发电厂汽机运行规程

目 录 第一篇 基础知识 第一章 工程热力学 模块1 热力学基本知识6 模块2 工 质 6 模块3 热力学第一、第二定律 8 模块4 热力循环 10 第二章 流体力学 模块1 流体动力学的几个基本概念 模块 2 水 泵 第三章 传热学基础 模块 1 热传递基本概念及定律13 模块 2 换热器 13 第四章 金属材料 模块1 金属热量传递方式16 模块 2 金属材料热应力 第五章 热工基础 模块 1 模块 1 热工知识 模块 2 常用表计 模块3 DCS操作系统自动调 模块4 DEH数字电液调节系统模块 第六章 识图 模块1 阀门及标识 36 模块2 DCS操作画面演示 模块3 DEH操作画面演示 第二篇 专业知识 第一章 汽轮机构造及工作原理 模块 1 汽轮机的分类及型号 模块2 汽轮机构造及工作原理 第二章 汽轮机调节保安系统 模块 1 调节系统 52 2 模块 2 保安系统 56 模块 3 油系统及供油设备 58 第三章 热力系统 热力系统简介 第四章 辅助设备 模块 1辅助设备分类及特点 模块2 除氧、回热加热设备 63 模块3 给水系统 模块4 泵与风机 67 模块 5 减温减压器 68 第五章 管道及其附件 模块 1 管道及其附件 69 第三篇 基本技能 第一章 汽机巡操职责 模块1 汽机巡操员职责 78 模块2 汽机巡操员基本技能要求 第二章 设备巡检制度 模块1 设备巡检及方法79 模块 2 巡检的主要项目 79 模块 3 电动机的运行监视 80 第三章 辅机的启停及事故处理 模块 1 除氧器 81 模块 2 给水泵 85 模块 3 循环水泵及冷却塔 90 模块 4 连排的作用、投入、停运及维护 90 模块 5 减温减压器 91 模块 6 热力网的启停操作及运行维护 93 模块 7 高压加热器 103 第四篇 专业技能 第一章 两票三制及岗位职责 模块1 两票三制 3 模块 2 职责及专业技能要求 第二章 汽轮机启动与停止 模块1 汽轮机启动 106 模块 2 汽轮机停机 第三章 汽轮机试验 模块1 汽轮机组静态试验 112 模块2 动态试验 112 模块3 定期维护和试验 113 第四章 汽轮机运行中的维护、检查 模块1 运行中的日常维护 113 模块2 主要参数的控制指标 115 第五章 汽轮机事故处理 模块1 事故处理的原则 117 模块2 故障停机项目及操作步骤 117 模块3 典型事故处理 118 第六章 汽轮机经济运行 模块 1 热电厂经济指标的分析及单元制机组运行120 模块 2 火电厂热力循环与热经济性124 模块 3 汽轮机经济小指标 128 4 第一篇 基础知识 第一章 工程热力学 模块 1 热力学基本知识 热力学基本概念 物质在通常情况下有三态固态、液态和汽态，一切物质都是由极小的微 粒组成的，这些微粒叫做分子。 （一）分子： 1、分子的质量很小，在很小的体积内，分子的数目却是很大的。如：直径 0.1mm 的一滴水含有 106个分子；标准状态下（0 ，1 个大气压）1cm3 的氧气 含有 2.71019个氧分子。 2、分子是运动的。 3、分子与分子之间存在一定的距离。 4、分子与分子之间有相互作用的分子力。分子力是分子间引力与斥力的结 合。 5、分子的运动与物质的温度有关。 （二）水：水以五种状态形式存在，分为未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干 饱和蒸汽、过热蒸汽。 1、未饱和水：在一定压力下，未达到饱和温度的水称为未饱和水。 2、饱和水：在一定压力下达到饱和温度，产生沸点状态下的水即为饱和水。 3、湿饱和蒸汽：在水没有完全气化之前，这时饱和水与饱和蒸汽共存，把 这种含有饱和水的蒸汽叫湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。 4、干饱和蒸汽：当水达到饱和温度后，如继续定压加热，则饱和水开始气 化，此时比容增大，而水温并不升高，保持饱和温度。继续加热，水不断气化 直至完全变为蒸汽，最后一滴水变为蒸汽的状态称干饱和蒸汽。 5 5、过热蒸汽：在一定压力下超过饱和温度，具有过热度的蒸汽叫过热蒸汽。 这里我们导入一些相关概念： 饱和温度：对水进行定压加热时，水自 0开始升高至沸腾，通常把水 沸腾的开始温度称饱和温度，即沸点。 饱和压力：饱和水状态时对应的蒸汽压力，称为饱和压力。 饱和蒸汽：蒸发的蒸汽称为饱和蒸汽。 干度：是指 1Kg湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的重量，用 x表示。如 x=90 表示：1Kg 干蒸汽中有 0.9Kg干蒸汽和 0.1Kg的水。饱和水 x=0；干饱和蒸汽 x=1。 湿度：1Kg 湿饱和蒸汽中饱和水的重量叫湿度。 液体热：在水加热到饱和水的阶段所加入的热量叫液体热。 汽化潜热：把 1Kg已经加热到饱和温度的水在定压下完全气化，所加入 的热量叫汽化潜热。用 r表示。 过热度：将干饱和蒸汽继续定压加热，蒸汽温度就要上升，而超过饱和 温度 ，其超过的温度叫过热度。 