汽輪機原理及運行

1、汽輪機發(fā)電機組主要原理汽輪機的作用 汽輪機是以蒸汽為工質(zhì)將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機械功的旋轉(zhuǎn)式機械，主要用作發(fā)電原動機，也用來直接驅(qū)動各種泵、風機、壓縮機和船舶螺旋槳等。 汽輪機是一種透平機械，又稱蒸汽透平。 汽輪機是火力發(fā)電的動力機械，是汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。 火力發(fā)電廠的基本原理火力發(fā)電廠的基本原理 其表現(xiàn)了火力發(fā)電廠的基本原理，在以蒸汽為工質(zhì)的火電廠中，飽和蒸汽繼續(xù)在過熱器中吸熱變成過熱蒸汽（定壓吸熱），過熱蒸汽送入汽輪機做絕熱膨脹做功，沖轉(zhuǎn)汽輪機轉(zhuǎn)動（熱能轉(zhuǎn)換成機械能），汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電（機械能轉(zhuǎn)換成電能）。做功后的乏汽排入凝汽器中凝結(jié)成水（定壓冷卻），然后在利用給水泵將凝結(jié)水輸送到鍋爐

2、里（絕熱壓縮），給水在鍋爐的水冷壁、過熱器中進行定壓吸熱后又送入汽輪機做功。這樣就形成了汽水基本循環(huán)，稱之為朗肯循環(huán)。 汽輪機設(shè)備組成汽輪機設(shè)備組成汽輪機設(shè)備組成汽輪機設(shè)備組成來自蒸汽發(fā)生器的蒸汽經(jīng)主汽閥、調(diào)節(jié)閥進入汽輪機。由于汽輪機排汽口的壓力大大低于進汽壓力，蒸汽在這個壓差作用下向排汽口流動，其壓力和溫度逐漸降低，部分熱能轉(zhuǎn)換為汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能。作完功的蒸汽稱為乏汽，從排汽口排入凝汽器，在較低的溫度下凝結(jié)成水，再由凝結(jié)水泵抽出送往蒸汽發(fā)生器構(gòu)成封閉的熱力循環(huán)。為了吸收乏汽在凝汽器放出的凝結(jié)熱，用循環(huán)水泵不斷地向凝汽器供應(yīng)冷卻水。由于汽輪機的尾部和凝汽器不能絕對密封，其內(nèi)部壓力又低于外

3、界大氣壓，因而會有空氣漏入，最終進入凝汽器的殼側(cè)，若任空氣在凝汽器內(nèi)積累，必使凝汽器內(nèi)壓力升高，同時積累的空氣還會帶來乏汽凝結(jié)放熱的惡化，這兩者都會導(dǎo)致熱循環(huán)效率的下降，因而必須靠抽氣器將凝汽器殼側(cè)的空氣抽出。凝汽設(shè)備由凝汽器、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵和抽氣器組成，它的作用是建立并保持凝汽器的真空，以使汽輪機保持較低的排汽壓力，同時回收凝結(jié)水循環(huán)使用，以減少冷源損失，提高汽輪機設(shè)備運行的經(jīng)濟性。為了保證滿足用戶的電力需求，汽輪機的功率和轉(zhuǎn)速必須進行調(diào)節(jié)，每臺汽輪機有一套由調(diào)節(jié)裝置組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。另外，汽輪機是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，它的轉(zhuǎn)子和定子間隙很小，是既龐大又精密的設(shè)備。為保證汽輪機安全運行，配有一套自

4、動保護裝置，以便在異常情況下發(fā)出警報；在危急情況下自動關(guān)閉主汽閥，使之停運。調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護裝置常用壓力油來傳遞信號和操縱有關(guān)部件。汽輪機的各個軸承也需要油潤滑和冷卻，因而每臺汽輪機都配有一套油系統(tǒng)。 汽輪機工作原理沖動式（0.05-0.30）汽輪機工作原理速度極汽輪機工作原理多級汽輪機汽輪機的分類 按結(jié)構(gòu)分，有單級汽輪機和多級汽輪機；各級裝在一個汽缸內(nèi)的單缸汽輪機，和各級分裝在幾個汽缸內(nèi)的多缸汽輪機；各級裝在一根軸上的單軸汽輪機，和各級裝在兩根平行軸上的雙軸汽輪機等 按工作原理分，有蒸汽主要在各級噴嘴(或靜葉)中膨脹的沖動式汽輪機；蒸汽在靜葉和動葉中都膨脹的反動式汽輪機；以及蒸汽在噴嘴中膨脹后

