汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制原理

1、一 認(rèn)識(shí)汽機(jī)專業(yè)1、汽機(jī)專業(yè)的任務(wù)：用鍋爐送來的蒸汽，維持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速（未并網(wǎng)）或負(fù)荷 （并網(wǎng)），將做完工的乏汽凝結(jié)成水，利用抽汽加熱后再送 回鍋爐。2、汽機(jī)專業(yè)的系統(tǒng)（1 ） 汽輪機(jī)本體： 將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能， 維持 高速旋轉(zhuǎn)。（2 ） 輔助系統(tǒng)： 汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)所必須的支持系統(tǒng)； 為了 提高熱效率而設(shè)置的回?zé)嵯到y(tǒng) （把水加熱后再送回鍋爐 ）；輔 機(jī)、發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)。二 汽機(jī)主系統(tǒng)汽機(jī)熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖三 汽輪機(jī)本體1、 汽輪機(jī)本體：轉(zhuǎn)子葉輪、葉片靜止部分：隔板、噴嘴、汽缸、 其他：汽封、軸瓦 為達(dá)到應(yīng)有的功率，有若干級(jí)2、 汽輪機(jī)本體的間隙問題推力盤蒸汽的流動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生推力軸瓦汽輪機(jī)本體軸向間隙

2、問題 1 示意圖（軸向位移又叫竄軸）汽缸、 轉(zhuǎn)子的膨脹方向不一樣， 膨脹 的程度不一樣， 從而使軸向間隙較冷 態(tài)下發(fā)生變化，即脹差。汽輪機(jī)本體軸向間隙問題 2 示意圖（差脹）小結(jié)：動(dòng)靜間隙太大 , 蒸汽不做功漏掉 ,不經(jīng)濟(jì) ,汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn) 化為機(jī)械能的效率降低 , 也即每發(fā)一度電所耗的熱能（熱 耗），所需的蒸汽（汽耗）增加。動(dòng)靜間隙太小 ,容易發(fā)生動(dòng)靜摩擦，產(chǎn)生機(jī)組振動(dòng)，嚴(yán)重 時(shí)造成汽輪機(jī)汽封、大軸、葉片損壞事故。 既要經(jīng)濟(jì)性又要安全性， 間隙控制在一定范圍內(nèi) （幾十微 米）汽輪機(jī)是精密設(shè)備，必須防止動(dòng)靜接觸（防碰磨） ， 發(fā)生碰磨時(shí)，反應(yīng)碰磨的保護(hù)（振動(dòng)、軸向位移、差脹）動(dòng)作，跳機(jī)3、汽輪

3、機(jī)汽封：汽缸體 供汽腔軸封供汽軸端汽封示意圖汽封：盡量減少漏汽，提高熱效率 軸封：防止缸內(nèi)蒸汽外泄，防止外部空氣進(jìn)入缸內(nèi) 軸封供汽不能中斷4、軸瓦：通入潤(rùn)滑油，在一定轉(zhuǎn)速下軸瓦和軸頸之間 形成穩(wěn)定油膜，實(shí)現(xiàn)油摩擦。 汽輪機(jī)運(yùn)行中任何情況下都不 能斷油。四 汽輪機(jī)的控制、安保系統(tǒng)：控制汽輪機(jī)的負(fù)荷（轉(zhuǎn) 速），發(fā)生事故時(shí)停機(jī)。（ 1） 高主、中主門的控制示意圖2) 高、中壓調(diào)門控制示意圖3) AST 控制油機(jī)頭手動(dòng)停機(jī) (危急保安器)危急保安器 ( 機(jī)頭手動(dòng)停機(jī) )()AST 控制油 主機(jī)潤(rùn)滑油隔膜閥4) OPC 油OPC 控 制到各調(diào)節(jié)閥 OPC 接口OPC 電磁閥，接受汽輪機(jī) 103%超速信號(hào)

