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1、660MW超临界空冷汽轮机及运行,程伟良教授 2013-03-16,主要内容：,朗肯循环 汽轮机结构 CLZKN660-24.2/566/566汽轮机 汽轮机运行,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）,朗 肯 循 环,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,叶片与叶轮,叶
2、轮是一种圆盘型零件，一般有轮缘、轮体（轮面）和轮壳组成 。叶片是汽轮机中数量最大和种类最多的零件，根据转动与否，可分为动叶和静叶两种。一列喷嘴叶栅（静叶栅）与一列配套的动叶栅构成汽轮机的一级。,动静叶栅的实际配合,叶片分为等截面叶片、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 （围带和拉金的主要功能：减小叶片的弯应力和改善叶片的振动特性。）,叶根的种类：倒T型、菌型、叉型、枞树型 较短的直叶片较多地采用倒T型叶根； 变截面叶片较多地采用叉型叶根 汽轮机的末级叶片经常采用枞树型叶根。 叉型、
3、枞树型叶根具有较高的强度。,动叶轮,冲动式：效率低、做功能力强； 反动式：效率高、做功能力弱。,转子按加工工艺分：整锻转子；套装转子；焊接转子整锻转子一般用于高、中压缸套装转子；焊接转子一般用于低压转子,大轴按工作转速与临界转速关系分： 刚性轴；挠性轴(nao) 刚性轴：工作转速恒低于一阶临界转速 挠性轴：工作转速高于一阶临界转速,高中压合缸三缸四排汽空冷机型,660MW超临界空冷机组转子及叶片结构特点：,汽轮机转子采用整锻转子，整锻转子无中心孔。 汽轮机设计允许不揭缸进行转子动平衡。 叶片的设计是精确的、成熟的，能在允许的周波变化范围内安全运行。 对汽轮机防止固体颗粒侵蚀（SPE）所采用的措
4、施：采用了调节级喷嘴渗硼涂层的方法。 进行末级叶片的优化选型，并进行末级叶片的动静频试验。 低压末级及次末级叶片具有必要的抗应力腐蚀及抗水蚀措施，汽轮机设有足够的除湿用的疏水口。末几级叶片抗水蚀具体措施如下： 叶片设计动应力小。 次末级叶片采用喷丸强化，末级叶片焊整块型线状司太立合金片。 严格控制叶片制造过程，特别是热处理规范，严格检验机械性能、化学成份、硬度等，并对不同炉批号的成品叶片进行破坏性检查。 对叶片进行磁粉检查，如有应力集中，进行除应力处理。 汽机高压缸和中压缸第一级叶片的设计考虑固体颗粒侵蚀的影响。具体措施为： 高、中压阀门设有临时性和永久性蒸汽滤网，最初运行6个月使用临时性滤网
5、过滤杂质。 启动前旁路升温升压，可将管道颗粒带走。 采用渗氮处理，强化叶片表面。 低压缸末级叶片为661mm末级叶片，采用大刚度，小动应力，加强型的自带围带加凸台拉筋整圈连接型式。,660MW超临界空冷机组各转子临界转速,汽 缸,汽缸的作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，将蒸汽包容在汽缸中膨胀做功，完成其能量转换过程。 汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板套、隔板和汽封等部件。分成高压缸、中压缸和低压缸。,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。
6、 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。,大型汽轮机汽缸结构,一、采用双层缸结构,双层缸的优缺点: 缸壁内外表面之间的温度差较小。 气缸壁和法兰厚度较薄。 贵重金属材料消耗少。 结构复杂，零件增多。 内缸承受蒸汽的温差小、压差大，而外缸承受的温差大、压差小。因此内缸壁中温度梯度不大，引起的热应力较小；外缸承受大温差，但由于缸壁承压小，在工况变化过程中，能承受较大的热应力。 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
7、汽缸壁厚、法兰厚度，减小热应力,二、高中压分流合缸 优点： 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； 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； 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
8、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
9、； 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。,1、高中压缸采用双层缸结构；低压缸采用三层缸结构。 2、高中压缸为合缸分流结构。 3、高中压转子设有三个平衡活塞。 4、低压缸设有排气隔膜阀。动作参数为0.0340.048Mpa。 5、低压缸设有喷水减温装置。 6、冷却汽道：一股冷却蒸汽来自调节级后，经高、中压平衡鼓流出，沿中压导流环内侧进入中压第一级，通过第一级动叶根部的缝隙，利用反动式动叶特有的动叶前后的压差流动。从而使转子表面被冷却蒸汽覆
