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第四节：热力发电厂基础知识1.简述汽轮机工作的基本原理。答：具有一定压力、温度的蒸汽，进入汽轮机，流过喷嘴并在喷嘴内膨胀获得很高的速度。高速流动的蒸汽流经汽轮机转子上的动叶片做功，当动叶片为反动式时，蒸汽在动叶中发生膨胀产生的反动力亦使动叶片做功，动叶带动汽轮机转子，按一定的速度均匀转动。这就是汽轮机最基本的工作原理。从能量转换的角度讲，蒸汽的热能在喷嘴内转换为汽流动能，动叶片又将动能转换为机械能，反动式叶片，蒸汽在动叶膨胀部分，直接由热能转换成机械能，2.什么是汽轮机设备，它包括哪些部分？答：汽轮机本体和保证它正常运行所必需的一套附属设备以及连接这些设备的管道，这个总和称为汽轮机设备。近代汽轮机设备包括下列各部分。⑴汽轮机本体主要由下列部分组成：①配汽机构：包括主蒸汽导管、自动主汽门、调节阀等；②汽轮机转子：指汽轮机所有转动部件的组合体，主要有工作叶片、叶轮和轴等；③汽轮机静子：指汽轮机的静止部分，包括汽缸、隔板、喷嘴、轴封和轴承等。⑵调节保安油系统主要包括调速器、油动机、调节阀、油箱、主油泵、辅助油泵和保安设备等。其作用是调整进入汽轮机的蒸汽量，使蒸汽流量与外界负荷相适应，并保证汽轮机工作时的安全和供给轴承等所需的润滑油。⑶凝汽及抽气系统主要设备有凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵和冷水塔等，其作用是保证汽轮机排汽凝结。⑷回热加热系统主要设备有低压加热器、除氧器和高压加热器等，其作用是对凝结水和给水进行加热。3.排汽缸的作用是什么?为什么排汽缸要装喷水降温装置?答：排汽缸的作用是将汽轮机末级动叶排出的蒸汽导入凝汽器中。在汽轮机起动、空载及低负荷时，蒸汽流通量很小，不足以带走蒸汽与叶轮摩擦产生的热量，从而引起排汽温度升高，排汽缸温度也升高。排汽温度过高会引起排汽缸较大的变形，破坏汽轮机动静部分中心线的一致性，严重时会引起机组振动或其它事故。所以、大功率机组都装有排汽缸喷水降温装置。小机组没有喷水降温装置，应尽量避免长时间空负荷运行而引起排汽缸温度超限。4.再热机组的排汽缸喷水装置是怎样设置的?答：喷水减温装置装在低压外缸内，喷水管沿末级叶片的叶根呈圆周形布置，喷水管上钻有两排喷水孔，将水喷向排汽缸内部空间，起降温作用。喷水管在排汽缸外面与凝结水管相连接，打开凝结水管上的阀门即进行喷水，关闭阀门则停止喷水。5.什么是汽轮机的级?什么叫调节级和压力级?答：由一列喷嘴和一列动叶栅组成的汽轮机最基本的工作单元叫汽轮机的级。当汽轮机采用喷嘴调节时，第一级的进汽截面积随负荷的变化在相应变化，因此通常称喷嘴调节汽轮机的第一级为调节级。其它各级统称为非调节级或压力级。压力级是以利用级组中合理分配的压力降或焓降为主的级，是单列冲动级或反动级。6.高压高温汽轮机为什么要设汽缸、法兰螺栓加热装置?答：高压高温汽轮机的汽缸要承受很高的压力和温度，同时又要保证汽缸结合面有很好的严密性，所以汽缸的法兰必须做得又宽又厚。这样给汽轮机的起动就带来了一定的因难，即沿法兰的宽度产生较大温差。如温差过大，所产生的热应力将会使汽缸变形或产生裂纹。一般来说，汽缸比法兰容易加热，而螺栓的热量是靠法兰传给它的，因此螺栓加热更慢。对于双层汽缸的机组来说，外缸受热比内缸慢得多，外缸法兰受热更慢，由于法兰温度上升较慢，牵制了汽缸的热膨胀，引起转子与汽缸间过大的膨胀差，从而使汽轮机通流部分的动、静间隙消失、发生摩擦。简单地说，为了适应快速起、停的需要，减小额外的热应力和减少汽缸与法兰、法兰与螺栓及法兰宽度上的温差，有效地控制转子与汽缸的膨胀差，50MW、l00MW汽轮机都设法兰螺栓加热装置。125MW、200Mw、300Mw机组采用双层缸结构，内外汽缸除法兰螺栓有加热装置外，还设有汽缸夹层加热装置。7.什么是大功率汽轮机的转子蒸汽冷却？