汽轮机知识培训教材课件.ppt

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1、汽轮机ppt课件,汽轮机外形,汽轮机纵剖图,目 录,第一章 基础知识第二章 热力循环第三章 通流部分第四章 汽轮机变工况第五章 动叶片第六章 转子与轴系第七章 轴承、轴承座、盘车装置第八章 汽缸、隔板、持环第九章 本体阀门及管道,第十章 透平自动调节第十一章 性能试验第十二章 热电联供汽轮机第十三章 调峰及寿命第十四章 强度基础 第十五章 汽轮机用钢第十六章 制造工艺第十七章 可靠性,第一章 基础知识,概述汽轮机原理汽轮机的分类汽轮机型号的表示方法参数、容量与规范机组的运行机组的配汽汽轮机总体结构机组热膨胀及支撑滑销汽轮机辅助系统与设备空冷汽轮机发展趋势,一、概述,汽轮机是火力发电站的主要设备

2、之一，他在与锅炉（蒸汽发生器）、发电机（或其他被驱动机械）、凝汽器、加热器、给水泵和凝结水泵等电站主辅机的参数及容量的匹配和选型等方面起着牵头的作用。在汽轮机选型及设计时，要考虑到与电站中其他设备的匹配、协调和接口关系。传统上汽轮机部套和系统分为主机、调节、和辅机三大类：主机：包括汽缸、转子、隔板、叶轮等部套调节：包括轴承座、轴承、调节器、进汽阀等部套以及调节油系统和润滑油系统等辅机：包括凝汽器、高低压加热器、抽汽器等部套及回热系统、轴封系统和抽真空系统等,汽轮机设备及系统组合示意图,1主汽门；2调节阀；3汽轮机；4凝汽器；5抽汽器；6循环水泵；7水泵凝结；8低压加热器；9除氧器；10给水泵；

3、11高压加热器；12供油系统；13调节装置；14保护装置,二、汽轮机原理,级是汽轮机中最基本的工作单位级由静叶栅（喷嘴栅）和动叶栅组成,p0,P0,P1,P2,P3,P4,P5,P6,G,汽轮机原理,蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力由p0降至p1，流速从c0增至c1，将蒸汽的热能转变为动能。蒸汽进入动叶棚后，改变流动方向，产生了冲动作用力使叶轮旋转作功，将蒸汽动能转变为转子的机械能。蒸汽离开动叶栅的速度降至c2,h,s,h1,p1,1,2,h1t,hn,hc0,0,p0,P0*,0*,h0,h0*,汽轮机原理,随着汽轮机向高参数、大功率和高效率方向发展，单级汽轮机便不能适应需要，从而产生了多级汽轮机

4、。由于流经各级后的蒸汽压力逐渐降低，比容逐渐增大，因而蒸汽的体积流量也逐渐增大。为了使蒸汽顺利流过，汽轮机的通流面积逐渐增加，所以喷嘴和动叶的高度以及级的直径都逐渐增大。多级汽轮机的功率是各级功率之和，因此多级汽轮机的功率可以按需要做得很大。,三、汽轮机的分类,汽轮机分类续,四、汽轮机的型号表示方法,XX-XX-XX,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：,变型设计次序,五、参数、容量与规范,蒸汽初参数的选择背压的选择转速的选择汽轮机的工况机电炉参数容

5、量的匹配,1、蒸汽初参数的选择,汽轮机的进汽参数与电站的热经济性、安全可靠性和制造成本等有关。一般而言，近期参数越高，电站的热经济型越高，相应的制造成本也越大。通常容量小的机组参数较低，随着容量的增加，参数随之增高。有些国家汽轮机的参数没有一定的标准，制造厂可根据用户的要求，对汽轮机的进汽参数作适当变化。我国由于历史原因，汽轮机的进汽参数已经定型。,发电汽轮机蒸汽初参数,2、背压的选择,降低汽轮机的背压（或提高凝汽器的真空度），可以提高循环热效率。凝汽器的真空度是由凝汽器的传热面积、冷却水温和冷却水量决定的，不同地区都有一个大致确定的冷却水温和相对应的恰当的凝汽器真空度值。我国大部分地区的平均

6、冷却水温为20，凝汽器压力通常采用4.9KPa到5.4KPa。当平均冷却水温为25 时，凝汽器压力约为6.4KPa。对于某些严重缺水地区的火力发电厂，采用空气通风冷却的凝汽器时，汽轮机的背压一般都要比采用水冷式凝汽器的为高，它将根据不同气候和气象条件以及所采用的不同型式的风冷凝器而定。事实上，汽轮机低压缸末级动叶出口压力并不一定等于凝汽器压力。在缺乏排汽缸蜗壳的损失曲线时，一般可把凝汽器压力近似地作为汽轮机末级动叶出口压力。,3、转速的选择,由于发电机的级数只能成对的增加或减少，发电汽轮机的转速通常选用两档：对50Hz电网，为3000r/min或1500r/min；对60Hz电网，为3600r

