汽轮机系统构成与运行基础知识

一、汽轮机级的工作原理1.汽轮机是以蒸汽为工质的将热能转变为机械能的旋转式原动机。2.汽轮机的分类：按工作原理分（冲动式和反动式）、按热力特性分、按主蒸汽压力分。3.汽轮机的型号：（手抄例子）汽轮机型式代号：N凝汽式.B背压式.C一次调整抽气式.CC两次调整抽气式.CB抽泣背压式.CY船用.Y移动式.HN核电汽轮机.4.汽轮机是将工质的热能转变成动能，再将动能转变成机械能的一种热机。多级汽轮机由若干个级构成，而每个级就是汽轮机做功的基本单元，级是由喷管叶栅和与之相配合的动叶栅所组成。5.无膨胀的动叶通道中，气流在动叶汽道内部膨胀加速，而只随汽道形状改变其流动方向，汽流改变流动方向对汽道所产生的离心力，叫做冲动力，这是蒸汽所做的的机械功等于它在动叶栅中动能的变化量，这种级叫做冲动级。6.蒸汽在动叶汽道内随汽道改变流动方向的同时仍继续膨胀、加速，加速的汽流流出汽道时，对动叶栅将施加一个与汽流流出方向相反的反作用的力，这个作用力叫做反动力，依靠反动力做功的级叫做反动级。7.级的反动度Ω：它等于蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想比焓降和整个级的滞止理想比焓降之比。8.冲动级的四种形式：纯冲动级，带反动度的冲动级，复速级，反动级（Ωm=0.5）。9.随着喷管被压的降低，斜切部分的膨胀程度不断增大，当蒸汽的膨胀充满整个斜切部分时，即斜切部分的膨胀能力用完时，则喷管的膨胀达到了极限，此时的工况称为喷管的膨胀极限工况，此时喷管的压比称为极限压比ε1d。10.达到极限膨胀后，若继续降低喷管背压，汽流一部分膨胀将发生在斜切部分之外（即口外膨胀），称为膨胀不足。11.轮周功率：单位时间内周向力Fu在动叶片上所做的功称为轮周功率。(衡量级内蒸汽流动过程中能量转换程度的重要指标，不是最终指标)12.汽轮机级的轮周效率是指1kg/s蒸汽在级内所做的轮周功Pu1与蒸汽在该级中所具有的理想能量E0之比。它是衡量汽轮机级的工作经济性的一个重要指标，但不是最终的经济指标。13.由速度三角形可知，动叶出口绝对速度c2在轴向排汽时，余速损失最小，有一特定的速度关系（u/c1）可使最小余速损失得以实现，这个速度比称为最佳速度比。14.部分进气度：工作喷管所占的弧段长度Zn×tn与整个圆周长π×dn的比值表示部分进气的程度。15.盖度：为了使蒸汽从喷管叶栅流出时不致与动叶栅顶部和根部发生碰撞，从而顺利地流进动叶栅，动叶栅的进口高度Lb须稍大于喷管叶栅的出口高度Ln，两者之差称为盖度。盖度过小时，由于不可避免的制造和安装误差误差以及运行时动静部分变形的不一致或汽流径向扩散等原因，仍然会使汽流撞击动叶栅而造成损失；盖度过大时，会使停滞的蒸汽被吸到动叶汽道中扰乱主流，造成损失。16.级内损失：喷管损失Δhnξ、动叶损失Δhbξ、余速损失Δhc2、叶高损失Δhl、扇形损失Δhθ、叶轮摩擦损失Δhf、部分进汽损失Δhe、漏气损失Δhδ和湿汽损失Δhx。17.级的相对内效率：级的有效比焓降Δhi与理想能量Eo之比称为级的相对内效率，即ηri=Δhi/E0=（Δht*-Δhnξ-Δhbξ-Δhl-Δhθ-Δhf-Δhe-Δhδ-Δhx-Δhc2）/（Δht*-μ1Δhc2）（衡量级内能量转换完善程度的最终指标，它的大小与所选用的叶型、速比、反动度、叶栅高度等有密切关系，也与蒸汽的性质、级的结构有关）18.影响级效率的结构因素：(1)动、静叶之间的轴向间隙(2)径向间隙(3)盖度(4)叶片宽度(5)拉金(6)平衡孔二、多级汽轮机1.为什么要用多级汽轮机：随着社会经济对电力需求的日益增长，对汽轮机的要求也越来越高，不仅要求汽轮机有更大的单机功率，而且要有更高的效率。为提高汽轮机的效率，除应努力减小汽轮机内的各种损失外，还应努力提高蒸汽的初参数和降低背压，以提高循环热效率；为提高汽轮机的单机功率，除应增大进入汽轮机的蒸汽量之外，还应增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。