汽轮机基础知识培训教程PPT课件

1、1目 录 一、汽轮机的发展历史 二、汽轮机的分类 三、利用各种清洁能源的汽轮机 四、中国的核电现状 五、 50MW单抽汽轮机的主要技术参数 六、汽轮机的结构 七、几个名词解释 八、调节保安系统的基础知识 九、50MW机组的调节保安系统第1页/共55页2一 汽轮机的发展历史 汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。汽轮机是一种透平机械，又称蒸汽透平。 turbine t:bin, -bain 涡轮的意思。 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

2、叶片而旋转的转轮。第2页/共55页3 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。单级冲动式汽轮机功率很小，现在已很少采用。第3页/共55页4 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。第4页/共55页5 与往复式蒸汽机相比，汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，单位面积中能通过

3、的流量大，因而能发出较大的功率。大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，故热效率较高。19世纪以来，汽轮机的发展就是在不断提高安全可靠性、耐用性和保证运行方便的基础上，增大单机功率和提高装置的热经济性。 第5页/共55页6 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。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。 第6页/共55页7 50年代，随着战后经济发展，电力需求突飞猛进，单机功

4、率又开始不断增大，陆续出现了325600兆瓦的大型汽轮机；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300600兆瓦。第7页/共55页8二、汽轮机的分类1、按工作原理分冲动式汽轮机反动式汽轮机2、按热力特性分凝汽式汽轮机背压式汽轮机抽汽式汽轮机抽汽背压式汽轮机多压式汽轮机第8页/共55页93、按主蒸汽压力分汽轮机类别主蒸汽压力（MPa)低压汽轮机0.121.5中压汽轮机24高压汽轮机610超高压汽轮机1214亚临界压力汽轮机1618超临界压力汽轮机22.1超超临界压力汽轮机32二、汽轮机型号的表示方法汽轮机型号的组成为：第9页/共55页1

5、0 XX - XX - XX变型设计次序蒸汽参数额定功率型式例：N300-16.7/538/538 300MW凝汽式汽轮机,主蒸汽压力为16.7MPa，温度为538C,再热蒸汽温度538C。汽轮机型式代号见下表：代号型式代号型式N凝汽式CB抽汽背压式B背压式CY船用C一次调整抽汽式Y移动式CC两次调整抽汽式HN核电汽轮机第10页/共55页11 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。凝汽式汽轮机排出的蒸汽流入凝汽器，排汽压力低于大气压力，因此具有良好的热力性能，是最为常用的一种汽轮机；供热式汽轮机既提供动力驱动发电机或其他机械，又提供生产或生活用热，具有较高的热

6、能利用率；背压式汽轮机的排汽压力大于大气压力的汽轮机；抽汽式汽轮机是能从中间级抽出蒸汽供热的汽轮机；饱和蒸汽轮机是以饱和状态的蒸汽作为新蒸汽的汽轮机。第11页/共55页12 汽轮机装置的热经济性用汽轮机热耗率或热效率表示。汽轮机热耗率是每输出单位机械功所消耗的蒸汽热量，热效率是输出机械功与所耗蒸汽热量之比。对于整个电站，还需考虑锅炉效率和厂内用电。因此，电站热效率比单独汽轮机的热效率低。第12页/共55页13 一座汽轮发电机总功率为1000兆瓦的电站，每年约需耗用标准煤230万吨。如果热效率绝对值能提高1%，每年可节约标准煤6万吨。因此，汽轮机装置的热效率一直受到重视。为了提高汽轮机热效率，除

7、了不断改进汽轮机本身的效率，包括改进各级叶片的叶型设计(以减少流动损失)和降低阀门及进排汽管损失以外，还可从热力学观点出发采取措施。第13页/共55页14 4.)抽汽背压式汽轮机 具有调节抽汽的背压式汽轮机 5.)中间再热式汽轮机 进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被全部抽出送往锅炉的再热器进行再热，再 返回汽轮机继续膨胀做功。 6.)混压式汽轮机 利用其它来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作。通常用于 工业生产的流程中，作为蒸汽热能的综合利用。 第14页/共55页15 根据热力学原理，新蒸汽参数越高，热力循环的热效率也越高。早期汽轮机所用新蒸汽压力和温度都较低，热效率低于2

8、0。随着单机功率的提高，30年代初新蒸汽压力已提高到34兆帕，温度为400450。随着高温材料的不断改进，蒸汽温度逐步提高到535，压力也提高到612.5兆帕，个别的已达16兆帕，热效率达30以上。50年代初，已有采用新蒸汽温度为600的汽轮机。以后又有新蒸汽温度为650的汽轮机。第15页/共55页16现代大型汽轮机通常采用新汽压力24兆帕，新汽温度和再热温度为535565的超临界参数,或新汽压力为16.5兆帕、新汽温度和再热温度为535的亚临界参数。使用这些汽轮机的电站热效率约为40。 第16页/共55页17此外，提高汽轮机热效率的措施还有，采用回热循环、采用再热循环、采用供热式汽轮机等。提

