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1、汽轮机结构及工作原理 目录 2 3 第四章汽轮机运行维护 4 汽轮机是一种能量转换装置 电能的生产过程是一系列的能量转换过程锅炉将水变为蒸汽的热能汽轮机将蒸汽的热能转变成轴旋转的机械能发电机把机械能转变成电能 第一章序 按热力过程特性分类凝汽式汽轮机进入汽轮机的蒸汽 除很少一部分泄漏外 全部排入凝汽器 背压式汽轮机排汽压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机 调节抽汽式汽轮机部分蒸汽在一种或两种给定压力下抽出对外供热 其余蒸汽作功后仍排入凝汽器 中间再热式汽轮机新蒸汽经汽轮机前几级作功后 全部引至加热装置再次加热到某一温度 然后再回到汽轮机继续作功 第一章序 第一章序 汽轮机的优点 热效率高凝
2、汽式汽轮机组综合热效率高达40 供热式机组综合热效率高达80 连续工作的回转机械 可以具有较大功率目前单台机组容量已突破1300MW运转平稳 事故率较低 充分提高了设备利用率一般可保持3 4年大修一次 第一章序 汽轮机的基本概念 汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机 按其做功原理的不同 可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机两种类型 蒸汽热能动能机械能 第一章序 一 汽轮机静止部分汽轮机静止部分包括 汽缸 喷嘴 隔板 汽封及轴承等部件 1 汽缸汽缸的作用 形成封闭的汽室 保证蒸汽完成其膨胀做功过程 第二章汽轮机结构 2 喷嘴喷嘴的作用 蒸汽在喷嘴中发生膨胀 压力降低 速度增加 热能
3、转变为动能 3 隔板隔板的作用 固定除第一级外的各级喷嘴并将各级隔成单独的汽室 水平对分 4 汽封汽封 防止蒸汽在汽轮机转子与汽缸的静止部分之间泄露 5 轴承 1 支持轴承 主轴承 支承转子的重量及不平衡质量引起的离心力 并确定转子的径向位置 2 推力轴承 平衡转子的轴向推力 并确定转子的轴向位置 二 汽轮机转动部分汽轮机转动部分主要包括 转子 叶片 叶轮 动叶片 联轴器等 1 汽轮机转子轮式转子的结构1 套装转子 高温下易松动 适用于中低参数 2 整锻转子3 组合转子4 焊接转子 套装转子 套装转子的叶轮 轴封套 联轴器等部件和主轴是分别制造的 然后将它们热套 过盈配合 在主轴上 并用键传递
4、力矩 主轴加工成阶梯形 中间直径大 只适用于中 低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中 低压部分 其工作温度一般在400 以下 二 汽轮机转动部分 整煅转子 叶轮和主轴及其他主要零部件是用整体毛坯加工制成的 主轴的中心通常钻有中心孔 其作用是 去掉锻件中残留的杂质及疏松部分 用来检查锻件的质量 减轻转子的重量 高参数或超高参数机组的高压转子 防止高温下松动是主要的 因此广泛采用整锻转子 二 汽轮机转动部分 组合转子 根据各段的工作条件不同 在同一转子上 高压部分采用整锻结构 中 低压部分采用套装结构 从而兼得整锻转子和套装转子的优点 组合转子广泛用于高参数 中等功率的汽轮机上 二 汽轮机转动部分 焊
5、接转子 由若干个实心轮盘和端轴拼合焊接而成 焊接转子的主要优点是 不存在松动问题 采用实心的轮盘 强度高 不需要叶轮轮壳 结构紧凑 轮盘和转子可以单独制造 材料利用合理 加工方便且易于保证质量 焊成整体后转子刚性较大等 但是焊接转子要求材料的可焊性好 焊接工艺及检验技术要求高且比较复杂 这一切在一定程度下妨碍了焊接转子的应用 二 汽轮机转动部分 二 汽轮机转动部分 二 汽轮机转动部分 二 汽轮机转动部分 二 汽轮机转动部分 2 汽轮机叶片 二 汽轮机转动部分 叶片 3 汽轮机叶轮 二 汽轮机转动部分 4 汽轮机动叶片 二 汽轮机转动部分 围带 提高叶片刚性 减小叶片的弯曲应力 改变叶片的自振频