过热热：过热过程中吸收的热量叫过热热。 模块 2 工质 汽轮机利用具有一定压力和温度的蒸汽作功，把热能转变成机械能，这里， 蒸汽起了媒介作用。这种实现能量转换的媒介物质，我们就称其为工质。电能 生产是连续的，为了使热机不断的做功，就要求工质连续不断的流过。因此工 质应具有良好的流动性和膨胀性，水蒸气正好具有价廉、易得、热力性能稳定、 无毒、不腐蚀等这样的特性，所以发电厂中主要以水蒸汽作为工质。 一 工质的状态参数 1、工质的状态是由于工质的压力、温度、比热容等物理量来确定的，这些 表明工质状态特征的物理量，称为工质的状态参数。工质如有一组（最少 2个） 确定的状态参数，就表明工质处于一个确定的状态，若工质确定状态对应的状 态参数中有一个或几个发生了变化，则工质的状态就会发生变化。 工质的状态参数有压力、温度、比容、内能、焓、熵六个常用量，其中温 度、压力、比容这三个状态参数可以通过仪表直接测得，因而称为基本状态参 数，而内能、焓、熵则称为导出参数。 2、温度 温度是表明物体冷热程度的度量。温度的数值表示方法叫做温标，常用的 温标有两类，即摄氏温标和绝对温标（也称热力学温标） 。 摄氏温标 摄氏温标又称为国际百度温标，它规定标准大气压下（1.01325105Pa） 下水的冰点为 0，沸点为 100，其间划分一百等分，每一等分称为 1摄氏度。 摄氏温度用字母 t表示，单位为。 绝对温标 又称开氏温标，它以摄氏零下 273.15作为零度，用字母 T表示，单位为 K。即 273.15K=0。 两者的换算关系是：T=t273.15 6 3、压力 压力的定义 物体单位面积上所受到的垂直作用力称为压力，用 P表示。 即 P=F/S 式中 P压力（Pa） S面积（m2） F作用在面积 S上的垂直作用力（N） 压力的单位 1标准大气压=1.01325105Pa=760mmHg 绝对压力、表压力和真空值 容器内气体的真实压力称为绝对压力。此压力若高于大气压力，则气体 处于正压状态，须用压力计来测量气体的绝对压力；反之若容器内绝对压力低 于大气压力则称气体处于负压状态，测量时应用真空计。 表压力：用压力表测得的压力，称为表压力。表压力是气体的绝对压力 与大气压力的差值，也就是说表压力是以大气压力为起点测量的，而绝对压力 是以完全真空为起点测量的。 其间关系式为：P 绝=P 表B 真空值：真空计测得的数值称为真空，它表示大气压力超出绝对压力的 部分，真空值愈大，则绝对压力愈低。 其间关系式为：P 绝=BH 4、比容 单位质量的物体所占有的容积称为比容，用字母 表示，单位为 m3Kg。比容愈大，说明物体愈轻；比容愈大，表示物体愈重。 5、能 任何物体具有做功的能力，我们就说这个物体具有能。 动能：热能：位能：内能：物体的内能是指储存于物体内部的能 量。 5、焓 焓也是一个状态参数。 6、熵 熵是一个物理量，也是热力计算中常用的一个状态参数。 模块 3 热力学第一、第二定律 1、热力学第一定律实质上是能量守恒与转换定律在热力学上的一种特 定应用形式。热可以变为功，功可以变为热，一定量的热消失时，必产生一定 量的功；消耗一定量的功时，必出现与之对应的一定量的热。 2、热力学第二定律说明了能量传递和转化的方向、条件、程度。它有 两种叙述方法：（1）从能量传递角度来讲：热不可能自发地不付代价地从低温 物体传质高温物体。 （2）从能量转化角度来讲；不可能制造出从单一热源吸热， 使之全部转化成为功而不留下任何其它变化的热力发动机。 3、功、功率 机械功 就是力与位移的乘积热功 7 将气体膨胀对外所做的机械功称为热功 功率 单位时间内所做的功叫做功率 4、热量、 在加热和冷却过程中，物体吸收或放出的热能称为热量。用 Q表示， 模块 4热力循环 工质从某一状态点开始，经过一系列的状态变化，又回到原来这一状态点 的变化过程的综合。 卡诺循环 卡诺循环是由两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程组成。但由于： 卡诺循环只允许用在湿饱和蒸汽区，这就使冷、热源的可利用温差不大，上 限温度受临界温度（374.15）的限制，下限受大气温度限制，这样热效率 =1T2T1 不可能提高很多；整个热机都处于湿蒸汽状态下工作，运行条 件十分恶劣；绝热压缩过程是蒸汽比容比水大 12 千倍，需要的压气机体积 很大，消耗的功率也很大。故火电厂不采用卡诺循环。 朗肯循环 火力发电厂中蒸汽动力装置的基本热力循环设备是由蒸汽锅炉、汽轮机、 凝汽器和给水泵组成的。工质在热力设备中不断地进行吸热、膨胀、放热、压 缩等四个过程，使热能不断的转变为机械能，这就是火力发电厂的朗肯循环。 它是最简单的火力发电厂的理论循环，是组成蒸汽动力装置的基本循环。 其循环过程为：作为工质的凝结水用凝结水泵和给水泵将其从凝汽器打入 锅炉省煤器内，这个过程为工质的绝热压缩过程；水在省煤器内预热，然后进 入炉膛水冷壁内，被加热汽化成饱和蒸汽，再进入过热器内过热变成过热蒸汽， 这个过程是定压吸热过程；从锅炉出来的过热蒸汽导入汽轮机中，在其中膨胀 做功（汽轮机带动发电机转动发出电能） ，这个过程是绝热膨胀过程；在汽轮机 内作完功的乏汽，排入凝汽器内，在循环水的冷却下放出它的汽化潜热，定压 凝结成饱和水，这个过程是定压放热过程.