9、高汽轮机的热效率，对节约能源有着重大的意义。第17页/共55页18三、利用各种清洁能源的汽轮机 现代核电站汽轮机的数量正在快速增加，因此研究适用于不同反应堆型的、性能良好的汽轮机具有特别重要的意义。 全世界利用地热的汽轮机的装机容量，1983年已有3190兆瓦，不过对熔岩等深层更高温度地热资源的利用尚待探索；利用太阳能的汽轮机电站已在建造，海洋温差发电也在研究之中。所有这些新能源方面的汽轮机尚待继续进行试验研究。第18页/共55页19四、中国的核电现状 中国力争到2020年时，核电装机容量占电力总装机容量的比重达到5%，原先的目标为4%。 加速沿海核电发展，科学规划内陆地区核电建设，力争202

10、0年核电占电力总装机比例达到5%以上。 中国是世界上第二大能源消费国，目前在役核电机组11个，但仅占电力总装机容量的1.3%。 而因中国应对电荒且试图削弱对煤炭的依赖，之前就已经有官员提出应上调核电占电力总装机容量比重的目标。 世界上核电比例最高的是法国，高达78%。第19页/共55页20五、50MW单抽汽轮机的主要技术参数 1.1 型号 C50-8.83/1.27 1.2 型式 高压单缸、单轴、冲动、单抽汽凝汽式 1.3 调节方式 喷嘴调节,汽轮机调节系统采用低压透平油数字电液调节系统。 1.4 功率 铭牌工况 50000kW 最大出力工况 60000kw 最大凝汽工况 50000kw 1.

11、5 工作转速 3000r/min 第20页/共55页21 1.6转子旋转方向 从汽机头往发电机方向看为顺时针 1.7 工作电网频率 50Hz 1.8 蒸汽初压 8.83MPa 1.9 蒸汽初温 535 1.10铭牌工况抽汽压力 1.27MPa 铭牌工况抽汽压力调节范围 1.07-1.56MPa 1.11 抽汽流量 铭牌工况/最大出力工况 60/160t/h 1.12 进汽流量 铭牌工况 254 t/h 最大出力工况 352 t/h第21页/共55页22 最大凝汽工况 220.5 t/h 1.13 排汽压力 铭牌工况 0.034MPa 最大出力工况 0.015MPa 最大凝汽工况 0.015MP

12、a 1.14 给水温度 铭牌工况 212 最大出力工况 223.8 最大凝汽工况 209.2第22页/共55页23 1.15 汽轮机转子临界转速 1624r/min 1.16 汽缸数 1 1.17 级数 + 8+9（共19级） 1.18 回热抽汽数6（分别在后） 1.19 加热器数 高压加热器 2台 除氧器 1台 低压加热器 3台 1.20 最大吊装重量 40t （安装时，凝汽器未装管束） 24t （检修时，上半汽缸组合）第23页/共55页24六、C50-8.83/1.27汽轮机的结构 1、概述 C50-8.83/1.27型汽轮机为高压单缸、冲动、单抽汽凝汽式，具有单级调节抽汽。调节系统采用低

13、压透平油数字电液调节，操作简捷，运行安全可靠。汽轮机转子通过刚性联轴器直接带动发电机转子旋转，发出电功率。第24页/共55页25第25页/共55页26 .NoImageNoImage第26页/共55页27 2、主汽阀 主蒸汽从锅炉经2根27322主蒸汽管进入主汽阀。 主汽阀由油动机活塞下的透平油的作用将阀门开启，当活塞下的油压泄掉后，由主汽阀操纵座上的弹簧压力使其关闭。主汽阀带有预启阀，当预启阀打开后，主汽门上下压力平衡，使提升力减小。 第27页/共55页28 3 主蒸汽导管 主蒸汽进入主汽阀后，再由四根21918的主蒸汽管分别引入四个调节阀进入汽轮机。主蒸汽管道的直管和弯管均由制造厂提供，管

14、道的热膨胀由弯管部分补偿。主蒸汽管材质为12Cr1MoV。 第28页/共55页29 4 调节阀 本机组有四个调节阀，每一调节阀对应一组喷嘴。调节阀由高压油动机经凸轮配汽机构控制，油动机位于前轴承座内。根据电液调节系统控制信号，油动机给定各阀的位置。第29页/共55页30调节阀的开启顺序第30页/共55页31 .5 汽缸 汽缸由前汽缸、中汽缸、后汽缸三部分组成，并用垂直法兰联接。前汽缸用猫爪支承在前轴承座上。汽缸膨胀时，借横键推动轴承座作轴向移动。 第31页/共55页32 6 喷嘴组、隔板 喷嘴组和隔板是完成蒸汽热能向动能转换的部套，具有工作温度高、前后压差大、与转子间隙小的特点。本机组的喷嘴组

