保证机组在启动过程中的安全性，但是过分强调安全性，过多的安全裕量对于调峰机组的快速启动是不利的，在实际应用中可能会出现一些问题。
1.摩擦鼓风
汽轮机转子及动叶在高温、高压蒸汽冲转下高速旋转，在汽轮机进汽量较少的情况下，紧贴在叶轮两侧和外缘表面上的蒸汽微团的圆周速度与叶轮面上相应部位的圆周速度基本相同，而处于汽叙和隔板部位的蒸汽微团圆周速度几乎为零，所以叶轮与汽把、隔板间的蒸汽，沿其不同的距离均有不同的速度。实际蒸汽具有枯性，形成了蒸汽微团间及其与叶轮间的摩擦，同时叶轮与隔板板体的间隙中蒸汽旋转速度也各不相同，因而在叶轮两侧的子午面内形成了旋祸区，这种蒸汽的摩擦以及祸流消耗掉部分轮周功，以热能的方式释放出来，加热汽虹内部蒸汽及金属，使得转子及汽部位金属温度升高。在异常情况下，急剧升高的温度对转子、汽短金属内部组织及动、静部分的磨擦都带来一定的危害性。汽轮机在冲转暖机时，冲转蒸汽流量较小，此时汽内所通过的蒸汽量不足以带出叙内蒸汽与各转动部件摩擦所产生的热能，使紀内蒸汽温度上升，同时温度升高的蒸汽反过来又加热汽叙隔板及转子叶轮、叶片，使叙内各处的金属温度均升高。在机组带较高的负荷下运行时，各汽叙内通过足量的蒸汽将摩擦释放出的热量及时带走，最终使摩擦产生的热能与蒸汽带走的热能处于稳定的平衡状态。
可见叶轮摩擦鼓风损失与级的容积流量成反比。通过计算，假设所产生的摩擦、鼓风损失仅有被金属所吸收，那么这些热量足可以在内使对应部位金属温度上升，导致缸内金属受到巨大的热冲击。此外在冲转到额定转速这一阶段中，蒸汽做功只发生在前几级里，即转子的转动是前几级做功的结果，所以前几级在冲转以后一方面做功，一方面将蒸汽的热量传递给转子和汽虹，而其他各级不参与做功，蒸汽流经这些级时，将对转子起到制动作用，其表现是蒸汽与叶轮端部发生摩擦鼓风，摩擦鼓风要消耗大量的功率，转变成热量，结果使蒸汽温度反而升高，使叶轮端部温度高于转子中心轴，这一现象一直要等到进汽量足够大时才能消失。由此可见机组与电网并列后，应立即带上负荷而不宜在空载下运行过长时间。因为在空载时通过汽轮机的蒸汽流量太少，不足以将转子转动时摩擦鼓风产生的热量带走，会使排汽叙温度升高直至超过允许值。
2. 加热效果不明显
汽轮机在冲转时的低速暖机、中速暖机、高速暖机阶段蒸汽流量约为额定负荷下蒸汽流量的左右，主蒸汽温度和主蒸汽压力也处于较低的水平，在提高转子温度的过程中，若暖机转速控制得太低，则换热系数小，温度上升太慢，延长了启动时间，同冲转。暖机相比，并网后为额定转速，此时由于蒸汽流量增大，调节级蒸汽压力亦上升，因此蒸汽对转子，汽叙的换热系数比冲转暖机时大得多。同时蒸汽流量的增大，传给转子、汽叙的热量亦增多，热量增多和换热系数增大，这两个因素使转子、汽虹内部温度梯度变大。此时最容易出现较大的金属温差及差胀，所以机组并网后，需要带一段时间的初始负荷，进一步进行暖机。
3. 不同转速下动静碰摩
根据转子动力学原理，转速小于一阶临界转速时.转子振动高点与一阶不平衡质量夹角小于90°；转速等于一阶临界转速时，转子振动高点与一阶不平衡质量夹角等于90°；转速小于一阶临界转速时，转子振动高点与一阶不平衡质量夹角大于90°且小于180°。
