汽轮机结构原理

汽轮机结构原理 汽轮机结构原理与运行培训 转自: 时间:2009年6月23日9:14 一、汽轮机发展介绍 将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。 汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。汽轮机是一种透平机械，又称蒸汽透平。 公元一世纪时，亚历山大的希罗记述了利用蒸汽反作用力而旋转的汽转球，又称为风神轮，这是最早的反动式汽轮机的雏形; 1629年意大利的布兰卡提出由一股蒸汽冲击叶片而旋转的转轮。 19世纪末，瑞典拉瓦尔和英国帕森斯分别创制了实用的汽轮机。拉瓦尔于1882年制成了第一台5马力(3.67千瓦)的单级冲动式汽轮机，并解决了有关的喷嘴和强度设计问题。单级冲动式汽轮机功率很小，现在已很少采用。我国的第一台汽轮机是1949年在上海汽轮机制造，容量为6000千瓦，于1956年在淮南发电厂投产。 20世纪初，法国拉托和瑞士佐莱分别制造了多级冲动式汽轮机。多级结构为增大汽轮机功率开拓了道路，已被广泛采用，机组功率不断增大。帕森斯在1884年取得英国专利，制成了第一台10马力的多级反动式汽轮机，这台汽轮机的功率和效率在当时都占领先地位。 20世纪初，美国的柯蒂斯制成多个速度级的汽轮机，每个速度级一般有两列动叶，在第一列动叶后在汽缸上装有导向叶片，将汽流导向第二列动叶。现在速度级的汽轮机只用于小型的汽轮机上，主要驱动泵、鼓风机等，也常用作中小型多级汽轮机的第一级。 与往复式蒸汽机相比，汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，单位面积中能通过的流量大，因而能发出较大的功率。大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，故热效率较高。19世纪以来，汽轮机的发展就是在不断提高安全可靠性、耐用性和保证运行方便的基础上，增大单机功率和提高装置的热经济性。 汽轮机的出现推动了电力工业的发展，到20世纪初，电站汽轮机单机功率已达10兆瓦。随着电力应用的日益广泛，美国纽约等大城市的电站尖峰负荷在20年代已接近1000兆瓦，如果单机功率只有10兆瓦，则需要装机近百台，因此20年代时单机功率就已增大到60兆瓦，30年代初又出现了165兆瓦和208兆瓦的汽轮机。 此后的经济衰退和第二次世界大战期间爆 发，使汽轮机单机功率的增大处于停顿状态。 50年代，随着战后经济发展，电力需求突飞猛进，单机功率又开始不断增大，陆续出现了325,600兆瓦的大型汽轮机; 60年代制成了1000兆瓦汽轮机; 70年代，制成了1300兆瓦汽轮机。现在许多国家常用的单机功率为300,600兆瓦。 汽轮机的蒸汽从进口膨胀到出口，单位质量蒸汽的容积增大几百倍，甚至上千倍，因此各级叶片高度必须逐级加长。大功率凝汽式汽轮机所需的排汽面积很大，末级叶片须做得很长。 汽轮机装置的热经济性用汽轮机热耗率或热效率表示。汽轮机热耗率是每输出单位机械功所消耗的蒸汽热量，热效率是输出机械功与所耗蒸汽热量之比。对于整个电站，还需考虑锅炉效率和厂内用电。因此，电站热耗率比单独汽轮机的热耗率高，电站热效率比单独汽轮机的热效率低。 一座汽轮发电机总功率为1000兆瓦的电站，每年约需耗用煤230万吨。如果热效率绝对值能提高1%，每年可节约标准煤 6万吨。因此，汽轮机装置的热效率一直受到重视。为了提高汽轮机热效率，除了不断改进汽轮机本身的效率，包括改进各级叶片的叶型设计(以减少流动损失)和降低阀门及进排汽管损失以外，还可从热力学观点出发采取措施。 根据热力学原理，新蒸汽参数越高，热力循环的热效率也越高。早期汽轮机所用新蒸汽压力和温度都较低，热效率低于20,。随着单机功率的提高，30年代初新蒸汽压力已提高到3,4兆帕，温度为400,450?。随着高温材料的不断改进，蒸汽温度逐步提高到535?，压力也提高到6,12.5兆帕，个别的已达16兆帕，热效率达30,以上。50年代初，已有采用新蒸汽温度为600?的汽轮机。以后又有新蒸汽温度为650?的汽轮机。 现代大型汽轮机按照其输出功率的不同，采用的新蒸汽压力又可以分为各个压力等级，通常采用新蒸汽压力24.5,26兆帕，新蒸汽温度和再热温度为535,578?的超临界参数,或新汽压力为16.5兆帕、新汽温度和再热温度为535?的亚临界参数。使用这些汽轮机的电站热效率约为40,。 另外，汽轮机的排汽压力越低，蒸汽循环的热效率就越高。不过排汽压力主要取决凝汽器的真空度，真空度又取决于冷却水的温度和抽真空的设备(通常称为真空泵)，如果采用过低的排汽压力，就需要增大冷却水流量、增大凝汽器冷却水和冷却介质的换热面、降低被使用的冷却水的温度和抽真空的设备，较长的末级叶片，但同时真空太低又会导致汽轮机汽缸(低压缸)的蒸汽流速加快，使汽轮机汽缸(低压缸)差胀加剧，危及汽轮机安全运转。凝 汽式汽轮机常用的排汽压力为5~10千帕(一个标准大气压是101325帕斯卡)。船用汽轮机组为了减轻重量，减小尺寸,常用0.006,0.01兆帕的排汽压力。 此外，提高汽轮机热效率的措施还有，采用回热循环、采用再热循环、采用供热式汽轮机等。提高汽轮机的热效率，对节约能源有着重大的意义。 大型汽轮机组的研制是汽轮机未来发展的一个重要方向，这其中研制更长的末级叶片，是进一步发展大型汽轮机的一个关键;研究提高热效率是汽轮机发展的另一方向，采用更高蒸汽参数和二次再热，研制调峰机组，推广供热汽轮机的应用则是这方面发展的重要趋势。 现代核电站汽轮机的数量正在快速增加，因此研究适用于不同反应堆型的、性能良好的汽轮机具有特别重要的意义。 全世界利用地热的汽轮机的装机容量，1983年已有3190兆瓦，不过对熔岩等深层更高温度地热资源的利用尚待探索;利用太阳能的汽轮机电站已在建造，海洋温差发电也在研究之中。所有这些新能源方面的汽轮机尚待继续进行试验研究。 另外，在汽轮机设计、制造和运行过程中，采用新的理论和技术，以改善汽轮机的性能，也是未来汽轮机研究的一个重要内容。例如:气体动力学方面的三维流动理论，湿蒸汽双相流动理论;强度方面的有限元法和断裂力学分析;振动方面的快速傅里叶转换、模态分析和激光技术;设计、制造工艺、试验测量和运行监测等方面的电子计算机技术;寿命监控方面的超声检查和耗损计算。此外，还将研制氟利昂等新工质的应用，以及新结构、新工艺和新材料等。 目前发展瓶颈主要在材料上，材料问题解决了，单片的功率就可以更大。 凝汽式汽轮机 火电厂中普遍采用的专为发电用的汽轮机。凝汽设备主要由凝汽器、循环水泵、凝结水泵和抽气器组成。汽轮机排汽进入凝汽器，被循环水冷却凝结为水，由凝结水泵抽出，经过各级加热器加热后作为给水送往锅炉。 汽轮机的排汽在凝汽器内受冷凝结为水的过程中，体积骤然缩小，因而原来充满蒸汽的密闭空间形成真空，这降低了汽轮机的排汽压力，使蒸汽的理想焓降增大，从而提高了装置的热效率。汽轮机排汽中的非凝结气体(主要是空气)则由抽气器抽出,以维持必要的真空度。 汽轮机最常用的凝汽器为表面式。冷却水排入冷却水池或冷却水塔降温后再循环使用。靠近江、河、湖泊的电厂，如水量充足，可将由凝汽器排出的冷却水直接排入江、河、湖泊，称为径流冷却方式。但这种方式可能对河流湖泊造成热污染。严重缺水地区的电厂，可采用空冷式凝汽器。但它结构庞大，金属材料消耗多，除列车电站外，一般电厂较少采用。老式电厂中，有的采用混合式凝汽器，汽轮机排汽与冷却水直接混合接触冷却。但因排汽凝结水被冷却水污染，需要处理后才能作为锅炉给水，已很少采用。 运行特性 凝汽式汽轮机的排汽压力对运行经济性有明显影响。影响凝汽器真空度的主要因素是冷却水进口温度和冷却倍率。前者与电厂所在地区、季节及供水方式有关;后者表示冷却水设计流量与汽轮机排汽量之比。冷却倍率大，可获得较高真空度。但冷却倍率增大的同时增加了循环水泵的功耗和设备投资。一般表面式凝汽器的冷却倍率设计为60,120。由于凝汽式汽轮机循环水的需要量很大，水源条件成为电厂选址的重要条件之一。 理想情况下表面式凝汽器的凝水温度应与排汽温度相同，被冷却水带走的热量仅为排汽 的汽化潜热。但实际运行中，由于排汽流动阻力及非凝结气体的存在，导致凝结水温度低于排汽温度，两者的温差称为过冷却度。冷却水管布置不当，运行中凝结水位过高而浸泡冷却水管,均会加大过冷却度。正常情况过冷却度应不大于1,2?。 排汽压力与机组功率 降低凝汽式汽轮机的排汽压力,虽可提高热效率，但因排汽比容增大,汽轮机末级通流面积和叶片需要相应增大,这加大了制造成本,使加工困难。因此，最佳排汽压力需通过技术经济综合分析确定。目前一般凝汽式汽轮机排汽压力取为0.004,0.006兆帕。 汽轮机功率决定于蒸汽流量。凝汽式汽轮机可通过的最大流量决定于末级叶片长度。由于叶片越大，离心力越大,这使它受到材料强度的限制。目前,末级叶片最大长度可达1000,1200毫米，叶片顶端最大允许圆周速度为550,650米/秒,单排汽口极限功率约为100,120兆瓦。低压缸采用分流式结构可提高单机功率。到80年代末，常规火电厂最大凝汽式单机功率，双轴机组为1300兆瓦，单轴机组为800兆瓦。 凝汽式机组设计为低转速(1500或1800转/分)时，可提高极限功率，但这又使汽轮机尺寸及材料消耗增加，因为汽轮机总重量与转速的三次方成反比。因此，除核电站为适应低参数、大流量特点，常采用低速汽轮机外，中国火力发电厂均采用3000转/分汽轮机。 , 汽轮机铸造业之所以能够迅速发展是因为: , 它的热效率高，凝汽式汽轮机组的综合热效率达40%，供热机组热效率可达80,。 , 汽轮机是连续工作的回旋机械，它可已具有较大的功率。 , 机组运行平稳，事故率较低，一般可保持3年左右大修，充分提高了设备利用率。正 因为汽轮机有这些优点，所以被广泛用于拖动发电机、鼓风机、水泵及用作船舶的动 力机械。 一、名称及符号 1、温度:物体表面的冷热程度 2、压力:物体单位面积上所承受的垂直作用力 3、绝对压力:容器内气体的真实压力。用P绝表示 4、表压力:用压力表计测得的压力。用P表表示 5、真空值:用真空表测得的数值。用H表示 P绝,P表+B大气压 P绝=B—H 6、比容:单位质量工质所占有的体积。符号:V 单位:立方米每公斤 7、密度:单位容积内工质的质量。 