15、为高压喷嘴组。 本汽轮机共18级，第218级为焊接隔板，其中第23级导叶为双流叶栅，第9级为旋转隔板。其中第1718级为弯扭导叶。第32页/共55页33 7 轴承 前轴承为推力轴承和支持轴承制成一体，称作推力支持轴承。支持轴承内孔300，椭圆形。轴瓦体外表面为560的球形面，球形面与轴瓦套的接合面应保证0.020.06过盈，其接触面积不得小于70，均匀分布。球面自位式轴承，可以随转子挠度的变化而自动调整中心，保证轴颈与轴瓦接触良好，从而达到沿轴承全长度的负荷分配均匀。 前轴承箱内装有2只轴向位移传感器，测量轴向位移。以推力盘紧贴定位推力瓦为“0”，轴向发电机侧串动定为“”，向机头方向串动定为“

16、”。轴向位移达到+0.8mm或-0.8mm发出光信号报警；达到+1.4mm时，紧急停机并作事故记录。第33页/共55页34 8 汽封 汽轮机汽封的主要作用是将高压缸转子伸出端蒸汽封住，使蒸汽不向外泄漏，并防止空气沿轴端进入低压缸破坏凝汽器真空。隔板汽封是防止级间漏汽，以提高级效率。 前、后汽封为蜂窝汽封。 隔板汽封为梳齿形结构，汽封齿和汽封圈由同一种材料车制而成。 第34页/共55页35 9、盘车装置 盘车装置是带动机组转子缓慢转动的机械装置，作用如下： a.机组冲转前盘车，使转子连续转动，避免因阀门漏汽和汽封送汽等因素造成的温差使转子弯曲，也可以检查转子是否弯曲。 b.机组的停机后盘车，使转

17、子连续转动，避免因汽缸自然冷却造成的上下缸温差使转子弯曲。 c.机组必须在盘车状态下才能冲转，否则转子在静止状态下因静摩擦力太大而无法启动或在静止状态下被冲转将导致轴承损伤。 d.较长时间的连续盘车，可以消除转子因机组停运和存放或其他原因引起的非永久性弯曲。 e.可以驱动转子工作现场简易加工。第35页/共55页36 10、转子 11、汽缸。 12、其它：调节系统 13、辅助设备： 油泵、油箱、冷凝器、水泵等等。第36页/共55页37第37页/共55页38 七、几个名词解释： 热电厂的总热效率=（供热量+供电量*3600kj/kwh)/(燃料总消耗量*燃料低位发热量）*100% （对于纯凝式发电

18、厂，热电厂的总热效率一般在2535%之间） 汽耗率：每生产一千瓦时电能所需要的蒸汽量。 热耗率：每生产一千瓦时电能所需要的热量。 厂用电率：厂用电量占发电量的百分数。 排汽端差（终端温度差）：汽轮机排汽温度与凝汽器循环水出水温度的差值。第38页/共55页39 水蒸气的临界压力：pcr=225.56ata=22.127MPa 水蒸气的临界温度：tcr=374.15 当水蒸气的压力超过临界压力后，就不再有汽水共存的状态。因此，当ppcr时，若温度高于临界温度，物质只能以气态存在。而如果低于临界温度，物质只能以液态存在。第39页/共55页40八、调节保安系统的基础知识 调节系统的组成： 1、感应机构

19、：径向钻孔离心油泵。 两大特点：当进口油压一定时，出口油压与转速成线性关系；当进口油压一定时，出口油压与油量大小几乎无关。Pn第40页/共55页41 2、传动放大机构（简称放大机构）： 一级放大机构：压力变换器。 作用：将主油泵出口油压的变化转换成脉冲油压的变化。 一级放大的理解要点：对油压变化量的放大。 二级放大机构：错油门、油动机。 作用：将脉冲油压的变化转换成高压油的变化。 3、执行机构：调节阀。 4、反馈机构：油压反馈、位移反馈。 作用：使错油门滑阀回中。第41页/共55页42九、 50MW机组的调节保安系统 汽轮机的调节系统作为汽轮机的一个重要组成部分，其对汽轮机的安全运行起着非常重

20、要的作用，其主要任务就是：根据外界热（电）负荷的变化自动控制机组的转速、抽汽压力，从而保障机组的稳定运行，同时，可以调整电负荷（或热负荷）大小。为了保证汽轮机的安全，在汽轮机的调节系统中还配有保安系统，保安系统的作用就是在出现可能危急到汽轮机安全的异常情况发生时，通过保安系统部套的动作，使调节部套能够迅速关闭主汽门、调节汽门和旋转隔板，实现紧急停机。第42页/共55页43 C50-8.83/1.27型抽汽凝汽式（空冷）汽轮机的调节系统是采用低压透平油电液调节系统，该电液调节系统主要是由DEH控制系统、电液转换器，武汉汽轮发电机厂生产的高、中压油动机等电控、机械和液压部套等组成。系统的具体组成详