4、回油AST 油五 關(guān)于汽輪機(jī)本體的保護(hù)1、超速保護(hù) :103% 超速 : 因電網(wǎng)原因機(jī)組甩負(fù)荷，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超 3090r/min ，關(guān)閉高、中調(diào)門，待轉(zhuǎn)速降到 3000r/min 以 下時(shí)，重新打開各調(diào)門，如轉(zhuǎn)速又超 3090r/min ，會(huì)再動(dòng)作。 防止出現(xiàn)更高的超速110% 超速 :DEH 、TSI、ETS 三套 ,動(dòng)作于 AST 電磁 閥，跳機(jī)。機(jī)械超速，動(dòng)作后卸掉隔膜閥上油壓，再卸掉 AST 油壓停機(jī)。汽輪機(jī)超速事故會(huì)造成大軸斷裂、軸瓦損壞、甚至飛車 等惡性后果 ,必須嚴(yán)防。2、高壓缸保護(hù)： 北重機(jī)組因結(jié)構(gòu)原因 , 低負(fù)荷時(shí)因蒸汽流量太小，不能 有效帶走缸內(nèi)因鼓風(fēng)摩擦損失而產(chǎn)生的熱量,

5、 缸內(nèi)設(shè)備會(huì)因過熱而損壞，故采用中壓缸啟動(dòng)， 待蒸汽流量達(dá)到一定值后 切回高缸進(jìn)汽。冷態(tài)啟動(dòng)過程中高缸需要得到充分暖缸，在 1020rpm 以上為了不產(chǎn)生鼓風(fēng)摩擦熱量，高缸必須抽成真空。高缸保護(hù)就是為達(dá)到上述目的而設(shè)。3、凝汽器低真空保護(hù)凝汽器真空低（排汽壓力高） ，也即排汽溫度升高，使 低壓缸、低壓轉(zhuǎn)子葉片、凝汽器溫度升高，會(huì)造成汽輪機(jī)振 動(dòng)、動(dòng)靜摩擦、末級(jí)葉片斷裂、金屬變形、凝汽器鋼管泄漏 等后果。4、潤(rùn)滑油壓低保護(hù) 防斷油燒瓦。5、EH 油壓低保護(hù)EH 油壓降低，高中主調(diào)各門會(huì)發(fā)生不可控動(dòng)作，必須停機(jī)。6 、 軸承振動(dòng)保護(hù)汽輪機(jī)動(dòng)靜摩擦、 轉(zhuǎn)子質(zhì)量平衡破壞 （如葉片斷裂等） 軸承故障（如

6、潤(rùn)滑不良、磨損等） 、聯(lián)軸器故障等原因會(huì)造 成機(jī)組振動(dòng)。7 、 軸向位移保護(hù)防動(dòng)靜摩擦。8 、 DEH 失電跳機(jī)保護(hù) 機(jī)組失去監(jiān)控，必須停機(jī)。9、 軸承溫度高保護(hù)防軸承、軸頸損壞10 、 汽輪機(jī)差脹保護(hù)防動(dòng)靜摩擦11 、 汽機(jī)手動(dòng)跳閘保護(hù)按鈕發(fā)生汽輪機(jī)保護(hù)無法反應(yīng)的危急情況（如危及人身安 全、著火等）以及保護(hù)拒動(dòng)時(shí)。機(jī)頭有危急保安器，按下后 實(shí)現(xiàn)機(jī)頭停機(jī)，類似輔機(jī)事故按鈕。12 、 鍋爐 MFT 動(dòng)作后聯(lián)跳汽機(jī)保護(hù)鍋爐 - 汽機(jī) -發(fā)電機(jī)是一個(gè)統(tǒng)一單元，鍋爐不正常，防止事故波及到汽輪機(jī)，汽輪機(jī)應(yīng)停止進(jìn)汽。 但為了減少機(jī)組非停，提高經(jīng)濟(jì)性（即使是機(jī)組熱起， 損失也是很大的） ，目前做停爐不停機(jī)邏

7、輯和預(yù)案，除個(gè)別 直接危及汽輪機(jī)安全的（如汽包高水位、汽溫直降等）情況 外，鍋爐 MFT ，不跳機(jī)。13 、 主、再熱蒸汽溫度下降跳汽機(jī)保護(hù) 主、再熱蒸汽溫度下降預(yù)示著蒸汽帶水，汽輪機(jī)有水沖 擊的危險(xiǎn)，而水沖擊可造成汽缸變形、轉(zhuǎn)子彎曲、動(dòng)靜摩擦 等嚴(yán)重后果。14 、 發(fā)電機(jī)主保護(hù)動(dòng)作聯(lián)跳汽機(jī)保護(hù) 發(fā)電機(jī)跳閘，汽輪機(jī)失去負(fù)荷，會(huì)發(fā)生超速，因此發(fā)電 機(jī)跳閘聯(lián)動(dòng)汽輪機(jī)跳閘，關(guān)閉各主、調(diào)門，切斷汽輪機(jī)動(dòng) 力。六 高、低壓旁路循環(huán)水1、 將高壓缸 旁路掉的叫 高旁 ,將中低壓缸 旁路掉的叫 低 旁。2 、 高低旁的作用：（ 1 ） 蒸汽參數(shù)不滿足要求或汽輪機(jī)不允許進(jìn)汽 時(shí)，給鍋爐產(chǎn)生的蒸汽提供通道流過再