符号:ρ 单位:公斤每立方米 8、能:含有动能;物体由于运动而具有的能量 位能(势能):物体由于一定温度所具有的能 热能:物体内部分子由于热运动而具有的能量 内能:指储存与物体内部的能量。分:内动能，内位能 9、功:凡力施加与物体，并使该物体沿作用力的方向产生位移，对物体做了 功，单位时间内所做的功，叫功率。 10、节流:介质在管道内流动，由于通流截面积突然缩小，使介质压力降低，这种现象叫节流 11、汽耗率:汽机产生单位功所消耗的蒸汽量 12、热耗率:汽机产生单位功所消耗的热量 第一节 汽轮机的基本概念及分类 汽轮机是利用蒸汽热能来做功的旋转式原动机 , 1、工作原理:蒸汽进入汽轮机喷嘴膨胀降压增加流速按一定的方向喷射出来(将蒸 汽的热能转变成动能)，进入叶片推动叶轮旋转(蒸汽的动能转变成转子的旋转机械 能)并拖动风机或发电机旋转。 , 2、特点 :功率大、转速高、效率高、运行平稳、使用寿命长 一、名称及符号 1、温度:物体表面的冷热程度 2、压力:物体单位面积上所承受的垂直作用力 3、绝对压力:容器内气体的真实压力。用P绝表示 4、表压力:用压力表计测得的压力。用P表表示 5、真空值:用真空表测得的数值。用H表示 P绝,P表+B大气压 P绝=B—H 6、比容:单位质量工质所占有的体积。符号:V 单位:立方米每公斤 7、密度:单位容积内工质的质量。 符号:ρ 单位:公斤每立方米 8、能:含有动能;物体由于运动而具有的能量 位能(势能):物体由于一定温度所具有的能 热能:物体内部分子由于热运动而具有的能量 内能:指储存与物体内部的能量。分:内动能，内位能 9、功:凡力施加与物体，并使该物体沿作用力的方向产生位移，对物体做了 功，单位时间内所做的功，叫功率。 10、节流:介质在管道内流动，由于通流截面积突然缩小，使介质压力降低，这种现象叫节流 11、汽耗率:汽机产生单位功所消耗的蒸汽量 12、热耗率:汽机产生单位功所消耗的热量 , , 二:汽轮机的分类 , 1、按工作原理分 , a、冲动式:蒸汽的热能转变成动能的过程，仅在喷嘴中发生，而工作叶片只是把蒸 汽的动能转变成机械能的汽轮机，叫冲动式汽轮机。 , b、反动式:蒸汽的热能变为动能的过程不仅在喷嘴中发生，而且在叶片中同样发生 的汽轮机，叫反动式汽轮机 , 2、按汽轮机结构所具有的级数分单级汽轮机、复速级汽轮机和多级汽轮机。各级装 在一个汽缸内的单缸汽轮机，和各级分装在几个汽缸内的多缸汽轮机;各级装在一根 轴上的单轴汽轮机，和各级装在两根平行轴上的双轴汽轮机等。 , 所谓汽轮机的级:是由一段喷嘴与其后边的一级动叶片组成，用来完成蒸汽转变成机 械功全过程的基本单元。 , 单级汽轮机用来拖动油泵或给水泵 , 复速级汽轮机即双列汽轮机 , 随着汽轮机越来越趋向高温、高压、大功率，单机汽轮机等已不能满足工业的需 求，所以多级汽轮机就应运而生，下边所讲的汽轮机都是多级汽轮机。 , 3、按蒸汽在汽轮机内部流动的方向分: , 轴流式汽轮机、辐流式汽轮机、周流式汽轮机 , 轴流式汽轮机:蒸汽在汽轮机内流动的方向和轴平行，现各电厂运行着的汽轮机多是 这种气轮机。 , 4、按汽缸的数目分 , 单缸汽轮机、双缸汽轮机、多缸汽轮机 , 5、按汽轮机的热力特性分 , 按热力特性分，有为凝汽式、供热式、背压式、抽汽式和饱和蒸汽汽轮机等类型。凝 汽式汽轮机排出的蒸汽流入凝汽器，排汽压力低于大气压力，因此具有良好的热力性 能，是最为常用的一种汽轮机;供热式汽轮机既提供动力驱动发电机或其他机械，又 提供生产或生活用热，具有较高的热能利用率;背压式汽轮机的排汽压力大于大气压 力的汽轮机;抽汽式汽轮机是能从中间级抽出蒸汽供热的汽轮机;饱和蒸汽轮机是以 饱和状态的蒸汽作为新蒸汽的汽轮机。 为柳州化工设计制造的N3.0-3.9/0.01饱和蒸汽汽轮机组 • 6、按汽轮机的用途分 • 电站汽轮机:用来发电或热电联产的汽轮机 • 工业汽轮机:用来带动水泵、油泵、鼓风机等的汽轮机 • 船用汽轮机:作为船舶的动力装置，用以推动螺旋桨 • 7、按进气压力分 • 低压气轮机:新蒸汽压力 1.2—1.5Mpa • 中压汽轮机:新蒸汽压力 2—4Mpa • 次高压汽轮机:新蒸汽压力 5—6Mpa • 高压汽轮机:新蒸汽压力 6—10Mpa • 超高压汽轮机:新蒸汽压力 12—14Mpa • 亚临界汽轮机 :新蒸汽压力 16—18Mpa • 超亚临界汽轮机:新蒸汽压力 大于22.17Mpa • 8、按设备金属温度分类 • (1)冷态启动。 (2)温态启动。 (3)热态启动(4)极热态启动。 • 9、按蒸汽参数分类 • ( 1)额定参数启动。(2)滑参数启动(a、滑参数真空法启动b、滑参数压力法启动) 三、汽轮机型号的表示 Δ XX - XX - XX 型式 变型设计次序 额定功率 蒸汽参数 例:N300-16.7/538/538 300MW凝汽式汽轮机,主蒸汽压力为16.7MPa，温度为538ºC,再热蒸汽温度538ºC。 代号 型式 代号 型式 N CB 凝汽式 抽汽背压式 B CY 背压式 船用 C Y 一次调整抽汽式 移动式 CC HN 两次调整抽汽式 核电汽轮机 第二节 汽轮机一般概念 汽轮机的一般概念——汽轮机设备组成 • 1)汽轮机本体: • a配汽机构:包括主蒸汽导汽管、自动主汽阀、调速汽阀等。 • b转动部分:主要有主轴、叶轮、叶片、拉筋、围带、联轴器和紧固件。转动部件的 组合体称为转子 • c静止部分:包括汽缸、滑销系统、隔板(隔板外缘、静叶片和隔板体组成)、隔板套、 喷嘴、汽封、轴承以及一些紧固零件。汽缸是汽轮机的外壳，其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作功，完成其能量转换过程。 • 2)调节系统: • 主要有调速器、油动机、滑阀、调节阀、主油泵、辅助油泵等。 • 3)凝汽及抽气系统: • 主要有凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵等。 • 4)回热加热系统: • 主要设备有低压加热器、高压加热器、疏水泵等。 汽轮机本体——汽轮机汽封 • 汽轮机通流部分的动、静机件之间，为了避免碰磨，必须留有一定的间隙，而间隙的 存在又会导致漏汽，使汽轮机效率降低。为此，在汽轮机动、静机件的有关部位设有 密封装置，通常称为汽封。按照安装位置的不同，汽封可分为:级间汽封(隔板汽封、 围带汽封和叶根汽封;轴端汽封(简称轴封)装设在转子端部和汽缸之间，为阻止低 压侧空气漏入排汽缸，也防止蒸汽从转子端部漏出，汽轮机均设置有蒸汽轴封系统 (外供、均压箱)，尾汽排至轴封加热器冷却。 汽轮机本体——汽轮机滑销系统 • 汽轮机滑销系统的作用:保证汽缸在受热的时候能顺畅膨胀，让汽缸和转子的中心保 持一致，以防发生意外事故。滑销就是布置在汽缸台板上的能让汽缸顺畅膨胀、收缩 的部件。主要观测热膨胀看它受热膨胀情况。 • 根据滑销的构造形式、安装位置和不同的作用，滑销系统通常由立销、纵销、横销、 猫爪横销、斜销、角销等 。 • a、立销:立销就是引导汽缸向垂直方向移动; • b、纵销:纵销引导轴承座和汽缸沿轴向滑动; • c、横销:横销则引导汽缸沿横向滑动并与纵销(或立销)配合，确定膨胀的固定点， 称死点。对凝汽式汽轮机来说，死点多布置在低压 汽轮机本体——盘车装置 汽轮机启动前或停机后，用来盘动转子的装置称为盘车装置。一般可分为手动和电动盘车两种。 盘车装置的作用: (1)在汽轮机冲转前和停机后使转子转动，以避免转子受热和冷却不均而产生热弯曲。 (2)盘车前盘动转子，可以检查动静部件间是否有摩擦、润滑油系统工作是否正常及主轴弯曲是否过大等，用来检查汽轮机是否具备正常启动条件。 盘车的分类 按盘车转速高低，盘车装置可分为高速盘车和低速盘车两种。采用高速盘车时可以加快汽缸内的热交换，减小上、下缸之间及转子内部温差，缩短机组启停时间，并可以在轴承内较好的建立起油膜，保护轴颈和轴瓦。低速盘车时启动力矩小，冲击载荷小，有利于延长部件的使用寿命。 汽轮机本体——轴承 • 轴承分为径向支持轴承和推力轴承两种类型，它们用来承受转子的全部重量并且确定 转子在汽缸中的正确位置。 • 径向支持轴承用来承搁转子的重量和旋转的不平衡力，以保持转子旋转中心与汽缸中 心一致，从而保证转子与汽缸、汽封、厢板等静止部分的径向间隙正确。主要形式有 圆筒形轴承、椭圆形支持轴承、多油楔轴承及可倾瓦轴承等。 • 推力轴承承受蒸汽作用在转子上的轴向推力，并确定转子的轴向位置，以保证通流部 分动静间正确的轴向间隙。所以推力轴承被看成转子的定位点，或称汽轮机转子对静 子的相对死点。 凝汽及抽气系统——凝汽器 凝汽器是热力循环的冷源。其基本功能是接收汽轮机的排汽并将其凝结成水，使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械能。凝汽器是一个工作在真空条件下的表面式热交换器，其具体功能有: 1)冷却汽轮机的排汽，使之凝结为水，使凝汽器形成机组安全、经济运行的真空。 2)把排汽的凝结水重新送入锅炉使用。 3)在正常运行时，凝汽器还可以起到一级真空除氧器的作用，能够除去凝结水中所含有的气体，从而提高水的质量，防止设备腐蚀。 凝汽及抽气系统——抽气器 • 抽气器的作用就是将凝汽器中的空气不断抽出，保持凝汽器的良好真空。它有两种类 型:射流式抽气器和容积式抽气器。 • 射流式抽气器分为射水式和射汽式。 • 射水抽气器由水室、吸水室和扩压管等部件组成。其原理是工作水经过水室上的喷嘴 高速喷射，在吸入室内把凝汽器的汽、气混合物抽出，并经扩压管排出。工作水源是 通过射水泵升压的。 汽轮机调节保护系统 汽轮机是发电厂的原动机，驱动同步发电机旋转产生电能，向电网输送符合数量和供电品质(电压与频率)要求的电力。电网的频率(或称周波)决定于有功功率，即决定于原动机的驱动功率，因此频率调节归功于汽轮机的功率控制系统。 由于汽轮机调节系统是以机组转速为调节对象，故习惯上将汽轮机调节系统称为调速系统 。其主要作用是: • 1)使汽轮机的输出功率与外界负荷保持平衡。 • 2)维持汽轮机转速在规定范围内。 • 汽轮机的调速系统是由感应机构(调速器)、传动放大机构(杠杆、错油门、油动机)、 反馈机构、执行机构(调节阀和其传动装置也称配汽机构)以及定值机构(同步器) 等五部分组成。 • 调速系统应能满足的基本要求: 1)当主汽门完全开启时，调速系统应能维持汽轮机空负荷运行。 2)当汽轮机由满负荷降至空负荷时，调速系统应能维持汽轮机在危急保安器的动作转速以下。 3)主汽门和调速汽门门杆、错油门、油动机及调速系统连杆上的各活动连接装置没有卡涩和松动现象。当负荷改变时，调速汽门应均匀而平稳地移动，当负荷稳定时，系统不应摆动。 4)当危急保安器动作后，应保证主汽门关闭严密。 • 上图为汽轮机调节系统的原理性构成。转速感受机构是将转子的转速信号转变成一次 控制信号;中间放大器对一次控制信号作功率放大，并按调节目标作控制运算，产生 油动机的控制信号;油动机是一种液压位置伺服马达，按中间放大器的控制信号产生 带动配汽机构动作的驱动力，并达到预定的开度位置;配汽机构是将油动机的行程转 变为各调节汽门的开度，通过配汽机构的非线性传递特性，汽轮机的进汽量与油动机 行程间校正到近似线性关系;同步器作用于中间放大器，产生控制油动机行程的控制 信号，单机运行时改变汽轮机的转速，并网运行时改变机组的功率;启动装置在机组 启动时用于冲转、并提升转速至同步器动作转速。 汽轮机的调节保护系统根据其转速感受机构及中间放大器的结构不同，可分为机械液压调节、模拟电液调节和数字电液调节三种型式。 DEH全称为数字式功频电液调节系统。它将现场的模拟信号转化成数字信号，通过计算机的运算，完成对汽轮机的启动、监视、保护和运行。 DEH系统原理 • DEH的系统功能 1、汽轮机转速控制。2、自动同期控制。3、负荷控制。4、调频功能。5、协调控制。6、快速减负荷(RUNBACK)。7、主汽压力控制(TPC)。8、多(单)阀控制。9、阀门试验。10、OPC控制(103,)。11、汽轮机自动升速控制。12、与DCS或厂网数据共享。13、 手动控制(硬手操)。 第三章 汽轮机的启动和停运 • 汽轮机组的启动过程是将汽轮机从转子静止或盘车状态升速至额定转速，与电网并列 后，将负荷逐步地加到额定负荷的过程。而停运是它的逆过程。在启动过程中，汽轮 机各金属部件格受到高温蒸汽的加热，从室温、大气压力状态或从较低的温度、压力 状态逐步过渡到额定的温度、压力状态。 汽轮机的启动主要步骤 • 汽轮机的启动过程通常分为几个阶段，即启动前的准备工作、热力系统管道的预热、 冲动转子、暖机和升速、并列、带负荷暖机及提升负荷等阶段。 1、热力系统管道的预热。暖管初始，高温蒸汽与温度较低的金属管壁接触，蒸汽凝结放热，将热量传给金属管壁，蒸汽凝结成水，这些水应及时疏排掉。在暖管之前应依次投运下列设备，即先投运循环水泵，随后投运凝结水泵、抽气系统等，相应地依序投运盘车装置，向轴封送密封汽，加快建立凝汽器内较高的真空。 2、冲动转子和暖机、升速。转子一旦冲转，都应按规定在几个不同转速下定速暖机，确保无异常后再开大冲转阀门，继续升速启动汽轮机。 3、并网和带负荷 • 初负荷暖机:汽轮机组从空负荷到带满负荷，在低负荷下停留一段时间进行低负荷暖 机是必要的，需要重视的，一般只取额定负荷的5,—10,进行。 • 在条件允许下汽轮机的加负荷速度，汽轮机的加负荷速度大约为每分钟1,—2,额定 负荷。 单元机组的停运 机组的停运是指机组从带负荷运行状态，到减去全部负荷、锅炉熄火、发电机解列、汽轮发电机惰走、投入盘车装置、辅机停运等全部过程。 单元机组的停运方式 正常停机 (1)滑参数正常停机; (2) 额定参数正常停机 非正常停机 (1)故障非正常停机; (2)紧急停机 汽轮机油系统 汽轮机供油系统的主要设备有:主油泵、主油箱、冷油器、减压阀、滤油器、注油器、油泵等。 主油泵可由汽轮机的主轴直接带动，超载特性适合于调节系统的需要，由注油器直接向润滑系统供油，使节流损失减少，其工作比较可靠。 注油器的作用将小流量的高压油转换成大流量的低压油，对主油泵的入口或润滑系统供油，注油器通常布置在主油箱里，可使油均匀地吸入吸油室，又避免漏入空气。 汽轮机的保护 汽轮机装有超速保护、轴向位移(串轴)保护、低油压保护、低真空保护等装置。 1、超速保护 在汽轮机突然甩去全部负荷或调节系统工作失灵时，汽轮机转速的升高可能会达到转子 强度所不允许的数值，而发生设备损坏的严重事故。超速保护装置的作用就是用来在汽轮机转速超过额定转速的110,112%时，超速保护装置动作，自动关闭主汽阀和调速汽阀，紧急停机，起到保护设备安全的作用。a危急保安器(飞锤式和飞环式) b、opc110% c、电超速 2、轴向位移保护 汽轮机转子与静子之间的轴向间隙很小，当转子的轴向推力过大，致使推力轴承乌金熔化时，转子将产生轴向位移，造成动静部分磨擦，导致设备严重损坏事故，因此汽轮机都装有轴向位移保护装置。其作用是:当轴向位移达到一定数值时，发出报警信号;当轴向位移达到危险值时，保护装置动作，切断汽源停机。轴向位移保护装置主要有液压式和电磁式两种。 3、低油压保护 润滑系统的润滑油必须具有一定油压。若油压过低，将导致润滑油膜破坏。不但要损坏轴瓦且能造成动静之间磨擦等恶性事故，因此汽轮机的油系统中都装有低油压保护装置 。其作用是:1)润滑油压低于正常要求数值时，首先发出信号，提醒运行人员注意并及时采取措施。2)油压继续下降至某一数值时，自动投入辅助油泵，提高油压。3)辅助油泵启动后，油压仍继续下跌到某一数值时，应打闸停机，并停止盘车。 4、低真空保护 汽轮机运行中，由于各种原因会造成真空降低，真空降低不仅会影响汽轮机的出力和降低热经济性，而且真空降低越多还会因排汽温度升高和轴向推力增加影响汽轮机的安全，因此，较大功率的汽轮机均装有低真空保护装置，当真空降低到一定数值时，发出报警信号;真空降至规定极限值时，能自动停机。 能源利用 自然循环原理 • 定义:在一个闭合的回路中，由于工质自身的密度差造成的重位压差，推动工质流动 的现象。 • 自然循环的实质:由重位压差造成的循环推动力克服上升系统和下降系统的流动阻 力，推动工质在循环回路中流动。即由于水冷壁管吸热，使水的密度,xj改变成为汽 水混合物的密度,hu，并在高度为H的回路中形成了重位压差。 • 回路高度越高，且工质密度差越大，形成的循环推动力越大。 • 工质密度差不仅与压力有关，而且与水冷壁管吸热强度有关。在正常循环情况下， 吸热越多，密度差越大，工质循环流动速度越高;而压力越高，汽、水的密度差降低， 工质循环流动速度越低。 一、海岛式(双层布置)、整块式(单层布置) 1、机组基础不良会造成 a、汽轮机、减速器、风机转子之间的中心偏差，使机组振动加大 b、汽缸偏斜度的改变，使汽缸与轴承，汽缸内部与转子的相对位置变化，引起轴承的磨损和汽缸内部动静部分的磨损及碰撞 c、机组安装后扬度(杨度:机组安装时预先考虑的高、低压端水平应有的差别)改变，使推力轴承上承受的负荷过大 二、机组运行时应注意 a、高温部分的管道、阀门汽缸等必须保温完好，不允许蒸汽和疏水直接喷射到基础上，防止高温影响混凝土的强度或造成基础的高压端的不平衡下沉 b、轴承、油管路各处有漏油应立即消除，防止混凝土疏松裂开 c、不允许在振动较大的情况下长期运行 d、冬季尽量保持车间内各处温度一致，防止基础局部受热，造成冷热不均损坏基础 第三节 汽缸及热膨胀 汽缸的用途和构造 1、作用: a、将汽轮机的通流部分与大气隔开，保证蒸汽在汽轮机内完成其做工过程。 b、承受汽轮机目些静止部件的重量(隔板、喷嘴、汽封套等) 2、构造:中小型汽轮机采用单层缸，呈圆筒结构，具有水平中分面，分成上、下缸，用螺栓连接:汽缸为减少优质材料的消耗，还将汽缸分为高、低压缸。高压缸内蒸汽压力、温度较高，使用较好的铸钢，低压缸内的压力、温度相对较低，用一般铸钢制造，高低压缸之间用螺丝连接并加以密封焊。汽缸水平面的严密性要求严格，结合面处用0.05mm的塞尺不能塞入。上汽缸的高压端设有进气室，下缸设有抽气口、疏水口，上下缸均车有放置隔板用的隔板槽，汽缸两端中心孔处车有放置汽封套的凹槽。 • 二、汽缸受力分析 • 1、由于汽缸内外的压力差，是汽缸壁上承受一定的作用力 • 2、隔板和喷嘴加于汽缸的力 • 3、汽缸及汽缸上固定部件的重量 • 4、轴承座与汽缸铸为一体或轴承座与螺栓连接下汽缸的机组，转子的重量和转子转 动是得不平衡力 • 5、小型机组的主气门、新蒸汽管道与汽缸连接，对汽缸盖的作用力 • 6、汽缸在运行中存在温度差引起的热应力 • 三、汽缸所承受的热应力 • 1、当负荷变化，机组各级温度、压力都要变化，于是汽缸沿长度方向产生温度差， 使汽缸材料的热应力增大 • 2、由于汽缸内外的温度差，造成汽缸壁上的热应力 • 3、由于汽机高压端采用部分进气，使汽缸壁沿横断面方向的温度不同，从而造成材 料内部的热应力 • 4、启动、停机，上下汽缸存在温差，形成汽缸沿横断面方向的热应力和热变形 • 5、汽机的热应力和热变形，在负荷剧烈波动时最大，也最危险，如迅速停机、急速 启动、暖机不良等 四、汽缸的热膨胀及滑销系统 1、汽缸膨胀不合理的进行，造成问题 a、汽缸热应力过大，引起汽缸变形和裂纹，造成汽轮机振动加剧，汽缸漏气，严重时使汽缸无法工作 b、汽缸内轴向和径向间隙改变，有时会造成汽封和动、静叶碰撞的严重事故 2、为满足运行要求，汽缸的热膨胀应满足以下 a、温度变化，汽缸和转子的中心必须始终保持一致，不能引起振动和动静部件的摩擦 b、温度变化，不会引起汽缸、轴承座等有关部件的变形、裂纹 c、汽轮机转子和静止部分的轴向间隙合乎要求，保证运行的安全、经济。 • 为满足以上要求，所以设置了滑销系统 • 横销:引导汽缸沿横向膨胀 • 纵销:引导汽缸沿轴向膨胀并推动前轴承座轴向移动，并保持轴承座与汽缸中心线一 致 • 立销:引导汽缸沿垂直向膨胀，并保持汽缸和轴承中心一致 • 悬臂横销(猫爪):保证汽缸在横向方向自由而正确的膨胀，同时随着汽缸在轴向的 膨胀和收缩推动前轴承座前后移动，保持转子与汽缸的轴向相对位移 • 角销:代替连接前轴承箱与基础台版的螺丝，它还有和纵销相同的作用 • 斜销:一种辅助滑销，能起纵向和横向的双重作用 • 死点:位于横销与纵销中心线的交叉点。这个点在机组运行中是始终不动的，所以称 为死点。 