21、见该机组的调节保安系统图 。 调节系统油压 调节系统油压：1.96MPa 油泵进口油压：0.1MPa 脉冲油压：0.98MPa第43页/共55页44 系统原理 本机组的电液调节系统由DEH控制系统、二套电液转换器控制块组成。电液控制系统接收转速信号、抽汽压力信号、主蒸汽压力信号等，经运算放大输出两路 10V的电压信号至二只电液转换器，电液转换器输出的液压信号分别通过一号、二号脉冲油控制高压油动机、中压油动机。油动机的位移与DEH控制系统输出的电流信号成比例关系。第44页/共55页45 .一、控制系统主要功能 DEH的基本控制功能为汽轮发电机组的转速控制和负荷控制。在操作员自动方式下，DEH能对

22、机组实施从冲转、暖机、升速、同期并网、带初负荷直至带到目标负荷的全过程自动控制。在协调控制方式下，DEH能接受协调控制系统给的控制指令，完成机炉协调控制（CCS）和电网负荷调度（AGC）。 1.转速控制 l 按机组当前热状态对应的经验升速曲线，自动实现将汽机从盘车转速逐渐提升到额定转速，并在升速过程中自动维持暖机转速和迅速冲过临界转速。 l 运行人员可以通过操作键盘设定目标转速和升速率。 l 具有与发电机自动同期装置的接口，接受同期装置的升/降频率信号，自动调整机组的转速，使汽机转速与电网频率同步。第45页/共55页46 2.负荷控制 l 机组并网后，自动增加功率给定，使发电机带上初负荷，避免

23、出现逆功率。 l 根据运行人员设定为额定参数或滑参数启动的条件，并按机组不同的热状态对应的升负荷曲线，自动升负荷至目标值。 l 运行人员可以通过操作键盘设定目标负荷和升负荷率。 l 运行人员可以根据电网的要求，设定机组参与一次调频或不参与一次调频，机组转速不等率和不调频死区值可以在运行中进行修改。 DEH具有阀控、功控、压控三种方式，能适应机组不同运行工况的控制要求。 第46页/共55页47 2.负荷控制 l 机组并网后，自动增加功率给定，使发电机带上初负荷，避免出现逆功率。 l 根据运行人员设定为额定参数或滑参数启动的条件，并按机组不同的热状态对应的升负荷曲线，自动升负荷至目标值。 l 运行

24、人员可以通过操作键盘设定目标负荷和升负荷率。第47页/共55页48 . 3.CCS方式 DEH留有与CCS的硬接线I/O接口或通讯接口，可以接受CCS主控器来的阀位给定信号，与协调控制系统配合完成机跟炉、炉跟机以及机炉协调控制等各种功能。 通过CCS主控器还可以接受电网负荷调度信号，实现AGC控制。 4.紧急手动方式 DEH备有硬接线手操盘，当系统通讯出现故障时，自动转为紧急手动状态。运行人员可按手操盘上的调门增减按钮，直接通过伺服模块控制调门开度。第48页/共55页49 5.负荷限制 当机组运行工况或蒸汽参数出现异常时，为避免机组损坏，在DEH中设有各种情况下的负荷限制。 1)功率反馈限制当

25、实测功率与功率定值相差过大时，自动切除功率反馈回路，变为开环控制方式，同时降低功率定值。 2)主汽压力限制当主汽压力降低到规定值时，主汽压力限制回路投入，减小阀门开度指令。这时，阀门不再接受负荷控制回路的指令。 3)低真空限制当凝汽器真空降低至规定值时，低真空限制回路投入，控制阀门减负荷，负荷控制回路退出工作。 4)最高和最低负荷限制限制值由人工给定，并可根据需要随时改变。第49页/共55页50 6.快速减负荷控制（RB） 对应不同的辅机故障，DEH设有三档速率快卸负荷。当需要快卸负荷时，DEH接受CCS来的信号，按不同的速率将负荷减到对应值。第50页/共55页517.防超速控制（OPC）在机组甩负荷时，为了改善电力系统的动态稳定性和防止汽轮发电机组超速，DEH接受三种快关调门的控制信号：1) 电力系统故障导至瞬间发电机与电网解列，主油开关跳闸。这时DEH接收到油开关跳闸辅助接点信号后发出快关调门信号，通过硬接线使快关电磁阀带电，迅速关闭高、中压调门，并同时将每个伺服放大器的输入置0。在延迟一段短时间后，快关调门信号消失