凝汽器内的凝结水重又通过凝结水泵 和给水泵送入锅炉加热蒸发从而完成了循环。 中间再热循环 为了保证末几级蒸汽的湿度在允许范围内，就必须提高初压的同时提高初 温，但提高初温又受到金属材料强度的限制，为解决此问题采用中间再热循环。 就是将汽轮机高压缸内已经作了部分功的蒸汽，再引入锅炉中间再热器中 重新加热，使蒸汽温度提高至初温，再热后的蒸汽引向汽轮机低压缸继续做功。 由于再热，使得流经低压缸末几级的蒸汽湿度大为减少。 回热循环 在纯凝汽式汽轮机的热力循环（即朗肯循环）中，新蒸汽的热量在汽轮机 中转变为功的部分只占 30左右，而其余的 70左右的热量随乏汽进入凝汽器， 在凝结过程中被循环水带走了，可见乏汽在凝汽器内的热损失是很大的。用乏 汽直接及热锅炉给水，由于温度太低（不存在传热温度差）是不可能的。为了 使热力循环的效率提高，利用在汽轮机内做了一定量功后的蒸汽，即进入汽轮 机的蒸汽一部分按朗肯循环继续作功直至凝汽器；而另一部分则在汽轮机中间 抽出，用来加热由凝汽起来的凝结水或锅炉给水，提高给水温度。显然，这部 8 分抽气的热量重新回入锅炉，没有在凝汽器中被冷却水带走的热量损失，故这 部分蒸汽的循环效率可以等于 100。其余部分的蒸汽进入凝汽器，其热效率 为朗肯循环的热效率。整个热力循环便是上述两循环组成，其总的热效率必大 于同样参数下的纯凝汽式循环的效率。这种具有利用抽汽加热给水的热力循环 称为给水回热循环。 采用回热循环的效果： 显著的提高了循环的效率，使锅炉热负荷减低，此时汽耗率虽然增加了 （因每千克蒸汽所作的功较少） ，但热耗率却降低了,锅炉中换热量反而减少， 故换热面积需要的较少。 采用回热后，若凝汽量相同，则汽轮机前面几级（抽汽前）的蒸汽量增 加，若汽轮机进汽量相同，则是最后几级（抽气后）的流量减少。因蒸汽在汽 轮机中膨胀到终压时比容常增加几百甚至千余倍，要使第一级叶片不太短和最 后级叶片不太长，往往发生困难，而汽轮机的最大功率总是受限于末级的通流 能力。现在回热循环的效果正好有利于解决这一困难。因此，对于同样的末级 叶片通流能力，由于前面几级的蒸汽量可增大而使得单机功率可提高。 进入凝汽器的蒸汽流量减少了，凝汽器负荷减少，换热面积可以减少， 循环水泵容量也相应减小。 热电循环 即发电又供热的热力循环称为热电循环。相应的电厂称为热电厂，排汽压 力大于 100KPa的汽轮机称为背压机。 背压式汽轮机供热循环 排汽全部送至热用户，回收的凝结水仍然送回锅炉。以热定电，热电负荷 不能同时调整。 调整抽汽式汽轮机供热循环 调整抽汽式汽轮机供热的特点：供热和供电可以分别调节，能同时满足用 电和用热二者的需要。汽轮机供给热用户的抽气口至低压缸处有调节阀，当需 增大热负荷，而电负荷不变时，可增加进入汽轮机高压缸的蒸汽量，使送入热 用户的蒸汽量增加，高压缸输出功率亦相应增加；同时关小调节汽阀，使得低 压缸输出功率的减少正好等于高压缸输出功率的增加。反之，需在电负荷不变 的条件下减少热负荷，可减少进入高压缸的蒸汽量，用低压缸多输出的功率来 补偿高压缸少输出的功率。 第二章 流体力学 模块 1 流体动力学的几个基本概念 一、流体的主要物理性质 1、 密度：单位体积内所具有的质量称为密度。用 表示 =M/V 液体的密度（Kgm3） M液体的质量(Kg) V液体的体积(m3) 2、压缩性和膨胀性 压缩性：当温度保持不变时，流体所承受的压力增大时其体积缩小的性 质。 9 流体的压缩性十分微小，故常近似地称液体为不可压缩的流体；气体的压 缩性很明显，即压力增大时气体体积明显地缩小，故称气体为可压缩性流体。 膨胀性：当流体的压力保持不变时，流体体积随温度升高而增大的性质。 液体的膨胀性也很小，有时候可以不考虑它；气体的膨胀性是很大的。 3、稳定流与不稳定流 管道中任意总的流速是不随时间变化的，这种流动就是稳定流；流速随时 间变化而变化的流动则称为不稳定流。 4、流量和流速 单位时间内通过过流断面的液体体积（或重量） ，称为体积流量 Q（或重量 流量 G） 。体积流量的单位是 m3/s或 L/s；重量流量的单位是 N/s。 过流断面上各总流速的算术平均值叫平均流速，用 c表示。 5、层流、紊流和雷诺数 （1）层流和紊流 在同一个边界条件下，同一种液体的流动有两种截然不同的状态。一种状 态是整齐的层状流动，各层之间流体互不感染，液体质点的运动轨迹是直线或 是有规则的平滑曲线，这种运动状态称为层流运动，在流速较小、管径较小或 流体粘滞性较大的情况下才发生层流状态的运动；另一种状态是液体流动时液 体质点之间有强烈的互相混杂，各质点都呈现出杂乱无章的紊乱状态，运动轨 迹不规则，除了有沿流动方向的位移以外，还有垂直于流动方向的位移，这种 运动状态称为紊流运动。发电厂的汽、水、风、烟等各种管道系统中的流动， 绝大多数属于紊流运动。 （2）雷诺数 圆管中层流运动的特点 当圆管中液体为层流运动状态时，管轴处的液体流动速度最大，愈靠近管 壁处的流体其速度愈小。 