汽轮机的工作原理及故障应急处理

1、 汽轮机的工作原理汽轮机的工作原理 及故障应急处理及故障应急处理余热发电系统：利用回转窑窑头和窑尾余热发电系统：利用回转窑窑头和窑尾排出的低温废气生产电能的系统。排出的低温废气生产电能的系统。能量转换过程：能量转换过程：废气热能废气热能 蒸汽热能蒸汽热能 蒸汽动能蒸汽动能 机械能机械能 电能电能发电厂的几个基本概念发电厂的几个基本概念1. 1.饱和水：饱和水：指在一定条件时，水不能再溶解某种物指在一定条件时，水不能再溶解某种物质而达到此物质的饱和状态，但此饱和水还可以溶质而达到此物质的饱和状态，但此饱和水还可以溶解其他物质，里面物质的溶解度并不会互相影响。解其他物质，里面物质的溶解度并不会互相

2、影响。 2.2.饱和蒸汽：饱和蒸汽：当液体在有限的密闭空间中蒸发时当液体在有限的密闭空间中蒸发时 单单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态。数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态。 3.3.过热蒸汽：过热蒸汽：就是在一定压力下，蒸汽达到饱和温就是在一定压力下，蒸汽达到饱和温度，继续吸热，温度超过饱和温度。度，继续吸热，温度超过饱和温度。 4.4.蒸汽湿度：蒸汽湿度：湿蒸汽中所含水分的质量百分数。湿蒸汽中所含水分的质量百分数。 ，5.5.焓焓: :热力学中表示物质系统能量的一个状态函数，常热力学中表示物质系

3、统能量的一个状态函数，常用符号用符号H H表示。数值上等于系统的内能表示。数值上等于系统的内能U U加上压强加上压强p p和体积和体积V V的乘积，即的乘积，即H=U+pVH=U+pV。焓的变化是系统在。焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。等压可逆过程中所吸收的热量的度量。6.6.熵：熵：表示物质系统状态的一个物理量表示物质系统状态的一个物理量( (记为记为S) S)，它表，它表示该状态可能出现的程度。在热力学中，是用以说示该状态可能出现的程度。在热力学中，是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。孤明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。孤立体系中实际发生的过程必然要

4、使它的熵增加立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增加 7.7.干球温度：干球温度：干球温度是温度计在普通空气中所测出干球温度是温度计在普通空气中所测出的温度，即我们一般天气预报里常说的气温。的温度，即我们一般天气预报里常说的气温。 8.8.湿球温度：湿球温度：湿球温度是指同等焓值空气状态下，空湿球温度是指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度，气中水蒸汽达到饱和时的空气温度， 汽轮机的基本工作原理汽轮机的基本工作原理汽轮机汽轮机和发电机是发电厂和发电机是发电厂三三大主要设备的两大主机大主要设备的两大主机，单，单机功率大、效率高、运行平机功率大、效率高、运行平稳、使用寿命长。稳、使

5、用寿命长。汽轮机以蒸汽为工质，将热汽轮机以蒸汽为工质，将热能转变为机械能，为发电机能转变为机械能，为发电机发电提供机械能。发电提供机械能。 汽轮机的工作原理汽轮机的工作原理1. 1.工质（蒸汽）在汽轮机中的能量转换：工质（蒸汽）在汽轮机中的能量转换：2.2.蒸汽在汽轮机中，能量转换包括蒸汽在汽轮机中，能量转换包括2 2个阶段：个阶段：第一阶段：第一阶段：第二阶段：第二阶段：转速转速3000r/min3000r/min和和3600r/min3600r/min，为全转速汽轮机，为全转速汽轮机转速转速1500r/min1500r/min和和1800r/min1800r/min，为半转速汽轮机，为半转

