汽轮机设备介绍

汽轮机设备--张泽强2014.11.5内容导视第一部分：汽轮机的历史及型号分类。第二部分：汽轮机结构介绍。第三部分：汽轮机的事故处理。第一部分：汽轮机的历史（一）、汽轮机装置在国民经济中的地位：汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。世界电量的80%以上是由汽轮机作为原动机生产的（火电和核电），同时在化工和石油化工领域也有着广泛的应用。因此，汽轮机在国民经济中占有重要的地位。汽轮机装置的特点是单机功率大、热经济性高、运行安全可靠、单位功率制造成本低。汽轮机：以水蒸汽为工质，将热能转变为机械能的高速旋转式原动机。汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械，主要用作发电原动机，也用来直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要.。（二）、汽轮机发展概述自1883年第一台轴流式汽轮机诞生至今，汽轮机发展经历了两个阶段，第一阶段是各类型汽轮机全面问世阶段（1883~1925），第二阶段是向高参数、高效率、大容量方向发展阶段。我国三大动力设备厂：哈尔滨汽轮机厂上海汽轮机厂东方汽轮机厂中小型汽轮机厂：北京重型电机厂青岛汽轮机厂武汉汽轮机厂工业汽轮机：杭州汽轮机厂燃气轮机：南京汽轮机厂(三)、汽轮机的分类及型号汽轮机的分类:1、按工作原理分级是汽轮机中最基本的做功单元（1）冲动式汽轮机各级按照冲动原理设计。蒸汽主要在喷嘴中膨胀或在动叶中只有少量膨胀的汽轮机。（2）反动式汽轮机各级按冲动和反动原理设计。蒸汽在喷嘴中膨胀程度与在动叶中膨胀的程度相等的汽轮机。调节级采用冲动级，其它级均为反动级。汽轮机的工作原理“级”是汽轮机中最基本的工作单元。在结构上它是由静叶（喷嘴）和对应的动叶所组成；一列固定的喷嘴和与它配合的动叶片构成了汽轮机的基本作功单元，称为汽轮机的“级”单级冲动式汽轮机工作原理结构立体图（1）冲动作用原理（Impulseturbines）冲动力的定义：根据力学知识，当一运动物体碰到另一个静止的物体或者运动速度低于它的物体时，就会受到阻碍而改变其速度的大小或方向，同时给阻碍它的物体的一个作用力特点：蒸汽仅把从喷嘴中获得的动能转变为机械功，蒸汽在动叶通道中不膨胀，动叶通道不收缩（2）反动作用原理（Reactionturbines）反动力定义：蒸汽在动叶汽道内膨胀时对动叶的作用力。根据动量守恒定律，当气体从容器中加速流出时，要对容器产生—个与流动方向相反的力。基本特点：蒸汽在动叶流道中不仅要改变方向，而且还要膨胀加速，从结构上看动叶通道是逐渐收缩的。由于动叶片进出口蒸汽存在较大压差，所以与冲动式汽轮机相比，反动式汽轮机轴向推力较大。因此一般都装平衡盘以平衡轴向推力。汽轮机的冲动式与反动式图解2、按热力特性分（1）凝汽式汽轮机汽轮机排汽排入凝汽器的汽轮机。作功能力大，效率比较低。背压真空，有凝汽器。有些小汽轮机没有回热系统，称为纯凝汽式汽轮机。（2）背压式汽轮机汽轮机排汽在高于大气压力下排出，排汽可供给工业或采暖热负荷的用汽。无凝汽器。（3）抽汽式汽轮机从汽轮机中间某级后抽出一定的可调参数、流量的蒸汽对外供热，其余气流排入凝汽器。（4）抽汽背压式汽轮机具有调整抽汽的背压式汽轮机，调节抽汽和排汽都分别供热用户。（5）多压式汽轮机汽轮机的进汽不止一个参数在汽轮机的某中间级前又引入其它来源的蒸汽，与原来的蒸汽混合共同膨胀做功。中间再热和无中间再热。3、按主蒸汽压力分汽轮机类别主蒸汽压力（MPa)低压汽轮机0.12~1.5中压汽轮机2~4高压汽轮机6~10超高压汽轮机12~14亚临界压力汽轮机16~18超临界压力汽轮机22.1超超临界压力汽轮机324、按汽流方向分1.轴流式汽轮机组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列，汽流方向的总趋势是轴向的，绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机。