汽轮机课件(华北电力大学)

600MW超临界汽轮机设备及运行ST12340-1火电厂朗肯循环示意图1-2蒸汽在汽轮机中膨胀做功，将热能转换为机械能；2-3蒸汽在凝汽器中凝结成水；3-4给水在给水泵中升压；4-1工质在锅炉中定压加热。（4’-1’+2’-1为一次再热式汽轮机在锅炉内的吸热过程）2’4’1’锅N600-24.2/566/566汽机简介超临界、单轴、一次中间再热三缸四排汽高压缸：1个单列调节级+9个压力反动级中压缸：6个压力反动级低压缸：4×7个压力反动级给水回热系统：3高加+1除氧+4低加末级叶片长度：1029mm保证净热耗率：7572kJ/kW.h设计背压：双背压4.4/5.4kPa，平均背压4.9给水温度（TRL工况）：280.8℃2×50％容量的汽动给水泵+35%容量的启动及备用电动给水泵机组工况的定义铭牌工况（TRL），进汽量为铭牌进汽量，此工况为出力保证值的验收工况，其条件如下：1）额定主蒸汽参数、再热蒸汽参数及规定的汽水品质；2）汽轮机低压缸排汽平均背压为11.8kPa3）补给水量为3％4）最终给水温度为280.8℃5）全部回热系统正常运行，但不带厂用辅助蒸汽6）汽动给水泵满足额定给水参数7）发电机效率98.9％，额定功率因数0.90，额定氢压汽轮机进汽量等于铭牌工况（TRL）进汽量，能在下列条件下安全连续运行，此工况下发电机输出的功率（扣除静态励磁所消耗的功率），称为最大连续功率（T—MCR），此工况出力为648.862MW，其条件如下：1）额定主蒸汽再热蒸汽参数及所规定的汽水品质2）汽轮机低压缸排汽平均背压为4.9kPa3）补给水量为0％4）最终给水温度为280.7℃5）全部回热系统正常运行，但不带厂用辅助蒸汽6）汽动给水泵满足规定给水参数7）发电机效率98.9％，额定功率因数0.90，额定氢压。调节门全开（VWO）工况：汽轮机的进汽量不小于105％的铭牌工况（TRL）进汽量，最终进水温度为283.9℃，此工况出力为674.421MW汽轮发电机组能在高压加热器全部停运时安全连续运行，除进汽量及部分回热系统不能正常运行外，最终给水温度188.7℃，此时机组能保证输出额定功率600MW热耗率验收（THA）工况：当机组功率（扣除静态励磁所消耗的功率）为600MW时，除进汽量以外，最终给水温度为275℃热耗率保证机组THA工况的保证热耗率不高于如下值：7572kJ/(kW.h)THA工况条件下的热耗率按下式计算不计入任何正偏差值）汽轮发电机组热耗率=式中：Wt主蒸汽流量kg/hWr再热蒸汽流量kg/hHt主汽门入口主蒸汽焓kJ/kg△Hr经再热器的蒸汽焓差kJ/kgHf最终给水焓kJ/kgkWg发电机终端输出功率kW采用静态励磁时所消耗的功率hkwkJikWkWgHrWrHfHtWt/)()(kWi汽轮机能承受下列可能出现的运行工况：a)汽轮机轴系，能承受发电机及母线突然发生两相或三相短路或线路单相短路快速重合闸或非同期合闸时所产生的扭矩b)机组甩去外部负荷后带厂用电运行时间不超过1分钟c)汽轮机并网前能在额定转速下空转运行，其允许持续运行的时间，能满足汽轮机启动后进行发电机试验的需要d)汽轮机能在低压缸排汽温度不高于80℃下长期运行。当超过限制值时，应投入喷水系统使温度降到允许的范围内第二章汽轮机本体汽轮机本体包括：1.静止部分汽缸、喷嘴室、隔板、隔板套、静叶栅、汽封、轴承、轴承座、滑销系统等2.转子部分主轴、叶轮（或转鼓）、动叶栅、联轴器等第一节大机组结构特点一、高中压缸采用双层缸将一定压力的蒸汽引入夹层，使蒸汽的总压差、温差分别由内、外壁承担。减小单层汽缸壁厚、法兰厚度，减小热应力本图是高压缸排汽用作夹层冷却不同的冷却蒸汽决定了内、外缸的压差和温差一般汽缸都是上下缸结构，中间通过法兰螺栓连接但大机组、尤其是超临界机组高压缸为了减小热应力，采用了一些其它方式。西门子公司：外缸为圆筒形结构；内缸有中分面，用螺栓固定；内缸受外缸约束、定位。