汽轮机基础知识

汽轮机基础知识1一、汽轮机的基本概念二、汽轮机的主要系统三、汽轮机的调节、保护和供油系统发电厂基本工作原理汽轮发电机一、汽轮机的基本工作原理汽轮发电机组（steameturbinegenerator)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。高速流动的蒸汽冲动汽轮机转子上的动叶片做功，动叶带动汽轮机转子，按一定的速度转动，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。汽轮机属于透平机械的一种。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设计和强度设计问题。历史发展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。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。历史发展历史发展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。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。透平机械turbomachinery透平机械的共同特点是转子作高速旋转运动，流体（气体或液体）流经叶片之间通道时，叶片与流体之间产生力的相互作用，借以实现能量转化。按能量转化方向的不同，透平机械分为原动机和从动机。原动机将流体的能量（热能、势能或动能）转化为机械能，通过主轴带动发电机或其他从动机。原动机有汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机、水轮机和风力机等。透平机械turbomachinery从动机由电动机或其他原动机拖动，将机械能转换为流体的能量，即提高流体的压力。从动机有通风机、透平压缩机、离心泵和轴流泵等。从动机和原动机在原理和结构上基本相同，只是工作过程相反。透平机械的工质可以是气体，如蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体，也可以是液体，如水、油或其他液体。透平机械主要分为轴流式和径流式（离心式或向心式）两种。在轴流式机械中，流体沿轴向流动；径流式机械中，流体主要沿着径向流动。还有一种斜流式机械，流体的流动方向介于上述两者之间。汽轮机工作原理汽轮机转子通过联轴器与发电机转子连接起来，当汽轮机转子带动发电机转子一起旋转时，由于电磁感应的作用，发电机定子线圈中产生电流，通过变电配电设备向用户供电。为满足外界负荷变化而能够及时地调节机组负荷，同时为满足供电品质的要求，机组必须能够保证转速在允许的范围内（50±0.5HZ),汽轮发电机组要设置有调节系统，以及为保证汽轮机设备的安全，防止设备的损坏事故的发生，还应该具有必要的保护装置。14汽轮机基本工作原理2汽轮机分类：16汽轮机冲动式汽轮机反动式汽轮机背压式汽轮机调节抽汽式汽轮机凝汽式汽轮机供热式汽轮机低压汽轮机中压汽轮机高压汽轮机超高压汽轮机亚临界压力汽轮机超临界压力汽轮机按作功原理分按功能分按参数高低分（1）按工作原理（2）按热力特性1、冲动式汽轮机2、反动式汽轮机1、凝汽式汽轮机2、背压式汽轮机3、抽汽式汽轮机4、抽汽背压式汽轮机5、多压式汽轮机（3）按蒸汽压力分汽轮机类别主蒸汽压力（MPa)低压汽轮机0.12~1.5中压汽轮机2~4高压汽轮机6~10超高压汽轮机12~14亚临界压力汽轮机16~18超临界压力汽轮机22.1超超临界压力汽轮机32老循环水汽轮机带动循环水泵使用的是1.0MPa蒸汽，做完功的乏汽压力0.5MPa，继续供其它装置使用。