7、/min或1800r/min。3000r/min和3600r/min称全转速机组；1500r/min和1800r/min称半转速机组。在给定的蒸汽初参数和背压条件下，汽轮机的极限功率与转速平方成反比。将汽轮机的转速降到半转速，在理论上将允许把功率提高4倍。采用半转速机组带来的问题是汽轮机尤其是低压部分部件尺寸、体积和重量都会成倍加大，这样不论在设计上还是在加工制造上都会增加额外的问题，因此对转速的选择应结合机组的材料消耗等进行综合技术经济分析来决定。,4、汽轮机工况的定义,额定工况：汽轮机在额定进汽参数和额定背压下，回热系统正常投运，补给水率为零，发电机为额定运行条件时，在发电机出线端发出额定

8、功率的工况称为汽轮机的额定工况。能力工况：汽轮机在额定进汽参数和背压为11.8KPa，回热系统正常投运，补给水率为3，发电机为额定运行条件时，在发电机端发出额定功率的工况称为汽轮机能力工况，也称为夏季工况。最大保证功率工况：当汽轮机在额定进汽参数和额定背压下，回热系统正常投运，补给水率为零，发电机额定运行条件，通过汽轮机的流量为能力工况的蒸汽流量时，在发电机端发出的功率为汽轮机的最大保证功率，此时工况称为汽轮机最大保证功率工况。超压5工况：有些制造厂生产的汽轮机，允许在进气压力超过额定压力5时的各种工况下连续运行。当调节阀开度相当于能力工况的开度，进气压力为105额定压力，而其他进排汽参数均为

9、额定值，回热系统正常投运，补给水率为零，发电机为额定运行条件时，在发电机端发出的功率为汽轮机的最大连续功率。设计流量工况：高压加热器切除工况：,5、机电炉参数容量的匹配,锅炉、汽轮机、发电机以及其它辅机是组成整个电站的必要部件，他们之间关系密切，相互牵连，其参数和容量应合理匹配。通常，主蒸汽管道的压降约为5进汽压力，温降约为3。汽轮机回热抽汽口至加热器间的管道压损约为抽汽压力的35。发电机的最大功率应等于或大于汽轮机的最大保证功率或最大连续功率。对蒸汽采用母管制的电站，锅炉的容量与汽轮机的容量可根据各自的规范适当组合。对单元制的电站，锅炉的最大连续蒸发量应大于汽轮机的能力流量。对发电机、主变压

10、器和其它辅机的容量匹配，也应略大于汽轮机的最大保证出力或最大连续出力。汽轮机进汽参数允许运行偏差。对原来可超压运行的机组，将进汽压力提高作为高一档额定压力的不可超压运行的机组后，压力波动时的最高压力不得超过105的额定压力。在异常情况下，允许短时到120的额定压力，但其累计时间在12个月的运行周期内不得超过12h。,六、机组的运行,一般将汽轮机机组的启动、带负荷和停机统称为汽轮机的运行汽轮机运行的实绩取决于设备设计、制造和安装、调试质量，也与主辅机及系统的参数、性能匹配和运行协调及运行、维护、保养的水平有关机组运行的灵活性与适应性，应在设计阶段根据用户要求确定，具体内容是机组起停次数为了适应运

11、行过程中的各种因素，汽轮机的结构不但得能承受压力和其他机械载荷，能承受各个部件的热膨胀、热变形及热应力，还得能承受运行过程中的各种冲击载荷汽轮机部件的材料应合理，高温部件的材料应具有长期稳定的耐高温性能为确保机组的安全起、停和运行，应配备必要的辅助系统和设备,七、机组的配汽,汽轮机的启动、停机和功率变化是通过开大或关小调节汽阀来改变进入汽轮机的蒸汽流量和蒸汽参数而达到目的，这就是汽轮机的配汽汽阀的开关有两种方式：节流调节（又称单阀调节）和喷嘴调节（又称顺序阀调节）。节流调节是通过开大或关小主汽阀或调节阀来实现。喷嘴调节是通过顺序开大或关小各调节阀来实现。,节流调节,工作过程：进入汽轮机的所有蒸

