汽轮机原理及运行ppt课件

汽轮机发电机组主要原理 汽轮机的作用 汽轮机是以蒸汽为工质将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式机械 主要用作发电原动机 也用来直接驱动各种泵 风机 压缩机和船舶螺旋桨等 汽轮机是一种透平机械 又称蒸汽透平 汽轮机是火力发电的动力机械 是汽轮机带动发电机发电 火力发电厂的基本原理 火力发电厂的基本原理 其表现了火力发电厂的基本原理 在以蒸汽为工质的火电厂中 饱和蒸汽继续在过热器中吸热变成过热蒸汽 定压吸热 过热蒸汽送入汽轮机做绝热膨胀做功 冲转汽轮机转动 热能转换成机械能 汽轮机带动发电机发电 机械能转换成电能 做功后的乏汽排入凝汽器中凝结成水 定压冷却 然后在利用给水泵将凝结水输送到锅炉里 绝热压缩 给水在锅炉的水冷壁 过热器中进行定压吸热后又送入汽轮机做功 这样就形成了汽 水基本循环 称之为朗肯循环 汽轮机设备组成 汽轮机设备组成 来自蒸汽发生器的蒸汽经主汽阀 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 作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 再由凝结水泵抽出送往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 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 必使凝汽器内压力升高 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 因而必须靠抽气器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 以减少冷源损失 提高汽轮机设备运行的经济性 为了保证满足用户的电力需求 汽轮机的功率和转速必须进行调节 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油系统 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 汽轮机的分类 按结构分 有单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按工作原理分 有蒸汽主要在各级喷嘴 或静叶 中膨胀的冲动式汽轮机 蒸汽在静叶和动叶中都膨胀的反动式汽轮机 以及蒸汽在喷嘴中膨胀后的动能在几列动叶上加以利用的速度级汽轮机 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 汽轮机分类 3 按主蒸汽压力分 汽轮机型号的表示方法 XX XX XX 变型设计次序 蒸汽参数 额定功率 型式 例 N300 16 7 538 538300MW凝汽式汽轮机 主蒸汽压力为16 7MPa 温度为538 C 再热蒸汽温度538 C 汽轮机型式代号见下表 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 汽轮机汽封 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 汽轮机调节保护系统 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 汽轮机调节保护系统 汽轮机调节保护系统 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 汽轮机调节保护系统 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 汽轮机调节保护系统 DEH系统原理 汽轮机调节保护系统 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 汽轮机启动的分类 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 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 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 汽轮机的启动主要步骤 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 汽轮机保护 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