8、熱器，避免再 熱器干燒。蒸汽流動(dòng)將爐內(nèi)熱量帶出，同時(shí)可采取措 施對(duì)蒸汽參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。（2） 泄壓。當(dāng)鍋爐壓力突升，高旁打開卸掉部分 壓力，防止鍋爐超壓。3 、 高低旁啟動(dòng)模式（ 1 ） 高旁冷態(tài)啟動(dòng)模式 機(jī)組啟動(dòng)過程中，使用該方式，其自動(dòng)控制閥門開度 及主蒸汽壓力如下圖：（ 2 ） 低旁冷態(tài)啟動(dòng)模式 低旁啟動(dòng)過程中控制過程與高旁類似， 可投自動(dòng) , 壓力人為設(shè)置。起初手動(dòng)打開一定開度： 凝汽器抽真空時(shí)可以直接抽到鍋爐汽包， 有助于鍋 爐過熱器、再熱器內(nèi)存水蒸發(fā)，消除水封，也有利 于汽包水蒸發(fā)，盡早建立鍋爐水循環(huán)。 給蒸汽提供通道，保護(hù)再熱器； 低旁開大有利于提升主、再熱汽溫； 隨著再熱汽溫的上

9、升，調(diào)整低旁開度，逐漸提升再 熱汽壓力，達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)壓力后可將低旁投壓力自動(dòng)， 穩(wěn)定壓力進(jìn)行機(jī)組沖轉(zhuǎn)，并網(wǎng)后隨著增加負(fù)荷，再 熱蒸汽走中、低汽缸，低旁自動(dòng)關(guān)閉。（ 3） 旁路非冷態(tài)啟動(dòng)模式（鍋爐有一定的壓力） 非冷態(tài)啟動(dòng)，高旁不能投啟動(dòng)模式 非冷態(tài)啟動(dòng)模式，鍋爐點(diǎn)火后應(yīng)及時(shí)打開高、低 旁，給蒸汽提供通道，保護(hù)再熱器。高低旁的控制應(yīng)根據(jù)鍋爐燃燒情況 （也即主再熱 蒸汽壓力上升情況）調(diào)整高低旁開度，逐步提升壓 力和溫度。注意：在調(diào)整過程中如果汽機(jī)還沒有掛閘，高旁開度小于 2%，鍋爐會(huì)發(fā)生 MFT 。4 、 正常運(yùn)行模式高低旁正常運(yùn)行必須嚴(yán)密關(guān)閉； 高旁滑壓模式運(yùn)行 （當(dāng)前實(shí)際壓力加一定偏置作為 定壓控

10、制值，確保其關(guān)閉） 低旁滑壓模式，其給定值由調(diào)節(jié)級(jí)壓力折算而來， 確保大于實(shí)際壓力，使其關(guān)閉5 、 有關(guān)高低旁保護(hù)（1） 防止蒸汽帶水， 高旁先開減壓閥，才能開減 溫閥；（ 2 ） 防止凝汽器熱沖擊， 低旁先開減溫閥，才能開減壓閥 ;3） 為保護(hù)再熱器 ,高旁后溫度超過一定值后 , 高旁快關(guān) ;（ 4 ） 為保護(hù)凝汽器 ,低真空、凝汽器水位高、低旁減溫水壓力低、凝汽器溫度高 低旁快關(guān) 。6 、 高旁快開 高旁快開高溫高壓蒸汽對(duì)高旁后管道造成強(qiáng)大的機(jī) 械、熱沖擊（如高旁暖管不良會(huì)更嚴(yán)重） ，曾經(jīng)發(fā)生過高旁 快開造成管道破裂事故，因此 高旁快開功能被取消 。7、 正常運(yùn)行中高旁為了實(shí)現(xiàn)其作用 （泄

