火电厂汽轮机设备及运行(整理笔记)

火电厂汽轮机设备及运行0-1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）第一章概述第一节汽轮机的分类和国产型号一、汽轮机分类（一）按工作原理分（1）冲动式汽轮机（2）反动式汽轮机冲动式汽轮机与反动式汽轮机比较1.反动级的汽流特点和结构特点•反动级的反动度•反动级的汽流特点级的速度三角形左右对称，蒸汽在两种叶栅通道中流动情况基本（动叶栅用相对坐标系）。因此，静叶片和动叶片可采用同一叶型，简化了叶片制造工艺，且余速利用系数较高，提高了汽机的相对内效率。这样的静叶片和动叶片互称镜内映射叶片。•结构特点由于叶栅前后压差较大，为了减小轴向推力，不采用叶轮，而是将动叶装在转鼓的外缘上。与此相对应的隔板，也没有大幅面的隔板题，而是一个径向尺寸不大的内环，称之为持环。反动级动静间的轴向间隙可取得大一些（一般为8—12mm)，轴向间隙增大使动叶进口处汽流趋于均匀，降低了汽流对叶片的激振力；且允许较大的胀差，对机组变负荷有利。而冲动式汽轮机由于动叶入口速度高，一般级内的间隙均取得较小（如5—7mm）。2.反动级与冲动级的效率比较•叶栅损失反动级动叶入口蒸汽速度低，蒸汽在动叶栅中为增速流动，且转向角度小，使附面层增厚ST1234趋势变小，既降低了叶型损失，也减小了端部损失。因此反动级的叶栅损失明显小于冲动级，这是反动级的最大优点。•漏汽损失由于反动级采用转鼓式结构，隔板内径较冲动级大，增大了隔板漏汽面积和漏汽量；同时由于动叶前后压差大，所以叶顶漏汽损失也增加。3.整机的特点•喷嘴调节的反动式汽轮机调节级通常采用冲动级，以避免“死区”弧段漏汽损失太大；•采用平衡活塞来平衡部分轴向推力，增加了轴封漏汽损失，这是反动式汽机的主要问题；•在同样的初终参数下，反动式汽轮机的级数比冲动式多。但由于冲动级隔板较厚，所以整机轴向尺寸倒不一定长。如上汽300MW，35级；东汽冲动式28级。二）按热力特性分（1）凝汽式汽轮机(N)排汽进入凝汽器（2）背压式汽轮机（B）排汽压力高于大气压力。一般用于供热，以热定电；（3）调整抽汽式汽轮机（C、CC)可同时保证热、电两种负荷单独调节（4）抽汽背压式（CB)（5）中间再热式能提高排汽干度；合理的选择再热压力还可提高平均吸热温度，提高朗肯循环效率。三）按主蒸汽参数分（1）高压汽轮机主蒸汽压力6~10MPa；（2）超高压汽轮机主蒸汽压力12~14MPa；（3）亚临界汽轮机主蒸汽压力16~18MPa；（4）超临界汽轮机主蒸汽压力22.2MPa二、国产汽轮机型号ΔXX——XX——X例：N600—24.2／538／566CC50-8.83/0.98/0.118第二节N300-16.7/538/538汽机简介亚临界、单轴、一次中间再热双缸排汽高压缸：1个单列调节级+11个压力反动级中压缸：9个压力反动级低压缸：2×7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：869mm额定新汽流量：907t/h保证净热耗率：7921kJ/kW.h背压：4.9kPa(进水温度20℃)给水温度（TRL工况）：273℃2×50％容量的汽动给水泵+50%容量的启动及备用电动给水泵热耗率保证机组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、配汽方式1.节流配汽进入汽轮机的所有蒸汽都经过一个或几个同时启闭的调节阀，第一级为全周进汽，没有调节级。结构简单，启动或变负荷时第一级受热均匀，且温度变化小，热应力小。缺点：低负荷时节流损失太大。西门子公司超临界机组采用，额定负荷下降低热耗0.5%。2.喷嘴配汽将第一级分成3~6个喷嘴组，各组相互隔开，各有一个调节汽门控制。依次开启可减少节流损失。缺点：调节级存在部分进汽损失且受热不均；调节级余速不能利用。且负荷下降时高压缸各级温度变化大。3.节流-喷嘴联合配汽现代汽轮机大都设置了阀门状态管理功能，可实现配汽方式的切换。低负荷时采用节流配汽，牺牲经济性换安全性。