12、汽都通过一个调节汽门，然后进入汽轮机。调节汽门控制流量大小。,G,P0,t0,主汽门,调节汽门,汽轮机,h,s,h0,t0,p0,p”0,p0,pc,节流调节续,工作特点：机组在低负荷时调节汽门中节流损失较大，使扣除进汽机构节流损失后的理想比焓降减小得较多。（节流效率th）没有调节级，结构比较简单；在工况变动时，各级比焓降变化不大，同时级前温度变化也较小。,喷嘴调节,工作过程：主要特点：机组在部分负荷时，效率较高。机组的高压部分在工况变化时温度变化很大，从而引起较大的热应力。,3,3,3,3,2,2,2,2,1,G,简化的调节级的压力与流量的关系,p,G,0,1,8,7,6,5,4,3,2,调

13、节级出口压力线,G1,0.8G,0.4G,G,Q,U,L,I,M,K,N,V,J,G,八、汽轮机总体结构,汽缸数和汽缸结构转子支撑数低压缸轴承座设置型式本体汽、水、油管汽轮机与凝汽器的接口汽轮机与发电机的接口对汽轮机基础的要求地震对汽轮机结构的要求,1、汽缸数和汽缸结构,初参数在9MPa、535或以下、额定功率100MW或以下的非中间再热机组，普遍选用单缸总体结构。对于超高压和亚临界初参数的中间再热机组，额定功率从125MW到200MW以上机组均采用多缸总体结构双层缸结构单流和双流高中压合缸结构,多缸汽轮机,多缸汽轮机,多缸汽轮机,2、转子支撑数,单缸汽轮机机组，每个转子均用2个支持轴承，即支

14、撑数N2n（n为转子数）。对多缸多转子结构，也可采用2根转子通过刚性法兰联轴器连接后2根转子由3个轴承支撑，即支撑数Nn1（n为转子数）。上述两种支撑方式在国产汽轮机轴系设计中均用过。三点支撑方式广泛用于200MW等级或以下的多缸结构机组。二点支撑方式广泛用于300MW和600MW等级机组。,3、低压缸轴承座设置型式,低压缸轴承座和其它轴承座一样，应保证在各运行工况下维持轴承标高的稳定性。大型机组常用的低压缸轴承座设置型式有两种：承座与汽缸连为一体的整体结构轴承座落在机组基础上的分开结构,4、本体汽、水、油管,防止油管道失火 采用措施：防止蒸汽倒灌进汽轮机 采用措施：防止汽轮机进水 采用措施：

15、控制管系作用在汽缸上的推力和力矩 采用措施：,5、汽轮机与凝汽器的接口,刚性连接：低压缸基础承受全部载荷刚性连接加弹簧：低压缸基础和弹簧各承受一部分载荷挠性连接：凝汽器重量全部作用在地面上,6、汽轮机与发电机的接口,连接汽轮机转子与发电机转子的联轴器是汽轮机与发电机间的接口大型汽轮发电机组通常采用刚性联轴器，有些机组尤其是中小机组采用半挠性联轴器在正常运行情况下，联轴器应保持2个转子的对中和转子杨度曲线在该连接点处光滑过渡，并能在强度上保证安全可靠的把汽轮机转子的扭矩传递给发电机转子。,7、对汽轮机基础的要求,汽轮机机组的基础有两种：预应力混凝土基础和钢结构基础。常用的是混凝土基础。混凝土基础

16、优点：混凝土基础重量大，阻尼大，可以吸收振动混凝土基础热导率低，局部受热不变形混凝土基础材料便宜对汽轮机基础的要求：在承受各种载荷条件下，基础应稳定，基础应足够坚实，其构件的挠度以及基础局部下沉应符合设计规范规定基础的自振频率应避开与机组运行转速的频率发生共振基础材料应对温度变化不敏感，以免局部发生变形而影响机组对中基础应按规范进行地震载荷作用下的安全性核算，以保证地震时基础的安全性,汽轮机基础示意图,8、地震对汽轮机结构的要求,在设计大型汽轮机时，往往要求核算机组部件的抗地震能力，以尽可能减少地震对汽轮发电机组的损害。为核算结构部件在地震力作用下所承受的载荷，需确定地震的量级。目前地震力计算

17、中采用两种地震量级：安全停机地震量级半安全停机地震量级,九、机组热膨胀及支撑滑销,支撑滑销系统：支撑滑销系统是静子部件的支撑定位（如汽缸的支撑猫爪，汽缸内部的隔板、隔板套以及内缸的支撑和定位垫块等）和热膨胀时导向用的各种滑销的总称。其主要作用能维持静子和静子间严格的相对位置和维持静子与转子中心线的一致，并使静子和转子按规定方向自由热膨胀（或冷收缩）通畅无滞止，无卡涩。机组的热膨胀：汽轮机静子和转子在起停工况、稳定和瞬态工况时，因部件结构、本身重量、负荷变化率、温升（降）率以及所处的热传导条件不同等原因，各部件的温度分布和变化速率不同。一般来说转子加热和冷却的速率比静子部件快，所以在热膨胀和收缩

