汽轮机设备安全经济运行与故障诊断综述

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1、汽轮机设备安全经济运行与故障诊断,华北电力大学 韩中合,Tel:0312-7522100, 13731692981 Fax:0312-5012520 Email:zhonghehan ,主要内容,汽轮机工作原理、汽轮机装置的评价指标、损失及减小措施 汽轮机工作原理 汽轮机装置的评价指标及意义 汽轮机装置的损失及减小措施 汽轮机经济运行及节能新技术 经济运行及节能技术 汽轮机状态监测、故障诊断与状态检修 状态监测、故障诊断与状态检修的基本概念 汽轮机设备状态监测、故障诊断 故障实例分析,汽轮机工作原理、汽轮机装置的评价指标、损失及减小措施,汽轮机工作原理 汽轮机装置的评价指标及意义 汽轮机的损失

2、及减小措施 进汽机构节流损失 排汽阻力损失 轴封漏汽损失 机械摩擦损失 汽轮机级内损失,基本工作单元：,汽轮机的级,一、概述,汽轮机工作原理,将蒸汽的热能转化成机械功,1.汽轮机作用：,通流部分-汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部 分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和 动叶及汽轮机的排汽管。,-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。工作过程,蒸汽热能,汽流的动能,2.级的工作过程,特征截面或计算截面：喷嘴前：0-0；喷嘴 后（动叶前） ：1-1；动叶后：2-2。 注意：参数下角标与截面号相同。,汽轮机工作原理,3.动叶受力分析, 从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽

3、轮机的动叶上，汽流给动叶施加了一个冲动力Fi 。, 蒸汽在动叶通道内膨胀加速，离开动叶通道时，给动叶一个与汽流运动方向相反的作用力，称为反动力Fr 。, 一般情况下，蒸汽在动叶通道内流动时，一方面给动叶栅一个冲动力Fi的作用，另一方面，在动叶通道内继续膨胀，给动叶栅一个反动力Fr的作用，这两个力的方向都不与轮周方向一致，两个力的合力F作用在动叶栅上，其在轮周方向上的分力Fu使动叶栅旋转而产生。 Fz为轴向力,Fz,汽轮机工作原理,蒸汽膨胀增速的条件,有合理的汽流通道结构且有一定压差存在,动、静叶栅几何参数,叶栅节距t,叶栅通道进口宽度a,叶型弦长b,出口宽度a1和a2,叶栅宽度B,出口边厚度,

4、静叶,动叶,汽轮机工作原理,平均直径dm，,叶片高度l,t,汽轮机工作原理,动叶进出口汽流速度三角形,(a)动静叶栅汽道示意图,(b)顶点靠拢的速度三角形,汽流的绝对速度,圆周速度,动叶进口速度三角形,汽流相对速度,动叶出口速度三角形,1表示动叶进口 2表示动叶出口,速度三角形,旋转平面与 的夹角,旋转平面与 的夹角,(a),汽轮机工作原理,速度三角形的参数关系,汽轮机工作原理,1.热力过程线-蒸汽在动、静叶栅中膨胀过程在h-s图上的表示。,滞止参数-相对于叶栅通道速度 为零的气流热力参数(假想汽流绝热 等比熵滞止到速度为0的状态）。用 后上标为”0”来表示。,动叶进口,喷嘴进口,0,+,=,

5、入口初速动能,喷嘴损失,1,2,动叶损失,余速动能,二、热力过程分析,汽轮机工作原理,理想过程-可逆的等熵过程。,实际过程-不可逆绝热膨胀过程,-耗散效应，转换效率低于理想过程。,部分动能转变为热能（能量贬值）,-热能被蒸汽重新吸收,-实际过程喷嘴和动叶出口汽流的焓与熵相对理想过程增加， 能量转换效率低于理想过程。,喷嘴理想比焓降-,动叶理想比焓降-,喷嘴(或动叶)效率-实际焓降与理想焓降之比,喷嘴损失-,动叶损失-,余速损失-,汽轮机工作原理,喷嘴损失、动叶损失、余速损失统称为级的轮周损失。,级的滞止理想比焓降,1kg蒸汽实际转换为动叶栅上机械功的有效焓降称为,轮周有效比焓降,汽轮机工作原理