6、速汽轮机频率频率5050赫兹和赫兹和6060赫兹赫兹 我国为我国为5050赫兹赫兹热能热能汽轮机汽轮机机械能机械能热能热能 喷嘴（静叶）喷嘴（静叶）动能动能动能动能动叶动叶机械能机械能 1. 按工作原理分类按工作原理分类汽汽轮轮机机冲动式汽轮机：冲动式汽轮机：按冲动作用原理（蒸汽在喷嘴中膨胀，按冲动作用原理（蒸汽在喷嘴中膨胀，在动叶中不膨胀）工作。在动叶中不膨胀）工作。冲动反动联合式汽轮机：冲动反动联合式汽轮机：冲动级冲动级+ +反动级组合反动级组合反动式汽轮机：反动式汽轮机：按反动作用原理（蒸汽在喷嘴和动叶中按反动作用原理（蒸汽在喷嘴和动叶中均膨胀）工作。均膨胀）工作。 2. 2. 按热力特

7、性分类按热力特性分类背压式汽轮机：背压式汽轮机：排汽压力高于大气压排汽压力高于大气压。 调节抽汽式汽轮机：调节抽汽式汽轮机：部分蒸汽抽出部分蒸汽抽出并经压力调整后对外供热；其余做完功后排并经压力调整后对外供热；其余做完功后排凝汽器。凝汽器。纯凝汽式纯凝汽式有回热抽汽的凝汽式有回热抽汽的凝汽式（简称凝汽式）（简称凝汽式）汽汽轮轮机机凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机中间再热式汽轮机：中间再热式汽轮机：新蒸汽新蒸汽高压缸高压缸再热器再热器中压缸中压缸低压缸低压缸 凝汽器。凝汽器。供热式汽轮机供热式汽轮机 “级级”是汽轮机中最基本的工作单是汽轮机中最基本的工作单元。在结构上它是由静叶（喷嘴）元。在结构上它是由

8、静叶（喷嘴）和对应的动叶所组成；一列固定的和对应的动叶所组成；一列固定的喷嘴和与它配合的动叶片构成了汽喷嘴和与它配合的动叶片构成了汽轮机的基本作功单元，称为汽轮机轮机的基本作功单元，称为汽轮机的级。的级。动叶片动叶片喷嘴喷嘴叶轮叶轮轴轴蒸汽在喷嘴中发生膨胀，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热压力降低，速度增加，热能转变为动能。高速汽流能转变为动能。高速汽流流经动叶片流经动叶片3 3时，由于汽时，由于汽流方向改变，产生了对叶流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮片的冲动力，推动叶轮2 2旋转作功，将蒸汽的动能旋转作功，将蒸汽的动能变成叶轮轴旋转的机械能。变成叶轮轴旋转的机械能。这种

9、利用冲动力作功的原这种利用冲动力作功的原理，称为冲动作用原理。理，称为冲动作用原理。冲动式汽轮机冲动作用原理冲动式汽轮机冲动作用原理冲动力的定义：冲动力的定义：根据力学知识，当一运动物体根据力学知识，当一运动物体碰到另一个静止的物体或者运动速度低于它的物体碰到另一个静止的物体或者运动速度低于它的物体时，就会受到阻碍而改变其速度的大小或方向，同时，就会受到阻碍而改变其速度的大小或方向，同时给阻碍它的物体的一个作用力时给阻碍它的物体的一个作用力特点：特点：蒸汽仅把从喷嘴中获得的动能转变为机械蒸汽仅把从喷嘴中获得的动能转变为机械功，蒸汽在动叶通道中不膨胀，动叶通道不收缩功，蒸汽在动叶通道中不膨胀，动

10、叶通道不收缩。 喷嘴出口处：喷嘴出口处：蒸汽以相蒸汽以相对速度对速度ww1 1进入动叶通道，进入动叶通道，由于受到动叶的阻碍，汽流由于受到动叶的阻碍，汽流方向不断改变，最后以相对方向不断改变，最后以相对速度速度ww2 2流出动叶通道，流出动叶通道，在流道中蒸汽对动叶产生一在流道中蒸汽对动叶产生一个轮周方向的冲动力个轮周方向的冲动力F F1 1，该，该力对动叶作功使动叶转动力对动叶作功使动叶转动 。 蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度的变化反动力定义反动力定义：蒸汽在动叶汽道内膨胀时对动叶的蒸汽在动叶汽道内膨胀时对动叶的作用力。根据动量守恒定律，当气体从容器中加作用力。根据动量守恒定律，当气体从容器中