5、的動能在幾列動葉上加以利用的速度級汽輪機。 按熱力特性分，有為凝汽式、供熱式、背壓式、抽汽式和飽和蒸汽汽輪機等類型。 汽輪機分類3、按主蒸汽壓力分汽輪機類別主蒸汽壓力（MPa)低壓汽輪機0.121.5中壓汽輪機24高壓汽輪機610超高壓汽輪機1214亞臨界壓力汽輪機1618超臨界壓力汽輪機22.1超超臨界壓力汽輪機32汽輪機型號的表示方法 XX - XX - XX變型設(shè)計次序蒸汽參數(shù)額定功率型式例：N300-16.7/538/538 300MW凝汽式汽輪機,主蒸汽壓力為16.7MPa，溫度為538C,再熱蒸汽溫度538C。汽輪機型式代號見下表：代號型式代號型式N凝汽式CB抽汽背壓式B背壓式CY

6、船用C一次調(diào)整抽汽式Y(jié)移動式CC兩次調(diào)整抽汽式HN核電汽輪機 汽輪機的一般概念汽輪機的一般概念汽輪機設(shè)備組成1）汽輪機本體：）汽輪機本體：a配汽機構(gòu)：包括主蒸汽導(dǎo)汽管、自動主汽閥、調(diào)速汽閥等。b轉(zhuǎn)動部分：主要有主軸、葉輪、葉片、拉筋、圍帶、聯(lián)軸器和緊固件。轉(zhuǎn)動部件的組合體稱為轉(zhuǎn)子c靜止部分：包括汽缸、滑銷系統(tǒng)、隔板（隔板外緣、靜葉片和隔板體組成）、隔板套、噴嘴、汽封、軸承以及一些緊固零件。汽缸是汽輪機的外殼，其作用是將汽輪機的通流部分與大氣隔開，將蒸汽包容在汽缸中膨脹作功，完成其能量轉(zhuǎn)換過程。 2）調(diào)節(jié)系統(tǒng)）調(diào)節(jié)系統(tǒng)：主要有調(diào)速器、油動機、滑閥、調(diào)節(jié)閥、主油泵、輔助油泵等。3）凝汽及抽氣系統(tǒng)：

7、）凝汽及抽氣系統(tǒng)：主要有凝汽器、凝結(jié)水泵、抽氣器、循環(huán)水泵等。4）回熱加熱系統(tǒng)：）回熱加熱系統(tǒng)：主要設(shè)備有低壓加熱器、高壓加熱器、疏水泵等。汽輪機本體汽輪機本體汽輪機汽封 汽輪機通流部分的動、靜機件之間，為了避免碰磨，必須留有一定的間隙，而間隙的存在又會導(dǎo)致漏汽，使汽輪機效率降低。為此，在汽輪機動、靜機件的有關(guān)部位設(shè)有密封裝置，通常稱為汽封。按照安裝位置的不同，汽封可分為：級間汽封（隔板汽封、圍帶汽封和葉根汽封；軸端汽封（簡稱軸封）裝設(shè)在轉(zhuǎn)子端部和汽缸之間，為阻止低壓側(cè)空氣漏入排汽缸，也防止蒸汽從轉(zhuǎn)子端部漏出，汽輪機均設(shè)置有蒸汽軸封系統(tǒng) （外供、均壓箱），尾汽排至軸封加熱器冷卻。汽輪機本體汽輪

8、機本體汽輪機汽封汽輪機本體汽輪機本體汽輪機滑銷系統(tǒng)滑銷系統(tǒng) 汽輪機滑銷系統(tǒng)的作用：汽輪機滑銷系統(tǒng)的作用：保證汽缸在受熱的時候能順暢膨脹，讓汽缸和轉(zhuǎn)子的中心保持一致，以防發(fā)生意外事故?；N就是布置在汽缸臺板上的能讓汽缸順暢膨脹、收縮的部件。主要觀測熱膨脹看它受熱膨脹情況。 根據(jù)滑銷的構(gòu)造形式、安裝位置和不同的作用，滑銷系統(tǒng)通常由立銷、縱銷、橫銷、貓爪橫銷、斜銷、角銷等 。 a、立銷：立銷就是引導(dǎo)汽缸向垂直方向移動； b、縱銷：縱銷引導(dǎo)軸承座和汽缸沿軸向滑動； c、橫銷：橫銷則引導(dǎo)汽缸沿橫向滑動并與縱銷（或立銷）配合，確定膨脹的固定點，稱死點。對凝汽式汽輪機來說，死點多布置在低壓汽輪機本體盤車裝置

