汽轮机——郭雷

汽轮机 郭雷 盘锦乙烯实习心得 一 汽轮机基本结构及分类 A汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分 它由转子和静子组成 辅助部分有主汽阀 调速阀 润滑油系统和复水系统等组成 B转子包括叶轮 主轴 联轴节及紧固件等旋转部件 C静子包括汽缸 喷嘴室 隔板 隔板套 汽封 轴承 轴承座 轴承座座架 底盘 滑销系统及有关紧固零件等 a 抽汽 注汽 凝汽式汽轮机中压蒸汽首先经过用法兰螺栓联接在工业汽轮机缸体上的主汽阀 流入工业汽轮机的调节阀蒸汽室 经高压调节阀后进入汽轮机高压段膨胀作功 经高压段作功后的蒸汽分两路 一路流入抽汽管线 另一路通过抽气调节阀进入低压段继续膨胀作功 之后由排汽管排入凝汽器 在汽轮机的最后 级前注入部分工艺系统富裕的低压蒸汽 在后面 级内膨胀作功 最后也排入凝汽器 注入蒸汽管线上有专门的注汽主汽阀及注汽调节阀 b 凝汽式汽轮机中压蒸汽首先经过用法兰螺栓联接在工业汽轮机缸体上的主汽阀 流入工业汽轮机缸体上部的调节阀室 并由五个调节阀门控制进入汽轮机的蒸汽量 蒸汽首先流过第一级 单列调节级 然后依次流过后面各级 逐级膨胀作功后由排汽缸排入凝汽器 c 背压式汽轮机中压蒸汽首先经过汽轮机前端两侧两个用法兰螺栓联接在缸体上的主汽阀 流入汽轮机的调节阀蒸汽室 再通过调节阀控制进入汽轮机作功 蒸汽先流经单列冲动式调节级 然后依次通过后面各反动式非调节级 最后以1 1Mpa的压力排出机外 2 轴承 滑动轴承工作原理 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 机组轴承组合 金斯伯雷金属的熔点为140 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 32号或46号透平润滑油 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 3 密封 密封在汽轮机中的作用a 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b 低压汽封 防止空气漏入低压汽缸破坏真空c 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d 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 密封的形式 A 迷宫密封 一般带隔离气 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 怎样提高迷宫密封效果 a 必须增加密封齿数 当然 不是密封齿数越多越好 b 密封齿和轴的间隙应当尽可能减小 一般最小半径间隙S和直径D的关系为S 0 2 0 3 0 6 D 1000mm c 提高节流效果 相邻齿间的容积和间隙值相比要足够大 这就要求间隙值s和齿距 以及顶高H要选择恰当 一般 S 9 35 B 干气密封 螺旋槽气体密封的工作原理 流体静力和流体动力的平衡 在介质压力存在时 作用于密封上的力是流体静力 并在动环静止与旋转时都存在 流体动力只有在转动时才能形成 动环上的螺旋槽起着重要作用 它靠旋转得到一个收敛的密封间隙 沟槽是一系列凹入动环的螺旋槽 深度为0 025 0 01mm 螺旋槽设计成顺时针旋转方向 当气体进入沟槽即被引向中心 在被压缩的同时 遇到密封堰的阻拦 因压力增大而推开挠性定位的静环即形成气体间隙 在没有通气的情况下 绝对不允许转动转子 还有密封面怕水 干气密封结构示意图 密封投用顺序 先投隔离气 再投一二级 3 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 4 转子 A 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B 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 反应气压缩机第一临界3500 4500转 分 主轴 叶片 