項目9 任務(wù)9.8汽輪機的非正常運行-

授課教師：孫為民項目七電廠汽輪機的啟動任務(wù)9.8汽輪機的非正常運行汽輪機偏離正常運行方式的各種工作狀態(tài)統(tǒng)稱為非正常運行或者異常運行汽輪機非正常運行狀態(tài)下，只要監(jiān)視參數(shù)沒有超限，機組仍能繼續(xù)工作，只是各部件的熱狀態(tài)以及受力情況都有不同程度的改變。必須予以關(guān)注非正常運行ABNORMAL

OPERATION

04高壓加熱器切除時的運行03低真空運行02電網(wǎng)頻率異常時的運行汽輪機的非正常運行有以下幾種情況：01汽輪機甩負荷04高壓加熱器切除時的運行03低真空運行02電網(wǎng)頻率異常時的運行01汽輪機甩負荷汽輪機的非正常運行有以下幾種情況：[其后又有三種不同的運行狀態(tài)①電網(wǎng)或發(fā)電機故障時，汽輪機解列維持空負荷或帶廠用電負荷運行②電網(wǎng)或發(fā)電機故障時，汽輪機解列時的變頻運行③汽輪機負荷較低且未解列時的倒拖運行這三種情況下，汽輪機的流量都很小概括為小容積流量工況CONTENTS目錄第一部分PART