9、 汽輪機啟動前或停機后，用來盤動轉(zhuǎn)子的裝置稱為盤車裝置。一般可分為手動和電動盤車兩種。 盤車裝置的作用盤車裝置的作用： (1)在汽輪機沖轉(zhuǎn)前和停機后使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，以避免轉(zhuǎn)子受熱和冷卻不均而產(chǎn)生熱彎曲。 (2)盤車前盤動轉(zhuǎn)子，可以檢查動靜部件間是否有摩擦、潤滑油系統(tǒng)工作是否正常及主軸彎曲是否過大等，用來檢查汽輪機是否具備正常啟動條件。 盤車的分類盤車的分類 按盤車轉(zhuǎn)速高低，盤車裝置可分為高速盤車和低速盤車兩種。采用高速盤車時可以加快汽缸內(nèi)的熱交換，減小上、下缸之間及轉(zhuǎn)子內(nèi)部溫差，縮短機組啟停時間，并可以在軸承內(nèi)較好的建立起油膜，保護軸頸和軸瓦。低速盤車時啟動力矩小，沖擊載荷小，有利于延長部件的使用

10、壽命。汽輪機本體軸承 軸承分為徑向支持軸承和推力軸承兩種類型，它們用來承受轉(zhuǎn)子的全部重量并且確定轉(zhuǎn)子在汽缸中的正確位置。 徑向支持軸承用來承擱轉(zhuǎn)子的重量和旋轉(zhuǎn)的不平衡力，以保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心與汽缸中心一致，從而保證轉(zhuǎn)子與汽缸、汽封、廂板等靜止部分的徑向間隙正確。主要形式有圓筒形軸承、橢圓形支持軸承、多油楔軸承及可傾瓦軸承等。 推力軸承承受蒸汽作用在轉(zhuǎn)子上的軸向推力，并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置，以保證通流部分動靜間正確的軸向間隙。所以推力軸承被看成轉(zhuǎn)子的定位點，或稱汽輪機轉(zhuǎn)子對靜子的相對死點。 凝汽及抽氣系統(tǒng)凝汽及抽氣系統(tǒng)凝汽器凝汽器 凝汽器是熱力循環(huán)的冷源。其基本功能是接收汽輪機的排汽并將其凝結(jié)成水，

11、使汽輪機排汽口形成最佳真空，使工質(zhì)膨脹到最低壓力，盡可能多地將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機械能。凝汽器是一個工作在真空條件下的表面式熱交換器，其具體功能有：1）冷卻汽輪機的排汽，使之凝結(jié)為水，使凝汽器形成機組安全、經(jīng)濟運行的真空。 2）把排汽的凝結(jié)水重新送入鍋爐使用。 3）在正常運行時，凝汽器還可以起到一級真空除氧器的作用，能夠除去凝結(jié)水中所含有的氣體，從而提高水的質(zhì)量，防止設(shè)備腐蝕。凝汽及抽氣系統(tǒng)凝汽及抽氣系統(tǒng)抽氣器抽氣器 抽氣器的作用就是將凝汽器中的空氣不斷抽出，保持凝汽器的良好真空。它有兩種類型：射流式抽氣器和容積式抽氣器。 射流式抽氣器分為射水式和射汽式。 射水抽氣器由水室、吸水室和擴壓管等部件組

12、成。其原理是工作水經(jīng)過水室上的噴嘴高速噴射，在吸入室內(nèi)把凝汽器的汽、氣混合物抽出，并經(jīng)擴壓管排出。工作水源是通過射水泵升壓的。汽輪機調(diào)節(jié)保護系統(tǒng) 汽輪機是發(fā)電廠的原動機，驅(qū)動同步發(fā)電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，向電網(wǎng)輸送符合數(shù)量和供電品質(zhì)(電壓與頻率)要求的電力。電網(wǎng)的頻率(或稱周波)決定于有功功率，即決定于原動機的驅(qū)動功率，因此頻率調(diào)節(jié)歸功于汽輪機的功率控制系統(tǒng)。 由于汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以機組轉(zhuǎn)速為調(diào)節(jié)對象，故習慣上將汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱為調(diào)速系統(tǒng) 。其主要作用是： 1）使汽輪機的輸出功率與外界負荷保持平衡。 2）維持汽輪機轉(zhuǎn)速在規(guī)定范圍內(nèi)。汽輪機調(diào)節(jié)保護系統(tǒng) 汽輪機的調(diào)速系統(tǒng)是由感應(yīng)機構(gòu)（調(diào)速器）、傳動放大

