汽轮机结构及运行控制原理

1、一 认识汽机专业1、汽机专业的任务：用锅炉送来的蒸汽，维持汽轮机转速（未并网）或负荷 （并网），将做完工的乏汽凝结成水，利用抽汽加热后再送 回锅炉。2、汽机专业的系统（1 ） 汽轮机本体： 将蒸汽的热能转换成机械能， 维持 高速旋转。（2 ） 辅助系统： 汽轮机旋转所必须的支持系统； 为了 提高热效率而设置的回热系统 （把水加热后再送回锅炉 ）；辅 机、发电机冷却系统。二 汽机主系统汽机热力系统简图三 汽轮机本体1、 汽轮机本体：转子叶轮、叶片静止部分：隔板、喷嘴、汽缸、 其他：汽封、轴瓦 为达到应有的功率，有若干级2、 汽轮机本体的间隙问题推力盘蒸汽的流动对转子产生推力轴瓦汽轮机本体轴向间隙

2、问题 1 示意图（轴向位移又叫窜轴）汽缸、 转子的膨胀方向不一样， 膨胀 的程度不一样， 从而使轴向间隙较冷 态下发生变化，即胀差。汽轮机本体轴向间隙问题 2 示意图（差胀）小结：动静间隙太大 , 蒸汽不做功漏掉 ,不经济 ,汽轮机将热能转 化为机械能的效率降低 , 也即每发一度电所耗的热能（热 耗），所需的蒸汽（汽耗）增加。动静间隙太小 ,容易发生动静摩擦，产生机组振动，严重 时造成汽轮机汽封、大轴、叶片损坏事故。 既要经济性又要安全性， 间隙控制在一定范围内 （几十微 米）汽轮机是精密设备，必须防止动静接触（防碰磨） ， 发生碰磨时，反应碰磨的保护（振动、轴向位移、差胀）动作，跳机3、汽轮

3、机汽封：汽缸体 供汽腔轴封供汽轴端汽封示意图汽封：尽量减少漏汽，提高热效率 轴封：防止缸内蒸汽外泄，防止外部空气进入缸内 轴封供汽不能中断4、轴瓦：通入润滑油，在一定转速下轴瓦和轴颈之间 形成稳定油膜，实现油摩擦。 汽轮机运行中任何情况下都不 能断油。四 汽轮机的控制、安保系统：控制汽轮机的负荷（转 速），发生事故时停机。（ 1） 高主、中主门的控制示意图2) 高、中压调门控制示意图3) AST 控制油机头手动停机 (危急保安器)危急保安器 ( 机头手动停机 )()AST 控制油 主机润滑油隔膜阀4) OPC 油OPC 控 制到各调节阀 OPC 接口OPC 电磁阀，接受汽轮机 103%超速信号

4、回油AST 油五 关于汽轮机本体的保护1、超速保护 :103% 超速 : 因电网原因机组甩负荷，汽轮机转速超 3090r/min ，关闭高、中调门，待转速降到 3000r/min 以 下时，重新打开各调门，如转速又超 3090r/min ，会再动作。 防止出现更高的超速110% 超速 :DEH 、TSI、ETS 三套 ,动作于 AST 电磁 阀，跳机。机械超速，动作后卸掉隔膜阀上油压，再卸掉 AST 油压停机。汽轮机超速事故会造成大轴断裂、轴瓦损坏、甚至飞车 等恶性后果 ,必须严防。2、高压缸保护： 北重机组因结构原因 , 低负荷时因蒸汽流量太小，不能 有效带走缸内因鼓风摩擦损失而产生的热量,