2.辐流式汽轮机组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列，汽流方向的总趋势是半径方向的。5、按用途可分1.电站汽轮机用于拖动发电机，汽轮发电机组需按供电频率定转速运行，故也称为定转速汽轮机，主要采用凝汽式汽轮机。也采用同时供热供电的(抽汽式、背压式)汽轮机，通常称它们为热电汽轮机或供热式汽轮机。2.工业汽轮机用于拖动风机、水泵等转动机械，其运行速度经常是变动的，也称为变转速汽轮机。3.船用汽轮机用于船舶推进动力装置，驱动螺旋桨。为适应倒车的需要，其转动方向是可变的。4.凝汽式供暖汽轮机在中低压缸连通管上加装蝶阀来调节供暖抽汽量，抽汽压力不象调节抽汽式汽轮机那样维持规定的数值，而是随流量大小基本上按直线规律变化的。背压式汽轮机剖视图凝式汽轮机剖视图抽气冷凝式汽轮机剖视图汽轮机型号的表示方法（杭汽厂家）ΔΔΔΔXX-XX–XX-XX-3抽气式机组代号E或者其他前区段的形式代号，H高压，N常压，HN前段高压，后段中压，M高速，W双涡流后区段形式代号，K凝汽式，GH高压背压式，GN常压背压式进汽缸内的半径转子末级根部直径三系列第一延长段长度第二延长段长度代号型式代号型式N常压进气K凝汽式G背压式E抽气H高压W双分流M高速HN无抽气下面以杭汽的NG25/20为例进行介绍：杭汽生产的三系列汽轮机主要有10个基型：NK、NG、HG、ENK、ENG、HNK、HNG、EHNK、EHNG和WK。这些基型中字母有其规定含义：N：正常进汽参数，最高为10.0Mpa(a),510℃H：高进汽参数，最高为14.0Mpa(a),540℃K：凝汽式汽轮机G：背压式汽轮机E：抽汽式汽轮机WK：双分流凝汽式汽轮机，进汽参数最高为1.6Mpa(a),420℃第二部分：汽轮机本体结构汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。1、固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。2、转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。3、固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。4、汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。凝式汽轮机小型汽轮机实物图抽汽冷凝式透平调速阀的油动机汽轮机的级1、汽轮机的级：由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元。2、在喷嘴通道内，蒸汽膨胀压力降低，温度降低，汽流速度加快，可见蒸汽从喷嘴的进口到出口实现了由热能向动能的转换。高速流动的蒸汽由喷嘴出口进入动叶，给予动叶以冲动力，通常汽流在动叶槽道中继续膨胀，并转变方向，当汽流离开动叶槽道时，它给叶片以反动力，这两个力的合力，推动动叶带动动叶轮和轴旋转，做出机械功。隔板和喷嘴汽轮机中隔板的作用是将汽轮机各级隔离开来，并固定喷嘴和阻止各级间的漏汽。隔板是由隔板外缘、喷嘴和隔板体构成的圆形板状组合体。隔板按照制造方法的不同可以分为铸造隔板、焊接隔板和组合隔板三种。目前大型汽轮机普遍采用焊接隔板。焊接隔板是将预先加工好的喷嘴叶栅焊接在隔板体和外缘之间制成。隔板通常做成水平对分形式，汽轮机的主轴穿过其内圆孔。喷嘴的作用是对蒸汽进行加速，将热能转变为动能。动叶汽轮机动叶是固定在叶轮上的。动叶是完成将蒸汽动能转变为机械能的重要部件。按照动叶横截面积沿叶高的变化规律，将动叶分为等截面叶片和变截面叶片。等截面叶片的截面积沿叶高是不变的，变截面叶片的截面积沿叶高按照一定的规律减小，即叶片绕各截面形心连续发生扭转，通常又称为扭曲叶片。套装转子焊接转子组合转子转子实物照片汽缸汽缸是汽轮机的外壳。按照承受压力的不同,可以分为高压缸、中压缸和低压缸。汽缸内部装有隔板、喷嘴等部件。