《大型汽轮机设备及系统》01a.ppt

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1、1,600MW火力发电机组,汽轮机设备及系统 （第二板） 华东六省一市机电工程（电力）学会编 任课教师： 刘华堂 华中科技大学 能源学院 文华学院 2012.05,2,第 一 章 概 述（2学时）,11 汽轮机及系统的选择 建电厂的目的：将燃料化学能转变为电能。要考虑的问题： 经济问题：少用燃料，多发电，即高的效率。 安全问题：安全，可靠。 环保要求：节能降排（温室气体）。除硫、脱硝 。 选择好的发电设备：为此，要分析、考虑以下问题： （1）主要部件的结构、性能，包括： 主汽门、调节汽门、导汽管的结构、布置方式； 配汽方式（单阀调节，顺序阀调节）； 高、中、低压缸结构；,3,高、中、低压转子结

2、构； 末级动叶长度； 轴承结构，盘车装置，轴系连接方式； 机组膨胀性能。 （2）机组的布置方式：对安装、运行、检修都有影响。如主、调门布置位置。 （3）机组的控制方式：包括主机和系统的控制： 主机：采用数字电液控制系统（DEH）； 辅机系统：采用分散式控制系统（DCS）。 两者协调，形成闭环式自动控制体系，在集控室的计算机桌面、屏幕上就可以了解各系统的状况，发出指令对机组进行控制。,4,（4）运行方案确定：,机组运行年限、运行方案对机组结构、材料选用是有影响的。应告知设计制造厂家。 （5）给水回热加热系统的选择：这对机组的效率影响的，抽汽级数、抽汽点的位置，抽汽量等。 （6）旁路系统的选择：机

3、组启动、运行方式对主蒸汽旁路系统的容量、控制方式要求不同。选择主蒸汽旁路系统时，注意旁路阀的驱动方式，液力驱动阀门动作要快，电动阀门的动作要慢。 （7）真空凝结水和循环冷却水系统的选择： 要根据地理位置和气候条件不同来选择真空凝结水和循环冷却水系统。要根据水温、水质、水源来选用系统、设备、材料。如：,5,西北地区：缺水，选择闭式循环冷却水系统； 沿海地区：选用钛管凝汽器； 水温：东北，年平均水温可选15 C；两广、海南，年平均水温可选25 C。 （8）再热系统选择： 对于亚临界机组，一次再热； 对于超临界机组，可一次再热，也可二次再热（二次再热，压力低，管道粗，流量大，管道系统更加复杂）。,6

4、,12 600MW汽轮机组主要技术参数,机组的技术参数分：经济技术参数和安全技术参数。 一、汽轮机组经济技术参数 蒸汽参数对机组效率的影响： 这个问题在前面所讲内容中已经阐述得很清楚：提高初参数和降低排汽参数，可以增大机组的理想焓降，则可以提高循环热效率，即 2. 给水回热加热系统的作用（前述）,7,3. 真空（凝汽）系统的作用,组成：由抽真空系统、密封系统组成； 作用：建立并且维持凝汽器的高度真空(即低背压)，拉长机组总理想焓降的下端，最大限度地把蒸汽的热焓变为汽轮机的动能。 确保凝汽器高度真空的必要条件： 排汽凝结成水； 抽真空系统； 凝汽量和循环冷却水量（冷却倍率 不小于60）、冷却水进

5、口温度； 供水方式，地理位置，季节； 换热面积； 传热端差。 最有利真空和极限真空：,8,4. 轴封系统,轴封系统的作用： 在高压端，防止蒸汽向外泄漏； 在低压（真空）端，防止空气向汽轮机内泄漏，维持高度真空。 措施： 设置端轴封。,P5 图13,9,5. 汽封系统的作用,设置通流部分汽封： 径向汽封（叶顶汽封和隔板汽封）；减少叶顶漏汽、隔板间隙漏汽。 轴向汽封：,10,6. 通流部分的性能,（1） 汽轮机的级：作功的最小单元； （2） 级的组成：静叶栅和动叶栅； （3） 蒸汽在级内能量转换过程： 蒸汽通过静叶通道时，膨胀加速，将热能转换为高速汽流的动能； 蒸汽通过动叶通道时，改变方向，或者既