6、,表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度。定义为动叶中的理想比焓降与级的滞止理想比焓降之比,级的平均直径处的反动度用m来表示。即,2.级的反动度,讨论说明, 由于h-s图上等压线沿比熵增方向发散,故严格说, 但由于喷嘴损失很小，因此一般常认为, 反动度沿动叶高度是不相同的：对于较短的直叶片级，用平均反动度m表示，可不计反动度沿动叶高度的变化；对于长叶片级，在计算不同截面时，必须用相应截面的反动度。,汽轮机工作原理,3.级的类型和特点,m,汽流在动叶通道中不膨胀。,（1）纯冲动级,结构特点:,热力特点:,动叶叶型为对称弯曲，即动叶内各流通截面相同；,动叶进出口处压力P1=P2和汽流的相对速度w1=w2相

7、等,流动特点:,性能特点：,做功能力大，但效率较低，损失大。故现已不在采用。,汽轮机工作原理,（2）反动级,热力特点:,动静叶中蒸汽膨胀程度(焓降)相等.,结构特点:,动、静叶通道的截面基本相同；动静叶型相同。,流动特点:,压降基本相同，c1=w2.,性能特点：,做功能力最小，流动效率最高。,汽轮机工作原理,（3）冲动级,热力特点:,膨胀主要发生于喷嘴中,为提高流动效率动叶中也有少量膨胀， 一般0.050.30,结构特点:,动叶通道的弯曲程度小于静叶；,流动特点:,动叶中增速小于静叶.,性能特点：,相同几何尺寸下，做功能力比反动级大，流动效率较纯冲动 级高。,汽轮机工作原理,（4）复速级,压力

8、级和速度级：,按蒸汽动能转变为转子机械能的过程来划分,压力级：蒸汽动能转变为转子机械能的过程在级内只进行一次的级。,特点：,这种级在叶轮上只装一列动叶栅，故又称为单列级。,压力级可以是冲动级，也可以是反动级。,速度级(复速级)：蒸汽动能转变为转子机械能的过程在级内进行 一次以上的级。,说明：目前常用的是进行两次转换的级，故又称为双列速度级或复速级，即由固定的喷嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅所组成的级。,汽轮机工作原理,汽流在导叶和动叶通道中膨胀较小。,热力特点:,结构特点:,导叶和动叶为等截面通道；,流动特点:,导叶中汽流只转向不加速.,速度级通常在一级内要求承担很大焓降时采用

9、。如单级汽轮机或作为中、小型多级冲动式汽轮机第一级（调节级）。,性能特点：,做功能力最大，流动效率最低。,汽轮机工作原理,级的类型和特点,汽轮机工作原理,汽轮机性能 评价指标,以整机理想焓降为基础,以单位质量蒸汽在热力循环中所吸收热 量为基础,绝对效率,相对效率,一、 汽轮机的相对内效率,以下以无回热抽汽、无再热、无前后端轴封漏汽和门杆漏汽的纯凝汽式机组说明相关效率的定义式。,汽轮机的相对内效率-有效比焓降与理想比焓降之比,相应的，汽轮机的内功率,式中， 和 分别是以 和 为单位的进汽流量,汽轮机装置的评价指标及意义,即：,汽轮发电机组相对电效率,即：,机械效率-汽轮机的轴端功率 与汽轮机的内

10、功率 之比，其描述了轴承摩擦、主油泵和调速器的功率损耗。,发电机效率-发电机输出功率 与汽轮机轴端功率 之比,汽轮机装置的评价指标及意义,汽轮机的绝对内效率-全机实际比焓降与整个循环中加给1kg蒸汽的热量之比,绝对电效率-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蒸汽的能量之比,二、 汽轮机的绝对内效率,式中循环热效率：,只适用于本课所定义特殊机组,适用于纯凝汽机组，有回热时 变为,适用于所有机组,适用于纯凝汽机组，有回热时 变为,适用于所有机组,汽轮机装置的评价指标及意义,汽耗率-每生产1kwh电能所消耗的蒸汽量,热耗率-每生产1kwh电能所消耗的热量,中间再热机组

11、：,机组发出1kWh电量所消耗的标煤量(标准煤g/kWh）。(1kg标准煤发热量为7000kCal)。发电煤耗、供电煤耗。,三、 汽耗率,四、 热耗率,五、煤耗率,适用于所有机组,适用于纯凝汽机组，有回热时 变为,适用于纯凝汽机组，有回热时 变为,汽轮机装置的评价指标及意义,讨论：,(1)相对效率是衡量某个能量转换环节设计的完善程度的指标。,(2)绝对电效率和热耗率是衡量汽轮发电机组经济性的主要指标。,(3)汽耗率由于和机组的初终参数有关，因此只能用于比较同类型同参数机组的运行管理水平。,(4)汽轮发电机组的绝对电效率和热耗率由于没有考虑锅炉效率、管道效率和厂用电等，因此高于机组电效率和热耗率