13、機構(gòu)（杠桿、錯油門、油動機）、反饋機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥和其傳動裝置也稱配汽機構(gòu)）以及定值機構(gòu)（同步器）等五部分組成。 調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)能滿足的基本要求：1）當主汽門完全開啟時，調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)能維持汽輪機空負荷運行。2）當汽輪機由滿負荷降至空負荷時，調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)能維持汽輪機在危急保安器的動作轉(zhuǎn)速以下。3）主汽門和調(diào)速汽門門桿、錯油門、油動機及調(diào)速系統(tǒng)連桿上的各活動連接裝置沒有卡澀和松動現(xiàn)象。當負荷改變時，調(diào)速汽門應(yīng)均勻而平穩(wěn)地移動，當負荷穩(wěn)定時，系統(tǒng)不應(yīng)擺動。4）當危急保安器動作后，應(yīng)保證主汽門關(guān)閉嚴密。汽輪機調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)汽輪機調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)上圖為汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理性構(gòu)成。轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)是將轉(zhuǎn)子

14、的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成一次控制信號；中間放大器中間放大器對一次控制信號作功率放大，并按調(diào)節(jié)目標作控制運算，產(chǎn)生油動機的控制信號；油動機油動機是一種液壓位置伺服馬達，按中間放大器的控制信號產(chǎn)生帶動配汽機構(gòu)動作的驅(qū)動力，并達到預(yù)定的開度位置；配汽機構(gòu)配汽機構(gòu)是將油動機的行程轉(zhuǎn)變?yōu)楦髡{(diào)節(jié)汽門的開度，通過配汽機構(gòu)的非線性傳遞特性，汽輪機的進汽量與油動機行程間校正到近似線性關(guān)系；同步器同步器作用于中間放大器，產(chǎn)生控制油動機行程的控制信號，單機運行時改變汽輪機的轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)運行時改變機組的功率；啟動裝置在機組啟動時用于沖轉(zhuǎn)、并提升轉(zhuǎn)速至同步器動作轉(zhuǎn)速。 汽輪機調(diào)節(jié)保護系統(tǒng) 汽輪機的調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)根據(jù)其轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)及

15、中間放大器的結(jié)構(gòu)不同，可分為機械液壓調(diào)節(jié)、模擬電液調(diào)節(jié)和數(shù)字電液調(diào)節(jié)三種型式。 DEH全稱為數(shù)字式功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它將現(xiàn)場的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，通過計算機的運算，完成對汽輪機的啟動、監(jiān)視、保護和運行。 汽輪機調(diào)節(jié)保護系統(tǒng) DEH系統(tǒng)原理調(diào)門DEH指令 信號放大電液轉(zhuǎn)換DEH指令油缸保護EH油泵反饋EH油箱汽輪機調(diào)節(jié)保護系統(tǒng)DEH的系統(tǒng)功能 1、汽輪機轉(zhuǎn)速控制。2、自動同期控制。3、負荷控制。4、調(diào)頻功能。5、協(xié)調(diào)控制。6、快速減負荷（RUNBACK）。7、主汽壓力控制（TPC）。8、多（單）閥控制。9、閥門試驗。10、OPC控制（103）。11、汽輪機自動升速控制。12、與DCS或廠網(wǎng)數(shù)

16、據(jù)共享。13、手動控制（硬手操）。汽輪機啟動的分類汽輪機啟動的分類按設(shè)備金屬溫度分類按設(shè)備金屬溫度分類 (1)冷態(tài)啟動。 (2)溫態(tài)啟動。 (3)熱態(tài)啟動(4)極熱態(tài)啟動。按蒸汽參數(shù)分類按蒸汽參數(shù)分類 ( 1)額定參數(shù)啟動。(2)滑參數(shù)啟動（a、滑參數(shù)真空法啟動b、滑參數(shù)壓力法啟動）汽輪機的啟動和停運汽輪機的啟動和停運 汽輪機組的啟動過程是將汽輪機從轉(zhuǎn)子靜止或盤車狀態(tài)升速至額定轉(zhuǎn)速，與電網(wǎng)并列后，將負荷逐步地加到額定負荷的過程。而停運是它的逆過程。在啟動過程中，汽輪機各金屬部件格受到高溫蒸汽的加熱，從室溫、大氣壓力狀態(tài)或從較低的溫度、壓力狀態(tài)逐步過渡到額定的溫度、壓力狀態(tài)。汽輪機的啟動主要步驟