五、怎样在运行中发现汽缸变形 1、汽缸变形，可能造成汽缸水平或垂直接合面不严密而漏气，多发生在高、低压端轴封附近，有时因蒸汽漏入轴承而破坏润滑 2、低压缸变形严重，空气会漏入凝结器破坏真空 3、汽缸变形严重时，会造成轴封的磨损和气缸内动、静部分的碰撞，并是震动加大 六、造成汽缸变形的原因 1、运行中，汽缸温度长时间超过材料允许的温度 2、汽缸隔板与汽缸壁间隙过小，使隔板膨胀时抵住汽缸壁 3、汽缸外部的保温不好或部分脱落，造成汽缸各部温度偏差过大 4、滑销系统卡涩，不能保证机组正常膨胀 七、怎样发现汽缸裂纹 汽缸出现裂纹时，首先是汽缸保温材料局部潮湿、渗水，然后是逐渐漏气，低压缸裂纹会漏入空气，破坏真空 八、汽缸裂纹的原因 1、汽缸材料质量不好 2、机组运行方式不合理，如暖及不良开机，负荷剧烈波动，汽机长受水击、排气温度过高、汽缸突然遇冷 3、汽轮机长时间剧烈震动 4、转动部件损伤后，强力冲击汽缸 九、运行中怎样预防汽缸裂纹和变形 1、根据汽缸材料和特点，科学的制定其工作最高点，运行中严格注意，不允许长时间超过此温度 2、尽量防止汽轮机运行方式剧烈变化 3、定期监视汽缸各处的热膨胀值 4、保持滑销的清洁 5、监视汽缸接合面有无漏气、渗水现象 6、保持汽缸保温的完好 7、注意机组各处的振动和异音，发现异常及时分析处理 • 第四节 喷嘴和隔板 • 喷嘴分为:减缩喷嘴、渐放喷嘴 • 作用:把蒸汽的热能转变成动能，也说是说使蒸汽膨胀降压，增加流速，按一定的方 向喷射出来，进入动叶片做功。 • 调节级喷嘴:喷嘴通常根据调速气门的个数成组布置，这成组布置的喷嘴又叫喷嘴弧 段 • 每一调速气门控制一组喷嘴组的进气量，用它来调节汽轮机的进气量，所以又称调节 级喷嘴 • 二、隔板 • 作用:隔开相邻的压力级，组成若干汽室，保持各级前后的压力差和装设静叶 • 组成:隔板体、静叶、隔板外缘和隔板轴封 • 隔板上的静叶可采用全周进气，也可采用部分进气方式，隔板制成上下两部，在 水平结合处连接，各装在上下缸的凹槽内，为保证开大缸时不掉下来，在上汽缸左右 水平结合面处用销钉和埋头螺栓紧固在汽缸上，同时还能防止工作时隔板转动 三、为什么小型机组喷嘴多采用部分进气 因高压蒸汽的比容小，在满足汽轮机所需蒸汽量的情况下，需要的蒸汽通流面积较小，故在保证喷嘴和叶片一定高度的情况下，减少喷嘴的数目和弧段 四、隔板的受力 1、隔板前后有压力差，产生的有隔板中心向四周的弯曲力，这个力很大，如:外径1000mm、中心孔内径250mm的隔板，当压力差等于0.1Mpa，隔板的受力是75t 2、隔板上的静叶喷射蒸汽的反作用力，这个作用力与汽轮机的转向相反 第五节 动叶片 1、作用:把蒸汽的动能转变成旋转机械能 组成:叶根、工作部份、叶顶 2、拉筋、围带 作用:改变叶片的刚度，改善叶片的震动性能，避开危险的共振 3、高压段采用部分进气: a、当叶片转到有喷嘴的地方才能工作，在没有喷嘴的地方，叶片间仅有少量滞流的蒸汽，这样有喷嘴中的蒸汽，首先要将滞留在叶片中的蒸汽排除后，才能进入动叶片做工，因此消耗部分工作蒸汽的动能，即为，斥汽损失 另外，在喷嘴附近还要发生抽吸作用，也要消耗工作蒸汽的动能， b、当动叶转至无喷嘴的地方，动叶片也要出现鼓风现象，造成轮轴上的机械功消耗这种损失叫鼓风损失，进气度越小时，鼓风损失越大 4、为减少鼓风损失，在部分进气级上没有喷嘴的地方设置护罩 5、导向叶片:热焓降很小，主要改变汽流的方向。装在导叶的固定环上 6、扭曲叶片:多用在末几级，能较好的保证进气动力特性，减少叶片根部所承受的离心力，提高叶片的强度。 7、影响动叶片工作的因素 a、叶表面光洁度、动叶片截面形状:蒸汽流过动叶片时，要与动叶片表面发生摩擦，同时蒸汽在叶片中改变方向时，汽流内部各质点间流速必然有差别，造成各质点间的摩擦，这是动叶片的蒸汽磨擦损失 b、叶片出口边缘的厚度:蒸汽进入叶片时不可避免的与叶片边缘发生碰撞，损失部分动能，蒸汽离开叶片时，因出口厚度形成低速涡流区，使蒸汽流动混乱，导致动能损失 在叶片机械强度允许的情况下，把叶片的进出口制成锋利的形状 为了让蒸汽由静叶出后尽可能的全部进入动叶片工作，一般动叶片比静叶高2—6mm. 8、动叶片在工作时受到的力 a、由于叶片本身和拉筋、围带旋转式所产生的离心力。 b、汽流通过动叶片时，动叶片作用的汽流力以及起动、停机过程中，叶片上各部分温差引起 的热应力。 • 第六节 通流部分在运行中应注意的问题 通流部分:指汽轮机内部喷嘴、静叶和动叶所组成的蒸汽流通道路 一、通流部分的冲蚀和腐蚀 1、冲蚀:原因:蒸汽品质不合格蒸汽品质合格但汽轮机长期在低负荷下工作，热焓比较集中在调节级，使这级喷嘴的射汽速度比正常运行大，喷嘴出口受到冲蚀，且射入动叶片的进气角度也要改变，使叶片受到冲蚀 2、冲蚀现象:一般在汽轮机的低压段比较严重，因为汽轮机的低压段蒸汽纬度越来越低，在后几级中有小水珠和较大的水滴出现，这些水珠、水滴被高速气流夹带流过喷嘴和动叶表面，使表面受到严重的幢击和冲蚀 • 3、防止方法 • 对高压段: • a、严格掌握锅炉和机组的合理运行方式，保证汽轮机的进气压力和温度是合格的 • b、合理调整机组负荷 • c、减少机组启、停次数 • d、尽量避免在低负荷下运行 • 对低压段: • a、在低压段加装去湿装置 • b、合理的规定，在一定的负荷下打开低压汽缸疏水以排出疏水 • c、叶片使用强度大、质硬和耐冲蚀的材料 • d、腐蚀:金属腐蚀、电化腐蚀 • 防止腐蚀: • a、保证蒸汽品质合格 • b、主气门关闭严密，停机开疏水。长时间停机，应通热风干燥 • c、采用抗锈蚀的材料 • 二、通流部分结垢 1、结垢的影响及危害 a、由于喷嘴、叶片表面结垢而变粗糙，使气流的摩擦损失加大，效率降低 b、由于通流部分结垢，汽流通道面积减小，使机组功率降低 c、隔板上的喷嘴结垢，通流面积减小，压力差增大，增大了隔板的弯曲应力，动叶片上结垢，同样会增加叶轮前后的压差，从而使转子上的轴向推力增加，严重时轴瓦乌金融化 d、水垢还有腐蚀作用，使叶片强度降低 • 三、通流部分的机械性损伤 1、调节级的摩擦和碰撞 调节级喷嘴和叶片发生摩擦和碰撞时，汽缸内部声音及转子轴向位移都要发生显著变化 2、压力级的机械性损伤， 分为隔板损伤、动叶片损伤 隔板损伤:主要是变形、弯曲、发生裂纹，发生这些会造成隔板轴封的损坏，隔板和叶片的磨碰，轴向推力增加以及推力轴承损坏 隔板裂纹:运行情况恶化，汽耗率加大，轴封损坏。只有在叶轮与隔板有显著摩擦才易发现。 第七节 汽封 1、为什么要设置汽封 由于汽轮机大轴伸出汽缸的两端处和轴穿隔板中心孔的地方，为避免动静部分碰撞，应适当留有间隙，但由于压力的存在，在这些间隙必然要发生漏气，造成损失，为减少这部分损失，所以需要设置汽封 2、汽封分类 轴封:转子穿出汽缸两端处的汽封，叫轴端汽封，简称轴端汽封 隔板汽封:隔板内圆处的汽封 通流部分汽封:动叶片顶部和根部的汽封，叫通流部分汽封，又叫径向汽封。 3、汽封的作用 • 高压汽封:减少高压缸向外漏气，造成工质损失，并使轴颈加热或冲进轴承箱破坏 润滑油质 • 低压汽封:防止空气漏入低压汽缸破坏真空 • 隔板汽封:阻碍蒸汽绕过喷嘴，造成能量损失并使叶轮上的轴向推力增加 • 通流部分汽封:阻碍蒸汽从动叶珊两端散逸，致使做功能力降低 • 4、轴封的形式:薄片式、高低齿形迷路汽封 5、迷路汽封的工作原理: 汽缸上的汽封片与轴上的直角凸肩以及槽间留有一定的间隙，蒸汽通过次间隙时，因节流作用使压力下降，速度增加，然后进入下一间隙的小室与轴封片和凸肩相撞，速度降低，动能转变成热能，蒸汽通过下一小室时仍重复上述过程，这样，蒸汽压力不断下降，速度每次增加和减小，经过最后一级时，压力、速度都很低，从而使轴封漏气量减少。 6、轴封外部损伤的特征 a、轴封信号管冒汽量异常增多 b、轴承润滑油中进水 c、轴封内部有碰撞声，严重时机组震动加大 7、造成轴封损伤的原因 a、转子受热弯曲或永久弯曲，引起轴封磨损 b、汽缸变形，引起轴封莫一侧磨损 c、汽缸保温不好，引起汽缸热膨胀不均，是轴封磨碰 d、汽轮机长时间空转，排气温度较高，又突然升高负荷，使温度发生很大变化，造成轴封磨损 e、由于积垢，使汽封环卡死失去弹性，在轴封发生碰撞时，没有退让余地 f、由于不遵守运行规程而引起的转子和汽缸的不均匀热膨胀 8、防止方法 a、转子在弯曲或震动超过允许值的情况下不准运行 b、经常检查蒸汽品质合格 c、不允许汽轮机运行工况发生剧烈变化 d、注意汽缸的保温完整 e、不允许汽轮机在空负荷、排气温度过高，排气温度剧烈变化的情况下长时间运行 f、防止转子发生较大的轴向位移，超过允许值时，必须迅速停机 g、运行中发现轴封有碰磨和损伤的象征时，因果断停机 第八节 转子 1、转子:所有转动部分的组合体 作用:承受蒸汽对所有工作叶片的回旋力，带动主油泵和风机(发电机)旋转 分类: 刚性转子:工作转速低于临界转速的转子 挠性转子:工作转速高于临界转速的转子 2、临界转速:汽轮机转子具有一个固定的自振频率，当这自振频率和激振频率相重合时，便会发生共振，此时的转速，就是临界转速 3、大轴弯曲的原因 a、停机后，转子在冷却过程中，汽缸上部教下部冷却的慢，形成汽缸上下的温差 ，转子上部温度高于下部温度，使大轴向上弯曲，在一段时间内，转子的弯曲度达最大，超过这一段时间后，随着温差的减小，转子又慢慢伸直 b、启动时操作不合理(静暖机)，造成大轴弯曲 c、暖机不充分，在转子弯曲最大及上下缸温差过大的时候启动，大周和轴封片摩擦，造成大轴局部受热引起轴的弯曲，由于轴的弯曲加剧了摩擦。使轴弯曲不断加大，当朝过了材料的弹性限度时，就会造成大轴的永久性弯曲 d运行中震动较大，造沉转子弯曲，发生这种情况，其振动值是随着转速的升高而加大的，应停机检修，否则会造成轴、轴封、动叶片、叶轮、隔板的严重损坏 e在制造和检修时，叶轮、轴套等部件在轴的上的装配尺寸不合适，运行一段时间后，因轴的应力过大使轴弯曲 4、预防措施 a、根据转子的结构特点，科学的制定，严格规定启动条件，操作程序，暖机升速及超越临界转速的时间 b、严禁汽轮机在受到水冲击和震动较大的情况下继续运行 c、检修前后，检查转子的弯曲程度，严格按照规定装配零件，凡加热的地方应设法消除应力 第九节 主轴承、推力轴承 主轴承 1、作用:承受转子的全部重量及部分进气引起转子振动的附加力，并确定转子的径向位置，使其中心与汽缸中心保持一致 2、工作原理:静止时，转子在轴承的下部，当开始转动，轴颈与轴瓦会出现直接摩擦，但随着轴颈的转动，润滑油由于粘性附着在轴的表面，被带入轴颈与轴瓦之间的楔形间隙中，随着转速的不断升高，被带入的油量增多，并产生压力，当这个压力超过轴颈上的载荷时，轴颈就被油膜托起而悬浮在油膜上转动，从而避免了金属的直接摩擦 3、轴承油膜形成的条件 a、轴颈必须保持一定的线速度才能形成油膜，转速愈高，轴颈速度越大，油膜的承载能力愈大 b、润滑油必须有一定的粘度，粘度愈大，油膜的承载能力愈大，但粘度太大，使油分布不均，增加摩擦损失，且得不到良好的冷却效果，油温愈低，粘度愈大 c、轴颈与轴瓦间必须形成楔形间隙才能形成油膜，但间隙过大会增加润滑油的消耗量，过小。