ONE小容積流量工況第二部分PART

TWO葉片顫振第三部分PART

THREE電網(wǎng)頻率異常時的運行第四部分PART

FOUR低真空運行第五部分PART

FIVE高壓加熱器切除時的運行小容積流量工況第一部分小容積流量工況7

01小容積流量下，汽輪機末幾級的流動特性證明：隨著容積流量的減小，汽輪機的末級首先出現(xiàn)脫流，然后脫流現(xiàn)象往前面各級依次發(fā)展,如圖所示。脫流沿葉高和軸向的深度都將隨的減小而加劇。顯然：小容積流量工況8汽輪機末級動葉根部開始出現(xiàn)脫流及其后容積流量更小的工況就為汽輪機的小容積流量工況小容積流量工況下，汽輪機的效率會下降顯然：01小容積流量下，汽輪機末幾級的流動特性小容積流量工況902動葉根部與葉間間隙外緣發(fā)生渦流的原因發(fā)生脫流的條件有二01由流體力學知識可知軸向擴壓流動02流體具有黏性所以渦流發(fā)生在擴壓區(qū)和葉柵上下端部的邊界層增厚處小容積流量工況1003汽輪機的鼓風工況、透平工況與過渡工況隨著級容積流量的減小，級的輪周功率也在下降，我們稱級的輪周功率為零的工況為級的過渡工況，是級耗功與對外做功的界限級的容積流量大于該值時，級內(nèi)蒸汽仍可對外做功。級的容積流量小于該值時，級內(nèi)蒸汽的流動不僅不能對外做功，還會消耗汽輪機軸的功我們稱這種耗功工況為級的鼓風工況小容積流量工況1103汽輪機的鼓風工況、透平工況與過渡工況汽輪機對外做的有效功大于零的工況為透平工況汽輪機不僅不對外做功還要消耗軸上機械功的工況為鼓風工況也稱耗能工況或壓氣機工況或倒拖工況。在鼓風工況下，動葉起鼓風機葉片的作用，有時動葉后壓力還會大于噴嘴后（動葉前）壓力。我們稱汽輪機對外做的有效功為零的工況為過渡工況同理，對于汽輪機小容積流量工況1203汽輪機的鼓風工況、透平工況與過渡工況將流體送出該級，這部分消耗的能量最大維持噴嘴動葉間隙外緣環(huán)形渦流，這部分消耗的能量居中動葉后根部渦流耗能最少鼓風工況下的功耗分為三部分小容積流量工況13小容積流量工況下，級的工作條件惡化主要是由于在動葉根部和級間隙中出現(xiàn)了脫流現(xiàn)象。04影響過渡工況的因素而脫流的原因又是噴嘴的外緣擴張角過大，汽機工作過程中，過渡工況出現(xiàn)的越遲，鼓風工況的范圍就越窄，對外做功的透平工況范圍就越寬。為此，需要分析過渡工況的影響因素，以減小過渡工況對應(yīng)的值。因此推遲過渡工況出現(xiàn)的具體方法有：0102噴嘴外緣擴張角不宜過大扭葉片的的截面移向頂部小容積流量工況1404鼓風工況下對通流部分的加熱汽輪機容積流量降低時，最先進入鼓風工況的是最末級，隨著容積流量的繼續(xù)降低，倒數(shù)第二級也進入鼓風工況……，如此逐級向前推進。鼓風工況消耗的機械能將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芗訜嵴羝儆烧羝訜徂D(zhuǎn)子和汽缸。鼓風工況小容積流量工況15噴水冷卻裝置投運時，若凝汽器真空較高，則末級動葉后汽溫沿整個葉高都將降到排汽壓力下的飽和溫度，一般為50~60℃，比較安全。為了降低末級和排汽缸的溫度，在末級后裝設(shè)了噴水冷卻裝置。一臺末級徑高比為2.4的汽輪機空負荷運行時，低壓缸的進汽溫度為110~130℃，但由于鼓風加熱的作用，使排汽溫度可高達200~250℃。單缸凝汽式汽輪機在空負荷運行時，只有調(diào)節(jié)級可對外做功，其余各級都處于鼓風工況，各級都受到加熱。試驗表明小容積流量工況16由于小容積流量工況下，末級動葉根部的反動度為負值，所以噴水冷卻裝置噴出的水滴會被根部渦流吸入動葉，并冷卻動葉。對于再熱機組，低負荷時旁路蒸汽送入凝汽器，減溫減壓器噴出的部分水滴也將經(jīng)過凝汽器倒流入末級動葉根部起冷卻作用但不能為此就停用噴水冷卻裝置，否則，幾分鐘后末級動葉后汽溫就可升高到200℃甚至250℃。小容積流量工況17小容積流量工況下，末級葉根汽流倒流帶入的水滴還會對動葉出口邊背弧產(chǎn)生水沖蝕作用，這種沖蝕使葉片的強度下降，也增加了不安全因素。0102小容積流量工況下，排汽壓力升高時，夾帶水滴逆流進入動葉根部的冷卻作用不能將金屬材料冷卻到允許范圍，且會引起其它安全問題，因此在小容積流量工況下仍然要限制排汽壓力的升高。葉片顫振第二部分葉片顫振19加之：末幾級葉片的長度不斷增加，末級葉頂?shù)膱A周速度處于跨聲速或超聲速區(qū)域，使葉片在小容積流量下運行時的負沖角很大，導(dǎo)致葉片發(fā)生顫振，當汽輪機解列維持低負荷運行時，汽輪機的轉(zhuǎn)速將會偏離設(shè)計值，此時，汽輪機末幾級的調(diào)頻葉片就可能進入共振區(qū)工作，使其振動性能下降。