汽缸 汽封 隔板 转子 静子 叶轮 二 调速安保系统 蒸汽流量变化 负荷变化 汽轮机 转速变化 压力变换器 二次油压 油动机 调速阀动作 测速器 1 速度变动率和迟缓率 速度变动率 单机运行从空负荷到额定负荷 汽轮机的转速从nmax降低至nmin 该转速变化值与额定转速的之比速度变动率是衡量调节系统品质的一个重要指标 它反应了汽轮机由于负荷变化所引起转速变化的大小 速度变动率越大 反映在静态特性上越陡 反之静态特性曲线越平 迟缓率 同一负荷下 可能的最大转速变动 n与额定转速之比 迟缓率对汽轮机的正常运行是十分不利的 因为它延长了汽轮机从负荷发生变化到调节阀开始动作的时间 造成汽轮机不能及时适应外界负荷的变化 如果迟缓率过大 在汽轮机突然甩负荷后 将使转速上升过高以致引起超速保护装置动作 对孤立运行的机组 将产生较大的负荷摆动 对并列运行机组 将会产生较大的负荷漂移 迟缓率是反映调节系统品质的又一重要指标 小结 速度变动率速度变动率越大 系统的动态稳定性越好 反之稳定性越差 迟缓率迟缓率越小 调节系统的反映越快 当有外界扰动后 系统就能很快的稳定下来 即稳定性越好 反之稳定性越差 三 汽轮机常见故障 共八个 A 水冲击B 叶片损坏C 主轴弯曲D 轴瓦烧毁和损坏E 油系统失火F 汽轮机超速G 真空下降 A 水冲击 定义 水或冷蒸汽进入汽轮机 可能造成设备严重损坏 水冲击将造成叶片的损伤 动静部分碰磨 汽缸裂纹或产生永久变形 推力轴承损坏等 冷蒸汽 气体在高于饱和蒸汽压 液体在低于沸点时 就叫做过冷蒸气过冷液体 注意 排气温度跟进气温度都要有过热50 的余量 汽轮机发生水冲击原因 1 蒸汽压力和温度不稳定 2 汽轮机在启动时暖管疏水不充分 3 给水品质不良 使汽水沸腾 4 锅炉满水 水冲击现象 1 进汽温度急剧下降 2 从主蒸汽管道法兰主汽门门杆 汽缸结合面 轴封处冒气管冒出白出色蒸汽或凝出水点 3 清楚地听到汽轮机内部发出水冲击声 4 推力轴瓦温度显著增高 震动逐渐增大 轴向位移油压降低 5 汽轮机内部发出金属噪音和水冲击声 6 汽轮机空转运行转速降低 并列运行负荷降低 处理 1 按规程紧急停机 破坏真空 2 开启所有疏水阀门 细听机器内部声音 3 记录转子惰走时间及真空变化 4 注意检查推力轴承温度轴向位移工作情况 油压和润滑油温 5 在惰走时间内未听到异音和摩擦情况 同时惰走时间推力瓦温度正常 可以继续启动 但应加大疏水 在启动过程中 机器内部发出不正常声音时应立即停止检查 6 若正常可以升负荷 但应随时监视机器运行情况 如轴向位移 推力瓦 车室膨胀 振动等 B 叶轮损伤 a 叶片本身的原因b 运行方面的原因 a叶片本身的原因 1振动特性不合格 由于叶片频率不合格 运行时产生共振而损坏者 在汽轮机叶片事故中为数不少 如果扰动力很大 甚至运行几个小时后即能发生事故 这个时间的长短 还和振动特性 材料性能以及叶片结构 制造加工质量等有关 2设计不当 叶片设计应力过高或栅结构不合理 以及振动强调特性不合格等 均会导致叶片损坏 个别机组叶片甚薄 若铆钉应力较大 则铆装围带时容易产生裂纹 叶片铆头和围带汤裂事故发生的情况也不在少数 3材质不良或错用材料 材料机械性能差 金属组织有缺陷或有夹渣 裂纹等 叶片经过长期运行后材料疲劳性能及衰减性能变差 或因腐蚀冲刷机械性能降低 这些都导致叶片损坏 4加工工艺不良 加工工艺不严格 例如表面粗糙度不好 留有加工刀痕 扭转叶片的接刀处不当 围带铆钉孔或拉金孔处无倒角或倒角不够或尺寸不准确等 能引起应力集中 从而导致叶片损坏 有时低压级叶片为了防止水蚀而采用防护措施 当此措施的工艺不良时能使叶片损坏 国内由于焊接拉金或围带安装工艺不良引起的叶片事故较多 应引起重视 b运行方面的原因 1偏离额定频率运行 运行时落入临界转速区 2过负荷运行 一般机组过负荷运行时各级叶片应力增大 特别是最后几级叶片 叶片应力随蒸汽流量的增大而成正比增大外 还随该几级焓隆的增加而增大 因此机组过荷运行时 应进行详细的热力和强度核算 3汽温过低 新蒸汽温度降低时 带来两种危害 一是最后几级叶片处湿度过大 叶片受冲蚀 截而减小 应力集中 从而引起叶片的损坏 