11、加速流出时，要对容器产生速流出时，要对容器产生个与流动方向相反的个与流动方向相反的力。力。基本特点：基本特点：蒸汽在动叶流道中不仅要改变方向，蒸汽在动叶流道中不仅要改变方向，而且还要膨胀加速，从结构上看动叶通道是逐渐而且还要膨胀加速，从结构上看动叶通道是逐渐收缩的。收缩的。 反动式汽轮机反动作用原理反动式汽轮机反动作用原理从作用力方面分析原理从作用力方面分析原理蒸汽流经级时先在喷嘴中膨胀压力蒸汽流经级时先在喷嘴中膨胀压力降低，速度增加一方面通过速度方降低，速度增加一方面通过速度方向的改变，产生冲动力向的改变，产生冲动力F F1 1蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低，蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低，

12、所产生的焓降转化为动能造成动叶所产生的焓降转化为动能造成动叶出口的相对速度出口的相对速度ww2 2大于进口相对速大于进口相对速度度ww1 1，使汽流产生了作用于动叶上，使汽流产生了作用于动叶上的与汽流方向相反的反动力的与汽流方向相反的反动力F Fr r。在蒸汽的冲动力和反动力合力作用在蒸汽的冲动力和反动力合力作用下推动动叶旋转作功。下推动动叶旋转作功。动叶通道是逐渐收缩的动叶通道是逐渐收缩的 蒸汽在汽缸的流动方向蒸汽在汽缸的流动方向 汽封与汽封系统汽封与汽封系统 汽轮机转子和静体之间需留有适当的间隙汽轮机转子和静体之间需留有适当的间隙，从而不相互碰磨，间隙的存在就要导致，从而不相互碰磨，间隙的

13、存在就要导致漏汽，这不仅会降低机组，还会影响机组漏汽，这不仅会降低机组，还会影响机组安全运行。为了减少蒸汽泄漏和防止空气安全运行。为了减少蒸汽泄漏和防止空气漏人，需要有密封装置，通常称为汽封。漏人，需要有密封装置，通常称为汽封。 汽封按其安装位置的不同，可分为通流部汽封按其安装位置的不同，可分为通流部分汽封、隔板汽封、轴端汽封。分汽封、隔板汽封、轴端汽封。 汽封的作用汽封的作用 n汽轮机工作时，转子高速旋转而静止部汽轮机工作时，转子高速旋转而静止部分不动，动、静部分之间必须留有一定的间分不动，动、静部分之间必须留有一定的间隙，避免相互碰撞或摩擦。而间隙两侧一般隙，避免相互碰撞或摩擦。而间隙两侧

14、一般都存在压差，这样就会有部分蒸汽通过间隙都存在压差，这样就会有部分蒸汽通过间隙泄露，造成能量损失，使汽轮机效率降低。泄露，造成能量损失，使汽轮机效率降低。为了减小漏汽损失，在汽轮机的相应部位设为了减小漏汽损失，在汽轮机的相应部位设置了汽封。置了汽封。 汽轮机汽封汽轮机汽封 汽轮机汽封汽轮机汽封 汽封的工作原理汽封的工作原理 （轴与汽缸动静之间有间隙轴与汽缸动静之间有间隙 空气会进入低压缸空气会进入低压缸 蒸汽会从高蒸汽会从高 压缸漏出压缸漏出） 汽封的工作原理（加装汽封）汽封的工作原理（加装汽封） 汽封的工作原理（汽封的工作原理（加装汽封后还是加装汽封后还是有少量的蒸汽漏出和空气进入）有少量