葉片顫振而且顫振是一種自激振動，很容易導(dǎo)致葉片損壞。電網(wǎng)頻率異常時的運行第三部分電網(wǎng)頻率異常時的運行21電網(wǎng)頻率異常是指電網(wǎng)頻率低于49.5Hz或高于50.5Hz的情況電網(wǎng)頻率異常會影響到某些部件的振動性能，其中對汽輪機低壓級葉片的振動性能影響最大，有可能使這些長葉片陷入共振區(qū)所以電網(wǎng)頻率異常時的運行也是一種危險的運行工況。010203電網(wǎng)頻率異常時的運行22比如美國GE公司的規(guī)定為：（1）頻率偏離設(shè)計值±0.6Hz可長期運行（2）頻率偏離設(shè)計值±0.6~1.4Hz可運行90min（3）頻率偏離設(shè)計值±1.4~1.9Hz可運行12min（4）頻率偏離設(shè)計值±1.9~2.4Hz可運行1min另外，汽輪機上還設(shè)有超頻率保護裝置，當頻率變化超過規(guī)定范圍后，保護動作可以使汽輪機脫扣。電網(wǎng)頻率變化幅度不同，對機組的危害性也不同。為了避免電網(wǎng)頻率超范圍運行損壞汽輪機葉片，有的制造廠對超范圍時的運行時間做了嚴格規(guī)定低真空運行第四部分低真空運行24低真空運行Lowvacuumoperation在前面我們已經(jīng)分析過，汽輪機的排汽壓力升高（即真空下降）時對汽輪機安全工作的影響顯然低真空運行會危及汽輪機設(shè)備的安全此處我們僅分析的凝汽式汽輪機改為低真空供熱運行的情況低真空運行25所謂凝汽式機組改為低真空供熱運行工況是指:人為地提高凝汽器的真空，將凝汽器改造為一級熱網(wǎng)加熱器，這樣可以利用汽輪機的排汽熱量，經(jīng)濟效益明顯。采用這種運行方式時，凝汽器內(nèi)冷卻排汽的是熱網(wǎng)水，原來的循環(huán)水系統(tǒng)被切除。經(jīng)凝汽器加熱的熱網(wǎng)水用熱網(wǎng)水泵送往熱網(wǎng)加熱器再加熱到合格溫度后，送往熱用戶。低真空運行26該運行方式需注意以下問題1.進入凝汽器的熱網(wǎng)水壓較高，要考慮凝汽器水室的承壓問題和銅管接口處的嚴密性問題2.汽輪機轉(zhuǎn)子的軸向推力較大，要考慮推力軸承的承受問題3.排汽缸溫度較高，需注意汽缸與轉(zhuǎn)子中心一致的問題4.凝結(jié)水溫度較高，需考慮凝結(jié)水泵的運行可靠性5.需密切關(guān)注抽氣器或真空泵的運行情況高壓加熱器切除時的運行第五部分高壓加熱器切除時的運行28因為高壓加熱器（簡稱高加）位于給水泵的出口，工作壓力高，經(jīng)除氧器加熱過的水溫也較高，使得高加的運行條件很差，容易發(fā)生故障。高加發(fā)生故障時，有可能造成汽、水倒入汽輪機，嚴重威脅汽輪機設(shè)備的安全。為此，高加故障時，必須將其切除，此時，給水經(jīng)高加的給水旁路送往鍋爐，并不影響鍋爐的供水。對于雙層汽缸中的冷卻蒸汽是由高加抽汽提供的機組來說，高加上還需設(shè)蒸汽旁路，以保證高加切除時夾層蒸汽的供給。高壓加熱器切除時的運行29高加切除后，汽輪機的經(jīng)濟性會發(fā)生變化，有些機組還會限制機組的出力。其影響程度與高加的水側(cè)旁路設(shè)置以及停運方式有關(guān)。高加的水側(cè)旁路有小旁路和大旁路兩種類型:小旁路系統(tǒng)小旁路系統(tǒng)的每臺高加均設(shè)置一套旁路供水系統(tǒng)，系統(tǒng)運行靈活，高加的事故波及面小，但設(shè)備投資費用高，系統(tǒng)復(fù)雜。大旁路系統(tǒng)大旁路系統(tǒng)只設(shè)置一套旁路供水系統(tǒng)，只要一臺高加故障，所有高加都需切除，由于其有系統(tǒng)簡單，操作方便，投資費用省的優(yōu)點，也得到了廣泛使用。高壓加熱器切除時的運行30高加的停用有依次停用和中間停用兩種典型方式。依次停運法從壓力最高的加熱器開始停運，然后依壓力降低的次序順序逐漸停運其他加熱器中間停運法則無需考慮壓力問題，可根據(jù)實際運行情況選擇停運任何加熱器小旁路系統(tǒng)可以選擇使用依次停運或中間停運兩種方式，而大旁路系統(tǒng)只能采用依次停用法高壓加熱器切除時的運行31此時如果汽輪機的主蒸汽流量不變，停運高加抽汽口后的所有級的蒸汽流量都將增加，會使得汽輪機的軸向推力增大，危及汽輪機設(shè)備的安全采用依次停用法的機組，被保留的加熱器工作條件不變。而且由于高加的停用，使得給水溫度下降，同時冷源損失增大，兩者綜合作用造成機組的經(jīng)濟性下降較多。另外，高加切除后，還可能造成鍋爐過熱蒸汽溫度超限