二是当汽温降低而出力不降低时 流量热必增加 从而引起叶片的过负荷 这同何况能引起叶片损坏 4蒸汽品质不良 蒸汽品质不良会使叶片结垢 造成叶片损坏 叶片结垢使通道减小 造成级焓降增加 叶片应力增大 另外结垢也容易引起叶片腐蚀 使强度降低 5真空过高或过低 真空过高时 可能使末级叶片过负荷和湿度增大 加速叶片的水蚀 容易引起叶片的损坏 另外 真空过低仍维持最大出力不变时 也可能使最后几级过负荷而引起叶片损坏 6水冲击 运行时汽轮机进水的可能性很多 特别是近代大容量再热机组 由于汽水系统相应复杂 汽轮机进水的可能性更有所增加 蒸汽与水一起进入汽轮机 产生水击和汽缸等部件不规则冷却和变形 造成动静部件碰磨 使叶片受到严重损坏 7机组振动过大 起动 停机与增减负荷时操作不当 如改变速度太快 胀差过大等 使动静部分发生摩擦 导致叶片损坏 8停机后主汽阀关闭不严而未开启疏水阀 有可能使蒸汽漏入机内 引起叶片腐蚀等 C 主轴弯曲 主轴弯曲的现象 1 机组发生异常振动 轴承箱晃动 轴封冒火花或形成火环2 胀差发生变化3 过临界转速时 振动明显增大4 惰走时间明显缩短 甚至发生急刹车现象5 晃动度超限 盘车电流摆动 连续盘车4小时不能消除 严重时盘车投不上 原因 1 上下缸温差超限 疏水不畅 汽缸进水 下缸保温不良等 2 机组发生振动时未按规程规定紧急故障停机3 汽缸进冷水冷汽或主再热汽温突变4 汽封系统故障5 停机或静止状态不按规定盘车 处理 1 按照规程规定紧急故障停机2 未查明原因并消除 不得再次启动 D 汽轮机超速 俗称飞车 调速系统故障1 调速汽门关闭不严或漏汽量过大2 调速系统迟缓率过大或部件卡涩3 调速系统速度变动率过大4 调速系统动态特性不良5 调速系统调整不当 如同步器调整范围 配汽机构膨胀间隙不符合要求等 汽轮机超速保护装置不当 1 危急保安器不动作或动作转速过高 如飞锤或飞环导杆卡涩 弹簧在受力后产生过大的径变形 以至与孔壁产生摩擦等 致使危急保安器不动作或动作过迟2 危急保安器遮断油门卡涩3 自动主汽门或调速汽门卡涩4 抽汽逆止门不严或拒动5 高排逆止门未关严 运行中调整不当 1 汽封汽漏汽过大造成油中进水 引起调速和保护套卡涩2 同步器调整超过了规定 不但会使机组甩负荷后飞升速度升高 还会使调速部套失去脉冲 造成卡涩3 蒸汽品质不好 造成主汽门计门卡涩4 超速试验转速不稳 升速率过大 汽轮机超速的危害 轻微的超速可能造成设备的隐伤 影响设备的使用寿命 并对运行有很大的隐患 如果汽轮机发生严重超速 其转动部件将直接严重损坏 如叶片及其连接件 围带 拉金等 的飞脱 叶轮及发电机护环的破裂 更严重者将导致转子折断 整个机组的毁坏 甚至厂房的损坏 人身的伤亡 E 汽轮机凝汽器真空度下降的主要特征 a 排汽温度升高 b 凝结水过冷度增加 c 真空表指示降低 d 凝汽器端差增大 e 机组出现振动 f 在调节汽门开度不变的情况下 汽轮机的负荷降低 汽轮机凝汽器真空度下降原因分析 引起汽轮机凝汽器真空度下降的原因大致可以分为外因和内因两种 外因主要有循环水量中断或不足 循环水温升高 后轴封供汽中断 抽气器故障等 内因主要有凝汽器满水 或水位升高 凝汽器结垢或腐蚀 传热恶化 凝汽器水侧泄漏 凝汽器真空系统不严密 汽侧泄漏导致空气涌入等 凝汽器真空度下降的危害 a 凝汽器真空降低 使蒸汽做功能力下降 在保证机组负荷不变的情况下 蒸汽流量增加 使叶片因蒸汽流量增大而过负荷 b 真空下降 会使机组轴向推力增大 机组轴向位移增大 造成推力瓦过负荷磨损 c 真空下降 使低压缸排汽温度升高 低压缸温度要升高 将使低压缸及低压转子热膨胀热变形增加 受此影响将使低压缸中心线发生变化 将引起机组振动增大 低压胀差也易使低压缸动静间隙变小 甚至消失 造成动静摩擦事故 d 真空下降 循环水出入口温度升高 将使凝汽器铜管温度升高 由于铜 钢传热系数及膨胀系数不同 将使凝汽器铜管胀口松动 最终导致凝汽器泄露 有可能温度升高时不漏 但待温度降回来时漏 若一台凝汽器漏量不大可在机组运行时处理 若一台凝汽器多数管漏或两台凝汽器漏将造成停机事故 e 随着真空下降 低压缸末级叶片容积流量将大幅减小 将使