2.多级汽轮机分类：多级冲动式汽轮机、多级反动式汽轮机。3.多级汽轮机的优点：(1)多级汽轮机的效率大大提高（包括循环热效率和相对内效率）(2)多级汽轮机单位功率的投资大大减小。4.沿着蒸汽流动方向可以将多级汽轮机分为高压段、中压段和低压段。5.重热现象：上一级的损失（客观存在）造成比熵的增大将使后面级的理想比焓降增大，即上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利用，这种现象称为多级汽轮机的重热现象。由于重热现象的存在，使全机的相对内效率高于各级平均的相对内效率。6.重热系数：α=(ΣΔht-ΔHt)/ΔHt重热系数的大小与下列因素有关：(1)多级汽轮机各级的效率(2)多级汽轮机的级数(3)各级的初参数。7.评价整个能量转换过程完善程度的各种效率（1）汽轮机的相对内效率：ηi=ΔHi/ΔHtΔHi有效比焓降ΔHt理想比焓降汽轮机的内功率：Pi=D0ΔHtηi/3.6=GoΔHtηiD0和G0分别以t/h和kg/s为单位的汽轮机进汽流量（2）机械效率：ηm=Pe/Pi=（Pi-ΔPm）/Pi=1-ΔPm/PiPe汽轮机的有效功率Pi汽轮机的内功率Pm机械损失（3）发电机功率：ηg=Pel/Pe=3.6Pel/（D0ΔHtηiηm）=Pel/（G0ΔHtηiηm）或ηg=1-ΔPg/PeΔPg发电机损失，包括机械损失和电气损失（4）汽轮发电机组的相对电效率（发电机出线端的功率）：Pel=D0ΔHtηiηmηg/3.6=G0ΔHtηiηmηg，令ηel=ηiηmηg，则Pel=D0ΔHtηel/3.6=G0ΔHtηelηel表示在1kg蒸汽所具有的理想比焓降中有多少能量最终被转换成电能，称为汽轮机发电机组的相对电效率，它是评价汽轮发电机组工作完善程度的一个重要指标。（5）汽轮机发电机组的绝对电效率：它是1kg蒸汽理想比焓降中转换成电能的部分与整个热力循环中加给1kg蒸汽的热量之比。是评价汽轮发电机组工作完善程度的另一个重要指标。（6）汽耗率：机组每生产1kW·h电能所消耗的蒸汽量称为汽耗率，d=1000D0/Pel=3600/ΔHtηel[kg/（kW·h）]（7）热耗率：机组每生产1kW·h电能所消耗的热量称为热耗率，q=d/（h0-hc′）=3600（h0-hc′）/ΔHtηel=3600/ηa，el[kJ/（kW·h）]8.汽封：为减小蒸汽的泄漏和防止空气漏入，在间隙处设置有密封装置，通常称之为汽封。9.汽封按其安装位置不同分为：通流部分汽封、隔板汽封、轴端汽封、平衡活塞汽封。10.汽封的结构型式：曲径式、碳精式、水封式。11.曲径轴封：环形孔口、环状汽室h↓p↓s↑v↑12.曲径轴封漏汽量的基本计算公式：当最后一片轴封孔口处流速未达到临界速度时：zpopzpzpopooAG111当最后一片轴封孔口处流速达到临界速度时：25.1111ZopoAG1G漏汽量，kg/s；A1轴封孔口漏汽面积，m2；p0、pz分别为轴封前蒸汽压力和背压，pa；0轴封前蒸汽密度，kg/s；z轴封齿数。13.轴封孔口流量系数：越小越好。轴封齿的尖锐边缘在汽轮机运行中会因摩擦而钝化，此时流动情况接近于喷管，流量系数会增大到趋近于1。14.轴封系统：通常把轴封和与之相连的管道、阀门及附属设备组成的系统称之为轴封系统。15.轴封系统的特点：（1）轴封汽的利用（2）低压低温汽源的应用（3）防止蒸汽由端轴封漏入大气（4）防止空气漏入真空部分。三、汽轮机的变工况1.汽轮机的设计工况是指在一定的热力参数、转速和功率等设计条件下的运行工况。在此工况下运行，汽轮机具有更高的效率，故又称经济工况。2.偏离设计工况的运行工况称为变动工况，它包括汽轮机负荷的变动、蒸汽参数的变化、汽轮机转速的变化、汽轮机的启动和停机以及汽轮机甩负荷等运行工况。3．研究变工况的目的在于分析汽轮机在不同工况下的效率，各项热经济指标以及主要零部件的受力情况，以保证汽轮机在这些工况下安全、经济运行。4.