、管道中紊流运动的特点 当圆管中液体为紊流运动状态时，靠近管壁附近的一薄层液体却呈现层流 状态，这一层液流称为层流边界层或层流底层。这是由于靠近管壁处液体的速 度梯度较大，粘滞力起着控制作用，即雷诺数较小。 二、水力损失和水头损失的分类 1、 沿程损失 当液体的流动边界形状及大小沿流程没有变化时，阻力主要来自整个流程 中的摩擦阻力，将这一摩擦阻力称为沿程阻力。单位重量液体在流动过程中用 于克服沿程阻力损失的能量称为沿程水头损失（简称沿程损失） ，用符号 Kg表 示。因为沿程阻力存在于整个流程中，沿程损失也发生在整个流程中，故损失 的大小与流程的长度成正比。 2、 局部损失 当管道形状或大小改变引起断面上流速的分布发生急剧地变化时，产生的 水力阻力称为局部阻力。单位重量液体在流动过程中用于克服局部阻力损失的 能量，称为局部水头损失（简称局部损失） ，用符号 hj表示。因为局部阻力存 在于流程的局部范围内，所以局部损失也是集中地发生在流程的局部范围内。 模块 2 水 泵 一、水泵的主要性能参数 10 水泵的主要性能参数有流量 Q、扬程 H、转速 n、功率 p、效率 ，比转速 ns及汽蚀余量 NPSH等。 1、流量 单位时间内水泵所输送出的液体数量称为水泵的流量。 。其数量是用体积表 示的，称为体积流量，用 Qv表示，单位为 m3/s；其数量用质量表示的，称为 质量流量，用 Qm表示，单位为 Kg/s。 2、 扬程 单位重量的液体通过水泵所获得的能量称为水泵的扬程。用 H表示，单位 为 Pa，习惯上也常用液柱高度 m表示。 3、转速 泵轴每分钟旋转的圈数称为转速，用 n表示，单位为 r/min. 水泵的转速越高，它所输送的流量与扬程也就越大。增高转速可以减少叶 轮级数，缩小叶轮直径，从而使水泵的尺寸大为缩小，重量大为减轻。目前较 为普遍采用的是高转速的给水泵，其转速已达 7500r/min左右。 4、功率 水泵的功率通常指输入功率，即由原动机传给水泵泵轴上的功率，一般称 之为轴功率，用 P表示，单位 KW。 轴功率不可能全部被利用来提高液体的能量，其中一部分功率消耗在各种 损失上，只有一部分功率被有效利用。被有效利用的功率称为有效功率，即泵 的输出功率，用 Pe表示。原动机的输出功率称为原动机功率，用 Pg表示，由 于考虑水泵运行时可能出现的超负荷情况，通常原动机功率选择的要比轴功率 大些，即 PgPPe。 5、效率 如前所述，水泵有各种损失，要消耗一定的能量，因此轴功率不可能全部 转变为有效功率。我国把有效功率 Pe与轴功率 P之比称为水泵的效率，用 表示。 可见，水泵的效率越高，在轴功率中被有效利用的功率就越多，损失的功 率就越小，水泵的经济性就越高。水泵的效率视其大小、型式、结构的不同而 异，离心式水泵的效率在 0.620.92 的范围内，轴流式水泵的效率在 0.740.89 之间。 二、水泵的分类及泵的特性 1、按其工作原理可分为 叶片式泵 离心泵 是利用叶轮旋转时产生的离心力来输送液体或提高液体的能量。就是在泵 内充满水的情况下，叶轮旋转时产生离心力，叶轮槽道中的水在离心力的作用 下甩向四周外围流进泵壳，于是叶轮中心压力降低，这个压力低于进水管内压 力，水就在这个压力差的作用下由吸水池流入叶轮。这样水泵就可以不断的吸 水不断地使水了。除了叶轮的作用外，螺旋型泵壳起的作用也是很重要的。从 叶轮获得能量的液体流出叶轮时具有较大动能，它在螺旋型泵壳中把动能大部 分变成压力能，并被泵平稳地引向压水管道。 离心泵的应用最为广泛，火力发电厂中大多数的水泵都是采用离心式水泵。 11 轴流泵 是利用叶片转动时产生的升力来输送或提高液体能量的。当叶轮旋转时， 液体轴向流入，在叶片叶道内获得能量后，再经导流器流出。轴流式水泵适用 于大流量、低扬程的场合，如电厂的循环水泵就可以轴流泵。 混流泵 是介于轴流泵和离心泵之间的一种叶片泵。液体从轴向进入叶轮入口，然 后经叶轮流道在介于轴向和径向之间的圆锥面方向流出叶轮。 。就其工作原理来 看。部分是利用叶型的升力，部分是利用离心力的作用。但它属于大流量、低 扬程水泵范畴。 容积式泵 往复式泵 是利用工作室面积周期性改变来输送液体并提高能量的。它又由活塞式 （柱塞式） 、隔膜泵两种。 活塞泵主要由活塞在缸体内作往复运动来吸入和排出液体，当活塞向外移 动时，工作室的容积逐渐增大，室内压力降低，液体顶开吸入阀进入充满活塞 让出的空间；当活塞向内移动时，工作室内的液体受挤压，将吸入阀关闭，并 打开压水阀压出。活塞不断往复运动，泵就不断的吸水和压水。此泵适用于小 流量，高扬程的场合。 回转泵 它有三种：齿轮泵、螺杆泵和滑片泵。它是利用齿轮或螺杆的相互啮合来 吸入和压出液体的回转式泵，它适用于小流量的电厂油系统中。 其它类型泵 真空泵 射流泵:高压的工作流体进入喷嘴后压力能变为速度能，在喷嘴后部吸入 室形成真空，从而不断的抽吸流体并与之混合，然后通过扩散管将速度能转换 成压力能，把流体输送出去。由于工作流体连续喷射、吸入室继续保持真空， 于是得以不断地抽吸和排出液体。 水击泵 2、离心泵的性能曲线及工作点 离心泵的性能曲线 离心泵的主要参数有流量、扬程、转速、功率和效率，这些工作参数之间 存在一定的联系和内部规律。