11、壓、保護(hù)再熱器） ， 在幾種情況下自動(dòng)打開 20% ：高壓缸切中壓缸瞬間機(jī)前壓力大于規(guī)定值 機(jī)前壓力上升速率超規(guī)定8 、 正常運(yùn)行中低旁在再熱汽壓力超 4.4Mpa 情況下自動(dòng) 打開泄壓。9 、 正常運(yùn)行中應(yīng)注意檢查高低旁是否投自動(dòng)，否則會(huì)發(fā) 生拒動(dòng)。七 發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng) :1、 作用：供給發(fā)電機(jī)密封瓦，在密封瓦與軸之間形成油 膜，將氫氣封在發(fā)電機(jī)內(nèi)。 密封油不能中斷，否則應(yīng)緊急排 氫。密封油密封瓦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子油膜大氣壓力氫氣空側(cè)回油腔室空側(cè)回油氫側(cè)回油氫側(cè)回油腔室， 由圖可 以看出： 1、 氫 側(cè) 回 油 必 須 帶 有一定壓力；2、 氫側(cè) 回 油直接 和 氫氣接觸發(fā)電機(jī)密封瓦示意圖2 密封油

12、正常運(yùn)行方式 （主油泵工作） 示意圖 （紫色為供油， 藍(lán)色為回油）回主油箱氣 體 分 離至密封瓦氫側(cè)回油連接到發(fā)電機(jī) 氫系統(tǒng)壓力油箱：其內(nèi) 是發(fā)電機(jī)內(nèi)氫 壓，以維持氫側(cè) 回油腔室壓力真空油箱； 維持真 空，分離油中雜質(zhì) 氣體，防止機(jī)內(nèi)氫 氣污染主油泵3 主密封油故障，備用油泵運(yùn)行方式4 主、備用油泵均失去時(shí)的運(yùn)行方式 : 靠潤(rùn)滑油作為密封 油油，因其壓力低（ 0.16MPa） ,發(fā)電機(jī)內(nèi)壓力必須低于 0.1， 也即需緊急排氫，降壓至密封瓦氫側(cè)回油回主油箱氣 體 分 離連接到發(fā)電機(jī) 氫系統(tǒng)壓力油箱：其內(nèi) 是 發(fā) 電 機(jī) 內(nèi) 氫 壓，以維持氫側(cè) 回油腔室壓力潤(rùn)滑油來真空油箱； 維持真 空，分離油中

13、雜質(zhì) 氣體，防止機(jī)內(nèi)氫 氣污染5 潤(rùn)滑油中斷運(yùn)行方式：回主油箱潤(rùn)滑油來至密封瓦氫側(cè)回油壓力油箱：其內(nèi) 是 發(fā)電 機(jī) 內(nèi) 氫 壓，以維持氫側(cè) 回油腔室壓力真空油箱； 維持真 空，分離油中雜質(zhì) 氣體，防止機(jī)內(nèi)氫 氣污染氣 體 分 離連接到發(fā)電機(jī) 氫系統(tǒng)逆止閥八 關(guān)于暖熱力設(shè)備（汽輪機(jī)、管道、泵等）1 作用排盡設(shè)備內(nèi)的積水、空氣、雜質(zhì)， 以免產(chǎn)生振 動(dòng)； 讓設(shè)備溫度緩慢升高，避免溫度突升，金屬內(nèi) 外、局部受熱不均而產(chǎn)生裂紋， 損壞設(shè)備 ；2 管道產(chǎn)生振動(dòng)的原因及消除振動(dòng)是由水錘造成的，即前面的積水（原來的 積水或通進(jìn)去的蒸汽遇冷凝結(jié)形成）在蒸汽的 推動(dòng)下撞向后面的積水或擁堵物（例如關(guān)閉的 閥門、管道堵頭等） ；汽（氣）液兩相 在管道內(nèi)同時(shí)存在是產(chǎn)生振動(dòng) 的根本原因 高加旁路切主路，如果主路暖管不充分，主、 旁路水有溫差，也即有密度差，混合后水的總 體積縮小，在管道內(nèi)產(chǎn)生間隙，會(huì)發(fā)生后面的 水撞擊前面水的情況，從而使管道產(chǎn)生振動(dòng)。 暖管時(shí)防止管道振動(dòng)，要將管道內(nèi)的水、