01区二层平台汽轮机带动1号风机额定功率：4807千瓦转子的组成部件：转子是由合金钢锻件整体加工出来的，除叶轮外，还有高、低压轴封套（小机组有直接式）、推力盘，前部过刚性连接短轴装有主油泵、危急保安器、高速弹性调速器、测量转速及晃度装置、油封组件等。转子结构：a、整锻转子：叶轮、轴封套、联轴节等部件与主轴是由一整锻件削而成，无热套部分，这解决了高温下叶轮与轴连接容易松动的问题。这种转子常用于大型汽轮机的高、中压转子。结构紧凑，对启动和变工况适应性强，宜于高温下运行，转子刚性好，但是锻件大，加工工艺要求高，加工周期长，大锻件质量难以保证，造价较高。B、套装转子：叶轮、轴封套、联轴节等部件都是分别加工后，热套在阶梯型主轴上的。各部件与主轴之间采用过盈配合，以防止叶轮等因离心力及温差作用引起松动，并用键传递力矩。中低压汽轮机的转子和高压汽轮机的低压转子常采用套装结构。套装转子在高温下，叶轮与主轴易发生松动。所以不宜作为高温汽轮机的高压转子，但易于加工制造，造价较低。C、组合转子：由整锻结构套装结构组合而成，兼有两种转子的优点。联轴器：联轴器用来连接汽轮机各个转子以及发电机转子，并将汽轮机的扭矩传给发电机。现代汽轮机常用的联轴器常用三种形式：刚性联轴器，半挠性联轴器和挠性联轴器凝气式汽轮机：是指进入汽轮机的蒸汽在做功后全部进入凝汽器，凝结成水全部返回锅炉。进入汽轮机的蒸汽，对于中压机组，约有70%的热量被冷却排汽的冷却水（或空气）带走，对于高压汽轮机来说，由于进汽含热量大些（约3433KJ/Kg），可利用的热量相对大些，但损失仍很大。为减少损失，采用带回热设备的凝汽式汽轮机，把做过一部分功的蒸汽抽出来加热锅炉给水，以提高经济性。背压式汽轮机：将全部排汽供给其它工厂或用户，使蒸汽的含热量得到利用，排汽的压力高于大气压，因此这种汽轮机称为背压式汽轮机，不设凝汽器，节省设备，简化构造，但其运行负荷受热用户限制，水处理量较大，因此，常与抽凝机组联合使用。调整抽汽式机组：从机组某一级中经调压器控制抽出已经做了部分功的一定压力范围的蒸汽供给其它工厂或热用户，机组仍然设有凝汽器，当热用户用汽量减少时，仍能够保证一定电负荷。汽轮发电机组的基本知识一、汽轮机的基本概念二、汽轮机的主要系统三、汽轮机的调节保护和供油系统汽轮机的主要系统汽轮机的主要系统有：主蒸汽与再热蒸汽系统、蒸汽旁路系统、回热加热系统、给水除氧系统、主凝结水系统、汽轮机的轴封系统、供水系统、汽轮机调节、保护及供油系统。一、主蒸汽与再热蒸汽系统1、主蒸汽系统：过热器出口至汽轮机入口前的蒸汽系统。主蒸汽系统的形式：单母管制、切换母管制、单元制、扩大单元制。（1）单母管制：所锅炉出口蒸汽→母管→各汽轮机；（2）切换母管制：平时以单元制运行，必要时各单元之间可交叉运行；（3）单元制：一台锅炉产生的蒸汽专门供应给与其配备的汽轮机；（4）扩大单元制：将各单元制系统用母管和隔离阀相连接起来，必要时可以交叉运行。2、再热系统：中间再热式的机组中，汽轮机高压缸的排汽口到中压缸入口前的蒸汽管道系统。●组成：●再热蒸汽系统都采用单元制系统。●形式：双管、单管-双管、双管-单管-双管式。中压联合汽门由中压主汽门和中压调节汽门整体铸造而成。再热系统再热冷段再热热段高压缸排汽→再热器进口联箱再热器出口联箱→中压联合汽门二、蒸汽旁路系统●定义：旁路系统----蒸汽绕过汽轮机，经减温减压后，进入参数较低的蒸汽管道或凝汽器中。一、旁路系统的组成：按系统连接特点，可分为：高压旁路（Ⅰ级旁路）、低压旁路（Ⅱ级旁路）、整机旁路（单级大旁路）。旁路系统的作用1.保护再热器：汽机冲转前、机组甩荷时。2.回收工质、消除噪音：机组启、停、快减负荷、甩负荷时。3.协调锅炉调节蒸汽参数：控制蒸汽量。4.锅炉安全阀的作用：机组甩负荷、锅炉超压时。三、回热加热系统●回热加热：将汽轮机中作过功的蒸汽从某些中间级抽出来，送到加热器中加热给水或凝结水，以提高电厂经济性。