6、率从而避开共振 减小顶部漏汽损失 弯扭叶片 二 汽轮机转动部分 叶根和轮缘结构 叶片通过叶根固定在叶轮上 叶根与叶轮的连接应该牢固可靠 而且应保证叶片在任何运行条件下不会松动 同时 叶根的结构应在满足强度的条件下尽量简单 使制造 安装方便 并使叶轮轮缘的轴向尺寸为最小 随着动叶片的圆周速度和长度的不同 其叶根所受的作用力也不同 这就需要采用不同的叶根结构型式 二 汽轮机转动部分 叶片与叶轮装配实例 二 汽轮机转动部分 可以传递较大的扭矩 且可传递不大的轴向推力 波形套筒可吸收部分振动 多用于汽轮机转子与发电机转子间的连接 二 汽轮机转动部分 5 联轴器 汽轮机级中的能量转换过程在喷嘴中将蒸汽的
7、热能转变成蒸汽的动能 压力降低 流速增加在动叶中将蒸汽的动能转变成转子旋转的机械能 第三章基本工作原理 蒸汽在喷嘴中发生膨胀 压力降低 速度增加 热能转变为动能 高速汽流流经动叶片3时 由于汽流方向改变 产生了对叶片的冲动力 推动叶轮2旋转作功 将蒸汽的动能变成叶轮轴旋转的机械能 这种利用冲动力作功的原理 称为冲动作用原理 第三章基本工作原理 第三章基本工作原理 第三章基本工作原理 汽轮机正常运行中的参数监视运行中应该经常监视 巡视的参数有 汽轮机的负荷与转速 主蒸汽的压力 温度 监视段压力 供热蒸汽的压力 温度与流量 凝汽器的真空与排汽温度 凝结水过冷却度 凝汽器端差 各加热器的进 出口水温
8、及疏水水位 端差 除氧汽的含氧量 发电机出入口风温 主油泵出口压力 保安油 润滑油的压力 温度 轴承和推力瓦温度 油箱油位 轴向位移 热膨胀及胀差 振动和声音等 第四章汽轮机运行维护 参数的变化不仅影响经济性 还影响机组的安全运行 如真空 主汽参数 轴向位移等 正常运行中的定期试验1 每天白班一次自动主汽门活动试验2 每周一次定期测轴承的振动值3 定期试验和校正抽汽管的水压逆止阀和供热抽汽管的安全阀 4 每月进行一次润滑油低油压及辅助油泵试验5 每月进行一次真空系统严密性试验6 每月进行一次高压加热器保护试验 一 监视段压力的监督监视段压力 调节级汽室压力和各抽汽口压力 在运行中通过监视段压力
9、不仅可以监视汽轮机负荷的变化情况 还可以有效地监督通流部分的工作是否正常 在同一流量下 若监视段压力升高 则说明监视段以后通流面积减少 多数情况是结了盐垢 有时也会是由于金属零件碎裂和机械杂物堵塞了通流部分或叶片损伤变形等所致 当结垢使监视段压力增长5 15 以上时 轴向推力将增大到危险程度 监视段压力的变化一般允许为 中压汽轮机为15 高压汽轮机为5 超过上述限度应进行清洗 在分析监视段压力时 还要监视各段之间的压差 如压差超过规定值 会使该级隔板和动叶的工作应力增大从而损坏设备 汽轮机运行中重要指标的监督 二 轴向位移的监督轴向位移是指汽轮机转子在轴向推力作用下 承受推力的推力盘 推力瓦块
10、 推力轴承等的弹性变形和油膜厚度变化的总和 它的大小反映了汽轮机推力轴承的工作情况以及汽轮机通流部分动静轴向间隙的变化情况 轴向推力过大 推力轴承本身有缺陷或工作失常 都会造成推力瓦块烧损 使汽轮机动静部分发生摩擦 造成设备的损坏 一般规定推力瓦块乌金温度不超过95 回油温度不超过75 当轴向位移增大超过极限值时 轴向位移保护装置动作切断汽轮机进汽 紧急停机 运行中轴向位移增大的主要原因有 汽温 汽压下降 隔板汽封间隙因磨损而增大 蒸汽品质不良 引起通流部分结垢 发生水冲击事故 负荷变化 一般来讲凝汽式汽轮机的轴向位移随负荷增加而增大 6 推力瓦磨损 轴瓦因轴向位移大 温度高造成烧瓦 改型为强