又会使油量不足，不能达到冷却目的 d、轴瓦内表面应严格修研，保持光滑，不得有任何沟槽 e、轴承上负荷愈高，油膜形成越困难，轴承上的负荷不能超过油膜所承受的能力，否则油膜无法建立 4、润滑油在下轴瓦水平接合面处进入，随着轴的转动进入楔形间隙形成油膜，然后由轴瓦两端流出，为了使有分布合理和足够的油量冷却轴颈，在上瓦上设有一定轴向长度的油槽，并 在结合面处向两端扩展出去，为防止油顺轴甩出轴承，在轴瓦两端装有油档。 二、推力轴承 作用:承担蒸汽作用在转子上的轴向推力，并确定转子的轴向位置，使转子与静止部分保持一定的轴向间隙 润滑原理:转子静止时，推力瓦块的工作面是与转子上的推力盘相平衡的，这时，平行中的油层不能承受推力，当转子转动，将附着在推力盘上的油带入推力盘与推力瓦之间，增加了油层的受压能力，转子产生轴向推力后，间隙中的油受到挤压并传给推力瓦块，由于推力瓦块的支点不在中心，在油的作用下瓦发生倾斜，形成了楔形间隙，这样，当推力盘随着转子转动，油被不断的带入这一间隙中，就形成了具有一定抗压能力的楔形油膜，以此平衡汽轮机的轴向推力，避免了推力盘与推力瓦的直接摩擦 三、主轴承、推力轴承运行中注意 1、主轴承 a、润滑油量不足或中断 (主油泵或供油管故障) b、油中不清洁，油中有杂质进入轴承破坏油膜 c、轴承振动过大引起乌金裂纹、脱落 d、油中有水，使粘度下降，不能形成油膜 e、冷油器工作失常 f、轴承外壳热变形过大，造成转子轴经与轴瓦的接触面不均匀，轴瓦延长度方向不能与轴颈全面接触，引起乌金磨损和发热 2、推力轴承故障原因 a、汽轮机发生水冲击 b、隔板轴封间隙增大，漏气增大，使叶轮前后压差加大 c、叶片结构，蒸汽通流面积减小，造成叶轮前后压差增大 d、蒸汽温度急剧下降，转子收缩快于汽缸，由于靠背轮对转子位移有节制，故推力轴承承受的推力增加 第十节、联轴器、盘车装置 联轴器 1、作用:连接汽轮机与风机(发电机)，通过它把汽轮机转子的转矩传递给风机 2、分为:刚性联轴器:汽轮机与风机之间具有硬性连接，不允许有相对位移 挠性联轴器:允许汽轮机侧联轴器与风机侧联轴器有少许的位移 盘车装置:在汽轮机启动或停机后，用来转动转子的装置 作用: a、汽轮机启动冲转前，由于蒸汽的热流是向上的，转子上部较下部受热快，使转子产生向上的弯曲变形，为保证动静部分无摩擦，需先用盘车带动低速旋转，使转子受热均匀 b、停机后，汽缸和转子等有热变冷，这必然会影响动静间隙，使转子弯曲大，为保证转子均匀冷却及机组的启动，故停机后也许启动盘车 第十一节 汽轮机的附属设备 一、凝汽设备 作用:a、建立并维持汽轮机排气口的高度真空，提高循环热效率:b、回收排气产生的凝结水:c、并有一级除氧作用 组成:凝结器——用循环水冷却汽机排气，形成真空的设备 凝结水泵——排出蒸汽凝结水的设备 循环水泵——供给冷却水的设备 主抽气器——抽出凝结器内不凝结气体，维持容器内的高度真空 辅助抽气器——启动前将凝结器内抽为真空 循环水的冷却设备——凉水塔、喷水池及管道 二、凝结器 1、工作原理:循环水由进水管进入水室，在水式内分别流入各铜管内，循环水通过管壁吸收排气的热量，使蒸汽凝结，被排气加热的循环水有出口排出去凉水塔冷却再循环使用。排汽由低压汽缸排入凝结器内蒸汽空间，通过铜管外壁放热，凝结成水聚集到下部的热水井内，由凝结水泵排向除氧器。 2、分类: 单一制:中间无垂直隔板 对分制:中间有垂直隔板，相当于两个凝结器连在一起，优点:铜管脏污时不必停机，只是当减少机组负荷，就能停止凝结器的一般进行清洗工作 单道制:循环水在铜管内一次流出 双道制:循环水在铜管内经过一次往返后排出 3、影响表面式凝结器工作的因素 a、冷却倍率:冷却一千克蒸汽凝结成水时，需要的循环水量。一般50—100。 b、端差:排气温度与循环水出口温度之差。一般3—10，取5。 c、循环水进口温度。 d、真空系统的严密性。 三、抽气器 工作原理:工作蒸汽进入喷嘴膨胀降压，流速增加喷射出来，在喷嘴出口处形成高度负压，将凝结器内的不凝结气体吸入抽气器，在第一级扩散管中混合降低流速，升高压力，然后进入冷却器内凝结，不凝结的气体再被二级吸入，同样经过二级扩压管降速升压进入冷却器内凝结成水。由于第二级扩压管内的气体压力升高到稍高于大气压力，由排气管排出。冷却器内的凝结水由疏水管道排往凝结器。 四、启动抽气器 作用:1、在机组启动前为凝结器迅速建立真空，以缩短启动时间2、事故情况下，真空下降过低，可临时投入启动抽气器维持运行，为消除故障争取时间 特点:结构简单、启动快、耗气量大，形成真空低，而且排大气运行损失了工作蒸汽的热量，浪费了工质 五、主抽气器在运行中的注意事项 操作顺序:先开水门通入水后，再开蒸汽门，最后开启空气门 目的:防止冷却水管过度受热的情况下通入冷却水时骤冷，而损坏胀口，造成泄漏，后开空气门是为了防止抽气器工作前空气漏入真空系统破坏真空 六、影响射汽抽气器正常工作的因素 1、喷嘴堵塞 2、冷却器损坏或冷却水管泄露，使冷却器内满水，影响蒸汽凝结 3、冷却水量不足 4、汽压调整不当 5、喷嘴或扩压管长时间吹损 6、汽机真空严密性差，漏气量过大超过抽气器负载能力 7、冷却器交换面脏污 疏水U形管漏气或堵塞 喷嘴位置调整不当 七、自动排气门 作用:凝汽设备的木一部分发生故障，就会使排往凝结器内的蒸汽无法凝结，聚集在容器内，使汽轮机的排气压力和温度升高，以致严重影响凝结器和机组的安全运行，为防止这种现象，装有安全阀，当凝结期内压力稍高于大气压是，排气门自动打开，保证设备安全。 汽轮机工艺流程图 汽轮机设备组成 汽轮机工作原理——冲动式(0.05-0.30) 汽轮机工作原理——速度极 汽轮机工作原理——多级汽轮机 第三章 汽轮机设备检修 汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。在汽轮机中，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。如图1所示。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旋转做功，将蒸汽的动能变成轴旋转的机械能。 图1 冲动式汽轮机工作原理图 1-轴;2-叶轮;3-动叶片;4-喷嘴 2 汽轮机结构 汽轮机主要由转动部分(转子)和固定部分(静体或静子)组成。转动部分包括叶栅、叶轮或转子、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件。固定部件包括气缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套(或静叶持环)、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。 套装转子的结构如图2所示。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，并用键传递力矩。 图2 套装转子结构 1-油封环 2-油封套 3-轴 4-动叶槽 5-叶轮 6-平衡槽 汽轮机主要用途是在热力发电厂中做带动发电机的原动机。为了保证汽轮机正常工作，需配置必要的附属设备，如管道、阀门、凝汽器等，汽轮机及其附属设备的组合称为汽轮机设备。图3为汽轮机设备组成图。来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。由 于汽轮机排汽口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排汽口流动，其压力和温度逐渐降低，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。做完功的蒸汽称为乏汽，从排汽口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水，此凝结水由凝结水泵抽出送经蒸汽发生器构成封闭的热力循环。为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保护较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，因而会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。若任空气在凝汽器内积累，凝汽器内压力必然会升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的有用功，同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化，这两者都会导致热循环效率的下降，因而必须将凝汽器壳侧的空气抽出。凝汽设备由凝汽器、凝结水泵、循环水泵和抽气器组成，它的作用是建立并保持凝汽器的真空，以使汽轮机保持较低的排汽压力，同时回收凝结水循环使用，以减少热损失，提高汽轮机设备运行的经济性。 图3 汽轮机设备组成图 1-主汽阀 2-调节阀 3-汽轮机 4-凝汽器 5-抽汽器 6-循环水泵 7-凝结水泵 8-低压加热器 9-除氧器 10-除水泵 11-高压加热器 为了调节汽轮机的功率和转速，每台汽轮机有一套由调节装置组成的调节系统。另外，汽轮机是高速旋转设备，它的转子和定子间隙很小，是既庞大又精密的设备。为保证汽轮机安全运行，配有一套自动保护装置，以便在异常情况下发出警报，在危急情况下自动关闭主汽阀，使之停运。调节系统和保护装置常用压力油来传递信号和操纵有关部件。汽轮机的各个轴承也需要油润滑和冷却，因而每台汽轮机都配有一套润滑油系统。 总之，汽轮机设备是以汽轮机为核心，包括凝汽设备、回热加热设备、调节和保护装置及供油系统等附属设备在内的一系列动力设备组合。正是靠它们协调有序地工作，才得以完成能量转换的任务。 