17、汽輪機的啟動主要步驟 汽輪機的啟動過程通常分為幾個階段，即啟動前的準備工作、熱力系統(tǒng)管道的預(yù)熱、沖動轉(zhuǎn)子、暖機和升速、并列、帶負荷暖機及提升負荷等階段。1、熱力系統(tǒng)管道的預(yù)熱。暖管初始，高溫蒸汽與溫度較低的金屬管壁接觸，蒸汽凝結(jié)放熱，將熱量傳給金屬管壁，蒸汽凝結(jié)成水，這些水應(yīng)及時疏排掉。在暖管之前應(yīng)依次投運下列設(shè)備，即先投運循環(huán)水泵，隨后投運凝結(jié)水泵、抽氣系統(tǒng)等，相應(yīng)地依序投運盤車裝置，向軸封送密封汽，加快建立凝汽器內(nèi)較高的真空。 汽輪機的啟動主要步驟汽輪機的啟動主要步驟2、沖動轉(zhuǎn)子和暖機、升速。轉(zhuǎn)子一旦沖轉(zhuǎn)，都應(yīng)按規(guī)定在幾個不同轉(zhuǎn)速下定速暖機，確保無異常后再開大沖轉(zhuǎn)閥門，繼續(xù)升速啟動汽輪機。

18、3、并網(wǎng)和帶負荷并網(wǎng)和帶負荷 初負荷暖機：汽輪機組從空負荷到帶滿負荷，在低負荷下停留一段時間進行低負荷暖機是必要的，需要重視的，一般只取額定負荷的510進行。 在條件允許下汽輪機的加負荷速度，汽輪機的加負荷速度大約為每分鐘12額定負荷。單元機組的停運單元機組的停運 機組的停運是指機組從帶負荷運行狀態(tài)，到減去全部負荷、鍋爐熄火、發(fā)電機解列、汽輪發(fā)電機惰走、投入盤車裝置、輔機停運等全部過程。 單元機組的停運方式 正常停機（1）滑參數(shù)正常停機； （2） 額定參數(shù)正常停機 非正常停機（1）故障非正常停機； （2）緊急停機汽輪機油系統(tǒng) 汽輪機供油系統(tǒng)的主要設(shè)備有：主油泵、主油箱、冷油器、減壓閥、濾油器、

19、注油器、油泵等。 主油泵可由汽輪機的主軸直接帶動，超載特性適合于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的需要，由注油器直接向潤滑系統(tǒng)供油，使節(jié)流損失減少，其工作比較可靠。 注油器的作用將小流量的高壓油轉(zhuǎn)換成大流量的低壓油，對主油泵的入口或潤滑系統(tǒng)供油，注油器通常布置在主油箱里，可使油均勻地吸入吸油室，又避免漏入空氣。汽輪機的保護 汽輪機裝有超速保護、軸向位移（串軸）保護、低油壓保護、低真空保護等裝置。 1、超速保護 在汽輪機突然甩去全部負荷或調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作失靈時，汽輪機轉(zhuǎn)速的升高可能會達到轉(zhuǎn)子強度所不允許的數(shù)值，而發(fā)生設(shè)備損壞的嚴重事故。超速保護裝置的作用就是用來在汽輪機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的110112%時，超速保護裝置動作，自動關(guān)閉主汽閥和調(diào)速汽閥，緊急停機，起到保護設(shè)備安全的作用。a危急保安器(飛錘式和飛環(huán)式) b、opc110% c、電超速 2、軸向位移保護 汽輪機轉(zhuǎn)子與靜子之間的軸向間隙很小，當轉(zhuǎn)子的軸向推力過大，致使推力軸承烏金熔化時，轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生軸向位移，造成動靜部分磨擦，導(dǎo)致設(shè)備嚴重損壞事故，因此汽輪機都裝有軸向位移保護裝置。其作用是：當軸向位移達到一定數(shù)值時，發(fā)出報警信號；當軸向位移達到危險值時，保護裝置