当发生动静碰摩时转子局部发热，向碰摩位置方向弯曲。实践证明，汽轮机高中压转子动静碰摩时摩擦响应主要呈一阶振型。当转速低于一阶临界转速时，转子热弯曲和振动高点矢量和大于转子热弯曲量，动静碰摩进一步加剧。摩擦引起的转子热弯曲不断积累增大；反之，当转速高于一阶临界转速时，摩擦引起的转子热弯曲不能积累：当转速接近一阶临界转速时。转子热弯曲和振动高点矢量和也大于转子热弯曲量，由于一阶临界转速区摩擦热弯曲引起的振动响应大，动静碰摩法向力远高于前2种转速，导致摩擦发热功率加大，摩擦热弯曲加快，形成恶性循环。特别是高中压转子，由于阻尼小，一阶临界转速区，振幅放大因子很大，动静碰摩可能在极短时间内导致转子热弯曲达到很高的水平，如转子局部应力超过材料屈服极限将导致转子发生永久弯曲，这一过程发展极快，往往是人工不可控的同。
4. 启动过程转子受到的应力
汽轮机转子在启动过程中，受到离心力、扭矩、弯曲振动、温度差、动静碰摩等引起的应力作用网。
正常情况下，离心力在额定工况下转子受力中比重较小，2000 r/min时转子受离心力不到额定转速的1/2。这是部分汽轮机厂选择在2000 r/min附近长时间暖机的原因之一。
升速过程中转子受到的扭矩也很小。弯曲振动在一阶临界转速区可以引起较大的转子应力，因此，部分汽轮机厂通过盘车预暖、低速暖机、中速暖机，提高转子的抗脆性破坏能力。
部件温度不均匀引起部件的温度差应力增大。根据传热学原理，汽轮机温度上升越快，部件温度梯度越大，温度差应力也越大。实验证明，低速、中速、高速暖机时汽轮机调节级金属温度上升较慢。不会引起过大的温度差应力。
动静碰摩引起碰撞、摩擦、支承效应，理论和实践证明，对于大型汽轮机，主要是摩擦效应，摩擦引起转子局部温度升高，温度向周围传导形成的温度梯度产生温度差应力网。
5. 造成能源浪费
联合循环一般釆用滑参数启动，余热锅炉汽轮机的滑参数启动一般都釆用机炉联合启动的方式，就是在启动过程中，佘热锅炉蒸汽参数逐渐升高，汽轮机就用参数逐渐升高的蒸汽来暖管、暖机、升速、带负荷，直至蒸汽参数达到额定值。
对于具有高压和中、低压两级旁路的系统，在汽轮机冲转之前，通常是高压旁路全开，中、低压旁路开，当再热汽压力升到时，关闭再热器空气门及疏水门。汽轮机冲转后，随着汽轮机用汽量的增加，逐渐关小高压和中、低压旁路。而在汽轮机冲转时低速、中速、高速暖机阶段都要求主蒸汽参数基本保持不变，高中低压各旁路阀的关闭就被滞后，佘热锅炉产生的多佘的蒸汽都通过旁路系统进入凝汽器，造成热源损失。
出于机组运行灵活方便的目的，联合循环机组都设有烟气旁路，余热锅炉启动、升压，逐步调节烟气旁通阀的挡板开度，控制进入余热锅炉的燃气量，进而使蒸汽系统启动，可见在汽轮机冲转阶段设置太多的冲转暖机时间，由于余热锅炉需要控制进入汽轮机的蒸汽量，所以调节烟气旁通阀的挡板开度要在很长的一段时间内保持在较大开度，燃气轮机高温排气会有很大一部分由旁路烟齒直接排空，造成很大的浪费并产生噪音污染。
6. 结束语
本文对暖机操作过程进行了介绍，并且对目前发电公司的暖机操作过程中存在的一些问题进行了详细的说明。
关键词：汽轮机；暖机；动静摩擦
汽轮机组的暖机过程是汽轮机在启动过程中为了防止材料低温脆性断裂和产生过大热应力而在一定转速或负荷下维持各项参数基本不变，以使启动蒸汽均勻加热汽轮机各部件的一个过程。
暖机的分类方法很多，在达到额定转速前的暖机过程称为冲转暖机，一般分为低速暖机、中速暖机、高速暖机，冲转到额定转速后，各发电公司会按照机组启动情况在不同负荷阶段进行暖机，一般这些负荷段都处于额定负荷的，所以又称此阶段为低负荷暖机或初负荷暖机。