火力发电原理: 火力发电一般是指利用煤炭、石油和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。我国的火电厂以燃煤为主。 优越性: 投资相对较少，适合我国现阶段国情;烧煤比较便宜。 传统的火力发电站的燃烧能量大约有近70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上 。 弊端及对环境的影响: 烟气污染:煤炭直接燃烧排放的SO2、NOX等酸性气体不断增长，使我国很多地区酸雨量增加。全国每年产生140万吨SO2。 粉尘污染:对电站附近环境造成粉煤灰污染，对人们的生活及植物的生长造成不良影响。全国每年产生1500万吨烟尘。 资源消耗:发电的汽轮机通常选用水作为冷却介质，一座1000MW火力发电厂每日的耗水量约为十万吨。全国每年消耗5000万吨标准煤。 火力发电污染严重，电力工业已经成为我国最大的污染排放产业之一 改进: 利用各种技术提高发电效率;对烟尘采用脱硫除尘处理或改烧天然气;气轮机改用空气冷却。 二、汽轮机运行培训 1、轴封冷却器的作用, 答;汽轮机采用内泄式轴封系统时，一般设轴封加热器(轴封冷却器)用一加热凝结水，回 收轴封漏汽，从而减少轴封漏汽及热量损失，并改善车间的环境条件。 随轴封漏汽进入的空气，常用连通管引到射水抽汽器扩压管处，靠后者的负压来抽除，从而确保轴封加热器的微真空状态。这样，各轴封的第一腔室也保持微真空，轴封汽不外泄。 作用:用来抽出汽轮机汽封系统的汽气混合物，防止蒸汽从端部汽封漏到汽机房和油系统中去而污染环境和破坏油质。这些汽气混合物进入轴封冷却器被冷却成水，将凝结水加热，剩余的没有凝结的气体被排往大气。 2、轴封冷却器的运行。 轴封冷却器的投入与停止应与主机轴封供汽同步进行，即投入主机轴封供汽时就应立即投入轴封冷却器，停止轴封供汽时亦应停止轴封冷却器工作。轴封冷却器运行时，必须有足够的冷却水通过，即保证凝结水泵的良好运行，主要室在机组启动低负荷前，对凝结水流量进行调整。水侧投入后，投入轴抽风机。 正常运行时监视轴封冷却器的负压和水位，保证其在规定范围内运行，达到最佳效果。 3、什么是回热加热器, 答;是指从汽轮机某些中间级抽出部分做过功的蒸汽，用来加热锅炉给水或凝结水的设备。 4、采用回热加热器为什么能提高机组循环热效率, 答;回热加热系统:汽轮机设备中，采用抽汽加热给水的回热系统的目的是减少冷源损失，以提高机组的热经济性。因为这样能使利用汽轮机中做工部分的蒸汽，从一些中间级抽出来导入回热加热，加热炉给水和主凝结水，不再进入凝汽器。这部分的抽汽的热焓就被充分利用了，而不被冷却带走。 采用回热加热器后，汽轮机总的汽耗量增大，而汽轮机的热耗率和煤耗率是下降的。汽耗率增大是因为进入汽轮机的每千克新蒸汽所做的功减少了，而汽耗率和煤耗率的下降是由于冷源损失减少使给水温度提高之故，所以采用回热加热系统后，热经济性便提高了。另外采用回热加热系统，由于提高了给水温度，可以减少锅炉受热面因传热温差过大而产生的热应力，从而提高了设备的可靠性。 5、冷油器作用, 答;作用:汽轮机发电机组正常运行，由于轴承摩擦而消耗了一部分功，它将转化为热量使轴承的润滑油温度升高，如果油温太高轴承有可能发生软化、变形或烧损事故。为使轴承正常运行，润滑油温必须保持一定范围内，一般要求进入轴承油温在35-45?，轴承的排油温升一般为10~15?，因而必须将轴承排出来的油冷却以后才能再循环进入轴承润滑。冷油器就是冷却主机润滑油的。温度较高的润滑油和低温的冷却水在冷油器中进行热交换，通过调节冷却水流量来达到控制润滑油温度的目的(同时由于转子温度较高，尤为高压缸进汽侧，其轴颈也向外进行热量传递，所以润滑油也具有冷却轴颈的作用。 6、冷油器工作过程。 工作过程; 润滑油从壳体下部进入，经中间带孔的大隔板和不带孔的小隔板交替流向中心或四周，油在管外呈曲折运动，最后由壳体的上部油出口流出。冷却水由水室进入，经四个流程仍由下水室排出。冷油器充油时，出入口油门及放空气门开启，用低压油泵出口门限制油压进行充油，注意充油速度不可过快，油侧空气排净关闭，充油结束。充油时，注意防止油侧超压，设备损坏。冷油器充满油后方可通冷却水。出口水门保持全开，用入口冷却水进行油温调整。 三台冷油器采用并联运行，一台备用。 机组运行中进行冷油器的切换操作时，应遵守先投入后切除的原则。操作时要由有经验的人员进行，同时还应有专人进行监护。监视润滑油温、油压及轴瓦温度，防止发生误操作，造成机组跳闸、设备损坏事故。操作要缓慢进行，投入冷油器时缓慢开启入口油门，防止油压波动，同时排净空气。停止时关闭出口油门，关闭冷却水入口门。 7、冷油器的维护。 1;注意冷油器出口温度，及时调整，保持其在38~42?之间，坚持少调整看原则，门开多少，相应油温变化多大，要心中有数，不能出现调整冷却水后长时间不检查，造成油温大幅度变化现象。同时要根据经验来确证油温，防止表计故障时发生误判断、误操作现象。 2;注意油压情况(入、出口油压)，能准确判断内漏。 3;注意任何情况下必须油压大于水压，防止冷却水泄漏到油中。 4;加强检查，找差漏点加以消除，防止发生火灾事故。 8 、低压加热器的起动和停机 答;加热器启动前的准备工作以及启动运行都应按电厂运行规程进行。 启动顺序; (1) 检查有关阀门，主要装置仪表等，应工作正常并处于正确位置。 (2) 排净管内空气。 (3) 缓慢开启进汽阀，按限定值控制给水温升速度，然后投入疏水调节装置。 (4) 检查壳侧抽空气系统，应工作正常。 低加的投入与停止原则; 投入:低加启动是在汽轮机带一定负荷后投入运行的，即在机组启动并网后根据汽缸金属温度情况带相应负荷后投入低压加热器的，按压力由低向高即按其工作温度由低向高的顺序投入。一般情况下，在机组带初始负荷(5~10%额定负荷)暖机时投入。 投入时先投水侧，将水侧出口门全开，旁路门关闭，注意充分排出空气。 抽汽管道逆止门前后疏水处于开启状态，低加疏水、空气逐级导通，缓慢开启低加进汽阀，向低加送汽。低加疏水量达到一定量时，约15MW负荷，启动疏水泵，并调整水位，同时检查疏水调整门、水位信号、逆止门等工作情况，加热器投入后，根据机组情况关小或关闭疏水。 停止时与启动相反:适当减负荷后按其压力由高向低先后顺序停止运行，注意其冷却情况，开启响应放空气阀。 9、汽温过高过低对机组有什么影响, 答;制造厂设计汽轮机时，汽缸、隔板、转子等部件根据蒸汽参数的高低选用钢材，对于某一种钢材有它一定的最高允许工作温度，在这个温度以下，它有一定的机械性能，如果运行温度高于设计值很多时，势必造成金属机械性能的恶化，强度降低，脆性增加，导致汽缸蠕胀变形、叶轮在轴上的套装松弛，汽轮机运行中发生振动或动静摩擦，严重使设备损坏，故汽轮机在运行中不允许超温运行。 当新蒸汽压力及其他参数不变时，新蒸汽温度降低，循环热效率下降，如果保持负荷不变，则蒸汽流量增加，且增大了汽轮机的湿汽损失，降低了机内效率。 新蒸汽温度降低还会使除末级以外的各级焓降都减少，反动度都要增加，转子的轴向力增加，对汽轮机安全不利。 新蒸汽温度急剧下降，可能引起汽轮机水冲击，对汽轮机安全运行更是严重的威胁。 10、新蒸汽压力升高时，对机组运行有何影响, 答;主蒸汽压力升高后，总的有用焓降增加了，蒸汽的做功能力增加了，因此如果保持原来的负荷不变，蒸汽流量可以减少，对机组经济运行是有利的。但最后几级的蒸汽湿度将增加，特别是对末级叶片的工作不利。对于调节级，最危险工况是在第一调节气门全开时，此时初压升高，调节级的焓降及流量均增加，对调节级是不利的，但在额定负荷下工作时，调节级焓降不是在最大，一般危险性不大。主蒸汽压力升高而没有超限，机组在额定负荷下运行，只要末级排汽湿度没有超过允许范围，调节级可以认为是没有危险，但主蒸汽压力不是可以随意升高的。主蒸汽压力过高，调节级焓降过大，时间长了会损坏喷嘴和叶片，另外主蒸汽压力升高超限，最末几级叶片处的蒸汽湿度大大增加，叶片遭受冲蚀。新蒸汽压力升高过多，还会导致导汽管、汽室、汽门等承压部件应力的增加，给机组的安全运行带来一定的威胁。 11、新整齐压力降低时，对汽轮机运行有何影响, 假如新蒸汽温度及其他运行条件不变，新蒸汽压力下降，则负荷下降。如果维持负荷不变，则蒸汽流量增加。新汽压力降低时，调节级焓降减少，反动度增加，而末级的焓降增加，反动度降低，对机组的总的轴向推力没有对大的变化，或者变化不明显，新蒸汽压力降低，机组汽耗增加，经济性降低，当新蒸汽压力降低较多时，要保持额定负荷，使流量超过末级通 流能力，使叶片英里及轴向推力增大，故应限制负荷。 12、排汽压力的高低对机组有什么影响,(真空高低) 答;排汽压力的变化对汽轮机的经济性、安全性能影响很大，真空的提高，可以使汽轮机汽耗减少而获得较多的经济性、凝汽器真空越高，即排汽压力越低，蒸汽中的热能转变为机械能就愈多，被循环水带走的热量愈少，凝汽器压力每降低1Kpa，会使汽轮机负荷大约增加额定负荷的2%。真空也不是越高越好，真空越高，循环水泵消耗的能量越多。真空越高末级湿度越大，轴向推力增加。如果凝汽器真空恶化，排汽压力升高，蒸汽中的热能被循环水带走的热量就越多，热能损失越多，则同样的蒸汽流量，同样的初参数，负荷就不能带到额定值。如保持额定负荷蒸汽流量增加，叶片将要过负荷，轴向推力增加，因此机组在运行中应尽量维持经济真空，以获得较好的经济性。 13、为什么机组启动时候先送轴封后抽空, 答;热态启动时，转子和汽缸金属温度较高，如果先抽真空，冷空气将沿轴封进入汽缸，而冷空气是流向下缸的，因此下缸温度急剧下降，使上下缸温差增大，汽缸变形，动静产生摩擦，严重时使盘车不能正常投入，造成大轴弯曲，所以热态启动时应先送轴封后抽真空。 14、为什么转子静止时严禁向轴封送汽, 答:因为转子静止状态下向轴封送汽，不仅会使转子轴封段局部不均匀受热。产生弯曲变形，而且蒸汽从轴封段处漏入汽缸也会造成汽缸不均匀膨胀，产生较大的热应力与热变形，从而使转子产生弯曲变形。所以转子静止时严禁向轴封送汽。 15、什么叫胀差。 答;汽轮机转子与汽缸的相对膨胀，叫胀差。 习惯上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差值为正胀差，汽缸膨胀大于转子膨胀时的胀差值为负胀差。根据汽缸分类又可分为高差、中差、低I差、低II差。