11、制润滑油轴瓦 为了保证机组安全经济运行必须维持额定的蒸汽规范 一般规定新汽压力变动不超过额定值的 5 新汽温度变动不应超过规定范围 运行人员应经常与锅炉密切联系 保持新汽参数在正常范围内1 主汽压力升高主汽压升高的h s图 s 结论 主汽压在允许范围内升高时 机组经济性提高 但主汽压过高 将带来如下不利影响 维持机组负荷不变时 采用喷嘴调节的机组 可能引起调节级叶片过负荷 若维持调门开度不变 则可能造成末级叶片过负荷 末级的蒸汽湿度增大 末几级叶片冲蚀严重 承压部件应力增大 缩短其寿命 讨论 主汽压力降低的影响 2 主汽温度升高主汽温升高的焓熵图 主汽温度升高 蒸汽在汽轮机内的焓降增大 汽轮机
12、的内效率和热力循环的效率都有所提高 热耗率降低 运行经济性提高 主汽温度过高将带来如下不利影响 s h t0 t0 维持负荷不变 则调节级叶片过负荷 金属材料的强度降低 蠕变速度加快 机组可能发生振动 注 主蒸汽温度变化对机组安全 经济性的影响比主蒸汽压力变化时的影响更大 主汽温升高的处理 中参数机组435 C 440 C 445 450 C 450 C以上 3 主汽温降低主汽温降低的影响 主汽温降低时 蒸汽在汽轮机内的焓降减少 机组的汽耗增加 经济性下降 末级叶片过负荷 末级蒸汽湿度增大 机组轴向推力增大高温部件产生热应力 热变形有水冲击的可能主汽温降低的处理 凝汽器真空降低 凝汽器真空降低
13、 蒸汽在汽轮机中的焓降减小 排汽温度升高 主要影响如下 1 机组的经济性降低 2 机组轴向推力增大 3 排汽缸及后轴承座受热膨胀变形 可造成机组振动 4 凝汽器铜管胀口松弛 凝汽器泄漏 5 排汽体积流量减小 对末级叶片工作不利 凝汽器真空降低的处理 讨论 凝汽器真空升高 最佳真空 提高凝汽器真空 使其轮发电机组多发的电量与循环水泵多耗的功率之差达到最大值时凝汽器所达到的真空 极限真空 汽轮机末级喷嘴的出口压力达到极限压力时的真空 四 凝汽器真空的变化 五 热膨胀和胀差的监视热膨胀和胀差是运行中主要控制指标之一 应当注意监视和调整 为监视汽轮机热膨胀情况 汽轮机上装置有汽缸热膨胀指示器 大型机组
14、还装有胀差指示器 运行中的汽轮机 当负荷增减速度过大或新汽温度骤然变化时 汽缸和转子的热膨胀都将相应发生变化 特别是机组启停过程 如果热膨胀不均匀 胀差变大甚至超过极限值 会造成动 静部分的摩擦 六 油系统的监视1 油温 油温影响润滑油的粘度 影响油膜的形成 油温为35 45度 轴承回油温度不允许高于65度 达到70度必须故障停机 2 油压 油压过高会导致油系统泄漏 着火 油压过低使轴承油量不足或断油 并导致调节系统工作失常 3 油箱油位油箱油位过低表明油量减少 杂质容易进入油系统 甚至造成主油泵断油而发生烧瓦事故 4 油质油温过高或油中进水 进汽都会使油质变坏 5 冷油器工作情况油压应高于水
15、压 冷油器脏污 出口油温与出口水温的差值增加 冷却水量不足 冷却水进 出口温差增大 七 振动和声音的监视转子在转动时不可避免要发生振动 其振动量只要不超过一定的程度是完全允许的 但是当机组出现一些不正常振动时 则表明设备发生了缺陷或运行不正常 振动过大可能使轴封处动静部分发生摩擦 引起主轴局部受热产生永久变形 使动叶片 叶轮等转动部件损坏 使螺栓紧固部分松弛 严重时还会使整个机组损坏 因此在运行中必须注意监视 通常可使用振动表定时测定各轴承的振动值 并维持机组振动在允许范围内 对3000r min的机组其最大振动值不允许超过0 05毫米 听音目的是为了发现汽轮机内部动 静部分是否出现摩擦和碰撞 若有明显的金属声 应紧急停机