研究喷管变工况，主要是分析喷管前后压力与流量之间的变化关系。5.级组是由若干相邻的、流量相同的且通流面积不变的级组合而成的。6.费留格尔公式：温度不变时G1/G=22021201zzpppp，它表明：当变工况前后级组未达到临界状态是，级组的流量与级组前后压力平方差的平方根成正比。温度变化较大时G1/G=22021201zzpppp010TT7.费留格尔公式的应用条件：（1）级组中的级数应不小于3-4级。级组中的级数Z愈多，用费留格尔公式计算的结果就愈精确。（2）同一工况下，通过级组各级的流量相同。（3）在不同工况下，级组中各级的通流面积应保持不变。8.汽轮机的调节方式从结构上分为节流调节和喷管调节，从运行方式上分为定压调节和滑压调节。9.节流调节的特点：所有进入汽轮机的蒸汽都经过一个阀门或几个同事启闭的阀门，然后进入汽轮机的第一级。10.滑压调节：是指单元制机组中，汽轮机所有的调节阀均全开，随着负荷的改变，调整锅炉燃烧量和给水量，改变锅炉出口蒸汽压力（蒸汽温度保持不变），以适应汽轮机负荷的变化。11.滑压调节的特点：（1）增加了机组运行的可靠性和对负荷的适应性（2）提高了机组在部分负荷下的经济性：①提高部分负荷下机组的内效率②改善机组循环热效率③给水泵耗功减少（3）高负荷区滑压调节不经济12.滑压调节的方式：纯滑压调节、节流滑压调节、复合滑压调节。四、汽轮机的调节1.汽轮机调节的任务：（1）要保证汽轮机发电机组能根据用户的需要及时地提供足够的电力。（2）调整汽轮机的转速，使它维持在规定的范围内。2.有差调节：外界负荷改变，调节系统动作达到新的平衡后，转速与原转速存在一个差值。3.调节系统：直接调节系统和间接调节系统。4.闭环汽轮机自动调节系统分为四个组成部分：（1）转速感受机构（2）传动放大机构（3）执行机构（4）调节对象5.速度变动率：汽轮机空负荷时所对应的最大转速nmax与额定负荷是所对应的最小转速nmin之差，与额定转速n0的比值。δ=%1000minmaxnnn速度变动率表示了单位转速变化所引起的汽轮机功率的增（减）量。6.迟缓率：在调节系统增、减负荷特性曲线上，相同功率处转速偏差Δn=n1-n2与额定转速n0的比为调节系统的迟缓率。ε=%100021nnn=0nn迟缓率对调节系统的控制精度和机组的稳定运行产生不良影响。7.同步器：能平移调节系统静态特性线的装置称为同步器。8.同步器的作用：（1）单机运行时，启动过程中提升机组转速到达额定值；带负荷运行时可以保证机组在任何稳态负荷下转速维持在额定值。（2）并列运行时，用同步器可改变汽轮机功率，并可在各机组间进行负荷重新分配，保持电网频率基本不变。9.动态特定的基本概念：稳定性、动态超调量、静态偏差值、过渡过程调整时间10.影响甩负荷动态特性的主要因素：（1）本体设备对动态特性的影响：①转子时间常数Ta②蒸汽中间容积时间常数Tv（2）调节系统对动态特性的影响①速度变动率②油动机时间常数Tm③迟缓率ε11.中间再热机组的调节：中间再热循环不仅可提高排汽干度，同时可提高机组的热经济性。过程：蒸汽在高压缸中膨胀做功后，经中间再热管道回到锅炉再一次加热，加热后的蒸汽再引至中低压缸继续做功。12.中间再热给调节系统带来的问题：（1）中间容积的影响：①中、低压缸功率滞后②甩负荷时的超速（2）采用单元制的问题：①机炉动态响应时间的差异②机炉最低负荷的不一致③再热器的冷却问题。（单元制，即一机配一炉）13.中间再热机组的调节特点：（1）高压缸调节阀的动态过调动态过调：是指在机组负荷突然变化时，将高压调节汽阀的开度暂时调到超过负荷变化时调节汽阀所需要的静态开度，利用高压缸的过量负荷变化来弥补中、低压缸的功率迟滞。（2）设置中压主汽门和调节汽阀（3）设置旁路系统（4）汽轮机、锅炉的协调控制方式14.数字电液调节系统又称DEH调节系统第五章供热式汽轮机1.背压式汽轮机的特点：背压式汽轮机是供热式汽轮机的一种，进汽轮机的蒸汽在汽轮机中做完功后在背压下全部排出，其排汽即可供应工业生产用汽，又可做供暖用汽，还可以