15、的蒸汽漏出和空气进入） 汽封的工作原理汽封的工作原理 （加装供汽（加装供汽母管和汽封管线母管和汽封管线 进入空气进入空气和和漏出蒸汽漏出蒸汽抽抽 走走） 汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造 发电机主要由转子与定子组成，发电机主要由转子与定子组成，汽轮发汽轮发电机是同步发电机，由于汽轮机的转速电机是同步发电机，由于汽轮机的转速很高，故汽轮发电机的转子只有一对磁很高，故汽轮发电机的转子只有一对磁极，极，额定转速每分钟额定转速每分钟30003000转，输出转，输出5050赫兹的三相交流电。赫兹的三相交流电。 。 汽轮发电机的构造汽轮发电机的构造n这是转子铁芯构造示意图，在铁芯圆周上开有一些槽，这是转子

16、铁芯构造示意图，在铁芯圆周上开有一些槽，嵌有励磁绕组，在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿，嵌有励磁绕组，在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿，就是磁极（图就是磁极（图1 1所示）。励磁绕组两端通过集电环（滑环）接所示）。励磁绕组两端通过集电环（滑环）接到励磁电源，在转子圆周两侧就形成北极与南极，旋转时就到励磁电源，在转子圆周两侧就形成北极与南极，旋转时就产生旋转磁场。产生旋转磁场。 发电机转子发电机转子 嵌有励磁绕组的转子模型，集电环安装在转子轴一嵌有励磁绕组的转子模型，集电环安装在转子轴一端，为降低发电机的温度，在转子两端还装有风扇。端，为降低发电机的温度，在转子两端还装有风扇。 发电机定

17、子发电机定子定子铁芯内的磁通是在不停的变化，为了减小涡流损耗，定子铁芯内的磁通是在不停的变化，为了减小涡流损耗，采用多层硅钢片叠成，硅钢片间相互绝缘，硅钢片导磁采用多层硅钢片叠成，硅钢片间相互绝缘，硅钢片导磁良好，在铁芯内圆均匀分布着许多槽良好，在铁芯内圆均匀分布着许多槽 定子铁芯与线定子铁芯与线在槽内嵌放定子的三相绕组。每相绕组由多个线圈组成，在槽内嵌放定子的三相绕组。每相绕组由多个线圈组成，按一定规律对称排列。按一定规律对称排列。转子插在定子内部，定子与转子之间有很小缝隙转子插在定子内部，定子与转子之间有很小缝隙 定子与转子定子与转子 发电机剖面图发电机剖面图由轴承及端盖将发电机定子、转子

18、连接组装起来，使转由轴承及端盖将发电机定子、转子连接组装起来，使转子能再定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感子能再定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中便产生了电流。应电势，通过接线端子引出，接在回路中便产生了电流。 汽轮机应急事故处理汽轮机应急事故处理n汽机在下列情况下应紧急停机汽机在下列情况下应紧急停机（1 1）机组突然发生强烈振动或金属撞击声；）机组突然发生强烈振动或金属撞击声；（2 2）汽轮机转速升高至）汽轮机转速升高至3360r/min3360r/min，而危急遮，而危急遮断装置不起作用；断装置不起作用；（3 3）汽轮机进水或发生严重水击

19、；）汽轮机进水或发生严重水击；（4 4）轴端汽封冒火花或冒水；）轴端汽封冒火花或冒水；（5 5）任何一个轴承断油或轴承回油温度急剧升）任何一个轴承断油或轴承回油温度急剧升高；高；（6 6）轴承回油温度升高超过）轴承回油温度升高超过7575、瓦温超过、瓦温超过110110或轴承内冒烟；或轴承内冒烟；（7 7）油系统失火且不能很快扑火；）油系统失火且不能很快扑火；（8 8）油箱内油位突然下降至最低油位以下；）油箱内油位突然下降至最低油位以下；（9 9）润滑油压降至）润滑油压降至0.0196MPa0.0196MPa；（1010）转子轴向位移超过）转子轴向位移超过+1.3mm+1.3mm或或-0.7m