通常在转速固定不变的情况下，将离心泵的扬程、 轴功率、效率及必须汽蚀余量随流量的变化关系用曲线来表示，这些曲线称为 离心泵的性能曲线。 离心泵的性能曲线有：流量扬程关系曲线（Q-H） 、流量轴功率关系曲 线（Q-P） 、流量效率关系曲线（Q-）及流量必需汽蚀余量关系曲线（Q- hr）等。其中最重要的是 Q-H曲线，其它曲线都是在它的基础上绘制的。 分析水泵的性能曲线可知： 当流量等于零时，扬程不等于零，在这种情况下离心泵中液体在叶轮旋 转下仍然提高了压力能，此时的扬程称为关死点扬程。在流量为零时，轴功率 不等于零，这部分功率是离心泵的空载功率，它消耗在泵的各种损失上。由于 阀门关闭流量为零，所以泵的效率等于零。 Q- 曲线上有一最高点 max，泵在此工况下运行经济性最高。所以选 择水泵时，应考虑将来它们能经常运行在最高效率点及其附近区域。一般规定 12 工况点的效率应不小于最高效率的 0.850.90。据此得出的工作范围，称为经 济工作区域或最高效率区。 水泵的 Q-H性能曲线形状有三种： a.平坦形状：即流量变化较大时，扬程变化较小，适用于流量变化大而要 求扬程变化小的情况，如电厂的锅炉给水泵。 b.陡降的性能曲线：流量变化不大时扬程变化较大，适用于扬程变化大而 流量变化小的情况，如电厂的循环水泵。 c.具有驼峰状的性能曲线：在上升段工作是不稳定的，所以我们不希望性 能曲线出现上升段，或者虽出现但上升段区域越窄越好。 管路性能曲线 水泵的性能曲线反映了泵本身的性能，曲线上每个点都对应一个工况。当 把泵安装在管路系统中时，泵的工作点则是由泵和管路系统的特性共同决定的。 对一定的管路系统来说，通过的流量越多，需要外界提供的能量越大。管 路特性曲线的形状取决于管路布置、流体性质和流体阻力等。管路系统的特性 系数 B，对于给定的管路系统，它是一个常数，当管路中阀门开度 变化后，管 路系统的特性系数 B发生变化，管路性能曲线的形状也会随之而变。例如关小 阀门，B 值增大，管路性能曲线将变陡。 泵的工作点: 离心泵的性能曲线和管路性能曲线的交汇点,称为泵的工 作点。 3、泵的串并联联工作特点 串联管路的工作特点：串联管路各管段的流量相等；总的阻力损失为简单 管段的阻力损失之和。如果管路系统是由不同直径的管道串联而成，其总的性 能曲线是由组成串联管系的各简单管段的性能曲线组合而成。 并联管段的工作特点：并联各管段阻力损失相等；总的流量为各管段流量 之和。如果管路系统是由简单管段并联而成，管路系统中的性能曲线则由并连 的管段性能共同决定。 4、离心泵的汽蚀及汽蚀余量 水泵在运行中发生汽蚀后，轻者，流量和扬程下降，严重时，泵不能维持 正常工作。经常受到汽蚀作用的叶轮将很快损坏。因此，了解汽蚀现象及其危 害性，掌握防止汽蚀发生的措施，非常重要。 汽蚀现象及对泵的影响 水泵在运行时，当泵内某一区域的压力减小到水温所对应的饱和压力以下 时，水将发生汽化，产生气泡。随着水流的运动，低压区的这些气泡被带到高 压区时，又会突然凝聚，气泡破裂，体积急剧收缩，四周的高压水高速填补原 来气泡所占据的空间，形成了局部水力冲击，压力可达数百兆帕，且频率也很 高，可达每秒数千次。如果气泡溃灭发生在金属附近，则形成了对金属材料的 打击。这种不断地反复的冲击如果持续下去，叶轮的表面将很快产生蜂窝形状 的点蚀，然后逐渐扩大，使叶轮受到严重的损伤而破坏。泵内反复地出现液体 气化和凝聚的过程而引起金属表面受到破坏的现象称为汽蚀现象。在离心泵的 叶轮入口处是低压区，是最容易发生液体汽化的位置，而高压区又在叶片出口 处，因此受到汽蚀破坏的部位常常是叶轮（或叶片）出口处。 泵内发生汽蚀时，由于气泡的破裂和高速冲击，会引起严重的噪声和振动， 而泵组的振动又会促使空泡的发生和溃灭，两者的相互作用有可能引起汽蚀共 13 振。 泵在汽蚀工况下运行，空泡破灭时产生的高压力，频繁的打击在过流部件 上，使材料受到疲劳，产生机械剥蚀。同时，在液体汽化过程中溶解于液体中 的空气被析出，而空气中的氧气借助汽蚀过程所产生的热量，对材料产生腐蚀。 所以汽蚀发生时，石油机械剥蚀和化学腐蚀的共同作用，使材料受到损害的。 泵内汽蚀严重时，产生的大量气泡会堵塞流道的面积，减少流体从叶片中 获得的能量，导致扬程下降，效率降低，甚至会使水泵的出水中断。 汽蚀余量 泵的汽蚀余量分为有效汽蚀余量和必需汽蚀余量。 有效汽蚀余量 有效汽蚀余量亦称装置汽蚀余量，它表示液体由吸入液面流至泵吸入口处， 单位重量具有的超过饱和蒸汽压力的富余能量用ha 表示，或以符号NPSH s表示。 影响有效汽蚀余量的因素有吸入液面的表面压力，被吸液体的密度，泵的 几何安装高度，还有管路的阻力损失等。总之，有效汽蚀余量由泵吸入侧管路 系统决定，与泵本身无关，在给定的吸入条件下，有效汽蚀余量是可以计算得 到的。 有效汽蚀余量越大，说明泵吸入口处单位重量液体所具有的超过饱和蒸汽 压力的富余能量越大，这样出现汽蚀的可能性不会太大。 必需汽蚀余量 有效汽蚀余量的大小并不能说明泵是否产生气泡，发生汽蚀。因为有效汽 蚀余量仅指液体从吸入液面流至泵吸入口处所具有的超过饱和蒸汽压力的富余 能量，但泵吸入口处的液体压力并不是泵内压力最低处的液体压力。