石洞口二电厂（ABB）、元宝山电厂等内缸无法兰螺栓，而采用7只钢套环将上下缸热套紧箍成一圆筒，仅在进汽部分加四只螺栓来加强密封。同时外缸可采用较薄的法兰和细螺栓，减小对汽机启停的限制。二、高中压分流合缸优点：1.高温区集中在汽缸中部，夜间停机或周末停机温度衰减慢，启动热应力小，适合两班制运行；2.两端的温度、压力均较低，从而减少了对轴承和端部汽封的影响，改善了运行条件；3.减少了轴承数，可缩短主轴长度。缺点：高中压转子合一而变长、变粗，ncr1降低、汽封漏汽量增大，热耗增大三、低压缸采用多层缸低压缸的刚度是低压缸最为重要的特性，它包括静刚度、动刚度和汽缸的热变形等。静刚度是指扣与不扣上盖的情况下载荷与汽缸变形的关系，冷态下抽真空与变形的关系。动态刚度是指抗振强度。热变形是指后汽缸排汽温度变化对汽缸及轴承座负荷分配的影响。每个排汽缸上方装有4个薄膜型安全阀，当排汽压力高于0.137MPa时，安全阀动作排大气，防止由于冷却水中断等事故引起的排汽温度升高。排汽缸的下部还设有喷水减温，防止排汽缸超温。因为在启动过程中，尤其在达到额定转数空负荷运行时，可能会出现没有足够的蒸汽流量带走低压缸摩擦鼓风损失，使低压缸超温的情况，但这种情况的运行时间要限制。低压缸体积大，轴向温差大。采用三层缸，即一个外缸和两个内缸，有利于：•将通流部分设在内缸，使体积较小的内缸承受温度变化，而外缸及庞大的排汽缸均处于较低温度状态，减小热变形；•#2内缸两端布置有排汽导流环，与外缸的锥形端壁结合，形成排汽扩压通道，充分利用末级叶片排汽速度，提高汽轮机效率；•喷水装置固定与排汽导流环出口的外缘上，当转速达到600rpm时，自动投入喷水，直到机组带上15%负荷；•低压缸末级处于湿蒸汽区，在末级叶片顶部装有蜂窝式汽封，用于减小漏汽并排除末级动叶甩出之水分。四、汽缸的支撑（一）猫爪支撑高、中压缸采用猫爪支撑汽缸水平法兰的延伸面作为承力面，支撑在轴承座上。中分面支撑：在汽缸温度变化时不会影响汽缸中心线；（二）台板支撑低压缸一般采用下缸伸出的撑脚直接支撑在基础台板上，虽然它的支撑面比汽缸中分面低，但因排汽缸温度低，膨胀小，故影响不大。轴向两端预埋入基础的固定板确定了低压缸的轴向位置在两轴向定位板连线上，汽缸不允许轴向位移轴向定位板连线和横向定位板连线的交点，既是低压缸的膨胀死点五、滑销系统保证汽缸能定向自由膨胀，且汽缸中心与转子中心一致；同时保持通流部分间隙及膨胀量在正常范围。胀差：汽缸膨胀与转子膨胀之差汽缸死点转子死点LP1LP2纵销横销HI推力轴承定中心梁上汽600MW超临界汽轮机滑销系统图该滑销系统静止汽缸死点位于低压Ⅰ缸中部，以此为基点，汽缸分别向两边膨胀（或收缩）不受阻碍。推力轴承位于前轴承箱内，转子也以此为相对死点向发电机端膨胀（或收缩）不受阻碍。高中压缸与轴承箱之间、低压1号与2号缸之间在水平中分面以下都用定位中心梁连接。汽轮机膨胀时，1号低压缸中心保持不变，它的后部通过定中心粱推动2号低压缸沿机组轴向向发电机端膨胀。1号低压缸的前部通过定中心梁推着中轴承箱、高中压缸、前轴承箱沿机组轴向向调速器端膨胀。轴承箱受基架上导向键的限制，可沿轴向自由滑动，但不能横向移动。箱侧面的压板限制了轴承箱产生的任何倾斜或抬高的倾向。汽缸膨胀测量实际上是测定前轴承箱相对于死点（基础）的移动量高中压胀差探头位于中轴承箱报警-410.3停机-4.711.7低压缸胀差探头位于6#轴承处报警-0.7610.3停机-1.5223.5六.汽阀结构第二节叶片与叶轮等截面叶片、扭叶片喷嘴（静叶）：将蒸汽热能转化为动能；动叶：将蒸汽动能转化为机械功。围带：高压可减小漏汽，中、低压可调频（自带围带）拉金：增加刚度，调频第三节汽封与汽封系统轴端汽封——主轴穿出汽缸处的汽封隔板汽封通流部分汽封——叶根、叶顶汽封隔板汽封轴端汽封“X”腔室与轴封供汽母管相连“Y”腔室与轴封抽汽母管相连轴封系统作用：1.合理利用轴封漏汽；2.防止空气漏入汽轮机采用略大于大气压力的轴封供汽（具体参数见后）3.