18、过程中，不只有静子的绝对膨胀，还有转子相对静子的相对膨胀。膨胀基准点：为控制胀差和防止动、静部件相碰，通常有两种膨胀基准作为计算膨胀的基准点。即静子相对于机组基础的基准和转子相对静子的基准点。,支撑滑销系统示意图,十、汽轮机辅助系统与设备,调节、保安和控制系统润滑油系统和装置汽封系统疏水系统回热系统、凝汽系统及设备,1、调节、保安和控制系统,调节保安系统的作用：主要是使机组的被调量（转速、功率等）能按一定的规律变化，以适应负荷（电功率、热负荷或驱动功率等）变动的要求；当机组发生故障或外界扰动是能采取紧急保安措施，以确保机组安全，免遭损害。调节保安系统的结构型式：有机械液压式、全液压式、模拟电液

19、式和数字电液式汽轮机调节系统要求的不同：对于不同用途的汽轮机，对其调节系统的要求是不同的，汽轮机的调节系统要求主要和汽轮机的型式有关。,凝汽式汽轮机调节系统及方框图,典型全液压调节保安系统图,典型电液调节保安系统图,2、润滑油系统和装置,汽轮机的供油系统包括：润滑油系统顶轴油系统氢冷发电机的的密封油系统液压调节油系统和保安油系统。汽轮机由系统中的管道按压力分可分为两种：低压油管道高压油管道,典型供油系统图,3、汽封系统,汽轮机汽封系统的作用：防止在转子穿出汽缸处有蒸汽从高中压缸内向外泄露进入汽轮机房；或空气漏入低压缸内影响机组真空，压力蒸汽漏出汽缸后还会窜入轴承座致使润滑油含水。汽轮机轴封结构

20、：一般都采用锯齿形的迷宫式结构，中小型机组也有采用石墨环轴封结构的。汽封系统型式：开式汽封系统和闭式汽封系统,汽封原理,芬诺曲线,汽封系统图,4、疏水系统,汽机疏水系统作用：保证汽轮机在机组启动、停机、升负荷或降负荷运行时将汽轮机本体及其本体阀门以及从这些阀门连接到汽缸上的主蒸汽、再热蒸汽管道和汽封管道内的凝结水排泄出去，从而防止由于汽轮机进水而造成的汽缸变形、转子弯曲、动静部件相碰擦，甚至引起叶片断裂等严重事故的发生。对汽机疏水的基本要求：汽轮机本体及其蒸汽管道的每个低点都应设置输水管，对于没有明显低位点的长距离水平管道的疏水管应设置在沿管道顺流方向的末端。所有输水管、疏水孔及疏水阀的通流尺

21、寸应能保证排放任何运行工况下的最大流量。,疏水系统图,5、回热系统、凝汽系统及设备,回热系统和凝汽系统的定义和作用：汽轮机回热系统和凝汽系统的重要性：是汽轮机和整个电厂的重要系统，这两个系统的布置布置以及相关设备的性能直接影响到整个电厂的效率汽轮机回热系统和凝汽系统的主要设备：高低压加热器、除氧器、凝汽器、抽真空设备等,汽轮机热力系统图,十一、空冷汽轮机,什么是空冷机组：采用空气（风）带走凝汽器废热的汽轮机称为空冷汽轮机。与常规湿（水）冷凝器器的汽轮机不同之处在于：配用空冷系统（又称干冷系统）形成的背压高、变化幅度大且变化频繁。空冷系统分类：直冷系统海勒系统哈蒙系统,三种空冷系统图示,空冷机组

22、的特点,省水，理论上干塔不耗水减少污染，有利于环境保护供电煤耗约比湿冷机组高电站总投资比湿冷机组高0-15%对汽轮机设计尤其对低压排汽端末级叶片的设计影响大汽轮机带基本负荷及提高单机容量可缩短投资回收年限和降低单位功率的造价,十二、发展趋势,目前全世界以上的发电量是由汽轮发电机组的电站提供的，面对各种新能源和新动力装置的挑战，传统的蒸汽轮机电站技术也在不断向前发展，其发展趋势如下：增大单机功率，提高蒸汽初参数，改进汽轮机的通流设计，优化中间再热和给水回热系统，以提高汽轮机组的经济性发展大型热电联产机组和燃气蒸汽联合循环，以提高电站热力循环的效率，最大限度的提高燃料中一次能源的利用率开发以计算机和电子元器件为基础的汽轮机控制系统和电站控制系统，以提高自动化水平采用先进的加工制造设备和工艺，以确保产品质量和工作质量，提高机组的可靠性和利用率,