答：汽轮机的转子蒸汽冷却是大机组为防止转子在高温、高转速状况下无蒸汽流过带走摩擦产生的热量，而使转子、汽缸温度过高、热应力过大而设置的结构。如再热机组热态用中压缸进汽起动时，达到一定转速。高压缸排汽逆止门旁路自动打开，一部分蒸汽逆流经过汽缸由进汽口排至凝汽器，这样达到冷却转子、汽缸的目的。8.汽封的作用是什么?轴封的作用是什么?答：为了避免动、静部件之间的碰撞，必须留有适当的间隙，这些间隙的存在势必导致漏汽，为此必须加装密封装置----汽封。根据汽封在汽轮机中所处位置可分为：轴端汽封(简称轴封)、隔板汽封和围带汽封(通流部分汽封)三类。轴封是汽封的一种。汽轮机轴封的作用是阻止汽缸内的蒸汽向外漏泄，低压缸排汽侧轴封是防止外界空气漏入汽缸。9.汽轮机的盘车装置起什么作用?答：汽轮机冲动转子或停机后，进入或积存在汽缸内的蒸汽使上缸温度比下缸高，从而使转子不均匀受热或冷却，产生弯曲变形。因而在冲转前和停机后，必须使转子以—定的速度连续转动，以保证其均匀受热或冷却。换句话说，冲转前和停机后盘车可以消除转子热弯曲。同时还有减小上下汽缸的温差和减少冲转力矩的功用，还可在起动前检查汽轮机动静之间是否有摩擦及润滑系统工作是否正常。10.轴承的润滑油膜是怎样形成的?答：轴瓦的孔径较轴颈稍大些，静止时，轴颈位于轴瓦下部直接与轴瓦内表面接触，在轴瓦与轴颈之间形成了楔形间隙。当转子开始转动时，轴颈与轴瓦之间会出现直接摩擦。但是，随着轴颈的转动，润滑油由于粘性而附着在轴的表面上，被带入轴颈与轴瓦之间的楔形间隙中。随着转速的升高，被带人的油量增多，由于楔形间隙中油流的出口面积不断减小，所以油压不断升高，当这个压力增大到足以平衡转子对轴瓦的全部作用力时，轴颈被油膜托起，悬浮在油膜上转动，从而避免了金属直接摩撩，建立了液体摩擦。11.为什么要研究将抗燃油作为汽轮发电机组油系统的介质?答：随着机组功率和蒸汽参数的不断提高，调节系统的调节汽门提升力越来越大，提高油动机的油压是解决调节汽门提升力增大的一个途径。但油压的提高、容易造成油的泄漏，普通汽轮机油的燃点低，容易造成火灾。抗燃油的自燃点较高，通常大于700℃。这样，即使它落在炽热高温蒸汽管道表面也不会燃烧起来，抗燃油还具有火焰不能维持及传播的可能性。从而大大减小了火灾对电厂的威胁。因此，超高压大功率机组以抗燃油代替普通汽轮机油已成为汽轮机发展的必然趋势。12.采用抗燃油作为油系统的介质有什么特点?答：抗燃油的最大特点是它的抗燃性，但也有它的缺点，如有一定的毒性，价格昂贵，粘温特性差(即温度对粘性的影响大)。所以一般将调节系统与润滑系统分成两个独立的系统，调节系统用高压抗燃油，润滑系统用普通汽轮机油。13.汽轮机调节系统一般应满足哪些要求?答：调节系统应满足如下要求：(1)当主汽门全开时，能维持空负荷运行。(2)由满负荷突降到零负荷时，能使汽轮机转速保持在危急保安器动作转速以下。(3)当增、减负荷时，调节系统应动作平稳，无晃动现象。(4)当危急保安器动作后，应保证高、中压主汽门、调节汽门迅速关闭。(5)调节系统速度变动率应满足要求(一般在3％～6％)，迟缓率越小越好，一般在0.5％以下。14.什么是油动机？油动机有什么特点？答：油动机又称伺服马达，通常是控制调节汽门开度的执行机构。油动机的特点是力量大、动作快、体积小、这些特点是其他执行机构(如电动机)等无法比拟的。所以，目前汽轮机调节系统中，油动机是带动调节汽门的唯一执行机构。15.什么是汽轮机调节汽门的重叠度?为什么必须有重叠度?答：采用喷嘴调节的汽轮机，一般都有几个调节汽门。当前一个调节汽门尚未完全开时，就让后一个调节汽门开启，即称调节汽门具有—定的重叠度。调节汽门的重叠度通常为l0％左右，也就是说，前一个调节汽门开启到阀后压力为阀前压力的90％左右时，后一个调节汽门随即开启。如果调节汽门没有重叠度，执行机构的特性曲线就有波折，这时调节系统的静态持性也就不是一根平滑的曲线，这样的调节系统就不能平稳地工作，所以调节汽门必须要有重叠度。16.同步器的作用是什么?答：同步器的作用：在单机运行时改变汽轮机的转速；当并列运行时改变机组的负荷。