防止蒸汽漏入大气采用略小于大气压力的轴封抽汽(通常维持690Pa的负压，允许范围为500～750Pa的负压）各汽源的调节阀压力整定值高压供汽0.0226MPa(表压）辅助汽源0.0261MPa冷再热0.0295MPa溢流0.033MPa在正常运行时，靠高中压缸两端轴封漏汽作为低压缸两端的轴封供汽，不需另供轴封用汽，这种系统叫做自密封系统。一般：15%负荷高压自密封；25%中压、70%全自密封空\低负荷时25%负荷以上时汽封系统运行限制汽封供汽必须具有不小于14℃的过热度。盘车之前不得投入汽封供汽系统，以免转子弯曲。低压缸汽封供汽温度120～180℃，低压汽封温度控制器整定值为150℃。为了防止汽封部位由于热应力而造成转子损坏，机组在启动和停机时，要尽量减小汽封蒸汽和转子表面间的温差下，由于热应力而使转子开始产生裂纹的计算循环次数，由下图的曲线确定。建议转子循环疲劳能力为10000次。第四节轴承一、滑动轴承油膜形成的原理油膜形成的三要素：1.一定的速度2.沿速度方向的楔形3.油的粘度如：油温升高，粘度下降，油膜将难以形成；但粘度太大，会使油的分布不均匀，增大摩擦损失，减小偏心距。二、径向支撑轴承GF一旦出现扰动，则合力变为F’其中：F1=G将F2分解到沿oo1方向及其垂直方向，前者使轴回到原中心位置，而后者使轴颈绕原中心位置o涡动，经计算其涡动频率为转速的一半G为重力；F为油膜支撑的合力。G=FF’GF1F2oF’2F”2F2oo1o1当：n=ncr1时，可能产生油膜振荡油膜振荡是自激振荡，其特点为：一旦产生，将在很广的转速范围内继续存在，不能通过提高转速的方法来消除。防止和消除油膜振荡的方法：1.增大比压；2.适当提高油温；3.增大偏心率；4.采用多油楔瓦。轴承结构径向支持轴承按支承方式可分为固定式和自位式两种；按轴瓦可分为圆形轴承、椭圆形轴承、多油楔轴承和可倾瓦轴承等。一般圆筒形转子主要适用于低速重载转子；三油楔支持轴承、椭圆形轴承分别适用于较高转速的轻、中和中、重载转子；可倾瓦支持轴承则适用于高速轻载和重载转子。可倾瓦支持轴承是密切尔式的支持轴承，一般由3—5块或更多能在支点上自由倾斜的弧形瓦组成。瓦块在工作时可以随着转速或载荷、轴承温度的不同而自由摆动，使每个瓦块作用的轴颈的油膜作用力总是通过轴颈中心，故不易产生轴颈涡动的失稳力，具有较高的稳定性。某厂600MW机组轴承分布为：轴承号载荷（kN)形式1（高压转子）42四瓦块可倾瓦2（高压转子）57同上3（中压转子）88同上4（中压转子）117同上5（低压A转子）289两瓦块可倾瓦6（低压A转子）292短园瓦7（低压B转子）288同上8（低压B转子）297同上9（发电机转子）376椭圆10（发电机转子）376同上三、推力轴承以止推轴承的名义间隙0.4为标准以轴承架中心线为基准,离开中心线(任一方向)0.9mm时报警1.0mm时跳闸推力轴承的瓦块第三章凝汽设备及运行第一节凝汽器的工作原理和结构一、凝汽设备的作用、组成作用：1.在汽轮机排汽口建立并维持真空；2.回收纯净的冷凝水。凝汽设备组成：1.凝汽器在较低温度下将蒸汽凝结成水；2.循环水泵提供冷却用水；3.凝结水泵将凝结水带走，加入循环；4.抽气器将凝汽器中不凝结的空气抽出。二、空气冷却式凝汽器与空冷系统1直接空冷系统由若干外表面整体热镀锌，套有矩形钢翅片的椭圆形钢管组成的表面式换热器主凝结区多设计成汽水顺流式（冷凝后凝结水的流动方向与蒸汽流动方向相同（凝结约70%到80%的蒸汽）辅凝结区则一般为逆流式。逆流部分应保证，不会在顺流部分造成完全冷凝，以避免过冷、溶氧以及冻害的危险。直接空冷系统的优点是设备少，系统简单，基建投资较少，占地少；缺点是运行时粗大的排汽管到密封困难，维持真空困难，启动时维持真空时间较长。此种类型的机组国外单机容量已达330、665MW；我国目前也正在发展600MW机组，如内蒙上都、山西运城2海勒式间接空冷系统采用喷射式凝汽器和装有