液体从泵 吸入口流至叶轮进口的过程中，能量没有增加，它的压力还要继续降低。这一 方面是由于过流断面的逐渐收缩，流速增大而造成；另一方面由于泵吸入口到 叶片入口处的流动阻力也会造成液体压力的进一步降低。所以我们把单位重量 的液体从泵吸入口流至叶片进口压力最低处的压力降，称为必需汽蚀余量，用 hr 表示 第三章 传热学基础 模块 1 热传递基本概念及定律 一、基本概念及传递方式 1、火电厂中的热传递现象 在生产实践和日常生活中有大量的热传递现象。如果将一根金属棒的一端 伸入火炉中，棒的另一端很快会变热而不能手握；夏房间里打开电风扇会感到 凉爽；自然界中，热量总是自发地从高温物体传向低温物体，或由物体的高温 部分传向低温部分。只要有温度差存在就会有热量的传递。 2热量传递的三种方式 热量传递有三种方式：导热、对流、辐射。 导热 两个相互接触的物体或同一物体的各部分之间由于温度不同引起的热传递 14 现象，称为导热。这种传热的特点是物体各部分之间不发生相对位移，依靠分 子、原子及自由电子等贫贱不能微观粒子的热运动进行能量传递。 对流 对流是指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混引起的热量传 递方式。对流仅能发生在流体中，它是流体的流动和导热联合作用的结果，单 纯的对流方式并不重要，工程上应用最多的热量传递方式是对流换热。流体流 过与之温度不同的固体壁面时，与壁面之间发生的热量传递过程，称为对流换 热。 热辐射 物体通过电磁波来传递能量的方式称辐射。物体会因各种原因发出辐射能， 其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。物体的温度越高，辐射能力 越强，同一温度下不同物体的辐射能力也不一样。自然界中各个物体只要温度 高于绝对零度，它都不停地向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他物体发 出的热辐射。辐射与吸收过程的综合结果就形成了以辐射方式进行物体间的热 量传递-辐射换热。 热辐射与导热、对流这两种热量传递方式的区别：热辐射可以在真空中传 播，而导热和对流都 必须在物质存在的条件下才能实现。 电厂换热设备常用的热量传递方式： 过热器： 高温烟气(对流换热和辐射换热)外壁(导热)内壁(对流换热)过热蒸汽； 管式空气预热器 烟气(辐射换热)内壁(导热)外壁(对流换热)空气； 凝汽器 水蒸汽(有相变的对流换热)外壁(导热)内壁(对流换热)循环水； 从以下可知许多热量传递过程都是由三种基本传热方式互相串联起来的， 因此只要将三种基本的传热方式掌握了，就可以基本解决一些实际问题了。 3、学习传热学的目的与任务 火力发电厂的电能生产与热量的传递过程有密切的关系，电厂中的许多设 备都是使热量从一种流体传递给另一种流体的装置，一般这种装置称换热器。 例如：过热器、空预器、除氧器、凝汽器、高低压加热器等，为保证电厂的热 效率，提高经济性，研究传热学这一门学科很有必要的。 二、导热、热辐射及对流 1、导热的基本定律 定律：单位时间内通过单位面积所传递的热量(热流密度)正比于垂直于截 面方向的温度梯度，即：Q/A=q=gradt；式中：Q 为热流量；A 为面积；q 为热流密度； 为热导率；这就是导热基本定律，又称傅里叶定律。 2、热辐射的基本概念及基本定律 热辐射是热量传递的三种方式之一。热辐射是物体具有一定温度时固有的 15 属性，物体之间可以依靠热辐射进行辐射换热。例如：人类赖以生存的地球就 不断接受太阳辐射能；电厂锅炉内燃料燃烧放出的热量主要以热辐射方式传递 给水冷壁。 3、热辐射的本质和特点 （1）辐射换热不需要存在任何形式的中间介质，既使在真空中热辐射也可 以进行； （2）物体在辐射换热过程中，不仅有能量的交换，而且还有能量形式的转 化，即热能转变为电磁能后再转变为热能； （3）辐射换热量于换热物体的温度的四次方成正比，因此辐射换热受温度 的影响很大； （4）热辐射是一切物体的固有属性，只要温度高于绝对零度，物体就一定 向外发出辐射能量，当物体温度不同的两个物体在一起时，高温物体辐射的能 量大于低温物体的能量，最终结果是高温物体向低温物体传递了能量。即使两 个物体温度相同，辐射换热仍在不断的进行，只是每一物体辐射出去的能量等 于其吸收的能量，即处于热动平衡状态，辐射换热量为零。 4、对流换热概论 1、对流换热分类对流换热过程同时涉及到流动的流体和固体壁面，因而流 体的种类、状态、壁面的几何形状、粗糙度等因素都会影响对流换热的强弱程 度。 1 对流可分为无相变的和有相变的对流换热； 2 无相变的对流换热可根据流动起因分为强迫对流换热和自然对流换 热； 3 有相变的对流换热主要分凝结与沸腾两种换热。 模块 2 换热器 1、换热器的分类 用来使热量从热流体传递到冷流体以满足规定的工艺要求的装置统称换热 器。换热器通常分为回热式、混合式和间壁式三大类。 回转式换热器 回转式换热器多用于气体介质之间的换热，一般以金属或砖类作成流道， 热流体和冷流体交替地流过同一个流道，并尽量避免相互混合。