高负荷时采用喷嘴调节，提高效率。例：北仑港600MW亚临界机组有4个调节汽门，1#、2#、3#高压调节汽门同步调节，定-滑-定的混合滑压运行方式0~50%额定负荷范围内定压（8.72MPa)运行，1、2、3号门同时开启直到全开；50%~94.3%机组滑压运行，到压力16.7MPa;94.3%~103.4%4#阀参与调节，定压运行四、滑压运行当负荷降低时，进汽压力和负荷同时降低，使进汽的容积流量不变，汽门开度不变，减小进汽节流损失；同时进汽温度不变，使各级的温度变化小，负荷适应能力强。1.纯滑压运行2.节流滑压运行3.定-滑-定运行方式滑压运行的特点：采用滑压运行降负荷时，a)进汽节流损失小，级的相对内效率变化小；b)排汽湿度减小，再热温度提高；c)采用变速泵的机组，给水泵泵功减小；d)高压缸温度变化小，负荷适应能力强；e)由于新汽压力降低，循环效率降低，所以高负荷附近采用滑压运行一般不经济。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。六、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七、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第三节转子与盘车装置一、转子1.套装转子2.整锻转子3.整锻-套装联合转子4.焊接转子每个锻件重量大为减少，锻造质量高，转子无中心孔。中心应力小，一般有中心孔的转子其中心孔切向应力比无中心孔转子大一倍。转子壁薄，热应力减小二、盘车装置汽轮机冲转前和停机后，带动大轴转动，防止大轴弯曲。启动冲转前投入盘车装置1.检查汽轮机动静部分是否存在碰磨2.检查轴系平直度是否合格3.暖机过程中使转子温度场均匀大连庄河600MW机组电动盘车3.38rpm盘车装置一般在启动冲转前投入，要求冲转后当汽机转速超过盘车转速时要能自动退出；并在停机后转速达到盘车转速时能自动投入。电动机轴驱动主动链齿轮10旋转,再通过HY-YO链条9带动从动链齿轮8、蜗杆7、蜗轮6、蜗轮轴小齿轮5和惰轮4来转动减速齿轮3，而减速齿轮3则通过键与主齿轮轴2相连接，主齿轮轴2上的齿轮又跟减速小齿轮12相啮合，齿轮12则与盘车大齿轮1相啮合。盘车大齿轮是用螺栓连接在中间轴与发电机联轴器之间，故而能带动汽轮发电机转子作低速旋转。减速小齿轮12围绕支承在两块杠杆板上的齿轮轴转动，而杠杆板又以主齿轮轴2为支轴转动。这两块板通过适当的连杆机构与操纵杆相连接。当杠杆移到啮合位置时，齿轮12即与传动齿轮相啮合，通过传动齿轮，带动转子旋转；当杠杆移到脱开位置时，齿轮12即退出啮合。启动盘车时，零转速器发出信号，压力开关闭合，接通供气阀电源使其开启，压缩空气进入气动啮合缸活塞的下部，气动活塞下移，带动杠杆作顺时针运动，直致齿轮12与大齿轮1啮合；此时，杠杆将停止移动，而活塞继续下移，接通触点，启动电动机，盘车投入。当汽机转速大于盘车转速时，大齿轮所施转矩使齿轮12自动脱开，带动杠杆上移。当杠杆移向脱开位置时，压力开关接通，压缩空气使啮合完全脱离；杠杆达到完全脱离位置时，限位开关将关掉电动机电源、切断压缩空气；当转速升到600rpm时，切断盘车润滑油，盘车停止1．运行中的安全保护当发生下列任何一种情况时，即发出报警信号。（1）通往盘车装置的润滑油管路上滤网前后压差达到0.03MPa，提醒运行人员做滤网切换操作；（2）盘车电动机投运后2min内，汽轮机转子未达到40rpm，运行人员因立即停运盘车电动机，进行检查：(3)盘车电流过大。2.停止运行条件当发生下列任何一种情况时，盘车电动机自动停止运行(1)盘车电动机电流过大(60A)；(2)顶轴油压过低；(3)润滑油压低于0．1MPa；(4)就地安全开关断开；(5)液压联轴器开关销跳出。第四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，调频第五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