20、m-0.7mm（11 11）主蒸汽管或补汽管破裂；）主蒸汽管或补汽管破裂；（1212）发电机冒烟；）发电机冒烟；（1313）后汽缸排汽门动作。）后汽缸排汽门动作。 紧急停机步骤紧急停机步骤 （1 1）中控或现场手动停机，并检查机组转速是）中控或现场手动停机，并检查机组转速是 否下降；否下降；（2 2）确信低压交流或直流油泵已启动，观察各）确信低压交流或直流油泵已启动，观察各 窗口，须有回油（切记）；窗口，须有回油（切记）；（3 3）破坏真空；）破坏真空；（4 4）确信主汽和高调门已关，打开各部疏水；）确信主汽和高调门已关，打开各部疏水；（5 5）对发电机着火类型需在转速）对发电机着火类型需在转

21、速500500转时，重转时，重新新 挂闸，维持挂闸，维持300300400400转，通入消防水；转，通入消防水；（6 6）完成其它停机操作。）完成其它停机操作。 水冲击水冲击1 1、主要现象有：、主要现象有： （1 1）蒸汽温度急剧下降，低温信号报警；）蒸汽温度急剧下降，低温信号报警； （2 2）从法兰盘、轴封、调速汽门连杆处，主）从法兰盘、轴封、调速汽门连杆处，主 汽门等处冒出白色湿蒸汽，甚至溅出水汽门等处冒出白色湿蒸汽，甚至溅出水 滴；滴； （3 3）振动逐渐剧烈，声音沉重，转速下降；）振动逐渐剧烈，声音沉重，转速下降； （4 4）从汽机和汽管处可听到水击声；）从汽机和汽管处可听到水击声；

22、 （5 5）推力瓦温度升高，轴向位移指示增大。）推力瓦温度升高，轴向位移指示增大。2 2、处理：、处理：（1 1）破环真空，紧急停机；）破环真空，紧急停机；（2 2）打开主汽管及本体上各疏水门；）打开主汽管及本体上各疏水门；（3 3）在惰走过程中，仔细倾听内部声音；）在惰走过程中，仔细倾听内部声音；（4 4）监视轴承温度，轴向位移变化。）监视轴承温度，轴向位移变化。3 3、若重新启动则需：、若重新启动则需：（1 1）在有关人员监视下经检查后方可；）在有关人员监视下经检查后方可；（2 2）锅炉恢复正常，加强暖管疏水；）锅炉恢复正常，加强暖管疏水；（3 3）监视推力瓦温度，内部声音及振动等情况）监

23、视推力瓦温度，内部声音及振动等情况（4 4）汽缸膨胀值在允许范围以内。）汽缸膨胀值在允许范围以内。 发电机或励磁机失火发电机或励磁机失火象征：象征： 1 1、负荷降至零；、负荷降至零； 2 2、伴随有、伴随有“轰轰”的一声响，从发电机窥视孔外的一声响，从发电机窥视孔外壳接合面，冷风室冒出烟气及火花，火焰或有壳接合面，冷风室冒出烟气及火花，火焰或有绝缘焦臭味；绝缘焦臭味； 3 3、机组发生剧烈震动，转速短时间内上升。、机组发生剧烈震动，转速短时间内上升。处理：处理： 1 1、中控或现场手击保安器，紧急停机；、中控或现场手击保安器，紧急停机； 2 2、启动辅助油泵；、启动辅助油泵； 3 3、转速下