特点：热量的 传递是通壁面周期的加热和冷却来实现的。在连续的运行中，虽吸、放的热量 相等，但热传递过程却是非稳态的。石河子天富南热电厂的 DGJ500/13.8-II4 型锅炉的空气预热器就是采用了回转式空预器。 混合式换热器 在混合式换热器中，进入的冷、热两种流体完全混合。这类换热器的热量 交换是依靠热流体和冷流体直接接触和互相混合来实现的，在热量传递的同时 16 伴随质量的交换和混合。优点：传热速度快，热效率高，设备简单。缺点：两 种流体混合，应用上受到一定限制。一般电厂的除氧器、冷却塔、喷水减温器 等都采用混合式换热。 间壁式换热器(也称表面式换热器) 间壁式换热器应用较广。特点：冷热流体被壁面隔开，换热过程中两种流 体互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。 分类：间壁式换热器按不同的分类方法可分为不同的型式。(1)从结构上分， 可分为套管式和管壳式和螺旋板式。(2)按冷热流体的流动方向分平行流动和交 叉流动两种，亦可分为顺流、逆流、交叉流、混合流等。 第四章 金属材料 汽轮机在启动、停机或增减负荷过程中，各部件的金属温度都将发生变化。 由于汽轮机部件结构和所处的条件不同，蒸汽对各部件的传热性也不一样，因 此汽轮机各部件沿厚度方向或不同部件之间将产生温差、热变形和热应力。当 热变形和热应力超出允许范围时，将使这些部件产生永久变形或造成更严重的 损坏。 模块 1 金属热量传递方式 一、金属传递方式 1、热传导：直接接触物体各部分的热量传递现象叫热传导。 2、热对流；在流体内，冷热流体之间的热量主要是因为流体的运动，使一 部分流体的热量随着流体的运动而传递到另一部分流体去，这种热量传递现象 叫做热对流。 3、热辐射：它不同于导热和对流，不需要物体间的直接接触，不管物体相 隔多远，都能发生热量传递。这种依靠电磁波束来传递热量的现象叫做热辐射。 二、汽轮机启停和变工况时传热现象 蒸汽在汽轮机内膨胀作功， ，是将热能转变成机械能，同时又将热能（一部 分）以对流的方式传给汽轮机汽缸、转子等金属部件的表面。 热量在汽缸内的导热方式从内壁传到外壁，最后经保温层散到大气。热量 在转子内以导热方式从转子表面传到中心孔，通过中心孔散给周围空间。由于 热量在金属内导热需要一定的时间，因而在汽缸内、外壁间以及转子表面和中 心孔间形成温差。 汽轮机在蒸汽参数不随时间变化的稳定工况下运行时汽缸、转子等金属部 件内的温度分布是不随时间变化的。对于汽缸来说，蒸汽以对流方式传递给汽 缸内壁的热量，就等于从内壁传导到外壁的热量，也即等于最终从保温层扩散 到大气中的热量。这种热量传递方式是稳定的，因而称为稳态传热过程。同样， 对于汽轮机转子，在汽轮机蒸汽工况稳定的条件下，其温度分布也是不随时间 而变的。 在汽轮机启停和工况变化时，由于掠过汽缸、转子等金属部件的蒸汽温度 变化，汽缸和转子表面的温度首先发生变化，随后整个金属部件的温度分布将 17 发生变化。在汽轮机启动和加负荷过程中，由于蒸汽比金属部件温度高，蒸汽 将热量传给金属部件，使其温度升高，而在停机和减负荷过程中，蒸汽温度低 于金属部件温度，使其冷却、温度下降。 一般情况下，汽轮机内的传热过程主要有两种：一种是蒸汽与金属表面之 间的传递热量，称之为换热；另一种是热量在金属部件内的传递，称为导热， 整个传热过程称之为热传导。 换热过程的剧烈程度取决于换热系数的大小，而导热过程的快慢主要取决 于金属材料的热导率。换热系数越大，热导率越小，在金属部件内形成的温差 就越大。 蒸汽与金属部件之间的换热方式主要为对流换热，其中还涉及到有物态变 化时的对流换热，特别是凝结换热。 1、凝结换热 一般来说，当蒸气与温度低于蒸汽压力对应的饱和温度的金属表面接触时， 在金属表面容易发生的凝结换热的想象，蒸汽放出汽化潜热，凝结成液体。 汽轮机冷态启动时，汽缸、转子等金属部件的温度很低，蒸汽容易在金属 表面形成水膜，这层水膜把蒸汽与金属表面分开，蒸汽凝结时放出的热量主要 通过水膜才能传给金属表面，这种凝结方式称为膜状凝结。如果蒸汽凝结时， 在金属表面形不成水膜，则这种凝结方式为珠状凝结（汽轮机转子以一定转速 旋转，由于离心力的作用，形不成水膜） 。珠状凝结的放热系数比膜状凝结的放 热系数约大 1520 倍。 2、对流换热 当汽轮机部件金属表面温度达到对应蒸汽压力下的饱和温度时，蒸汽对金 属表面的放热总是以对流方式进行的。蒸汽的对流放热系数比凝结放热系数下 的多。 在汽轮机启动或变工况过程中，蒸汽对汽缸和转子等部件的对流换热系数 不是一个常数，它随蒸汽的流动状态以及蒸汽的温度、压力、流速的变化而变 化。一般来说，随着汽轮机负荷的增加，蒸汽压力的提高，换热系数是不断增 加的。在汽轮机轴封处，由于蒸汽的流速高，蒸汽的放热系数也大，启动时这 些部分就会发生强烈的热交换，使部件产生较大的温差。 三、金属部件的温度分布 对于现代大型汽轮机，容易产生较大温差和热应力的部件是汽轮机汽缸和 转子。