5、 缸内设备会因过热而损坏，故采用中压缸启动， 待蒸汽流量达到一定值后 切回高缸进汽。冷态启动过程中高缸需要得到充分暖缸，在 1020rpm 以上为了不产生鼓风摩擦热量，高缸必须抽成真空。高缸保护就是为达到上述目的而设。3、凝汽器低真空保护凝汽器真空低（排汽压力高） ，也即排汽温度升高，使 低压缸、低压转子叶片、凝汽器温度升高，会造成汽轮机振 动、动静摩擦、末级叶片断裂、金属变形、凝汽器钢管泄漏 等后果。4、润滑油压低保护 防断油烧瓦。5、EH 油压低保护EH 油压降低，高中主调各门会发生不可控动作，必须停机。6 、 轴承振动保护汽轮机动静摩擦、 转子质量平衡破坏 （如叶片断裂等） 轴承故障（如

6、润滑不良、磨损等） 、联轴器故障等原因会造 成机组振动。7 、 轴向位移保护防动静摩擦。8 、 DEH 失电跳机保护 机组失去监控，必须停机。9、 轴承温度高保护防轴承、轴颈损坏10 、 汽轮机差胀保护防动静摩擦11 、 汽机手动跳闸保护按钮发生汽轮机保护无法反应的危急情况（如危及人身安 全、着火等）以及保护拒动时。机头有危急保安器，按下后 实现机头停机，类似辅机事故按钮。12 、 锅炉 MFT 动作后联跳汽机保护锅炉 - 汽机 -发电机是一个统一单元，锅炉不正常，防止事故波及到汽轮机，汽轮机应停止进汽。 但为了减少机组非停，提高经济性（即使是机组热起， 损失也是很大的） ，目前做停炉不停机逻

7、辑和预案，除个别 直接危及汽轮机安全的（如汽包高水位、汽温直降等）情况 外，锅炉 MFT ，不跳机。13 、 主、再热蒸汽温度下降跳汽机保护 主、再热蒸汽温度下降预示着蒸汽带水，汽轮机有水冲 击的危险，而水冲击可造成汽缸变形、转子弯曲、动静摩擦 等严重后果。14 、 发电机主保护动作联跳汽机保护 发电机跳闸，汽轮机失去负荷，会发生超速，因此发电 机跳闸联动汽轮机跳闸，关闭各主、调门，切断汽轮机动 力。六 高、低压旁路循环水1、 将高压缸 旁路掉的叫 高旁 ,将中低压缸 旁路掉的叫 低 旁。2 、 高低旁的作用：（ 1 ） 蒸汽参数不满足要求或汽轮机不允许进汽 时，给锅炉产生的蒸汽提供通道流过再

8、热器，避免再 热器干烧。蒸汽流动将炉内热量带出，同时可采取措 施对蒸汽参数进行调整。（2） 泄压。当锅炉压力突升，高旁打开卸掉部分 压力，防止锅炉超压。3 、 高低旁启动模式（ 1 ） 高旁冷态启动模式 机组启动过程中，使用该方式，其自动控制阀门开度 及主蒸汽压力如下图：（ 2 ） 低旁冷态启动模式 低旁启动过程中控制过程与高旁类似， 可投自动 , 压力人为设置。起初手动打开一定开度： 凝汽器抽真空时可以直接抽到锅炉汽包， 有助于锅 炉过热器、再热器内存水蒸发，消除水封，也有利 于汽包水蒸发，尽早建立锅炉水循环。 给蒸汽提供通道，保护再热器； 低旁开大有利于提升主、再热汽温； 随着再热汽温的上

9、升，调整低旁开度，逐渐提升再 热汽压力，达到冲转压力后可将低旁投压力自动， 稳定压力进行机组冲转，并网后随着增加负荷，再 热蒸汽走中、低汽缸，低旁自动关闭。（ 3） 旁路非冷态启动模式（锅炉有一定的压力） 非冷态启动，高旁不能投启动模式 非冷态启动模式，锅炉点火后应及时打开高、低 旁，给蒸汽提供通道，保护再热器。高低旁的控制应根据锅炉燃烧情况 （也即主再热 蒸汽压力上升情况）调整高低旁开度，逐步提升压 力和温度。注意：在调整过程中如果汽机还没有挂闸，高旁开度小于 2%，锅炉会发生 MFT 。4 、 正常运行模式高低旁正常运行必须严密关闭； 高旁滑压模式运行 （当前实际压力加一定偏置作为 定压控