胀差数值是很重要的运行参数，若胀差超限，则热工保护动作使主机脱扣。 16、使胀差向正值增大的主要因素简述如下: 答;1)启动时暖机时间太短，升速太快或升负荷太快。 2)汽缸夹层、法兰加热装置的加热汽温太低或流量较低，引起汽加热的作用较弱。 3)滑销系统或轴承台板的滑动性能差，易卡涩。 4)轴封汽温度过高或轴封供汽量过大，引起轴颈过份伸长。 5)机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高。 6)推力轴承磨损，轴向位移增大。 7)汽缸保温层的保温效果不佳或保温层脱落，在严禁季节里，汽机房室温太低或有穿堂冷风。 8)双层缸的夹层中流入冷汽(或冷水)。 9)胀差指示器零点不准或触点磨损，引起数字偏差。 10)多转子机组，相邻转子胀差变化带来的互相影响。 11)真空变化的影响。 12)转速变化的影响。 13)各级抽汽量变化的影响，若一级抽汽停用，则影响高差很明显。 14)轴承油温太高。 15)机组停机惰走过程中由于“泊桑效应”的影响。 17、什么叫差胀,正负值代表什么, 答;汽轮机启动或停机时，汽缸与转子均会受热膨胀，受冷收缩。由于汽缸与转子质量上的差异，受热条件不相同，转子的膨胀及收缩较汽缸快，转子与汽缸沿轴向膨胀的差值，称为差胀。差胀为正值时，转子的轴向膨胀量大于汽缸的膨胀量，差胀为负值时，说明转子轴向膨胀量小于汽缸膨胀值。 当汽轮机启动时，转子受热较快，一般都为正值;汽轮机停机或甩附和时，差胀容易出现负值。 18、影响轴承油膜的因素有哪些, 答:影响轴承转子油膜的因素有;(1)转速(2)轴承载荷(3)油的粘度(4)轴径有轴承的间隙;(5)轴承与轴径的尺寸;(6)润滑油的温度;(7)润滑油压(8)轴承进油口的直径。 19、汽轮机轴向位移零位如何定法, 答;在冷状态时，轴向位移的零位的定法是将转子的推力盘向推力瓦工作瓦块，并与工作面靠紧，此时仪表的指示应为零。 20、高压差胀的零位如何定法, 答;高压差胀的零位定法和轴向位移定法相同。汽轮机在全冷状态下，将转子推向发电机侧，推力盘靠向推力瓦块工作面，此时仪表指示为零。机组在盘车过程中高压差胀指示表应为一定的负值(—0.3~0.4mm). 21、 喷嘴调节的凝汽式汽轮机调节级危险工况在何时? 答:喷嘴调节凝汽式汽轮机调节级的焓降，在第一调节汽阀全开、第二调节汽阀未开时达到最大值，此时流过第一喷嘴组的蒸汽流量达到最大值。由于蒸汽对动叶的冲击力，蒸汽流量及焓降的乘积成正比，此时调节级动叶的应力最大。这时就是喷嘴调节凝汽式汽轮机调节级的危险工况。 22、汽轮机采用喷嘴调节有何优点? 答:与节流调节相比，喷嘴调节在低负荷运行时节流损失小，效率高，运行稳定。缺点是负荷变化时机组高压部分蒸汽温度变化大，容易在调节级处产生较大的热应力，对负荷变动的适应性较差。 27、何为“节流—喷嘴”联合调节?采用这种调节有何优点? 答:为了同时发挥节流调节和喷嘴调节的优点，任一些带基本负荷的大容量机组，采用低负荷时为节流调节，高负荷时为喷嘴调节。这种调节称“节流—喷嘴”联合调节，优点是减小调节室中蒸汽温度变化限度，从而提高了调整负荷的快速性和安全性。 28、 什么叫斜切喷嘴? 答:在汽轮机中，由于结构上的要求，喷嘴的轴线都是与动叶运动方向成一定角度的， 因此喷嘴出口部分都做成斜现形，这种喷嘴称为斜切喷嘴。 29、汽轮机动叶速度系数与哪些因素有关, 答:动叶原度系数省动叶叶型、动叶高度、动叶进出口角、动叶的反动度、表面粗糙度 等因素有关。动叶速度系数由试验确定，通常取φ,0.85,0.95 30、汽轮机处于超临界和亚临界状态工作，当工况变动时，流量与机组的级前后压力有什么关系? 答:(1)当汽轮机级的变又况前后都处在临界状态时，通过该级的液量与该级前压力 成正比。即:G1/G0=P01/P0。 (2)汽轮机级在变工况前后均未达到临界状态时，流经该级的流量与级前后压力的平方根成正比。 31、简述液压离心式调速器的基本工作原理。 答:利用液柱旋转时产生离心的原理，把感受的转速变比信号，转变为油压的变化 32、差胀大小与哪些因素有关, 答;汽轮机在起动、停机及运行过程中，差胀的大小与下列因素有关: ? 起动机组时，汽缸与法兰加热装置投用不当，加热汽量过大或过小。 ? 暖机过程中，升速率太快或暖机时间过短。 ? 正常停机或滑参数停机时，汽温下降太快。 ? 增负荷速度太快。 ? 甩负荷后，空负荷或低负荷运行时间过长。 ? 汽轮机发生水冲击。 ? 正常运行过程中，蒸汽参数变化速度过快。 23、轴向位移与差胀有何关系, 答;轴向位移与差胀的零点均在推力瓦块处，而且零点定位法相同。轴向位移变化时，其数值虽然较小，但大轴总位移发生变化。轴向位移为正值时，大轴向发电机方向位移，差胀向负值方向变化;当轴向位移向负值方向变化时，汽轮机转子向机头方向位移，差胀值向正值方向增大。 如果机组参数不变，负荷稳定，差胀与轴向位移不发生变化。机组起停过程中及蒸汽参数变化时，差胀将会发生变化，而轴向位移并不发生变化。 运行中轴向位移变化，必然引起差胀的变化。 24、差胀在什么情况下出现负值, 答;由于汽缸与转子的钢材有所不同，一般转子的线膨胀系数大于汽缸的线膨胀系数，加上转子质量小受热面大，机组在正常运行时，差胀均为正值。 当负荷下降或甩负荷时，主蒸汽温度与再热蒸汽温度下降，汽轮机水冲击;机组起动与停机时汽加热装置使用不当，均会使差胀出现负值。 25、机组起动过程中，差胀大如何处理, 答;机组起动过程中，差胀过大，司机应做好如下工作: ? 检查主蒸汽温度是否过高，联系锅炉运行人员，适当降低主蒸汽温度。 ? 使机组在稳定转速和稳定负荷下暖机。 ? 适当提高凝汽器真空，减少蒸汽流量。 ? 增加汽缸和法兰加热进汽量，使汽缸迅速胀出。 26、汽轮机起动时怎样控制差胀, 可根据机组情况采取下列措施: ? 选择适当的冲转参数。 ? 制定适当的升温、升压曲线。 ? 及时投用汽缸、法兰加热装置，控制各部件金属温差在规定的范围内。 ? 控制升速速度及定速暖机时间，带负荷后，根据汽缸温度掌握升负荷速度。 ? 冲转暖机时及时调整真空。 ? 轴封供汽使用适当，及时进行调整。 27、汽轮机上下汽缸温差过大有何危害, 答;高压汽轮机起动与停机过程中，很容易使上下汽缸产生温差。有时，机组停机后，由于汽缸保温层脱落，同样也会造成上下缸温差大，严重时，甚至达到130?左右。通常上汽缸温度高于下汽缸温度。上汽缸温度高，热膨胀大，而下汽缸温度低，热膨胀小。温差达到一定数值就会造成上汽缸向上拱起。在上汽缸拱背变形的同时，下汽缸底部动静之间的径向间隙减小，因而造成汽轮机内部动静部分之间的径向摩擦，磨损下汽缸下部的隔板汽封和复环汽封，同时隔板和叶轮还会偏离正常时所在的平面(垂直平面)，使转子转动时轴向间隙减小，结果往往与其它因素一起造成轴向摩擦。摩擦就会引起大轴弯曲，发生振动。如果不及时处理，可能造成永久变形，机组被迫停运。 28、为什么要规定冲转前上下缸温差不高于50?, 答;当汽轮机起动与停机时，汽缸的上半部温度比下半部温度高，温差会造成汽轮机汽缸的变形。它可以使汽缸向上弯曲从而使叶片和围带损坏。曾对汽轮机进行汽缸挠度的计算，当汽缸上下温差达100?时，挠度大约为1mm，通过实测，数值是很近似。由经验表明，假定汽缸上下温差为10?，汽缸挠度大约0.1mm，一般汽轮机的径向间隙为0.5,0.6mm。故上下汽 缸温差超过50?时，径向间隙基本上已消失，如果这时起动，径向汽封可能会发生摩擦。严重时还能使围带的铆钉磨损，引起更大的事故。 29、如何减少上下汽缸温差, 答;为减小上下汽缸温差，避免汽缸的拱背变形，应该做好下列工作: ? 改善汽缸的疏水条件，选择合适的疏水管径，防止疏水在底部积存。 ? 机组起动和停机过程中，运行人员应正确及时使用各疏水门。 ? 完善高、中压下汽缸挡风板，加强下汽缸的保温工作，保温砖不应脱落，减少冷空气的对流。 ? 正确使用汽加热装置，发现上下缸温差超过规定数值时，应用汽加热装置对上汽缸冷却或对下缸加热。 30、什么叫弹性变形,什么叫塑性变形,汽轮机起动时如何控制汽缸各部温差，减少汽缸变形, 答;金属部件在受外力作用后，无论外力多么小，部件均会产生内部应力而变形。当外力停止作用后，如果部件仍能恢复到原来的形状和尺寸，则这种变形称为弹性变形。 当外力增大到一定程度时，外力停止作用后，金属部件不能恢复到以前的形状和几何尺寸，这种变形称为塑性变形。 对汽轮机来讲，各部件是不允许产生塑性变形的。汽轮机起动时，应严格控制汽缸内外壁、上下汽缸、法兰内外壁和法兰上下、左右等温差在规定范围内，从而避免不应有的应力产生。具体温差应控制在如下范围内: ? 高、中压内、外缸的法兰内外壁温差不大于80?。 ? 高、中压内外缸温差(内缸内壁与外缸内壁，内缸外壁与外缸外壁)不大于50,80?。 ? 高、中压缸上下温差不大于50?，外缸上下温差不大于80?。 ? 螺栓与法兰中心温差不大于30?。 ? 高、中压内外缸法兰左右、上下温差不大于30?。 机组在起动过程中，应严密监视金属各测点温度变化情况，适当调整加热汽量，并注意主蒸汽温度和再热蒸汽温度不应过高或过低，做好以上各项工作，机组起动方可得到安全保证，延长机组使用寿命。 31、汽轮机转子发生摩擦后为什么会发生弯曲, 答;由于汽缸法兰金属温度存在温差，，导致汽缸变形，径向动静间隙消失，造成转子旋转时，机组端部轴封和隔板汽封处径向发生摩擦而产生很大的热量。产生的热量使轴的两侧温度差很快增大。温差的增加，使转子发生弯曲。这样周而复始，大轴两侧温差越大，转子越弯曲。 32、汽轮机停机后或热态起动前，发现转子弯曲值增加及盘车电流晃动，其原因是什么,怎样处理, 答;汽轮机停机后或热态起动前，发现转子弯曲值增加及盘车电流晃动，其原因往往是高、中压汽缸上下温差超过规定值，而引起汽缸变形，汽封摩擦，造成大轴弯曲。 发现转子弯曲值增加，盘车电流晃动，首先应检查原因，如属于上下汽缸温差过大，则应先检查汽轮机各疏水门开关是否正确，有无冷水冷汽倒至汽缸，根据高、中压上下汽缸温差情况，对下汽缸加热或对上汽缸用空气进行冷却，使上下汽缸温差尽量减少，盘车直轴，并要求大轴弯曲值恢复到原始数值。 33、热态起动时，为什么要求新蒸汽温度高于汽缸温度50,80?, 答:机组进行热态起动时，要求新蒸汽温度高于汽缸温度50,80?。