汽缸都为上下两部分对分形式，用螺栓将上下两部分连接起来。汽轮机转子穿过汽缸，转子上装有叶轮、动叶。每列喷嘴后面都对应一列动叶。汽轮机汽缸联轴器联轴器也叫靠背轮或对轮。它的作用是连接汽轮机各转子以及汽轮机转子与压缩机机转子，借以将蒸汽作用在汽轮机转子上的扭矩传递给压缩机转子，使压缩机转子旋转，从而产生机械能1、2-刚性联轴器（对轮）；3-螺栓；4-垫圈；5-键；6、7-转子轴承（支撑转子）支持油膜形成过程径向轴承推力轴承推力轴承是用来承受转子的轴向推力，并确定转子的轴向位置，从而保证动静件之间的轴向间隙在允许范围内。大型汽轮机通常都采用高中压缸反向布置以及低压缸分流等措施，但由于高中压缸的轴向推力不可能做到完全平衡，故其轴向推力仍具有较大的数值。第三部分：汽轮机的事故处理第一节汽轮机振动：叶片振动转子振动一、振动过大的危害和后果二、振动发生的原因（一）中心不正（二）质量不平衡（三）油膜振荡(四）气隙振动第一节汽轮机振动运行过程中引起转子突然振动的常见原因：不平衡离心力掉叶片或转子部件损伤汽缸有打击声，振动增大后很快消失或稳定在较以前高的水平上；动静碰磨引起转子热弯曲上下缸温差大，胀差大，主汽温下降很快，转子振动增大很快；油膜振荡转子振动加大，轴瓦伴有敲击声；运行中监视轴振、轴承振动在允许范围内第二节汽轮机叶轮结垢事故一、现象（蒸汽的品质）（1）汽轮机转速下降，开大主汽阀仍达不到要求；（2）汽轮机拖动机组入口压力上涨；（3）汽轮机排气温度上涨；（4）汽轮机入口蒸汽量下降，开大主汽阀也达不到正常流量；总的来说就是汽轮机没劲。二、产生原因蒸汽品质达不到要求；蒸汽中全硅，游离硅超标；蒸汽中钙镁钠等金属离子超标;三、处理措施：（1）在线处理：湿蒸汽清洗。（2）停车处理。第三节汽轮机轴弯曲事故一、轴弯曲的原因（一）动静部分磨擦动静部分磨擦，局部受热产生弯曲；而在一阶临界转速下，弯曲会加剧摩擦，可能造成永久性弯曲。（二）水冲击汽缸进水后，汽缸与转子急剧冷却，造成汽缸变形，转子弯曲。二、预防措施运行方面：（1）满足热态启动的限制（2）严禁在转子不动的情况下向轴封供汽或暖机（3）启动升速过程中，如在非临界转速下出现较大的振动，应及时判断，果断停机，防止事故扩大；（4）停机后，记录惰走时间并与以往记录作比较，应定期记录盘车电流、大轴晃动、上下缸温差、胀差等，严防低温蒸汽和水漏入汽缸。一般情况下如真空按一定规律下降，转子的惰走曲线不应发生变化，因此可借此曲线判断某些故障，如惰走时间急剧减小，可能是轴瓦磨损或动静部件发生摩擦；如惰走时间延长，可能是汽门关闭不严或抽汽管道阀门不严。第四节汽轮机组超速事故一、现象转速表超过上限并持续上升,达到调速器超速跳闸转数或机械跳闸转数引发停车。二、原因油质不良。使调节或保安系统动作不正常；调节系统调整不良，不能维持机组空转；拖动机组负荷调整不当，降负荷过快而DCS主汽阀手动未及时发现调整;蒸汽品质不良，自动主汽门或调节汽门阀杆卡涩；抽汽逆止门、高压排汽逆止门卡涩或漏气。三、防止措施调解、保安系统加强油质监督加强汽，水品质监督定期进行调节、保安系统试验（1）调节系统试验；（2）保安系统试验。正常运行中应该定期进行速关阀和危急保安器的充油试验。（3）调节汽门严密性试验和关闭试验。试验要求单独一种阀门最大漏气量所引起的转速不大于1000转/分。第五节轴瓦烧毁事故一、轴瓦烧毁的事故现象（1）轴瓦乌金温度、润滑油回油温度升高；一旦油膜破坏，机组振动增大，轴瓦冒烟。（2）轴向位移增大，甚至保护动作。二、轴瓦烧毁的原因及危害1轴向推力增大蒸汽带水、汽缸进水；蒸汽品质不良，叶片结垢；2负荷过大；3润滑油压过低，油量偏小或断油；油质不合格；危害：轴瓦乌金烧毁，转子轴颈损坏，汽轮机动静碰磨等。三、预防措施运行中监视润滑油压力、温度及回油量，并保证有净化系统工作正常，油质合格；防止油系统切换是发生误操作；轴封工作正常，防止润滑油带水；防止轴向推力过大或转子异常振动；轴瓦乌金温度超过90°C，润滑油回油温度超过75°C或突然连续升高到70°C都应打闸停机。第六节汽轮机热膨胀一、胀差过大的原因