同步器又分主同步器和辅助同步器。主同步器主要在正常运行时用作调控负荷转速，一般由主控制室远方电动调节。必要时也可由汽轮机运行人员就地手动调整。辅助同步器的调整范围大、主要用来整定主同步器的位置或作超速试验。从静态特性分析，使用同步器可以平移调节系统静态特性曲线，从而达到机组单独运行时进行转速调整并列运行时改变负荷的目的。17.同步器的工作界限应当满足哪些要求?答：同步器的工作界限应满足如下要求：(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。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%。18.什么是汽轮机调节系统的静态特性和动态特性?答：调节系统的工作特性有两种，即动态特性和静态特性。在稳定工况下，汽轮机的功率和转速之间的关系即为调节系统的静态特性。从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过渡过程的特性叫做调节系统的动态特性，是指在过渡过程中机组的功率、转速、调节汽门的开度等参数随时间的变化规律。19.汽轮机调节系统迟缓率过大，对汽轮机运行有什么影响?答：调节系统迟缓率过大造成对汽轮机运行的影响有：⑴在汽轮机空负荷时，由于调节系统迟缓率过大，将引起汽轮机的转速不稳定，从而使并列困难。⑵汽轮机并网后，由于迟缓率过大、将会引起负荷的摆动。⑶机组负荷骤然甩至零时，因迟缓率过大。使调节汽门不能立即关闭，造成转速突升，致使危急保安器动作，如危急保安器有故障不动作．那就会造成超速飞车的恶性事故。20.为什么说迟缓率不能等于零?答：⑴实际的调节系统迟缓率不可能做到等于零。因调节系统各机构在运行中总存在摩擦等阻力，油动机滑阀总要有过封度，使系统感受到转速变化到调节汽门开度变化存在迟缓。⑵从理论上分析，迟缓率等于零的调节系统是不稳定的，因为这将造成调节过分灵敏，使调节汽门处在不停的动作之中。尤其对于液压式调节系统，保持一些微小的迟缓率，对改善调节性能是有益的。液压式调节系统的调节油压不可避免地存在着油压波动，它将使调节汽门窜动。这也就是错油门必须有一定的过封度，使其抵消油压波动的影响，避免调节汽门窜动的道理。21.中间再热式汽轮机的调节有哪些特点?答：中间再热机组通常是高参数、大功率机组，因此具有一般大机组的调节特点，如要求具有较小的速度变动率以提高一次调频的能力，要求较高的调节油压以增加调节动作的迅速性等。此外，采用中间再热器及单元制带来了新的特点、主要有以下几个方面：采用单元制的影响：⑴减小了锅炉蓄能利用的可能性。降低了机组参加一次调频的能力。⑵空负荷和低负荷下，机炉的工况不能互相配合，锅炉燃烧不易稳定，此外还有再热器的保护问题。中间再热器及其再热管道等形成的中间容积很大，由此影响到⑴使汽轮机中、低压缸的功率变化滞延。⑵增加了甩负荷时的动态超速。22.中间再热机组为什么调节时功率变化滞延?答：为了使问题简化、假定在功率发生变化时锅炉供汽的参数不变。当要求机组功率增大时，调节汽门开度增大，进汽量增加、高压缸的功率在最初瞬间及时增加了，但以后由于再热器压力的逐渐提高，高压缸的焓降相应地减小，以后功率逐渐减小，直到再热器的压力稳定后。高压缸的功率才稳定下来。中、低压缸的功率在开始调节的瞬间不能马上跃升，因为低压段的流量要等再热器的压力升高后才能增加。由于中间再热器及其管道具有巨大容积的缓冲作用，使其压力的增加滞后于高压段的流量增加。中、低压缸的功率是缓慢增加的，直到再热器压力稳定下来，才不再变化。通常中、低压缸的功率占机组总功率的2/3—3/4，这就表明滞延的功率占了机组功率增量的绝大部分。这种功率变化的滞延大大降低了中间再热式汽轮机对负荷的适应性。23.为什么中间再热式汽轮机增加了甩自荷时的动态超速?答：这是因为汽轮机甩负荷后，即使进汽调节汽门和主汽门完全关死，中间再热器及其管道的巨大容积所存的蒸汽仍能使汽轮机严重超速。