可以保证新蒸汽经调节汽门节流，导汽管散热、调节级喷嘴膨胀后，蒸汽温度仍不低于汽缸的金属温度。因为机组的起动过程是一个加热过程，不允许汽缸金属温度下降。如在热态起动中新蒸汽温度太低，会使汽缸、法兰金属产生过大的应力，并使转子由于突然受冷却而产生急剧收缩，高压差胀 出现负值，使通流部分轴向动静间隙消失而产生摩擦造成设备损坏。 34、汽轮机起动过程中，汽缸膨胀不出来的原因有哪些, 答:起动过程中，汽缸膨胀不出来的原因有: ? 主蒸汽参数、凝汽器真空选择控制不当。 ? 汽缸、法兰螺栓加热装置使用不当或操作错误。 ? 滑销系统卡涩。 ? 增负荷速度快，暖机不充分。 ? 本体及有关抽汽管道的疏水门未开。 35、汽轮机冲转后，为什么要投用汽缸、法兰加热装置, 答:对于高参数大容量的机组来讲，其汽缸壁和法兰厚度达300,400mm。汽轮机冲转后，最初接触到蒸汽的金属温升较快，而整个金属温度的升高则主要靠传热。因此汽缸法兰内外受热不均匀，容易在上下汽缸间，汽缸法兰内外壁、法兰与螺栓间产生较大的热应力，同时汽缸、法兰变形，易导致动静之间摩擦，机组振动。严重时造成设备损坏。故汽轮机冲转后应根据汽缸、法兰温度的具体情况投用汽缸、法兰加热装置。 36、暖机的目的是什么, 答:暖机的目的是使汽轮机各部金属温度得到充分的预热，减少汽缸法兰内外壁，法兰与螺栓之间的温差，转子表面和中心的温差，从而减少金属内部应力，使汽缸、法兰及转子均匀膨胀，高压差胀值在安全范围内变化，保证汽轮机内部的动静间隙不致消失而发生摩擦，同时使带负荷的速度相应加快，缩短带至满负荷所需要的时间，达到节约能源的目的。 37、汽轮机起动升速时，排汽温度升高的原因有哪些, 答:汽轮机起动升速时，排汽温度升高的原因有: ? 凝汽器内真空降低，空气未完全抽出，汽气混合在一起。而空气的导热性能较差，使排汽压力升高，饱和温度也较高。 ? 主蒸汽管道、再热蒸汽管道、汽缸本体等大量的疏水疏至膨胀箱，其中扩容器出来的蒸汽排向凝汽器喉部，疏水及疏汽的温度要比凝汽器内饱和温度高4,5倍。 ? 暖机过程中，蒸汽流量较少，流速较慢，叶片产生的摩擦鼓风热量不能及时带走。 38、汽轮机起动与停机时，为什么要加强汽轮机本体及主、再热蒸汽管道的疏水, 答:汽轮机在起动过程中，汽缸金属温度较低，进入汽轮机的主蒸汽温度及再热蒸汽温度虽然选择得较低，但均超过汽缸内壁温度较多。蒸汽与汽缸温度相差超过200?。暖机的最初阶段，蒸汽对汽缸进行凝结放热，产生大量的凝结水，直到汽缸和蒸汽管道内壁温度达到该压力下饱和温度时，凝结放热过程结束，凝结疏水量才大大减少。 在停机过程中，蒸汽参数逐渐降低，特别是滑参数停机，蒸汽在前几级做功后，蒸汽内含有湿蒸汽，在离心力的作用下甩向汽缸四周，负荷越低，蒸汽含水量越大。 另外汽轮机打闸停机后，汽缸及蒸汽管道内仍有较多的余汽凝结成水。 由于疏水的存在，会造成汽轮机叶片水蚀，机组振动，上下缸产生温差及腐蚀汽缸内部，因此汽轮机起动或停机时，必须加强汽轮机本体及蒸汽管道的疏水。 39、汽轮机起动或过临界转速时对油温有什么要求, 答:汽轮机油粘度受温度影响很大，温度过低，油膜厚且不稳定，对轴有粘拉作用，容易引起振动甚至油膜振荡。但油温过高，其粘度降低过多，使油膜过薄，过薄的油膜也不稳定且易被破坏，所以对油温的上下限都有一定的要求。起动初期轴颈表面线速度低，比压过大，汽轮机油的粘度小了就不能建立稳定的油膜，所以要求油温较低。过临界转速时，转速很快提高，汽轮机油的粘度应该比低转速时小些，即要求的油温要高些，汽轮机起动时油温应在30?以上，过临界转速时油温在38,45?。 40、过临界转速时应注意什么, 答;过临界转速时应注意如下几点: ? 过临界转速时，一般应快速平稳的越过临界转速，但亦不能采取飞速冲过临界转速的做法，以防造成不良后果，现规程规定过临界转速时的升速率为500 r,min左右。 ? 在过临界转速过程中，应注意对照振动与转速情况，确定振动类别，防止误判断。 ? 振动声音应无异常，如振动超限或有碰击摩擦异声等，应立即打闸停机，查明原因并确证无异常后方可重新起动 ? 过临界转速后应控制转速上升速度。 41、汽轮机差胀正值、负值过大有哪些原因, 答;汽轮机差胀正值大的原因: ? 起动暖机时间不足，升速或增负荷过快。 ? 汽缸夹层、法兰加热装置汽温太低或流量较小，引起加热不足。 ? 进汽温度升高。 ? 轴封供汽温度升高，或轴封供汽量过大。 ? 真空降低，引起进入汽轮机的蒸汽流量增大。 ? 转速变化。 ? 调节汽门开度增加，节流作用减小。 ? 滑销系统或轴承台板滑动卡涩，汽缸胀不出。 ? 轴承油温太高。。 ? 推力轴承非工作面受力增大并磨损，转子向机头方向移动。 ? 汽缸保温脱落或有穿堂冷风。 ? 多缸机组其他相关汽缸差胀变化，引起本缸差胀变化。 ? 双层缸夹层中流入冷汽或冷水。 ? 差胀指示表零位不准，或受频率、电压变化影响。 负差胀值大的原因: ? 负荷下降速度过快或甩负荷。 ? 汽温急剧下降。 ? 水冲击。 ? 轴封汽温降低。 ? 汽缸夹层、法兰加热装置加热过度。 ? 进汽温度低于金属温度。 ? 轴向位移向负值变化。 ? 轴承油温降低。 ? 双层缸夹层中流入高温蒸汽(进汽短管漏汽)。 ? 多缸机组相关汽缸差胀变化。 ? 差胀表零位不准，或受频率、电压变化影响。 42、为什么汽轮机转子弯曲超过规定值时，禁止起动, 答;一般说来，大多数汽轮机都是通过监视转子晃动度的变化，间接监视转子弹性弯曲大小的。当转子晃动度超过原始值较多的，说明转子的弹性弯曲已比较大，而此时汽缸的变形也一定较大，汽轮机动静部分径向间隙可能消失，强行起动汽轮机，转子的弯曲部分会与隔板汽封摩擦，摩擦不仅造成汽封磨损，还会使转子弯曲部分产生高温，局部的高温又加大了转子的弯曲，使摩擦加剧，如此恶性循环，可能使转子产生永久性弯曲，所以转子弯曲超过规定值，禁止起动。 43、为什么调节系统不能维持汽轮机空负荷运行的机组，禁止起动, 答;汽轮机不能维持空负荷运行，说明调节系统已有严重的缺陷，如果强行起动，并网和解列都会发生困难，即使可能并入电网，也会出现不能自由减负荷到零的情况，而且机组突然甩负荷后会严重超速 44、汽封的作用 (一) 汽轮机有静子和转子两大部分。在工作时转子高速旋转，静子固定，因此转子和静子之间必须保持一定的间隙，不使相互摩擦。蒸汽流过汽轮机各级工作时，压力、温度逐级下降，在隔板两侧存在着压差。当动叶片有反动度时，动叶片前后也存在着压差。蒸汽除了绝大部分从导叶、动叶的通道中流过做功外，一小部分会从各种间隙中流过而不做功，成为一种损失，降低了机组的效率。 (二) 转子还必须穿出汽缸，支撑在轴承上，此处也必然要留有间隙。对于高压汽缸两端和中压汽缸的前端，汽缸内的蒸汽压力大于外界大气压力，此处将有蒸汽漏出来，降低了机组效率，并造成部分凝结水损失。在中压缸的排气端和低压缸的两端因汽缸内的蒸汽压力低于外界的大气压力，在主轴穿出汽缸的间隙中，将会有空气漏入汽缸中。由于空气在凝汽器中不能凝结，从而降低了真空度，减小了蒸汽做功能力。 (三) 为了减小上述各处间隙中的漏气，又要保证汽轮机正常安全运行，特设置了各种汽封。这些汽封可分为通流部分汽封、隔板汽封和轴端汽封三大类。就工作原理来讲，这三类汽封均属迷宫式汽封。 1--隔板汽封 2--围带汽封 45、汽轮机的滑销有哪些种类,它们各起什么作用, 答:根据滑销的构造形式、安装位置可分为下列6种。 (1)横销;一般安装在低压汽缸排汽室的横向中心线上，或安装在排汽室的尾部，左右两侧各一个。横销的作用是保证汽缸横向的正确膨胀，并限制汽缸沿轴向移动。由于排汽室的温度是汽轮机通流部分温度最低的区域，故横销都装在此处，整个汽缸由此向前或向后膨胀，形成了轴向死点。 (2)纵销:多装在低压汽缸排汽室的支撑面、前轴承箱的底部、双缸汽轮机中间轴承底部等和基础台板的接合面间。所有纵销均在汽轮机的纵向中心线上。纵销可保证汽轮机沿纵向中心线与横销中心线的交点形成整个汽缸的膨胀死点，在汽缸膨胀时，这点始终保持不动。 (3)立销:装在低压汽缸排汽室尾部与基础台板间，高压汽缸的前端与轴承座间。所有立销均在机组的轴线上。立销的作用可保证汽缸的垂直定向自由膨胀，并与纵销共同保持机组的正确纵向中心线。 (4)猫爪横销:起着横销作用，有对汽缸起着支撑作用。猫爪一般装在前轴承座及汽轮机中间轴承座的水平接合面上，是由下汽缸或上汽缸端部突出的猫爪，特制的销子和螺栓等组成。猫爪横销的作用;保证汽缸在横向的定位自由膨胀，同时随着汽缸在轴向的膨胀和收缩，推动轴承座向前或向后移动，一保持转子与汽缸的轴向相对位置。 (5)角销;装在前轴承座及双缸汽轮机中间轴承座底部的左右两侧，以代替连接轴承座和基础台板的螺栓。其作用是保证轴承座与台板的紧密接触，防止产生间隙和轴承座的翘头现象 (6)斜销:装在排汽缸前部左右两侧支撑一基础台板见。销子与销槽的间隙为0.06~0.08mm.斜销是一种辅助滑销，不经常采用，它能起到纵向和横向的双重导向作用。 46、什么是汽轮机的膨胀死点，通常布置在什么位置, 答:横销引导轴承座或汽缸沿横向滑动并与纵销配合成为膨胀的固定点，称为„死点?。也即纵销中心线与横销中心线的交点。„死点?固定不动，汽缸以„死点?为基准向前后左右膨胀滑动。 对凝汽式汽轮机来说，死点多布置在低压排汽口的中心线或其附近，这样在汽轮机受热膨胀时。对于庞大笨重的凝汽器影响较小。国产200MW和125MW汽轮机组均设有两个死点，高、中压缸向前膨胀，低压缸向发电机侧膨胀，各自的绝对膨胀量都可适当减小。 47、油口反馈的基本工作原理是怎样的, 具有油口反馈的调节系统，当汽轮机转速升高时，调速滑阀右移，开大泻油口使控制油压降低，错油门活塞下移，压力油进入油动机活塞上部油室，油动机活塞下移，与此同时，油动机活塞杆上的反馈斜铁也下移，反馈滑阀右移，开大反馈油口，控制油压从新上升，直至错油门活塞回到中间位置，调节过程结束。 48、同步器的工作界限应满足那些要求, 答:同步器的工作界限应满足以下要求; (1) 在额定参数下，机组应当能够在空负荷与满负荷之间任意调节负荷。 (2) 当电网频率高于额定频率，以及新蒸汽参数和真空降低时，机组仍能带到满负荷。 (3) 当电网频率低于额定频率新蒸汽参数和真空升高时，机组仍然可以并入电网或者减负荷到零，即维持空转。 (4) 一般同步器调节范围是上、下限分别为额定转速的-5%~+7%或-5%-+5%。