10、制值，确保其关闭） 低旁滑压模式，其给定值由调节级压力折算而来， 确保大于实际压力，使其关闭5 、 有关高低旁保护（1） 防止蒸汽带水， 高旁先开减压阀，才能开减 温阀；（ 2 ） 防止凝汽器热冲击， 低旁先开减温阀，才能开减压阀 ;3） 为保护再热器 ,高旁后温度超过一定值后 , 高旁快关 ;（ 4 ） 为保护凝汽器 ,低真空、凝汽器水位高、低旁减温水压力低、凝汽器温度高 低旁快关 。6 、 高旁快开 高旁快开高温高压蒸汽对高旁后管道造成强大的机 械、热冲击（如高旁暖管不良会更严重） ，曾经发生过高旁 快开造成管道破裂事故，因此 高旁快开功能被取消 。7、 正常运行中高旁为了实现其作用 （泄

11、压、保护再热器） ， 在几种情况下自动打开 20% ：高压缸切中压缸瞬间机前压力大于规定值 机前压力上升速率超规定8 、 正常运行中低旁在再热汽压力超 4.4Mpa 情况下自动 打开泄压。9 、 正常运行中应注意检查高低旁是否投自动，否则会发 生拒动。七 发电机密封油系统 :1、 作用：供给发电机密封瓦，在密封瓦与轴之间形成油 膜，将氢气封在发电机内。 密封油不能中断，否则应紧急排 氢。密封油密封瓦发电机转子油膜大气压力氢气空侧回油腔室空侧回油氢侧回油氢侧回油腔室， 由图可 以看出： 1、 氢 侧 回 油 必 须 带 有一定压力；2、 氢侧 回 油直接 和 氢气接触发电机密封瓦示意图2 密封油

12、正常运行方式 （主油泵工作） 示意图 （紫色为供油， 蓝色为回油）回主油箱气 体 分 离至密封瓦氢侧回油连接到发电机 氢系统压力油箱：其内 是发电机内氢 压，以维持氢侧 回油腔室压力真空油箱； 维持真 空，分离油中杂质 气体，防止机内氢 气污染主油泵3 主密封油故障，备用油泵运行方式4 主、备用油泵均失去时的运行方式 : 靠润滑油作为密封 油油，因其压力低（ 0.16MPa） ,发电机内压力必须低于 0.1， 也即需紧急排氢，降压至密封瓦氢侧回油回主油箱气 体 分 离连接到发电机 氢系统压力油箱：其内 是 发 电 机 内 氢 压，以维持氢侧 回油腔室压力润滑油来真空油箱； 维持真 空，分离油中

13、杂质 气体，防止机内氢 气污染5 润滑油中断运行方式：回主油箱润滑油来至密封瓦氢侧回油压力油箱：其内 是 发电 机 内 氢 压，以维持氢侧 回油腔室压力真空油箱； 维持真 空，分离油中杂质 气体，防止机内氢 气污染气 体 分 离连接到发电机 氢系统逆止阀八 关于暖热力设备（汽轮机、管道、泵等）1 作用排尽设备内的积水、空气、杂质， 以免产生振 动； 让设备温度缓慢升高，避免温度突升，金属内 外、局部受热不均而产生裂纹， 损坏设备 ；2 管道产生振动的原因及消除振动是由水锤造成的，即前面的积水（原来的 积水或通进去的蒸汽遇冷凝结形成）在蒸汽的 推动下撞向后面的积水或拥堵物（例如关闭的 阀门、管道堵头等） ；汽（气）液两相 在管道内同时存在是产生振动 的根本原因 高加旁路切主路，如果主路暖管不充分，主、 旁路水有温差，也即有密度差，混合后水的总 体积缩小，在管道内产生间隙，会发生后面的 水撞击前面水的情况，从而使管道产生振动。 暖管时防止管道振动，要将管道内的水、