12、。,(5)未扣除厂用电的煤耗率称为发电煤耗，扣除厂用电的称为供电煤耗，因此供电煤耗总是高于发电煤耗。,汽轮机装置的评价指标及意义,汽轮机的损失及减小措施,进汽机构节流损失 排汽阻力损失 轴封漏汽损失 机械摩擦损失 汽轮机级内损失,进汽机构节流损失 设计、检修、运行 节流机构压损增加1%，高压缸效率下降0.4%，200MW 机组，热耗增加越10kJ/kWh，煤耗增加0.4g/kWh。200MW 机组，每年多耗标煤500t（5000kCal,700t, 每吨600元），合42万元）。,汽轮机的损失及减小措施,排汽阻力损失 排汽缸优化，凝汽器入口汽流优化，加装导流板，优化凝汽器内流场,汽轮机的损失及

13、减小措施,轴封漏汽损失 轴封系统及运行(太二)、汽封齿结构的影响（直、斜，平齿、高低）、新型汽封结构（蜂窝、布兰登） 机械摩擦损失,汽轮机的损失及减小措施,汽轮机的损失及减小措施,汽轮机级内损失,轮周 损失,相 对 内 效 率,hu,轮周 效率,hi,级内损失的类型,1.喷嘴损失hn 2.动叶损失hb 3.余速损失hc2,-,9.湿气损失hx,4.叶高损失hl,5.扇形损失h,6.叶轮摩擦损失hf,7.部分进汽损失he,8.漏汽损失h,级 内 损 失,汽轮机经济运行及节能技术,经济运行（含义、研究内容） 含义：设计工况下，保证设计参数运行，高的安全性、经济性。变工况下，进行参数优化，在保证安全

14、性情况下，寻求高的经济性。 配汽方式与阀门管理 定压与滑压运行 运行参数优化 运行管理：运行绩效实时考核系统 节能技术,汽轮机经济运行,1.配汽方式与阀门管理 汽轮机的配汽主要有节流配汽、喷嘴配汽和旁通配汽三种方式。,节流配汽： 优点：没有调节级，结构简单，制造成本较低，定压运行工况变化时，各级温度变化较小，对负荷变化适应性较好。 缺点：部分负荷时，节流损失较大，效率较低 适合：承担基本符合的机组,优点：部分负荷时效率较高。 缺点：变工况时，温度变化较大，引起的热应力较大。 适合：可以承担基荷，也可调峰。,节流配汽与喷嘴配汽方式的比较,喷嘴配汽：,阀门管理：单阀与顺序阀,汽轮机变负荷运行方式有

15、两种：一是定压运行，一是滑压运行。,2. 定压与滑压运行的经济性与安全性,定压运行：机组负荷变化时，汽轮机的进汽参数不变。通过调整汽门开度，调节进汽量，改变机组负荷。,滑压运行：调节汽门全开或开度不变，根据负荷大小调节进入锅炉的燃料量、给水量和空气量，使锅炉出口蒸汽压力和流量随负荷而变化，维持出口蒸汽温不变的运行方式，汽轮机进汽压力与流量都随负荷升降而增减。也称变压运行。,滑压运行可分为三种方式,纯滑压方式：不需要调节级，第一级全周进汽，调节汽门全开，只靠锅炉出口蒸汽压力和流量的改变来调节机组负荷。锅炉热容量大，适应性差。,节流滑压方式：不需要调节级，第一级全周进汽，节流调节汽门预先关小5%1

16、5%，进行滑压运行。有节流损失。,复合滑压方式（定-滑-定）：高负荷区(80%95%)，定压运行；中间负荷(8050%)，滑压运行；低负荷(25%50%)初压水平较低的定压运行。热经济性。,2.定压与滑压运行的经济性与安全性,一、 滑压运行方式,二、机组滑压运行的热经济性,2.定压与滑压运行的经济性与安全性,滑压运行与定压运行的热经济性比较，应从以下几方面考虑(?)：,（1）汽轮机相对内效率。部分负荷时，两种运行方式，中低压缸的相对内效率基本不变。滑压运行时，高压缸的相对内效率较高。故滑压运行汽轮机的相对内效率较高。,（2）给水泵耗功。滑压运行，蒸汽初压低，给水泵耗功少。高压机组给水泵耗功为机组功率的2%，亚临界机组3-4%，超临界