24、降至、转速下降至500rmp500rmp时，合上保安器，稍开时，合上保安器，稍开 主汽门，投入抽气器，向轴封供气，维持主汽门，投入抽气器，向轴封供气，维持 转速转速300300400rpm400rpm，用水灭火；，用水灭火； 4 4、发电机或励磁机失火可用干式灭火器，也、发电机或励磁机失火可用干式灭火器，也 可用二氧化碳，四氯化碳灭火器灭火。但可用二氧化碳，四氯化碳灭火器灭火。但注意注意：机组失火，不允许停下机组，若情况紧急：机组失火，不允许停下机组，若情况紧急不能维持低速运行，停下后即连续手动盘车，不能维持低速运行，停下后即连续手动盘车，以防转子大轴弯曲变形。以防转子大轴弯曲变形。 轴向位移

25、增大轴向位移增大象征：象征： 1 1、轴向位移增大，中控报警；、轴向位移增大，中控报警； 2 2、推力瓦温度升高；、推力瓦温度升高； 3 3、机组声音异常，振动增大，转速降低或升高、机组声音异常，振动增大，转速降低或升高原因：原因： 1 1、汽温、汽压、真空下跌，通流部分过负荷、汽温、汽压、真空下跌，通流部分过负荷 2 2、静叶片结垢严重；、静叶片结垢严重；3 3、水冲击；、水冲击；4 4、推力轴承、推力轴承本身工作不良；本身工作不良； 5 5、大幅度甩负荷，指示达、大幅度甩负荷，指示达- -0.60.6向反方向窜动；向反方向窜动； 6 6、大幅度加负荷，指示达、大幅度加负荷，指示达1.31.

26、3，轴串增加。，轴串增加。处理：处理： 1 1、若系蒸汽参数不合格，与锅炉联系；、若系蒸汽参数不合格，与锅炉联系； 2 2、负荷增大、真空下跌，通流部分结垢等、负荷增大、真空下跌，通流部分结垢等 ，则减去部分或全部符合后再行处理；，则减去部分或全部符合后再行处理； 3 3、水冲击和推力瓦损坏，则破坏真空停机、水冲击和推力瓦损坏，则破坏真空停机 4 4、轴向位移增大至、轴向位移增大至1mm1mm以上，采取诸多措以上，采取诸多措 施无效时，伴有不正常的噪音和振动，施无效时，伴有不正常的噪音和振动， 应迅速破坏真空停机；应迅速破坏真空停机； 5 5、轴向位移达、轴向位移达1.3mm1.3mm或正负推

27、力瓦温达或正负推力瓦温达 75 75，保护应动作，若不动作，应立即，保护应动作，若不动作，应立即 手动停机。手动停机。 机组异常振动（机组异常振动（汽轮机内部损坏）汽轮机内部损坏）现象：现象：（1 1）DCSDCS安全监测画面上机组振动值增安全监测画面上机组振动值增 大。大。（2 2）轴瓦回油温度升高。）轴瓦回油温度升高。（3 3）运行中机组突然发生强烈振动或清）运行中机组突然发生强烈振动或清 楚地听到机内有金属撞击声或摩擦楚地听到机内有金属撞击声或摩擦 声。声。处理：处理：（1 1）若机组振动值超过规定极限值时保）若机组振动值超过规定极限值时保 护装置应动作，否则立即手动打闸护装置应动作，否

28、则立即手动打闸 破坏真空紧急停机。破坏真空紧急停机。（2 2）运行中因某些原因造成汽轮机内部）运行中因某些原因造成汽轮机内部 部件损坏，振动异常增大，若此时部件损坏，振动异常增大，若此时 能清晰听到汽轮机内部有金属撞击能清晰听到汽轮机内部有金属撞击 声或摩擦声，而不管此时振动数值声或摩擦声，而不管此时振动数值 是否达到跳机值，应立即打闸，破坏是否达到跳机值，应立即打闸，破坏 真空紧急停机，停机后不准再次启动，真空紧急停机，停机后不准再次启动， 应进行揭缸检查处理。应进行揭缸检查处理。汽轮机超速汽轮机超速现象：现象：（1 1）汽轮机转速迅速升高。）汽轮机转速迅速升高。（2 2）汽轮机声音异常。）汽轮机声音异常。（3 3）油压