●回热抽汽系统：与回热加热相对应的抽汽系统。●加热设备：回热加热器。四、除氧系统除氧原理：1.水中含氧的危害：造成金属的氧腐蚀；增加热阻，降低传热效率。2.除氧设备：除氧器。3.除氧原理：热力除氧。●亨利定律在一定的温度和压力下，一种气体在液体里的溶解度与液面上该气体的分压力成正比。●除氧器除氧原理：在除氧器中，引入抽汽将凝结水加热至沸点，使水面上的蒸汽分压力接近于100%，氧气的分压力趋于0，由此除去水中溶解的氧气。类型：有头除氧器、无头除氧器五、主凝结水系统1、系统组成：凝汽器、凝结水泵、低加。2、任务：1）将汽轮机排汽凝结成水，通过凝结泵升压后进行回热，送至除氧器。2）提供有关设备的减温水、密封水、冷却水和控制水等。3）补充热力循环中的汽水损失（简称补水）。主凝结水系统识图：凝汽器除氧器除盐装置补水箱最小流量再循环启动上水凝结器上水运行补水凝泵再循环高水位放水水质差放水管除氧器水位调节汽轮发电机组的基本知识一、汽轮机的基本概念二、汽轮机的主要系统三、汽轮机的调节、保护和供油系统电力生产的任务供给用户的电能数量：功率质量电压：调整励磁机的电流频率：汽轮机控制系统（一）调节系统的任务设置调节系统的原因汽轮机调节系统一、汽轮机的调节系统根据外界用电负荷的变化，及时调节汽轮机的进汽量，以调节机组功率，在保证供电数量的同时，维持机组转速在额定范围（3000±30r/min）内，从而保证供电质量和机组安全。电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz(转速波动±12r/min)系统容量较小（3000MW）时，偏差值可以放宽到±0.5Hz(转速波动±30r/min)频率的稳定取决于原动机出力和电网负载的平衡。维持频率的稳定要求：原动机出力＝负载汽轮机出力在运行中必须能根据负载要求进行调整。整个调节系统的输入量是汽轮机的转速n，输出量是汽轮机的功率p——有时称为调速系统一、汽轮机的调节系统（1）及时调整汽轮机的内功率，满足用户足够的电力（数量、质量）；汽轮机内效率主要取决于通流部分结构的完善，在高负荷运行时变化不大；定压运行时理想焓降为常数；定压运行调节功率调节蒸汽流量滑压运行调节功率改变主蒸汽压力及调节流量汽轮机调节系统的任务（2）保证汽轮发电机组始终在额定转速左右运行，不超过允许范围（3）除了调速系统之外，汽轮机组还必须具有保护系统（超速保护、轴向位移保护等）。一、汽轮机的调节系统旋转方向××××××××××××汽轮机发电机eMtM汽轮机蒸汽产生的原动力矩摩擦力矩（可忽略）fM转子的电磁阻力矩（二）基本工作原理一、汽轮机的调节系统运行对调速系统的要求1）调速系统应能保证：当蒸汽参数和电网频率在允许范围内变化时，机组能从满负荷到空负荷范围内稳定运行，并保证机组能顺利地并网和解列；2）当负荷变化时，调速系统应能保证机组从一稳定工况安全地过度到另一稳定工况，而不发生较大的长期的负荷摆动；3）为了保证机组稳定运行，各种因素引起的负荷摆动应在允许范围内；4）当机组突然甩电负荷时，调速系统应能保证机组转速最大升高值小于超速保护装置动作转速。一、汽轮机的调节系统调速器～齿轮调节汽门滑环传递放大机构直接调节:调节汽门由调速器本身直接带动当外负荷变化，转子力矩平衡被打破后，感知转速变化的装置叫调速器（1）按调节阀动作时所需能量来源不同一、汽轮机的调节系统泄油口泄油口压力油错油门油动机调节汽门调速器间接调节的原理图间接调节：将调速器的能量进行放大后去开启调节汽门的系统。一、汽轮机的调节系统错油门（滑阀）油动机液压调节系统主要由机械部件和液压部件组成，依靠液力作为工作介质来传递信息。系统工作时是根据转速的变化来调节，又称液压调速系统。（三）汽轮机液压调节系统的基本组成转速感受机构传动放大机构执