因为这些部件较厚，同时还要承受较大的温度变化，因而汽缸和转子内 部容易形成较大的温差，这些部位常称为临界点和危险点。 在汽轮机启停和变工况时，只要监视这些部位（高压缸调节级和中压缸第 一级的温度）的温差不超过最大允许值，其它部位的温差就不会超限。对于机 组因无温度监视设计的，在启停和变工况时，应监视轴向位移指示仪和汽缸膨 胀指示仪的变化，使其符合膨胀要求。 一般说，汽缸转子内外壁温差大小取决于以下几个因素： 1、汽缸或转子的几何尺寸 2、材料的热导率 3、蒸汽温度变化速率和温度变化范围以及蒸汽与金属表面的换热系数 4、对于确定形式的汽轮机，由于几何尺寸及材质已确定，金属部件温差的 大小仅取决于运行条件。若蒸汽温度变化剧烈、范围越大，则产生的温差也越 大。 18 假定在初始点金属部件温度分布均匀一致。且与蒸汽初始温度相同，在整 个温升阶段速率均匀，在起始阶段，蒸汽与转子表面直接接触，使其温度随蒸 汽温度迅速上升。由于热量在转子内部传导需要一定时间，转子中心孔的温度 总要滞后一段时间后才开始上升，因而转子表面和中心空间就形成了温差。该 温差随整个温升过程持续增大，在经过一定的时刻后，该温差达到最大，此后 虽然金属温度随蒸汽温度的升高而升高，但内外壁面温差保持最大且不变化， 通常称该温差达到最大值的时刻为准稳态点。 对于一般的汽轮机转子，当蒸汽温升率不变时，进入准稳态点的时间大约 为 80100min。但对于汽轮机的实际启动工况，由于蒸汽温度变化率不会是常 数。因此往往不会达到准稳态工况。当汽轮机启动结束后，转子内外壁温差逐 渐减小，经过一段时间后，如不考虑转子本身散热的影响，内外壁温度相等， 且接近蒸汽温度，此时汽轮机进入稳定运行工况。 汽轮机的合理启动就是合理的加热方式，在启动过程中，使机组各部件的 热应力、热变形、汽缸和转子的胀差以及转动部分的振动均维持在允许范围内， 尽快的把机组的金属温度加热到额定负荷下的工作温度。 保持机组在某一转速或负荷下稳定运行一段时间称为暖机，暖机的主要目 的是： 减少汽轮机转子和汽缸内外壁温差 使转子、汽缸加热均匀充分，减小汽轮机胀差 使汽轮机转子加热均匀并保证整体温度水平在转子材料的脆性转变温度 以上，从而防止转子脆性断裂。 模块 2 金属材料热应力 一、热应力基本概念 由于温度的变化而引起物体的变形称之为热变形。如果物体的热变形受到 约束，则在物体内部就会产生应力，这种应力称之为热应力。 1、汽轮机冷态启动时的热应力 冷态启动对汽缸和转子等金属部件来说是个加热过程，随着冲转并网 带负荷，金属部件温度不断升高。 对汽缸来说，随着蒸汽温度的升高，汽缸内壁温度升高，内壁温度大于外 壁温度，内壁由于受外壁的制约产生压应力而外壁受内壁膨胀影响产生拉应力。 对转子来说，外表面首先被加热，使得外表面与中心孔而形成温差，外表 面产生压应力，中心孔表面产生拉应力。 2、停机时的热应力 停机实际上是汽轮机零部件冷却过程，随着蒸汽温度的下降和热量的减少， 汽缸内壁和转子外表面首先被冷却，而汽缸外壁和转子中心孔冷却滞后，致使 汽缸内壁温度小于外壁温度，转子表面温度小于中心孔温度。与启动相反，汽 缸内壁和转子表面产生拉应力；汽缸外壁和转子中心孔产生压应力。 在停机过程中可以在汽轮机尚有一定负荷时打闸停机，随后汽轮机金属部 件经历自然冷却，故停机过程金属部件温度下降的速度及幅度比启动时小得多， 其产生的热应力也小得多。 3、汽轮机热态启动时的热应力 19 汽轮机热态启动时，进入调节级气阀处蒸汽温度可能低于该处金属温度， 使其金属部件先冷却，转子表面和汽缸内壁产生拉应力，随着转速升高及并网 带负荷，该处蒸汽温度迅速升高，并高出金属温度，转子表面及汽缸内壁产生 压应力，这样整个启动过程要经历一个拉压应力循环，所以极易造成热冲击。 4、负荷变化时的热应力 汽轮机负荷在 35100范围变动时，调节级后温度变化可达 100，因 此负荷变动，转子和汽缸上将产生温差和热应力。负荷下降，蒸汽温度低于金 属温度，转子和汽缸内壁产生拉应力；负荷上升，蒸汽温度高于金属温度，转 子表面和汽缸内壁产生压应力。这样经历一个拉压应力循环，也易造成热冲击。 二、热冲击 所谓热冲击，使之蒸汽与汽缸、转子等金属部件间在短时间内进行大量的 热交换，金属部件内温差迅速增大，热应力增大，甚至超过材料的屈服极限， 严重时，一次大的热冲击就能造成部件的损坏。汽轮机部件受到热冲击时产生 的热应力，取决于蒸汽和部件表面的温差、蒸汽的放热系数。造成热冲击的主 要原因有： 1、启动时蒸汽温度与金属温度不匹配 2、及热态启动 3、甩负荷 三、热膨胀 1、汽轮机的绝对膨胀 汽机从启动到带额定负荷运行，汽轮机轴向、垂直和水平等各个方向尺寸 都有显著增大，汽轮机启停和变工况，汽缸的膨胀、收缩是否自由，直接决定 机组能否正常运行。 汽轮机的横销只允许轴承座和汽缸作横向膨胀，纵销只许其纵向膨胀，其 横销和纵销延长线的交点，既不能纵向移动，也不能横向移动，称为汽缸的死 点。另外，在汽缸和轴承座间有立销，它只允许汽缸在铅垂方向膨胀，使汽缸 中心与轴承座中心在同一纵剖面上，以保证汽缸与转子中心一致。汽轮机转子 则以推力盘为死点，沿轴向前后膨胀。 2、汽轮机的相对膨胀 汽轮机的转子和气缸