10、盖，不直接接触566的蒸汽，能大大降低转子的金属温度，从而降低转子的热应力。 另一股来自高压排汽区，通过挡汽板进入高、中压外缸与高、中压内缸的夹层内，再经过内缸上的小孔进入中压缸夹层内，冷却高温进汽区，防止高中压外缸过热。,660MW超临界空冷机组汽缸结构特点：,高中压合缸,高中压合缸,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,轴封,迷宫式汽封,轴端汽封 “X” 腔室与轴封供汽母管相连 “Y”腔室与轴封排汽母管相连,轴封系统作用： 合理利用轴封漏汽； 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） 防止蒸汽漏入大气 采用略小
11、于大气压力的轴封抽汽(通常维持690Pa的负压，允许范围为500750Pa的负压 ）,迷宫式汽封中蒸汽压力下降图 蒸汽在迷宫式汽封中的膨胀过程,各汽源的调节阀压力整定值,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,汽轮机在启动或低负荷下的汽封系统,汽轮机在高负荷下的汽封系统,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120180，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
12、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，建议转子循环疲劳能力为10000次。,轴 承 一、滑动轴承油膜形成的原理,油膜形成的三要素： 一定的速度 沿速度方向的楔形 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,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=F,o,o1,当：
13、 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： 增大比压(作用在单位面积上的压力)； 适当提高油温； 增大偏心率； 采用多油楔（xie）瓦。,轴承结构 1、 径向支持轴承按支承方式可分为固定式和自位式两种；按轴瓦可分为圆筒形轴承、椭圆形轴承、多油楔轴承和可倾瓦轴承等。 2、 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。 3、可倾瓦支持轴承是密切尔式的支持轴承， 一般由35块
14、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。,汽轮机：4瓦块可倾瓦轴承,下轴承瓦块,弹簧,轴承体,上轴承瓦块,进油,进油,进油,进油,回油,回油,进油,进油,发电机轴承,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,660MW超临界空冷机组轴承结构特点：,4瓦块可倾瓦 汽轮发电机组各轴承的型式确保不出现油膜振荡。各轴承的设计失稳转速为额定转速1
15、25%以上，具有良好的抗干扰能力。 低压缸采用落地轴承座。 为了防止进油边与转子轴颈发生制动现象，将上边两块瓦的轴承合金进口边修去，同时在这两块瓦上设有弹簧。 可倾瓦的特点是，瓦块多，每个瓦块有一个进油，运行中每个瓦块形成一个油楔。而圆筒瓦只有一个进油，只在下瓦形成一个油楔，可倾瓦每个瓦块都可单独调整其和轴颈间的相对位置，使其在运行时与轴颈间形成合适的间隙，而圆筒瓦要改变间隙时需经机械加工。可倾瓦一般用于轴承比压较小的地方，能有效地防止油膜振荡，使转子平稳运行。可倾瓦的加工工艺较复杂。,660MW超临界空冷机组轴承参数：,给水泵汽轮机,汽动给水泵,电动给水泵,除氧器,高加,省煤器,水冷壁,汽水
16、分离器,给水系统 每台机组配置2台50锅炉额定蒸发量的汽动给水泵和一台30%启动及备用电动给水泵，机组正常运行为两台汽泵运行，电泵作为备用。汽动泵可以利用发电能力不高的蒸汽来带动小汽机,节省用电。 电动给水泵的前置泵由主泵同轴驱动，汽泵的前置泵与主泵是分置式的。前置泵由电机带动。在机组启动时可以采用汽泵前置泵上水，电泵做备用，锅炉点火后直接用辅助蒸汽驱动小汽轮机向锅炉供水，这是一种新的启动方式，乌沙山电厂在运行中已经成功实施了这种方案，在启动过程节省了大量的厂用电，积累了比较成熟的经验，我厂在机组调试期间也可以考虑采用汽前泵的启动方式。,小汽机的选择 根据“设规”，我国是300、600MW汽轮机组才配置汽动给水泵(详后)、涉及拖动给水泵的工业汽轮机(以下简称小汽机)的型式(凝汽式或背压式)及其蒸汽源的选择及其如何连入热力系统几个方面。,图5-10 汽动泵的热力系统连接方式 (a) 凝汽式小