汽轮机的启动大致分为冷态、温态、热态、极热态这几种工况，具体的暖机时间要根据机组的启动工况而定，不能一概而论。目前，发电公司在启动汽轮机时，暖机时间都是根据运行规程制定的，严格按照规程上的暖机步骤操作确实能保证机组在启动过程中的安全性，但是过分强调安全性，过多的安全裕量对于调峰机组的快速启动是不利的，在实际应用中可能会出现一些问题。
1.摩擦鼓风
汽轮机转子及动叶在高温、高压蒸汽冲转下高速旋转，在汽轮机进汽量较少的情况下，紧贴在叶轮两侧和外缘表面上的蒸汽微团的圆周速度与叶轮面上相应部位的圆周速度基本相同，而处于汽叙和隔板部位的蒸汽微团圆周速度几乎为零，所以叶轮与汽把、隔板间的蒸汽，沿其不同的距离均有不同的速度。实际蒸汽具有枯性，形成了蒸汽微团间及其与叶轮间的摩擦，同时叶轮与隔板板体的间隙中蒸汽旋转速度也各不相同，因而在叶轮两侧的子午面内形成了旋祸区，这种蒸汽的摩擦以及祸流消耗掉部分轮周功，以热能的方式释放出来，加热汽虹内部蒸汽及金属，使得转子及汽部位金属温度升高。在异常情况下，急剧升高的温度对转子、汽短金属内部组织及动、静部分的磨擦都带来一定的危害性。汽轮机在冲转暖机时，冲转蒸汽流量较小，此时汽内所通过的蒸汽量不足以带出叙内蒸汽与各转动部件摩擦所产生的热能，使紀内蒸汽温度上升，同时温度升高的蒸汽反过来又加热汽叙隔板及转子叶轮、叶片，使叙内各处的金属温度均升高。在机组带较高的负荷下运行时，各汽叙内通过足量的蒸汽将摩擦释放出的热量及时带走，最终使摩擦产生的热能与蒸汽带走的热能处于稳定的平衡状态。
可见叶轮摩擦鼓风损失与级的容积流量成反比。通过计算，假设所产生的摩擦、鼓风损失仅有被金属所吸收，那么这些热量足可以在内使对应部位金属温度上升，导致缸内金属受到巨大的热冲击。此外在冲转到额定转速这一阶段中，蒸汽做功只发生在前几级里，即转子的转动是前几级做功的结果，所以前几级在冲转以后一方面做功，一方面将蒸汽的热量传递给转子和汽虹，而其他各级不参与做功，蒸汽流经这些级时，将对转子起到制动作用，其表现是蒸汽与叶轮端部发生摩擦鼓风，摩擦鼓风要消耗大量的功率，转变成热量，结果使蒸汽温度反而升高，使叶轮端部温度高于转子中心轴，这一现象一直要等到进汽量足够大时才能消失。由此可见机组与电网并列后，应立即带上负荷而不宜在空载下运行过长时间。因为在空载时通过汽轮机的蒸汽流量太少，不足以将转子转动时摩擦鼓风产生的热量带走，会使排汽叙温度升高直至超过允许值。
2. 加热效果不明显
汽轮机在冲转时的低速暖机、中速暖机、高速暖机阶段蒸汽流量约为额定负荷下蒸汽流量的左右，主蒸汽温度和主蒸汽压力也处于较低的水平，在提高转子温度的过程中，若暖机转速控制得太低，则换热系数小，温度上升太慢，延长了启动时间，同冲转。暖机相比，并网后为额定转速，此时由于蒸汽流量增大，调节级蒸汽压力亦上升，因此蒸汽对转子，汽叙的换热系数比冲转暖机时大得多。同时蒸汽流量的增大，传给转子、汽叙的热量亦增多，热量增多和换热系数增大，这两个因素使转子、汽虹内部温度梯度变大。此时最容易出现较大的金属温差及差胀，所以机组并网后，需要带一段时间的初始负荷，进一步进行暖机。
3. 不同转速下动静碰摩
根据转子动力学原理，转速小于一阶临界转速时.转子振动高点与一阶不平衡质量夹角小于90°；转速等于一阶临界转速时，转子振动高点与一阶不平衡质量夹角等于90°；转速小于一阶临界转速时，转子振动高点与一阶不平衡质量夹角大于90°且小于180°。
当发生动静碰摩时转子局部发热，向碰摩位置方向弯曲。实践证明，汽轮机高中压转子动静碰摩时摩擦响应主要呈一阶振型。当转速低于一阶临界转速时，转子热弯曲和振动高点矢量和大于转子热弯曲量，动静碰摩进一步加剧。摩擦引起的转子热弯曲不断积累增大；反之，当转速高于一阶临界转速时，摩擦引起的转子热弯曲不能积累：当转速接近一阶临界转速时。转子热弯曲和振动高点矢量和也大于转子热弯曲量，由于一阶临界转速区摩擦热弯曲引起的振动响应大，动静碰摩法向力远高于前2种转速，导致摩擦发热功率加大，摩擦热弯曲加快，形成恶性循环。特别是高中压转子，由于阻尼小，一阶临界转速区，振幅放大因子很大，动静碰摩可能在极短时间内导致转子热弯曲达到很高的水平，如转子局部应力超过材料屈服极限将导致转子发生永久弯曲，这一过程发展极快，往往是人工不可控的同。
4. 启动过程转子受到的应力
汽轮机转子在启动过程中，受到离心力、扭矩、弯曲振动、温度差、动静碰摩等引起的应力作用网。
正常情况下，离心力在额定工况下转子受力中比重较小，2000 r/min时转子受离心力不到额定转速的1/2。这是部分汽轮机厂选择在2000 r/min附近长时间暖机的原因之一。
升速过程中转子受到的扭矩也很小。弯曲振动在一阶临界转速区可以引起较大的转子应力，因此，部分汽轮机厂通过盘车预暖、低速暖机、中速暖机，提高转子的抗脆性破坏能力。
部件温度不均匀引起部件的温度差应力增大。根据传热学原理，汽轮机温度上升越快，部件温度梯度越大，温度差应力也越大。实验证明，低速、中速、高速暖机时汽轮机调节级金属温度上升较慢。不会引起过大的温度差应力。
动静碰摩引起碰撞、摩擦、支承效应，理论和实践证明，对于大型汽轮机，主要是摩擦效应，摩擦引起转子局部温度升高，温度向周围传导形成的温度梯度产生温度差应力网。
5. 造成能源浪费
联合循环一般釆用滑参数启动，余热锅炉汽轮机的滑参数启动一般都釆用机炉联合启动的方式，就是在启动过程中，佘热锅炉蒸汽参数逐渐升高，汽轮机就用参数逐渐升高的蒸汽来暖管、暖机、升速、带负荷，直至蒸汽参数达到额定值。
对于具有高压和中、低压两级旁路的系统，在汽轮机冲转之前，通常是高压旁路全开，中、低压旁路开，当再热汽压力升到时，关闭再热器空气门及疏水门。汽轮机冲转后，随着汽轮机用汽量的增加，逐渐关小高压和中、低压旁路。而在汽轮机冲转时低速、中速、高速暖机阶段都要求主蒸汽参数基本保持不变，高中低压各旁路阀的关闭就被滞后，佘热锅炉产生的多佘的蒸汽都通过旁路系统进入凝汽器，造成热源损失。
出于机组运行灵活方便的目的，联合循环机组都设有烟气旁路，余热锅炉启动、升压，逐步调节烟气旁通阀的挡板开度，控制进入余热锅炉的燃气量，进而使蒸汽系统启动，可见在汽轮机冲转阶段设置太多的冲转暖机时间，由于余热锅炉需要控制进入汽轮机的蒸汽量，所以调节烟气旁通阀的挡板开度要在很长的一段时间内保持在较大开度，燃气轮机高温排气会有很大一部分由旁路烟齒直接排空，造成很大的浪费并产生噪音污染。
6. 结束语
本文对暖机操作过程进行了介绍，并且对目前发电公司的暖机操作过程中存在的一些问题进行了详细的说明。