6、改变方向又继续膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转换为旋转机械能。,P7 图15,11,（4） 热力过程曲线分析（图1-5） ,（5） 动叶进出口速度三角形（图1-5） ： （6） 调节级（第一级）的特性 （图1-6）： 级的焓降大，作功能力大，在部分负荷下焓降更大； 最佳速度比的合理选用。 （7） 末级的性能：影响末级的性能的因素有： 蒸汽参数：指蒸汽湿度，影响效率，冲蚀叶片。 动静叶片的结构、形线：有足够大的通流面积，具有三元流流线；叶高有11.3m，保证强度。 凝汽的真空度和排汽部分的形线：有良好导流结构，通畅。,P8 图16,12,7. 配汽机构对汽轮机效率的影响,管道：为了减小

7、管内流动损失，应合理选用流速、管径，尽量避免直角转弯，内表面光滑，保温等。 主汽阀、调节阀门：阀门要有足够的直径，有扩压段；运行时，主汽阀全开；配汽阀门在主要工况（如50%、70%、85%、100%）下不发生节流；配汽阀门后面的导汽管和配汽室尽可能符合流线，避免撞击和涡流。 负荷变化对机组效率的影响（实例，北仑港电厂1、2号600MW机组）： 1号机（设计值）：,13,二号机（设计值）：,热耗率随负荷的变化曲线如图1-7。 从以上表格可知：在变工况下，机组效率会降低。所以，目前，600MW机组多带基本负荷。由其他机组带调峰负荷。,图1-7,14,二、汽轮机组的安全技术参数,汽轮机组本体的安全十

8、分重要，下马分别讨论各部件的安全。 转子安全技术参数：转子是重要部件，工作状态复杂，高温、高速，承受巨大离心应力和扭转应力；热应力，高温蠕变，弯曲，振动等。 （1）离心应力： 图1-8表示转子上高应力部位； 空心转子中心部位的离心应力高于实心转子中心部位； 具有足够抗断裂韧性。 材料的脆性转变温度（ ）。当工作温度比脆性转变温度高50k时，材料抵抗脆性抗断裂能力正常。,15,（2）扭转应力：,扭转应力是由于传递力矩而产生的。低压转子与发电机转子连结端的轴颈处的扭转应力最大。此处是在发电机突然短路时，产生最大扭转应力。 （3）热应力： 产生原因：主要发生在高、中压转子的前几级。是由于在启动、停机

9、和负荷大幅度变化时，金属材料存在较大温差而产生的。 低周疲劳和疲劳裂纹： 控制温升率，暖机是控制热应力的办法。 转子寿命计算和寿命管理； “机组突然甩负荷而带厂用电”和“甩负荷后维持空转”最危险工况 。 热应力：热冲击，热变形，引起转子弯曲。 金属材料的高温蠕变现象：,16,（4）振动特性：,为了分析机组振动特性，这里需要回顾几个有关内容： 转子临界转速； 质量不平衡问题； 油模振荡。 这几个问题在汽轮机原理中已经讨论过了。,17,2. 叶片安全技术参数,600MW机的叶片有三种：短叶片、中长叶片和长叶片。 （1）短叶片：用于高温区段（高压缸和中压缸之前几级）： 承受离心拉应力、蒸汽弯曲应力。

10、 调节级叶片，在低负下焓降大，（最危险工况）弯曲应力特别大； 调节级叶片由于进汽不均匀，还承受着相当大的脉动力，其振动频率要求高，要求用“非调频叶片”。 其余各级短叶片也要求用“非调频叶片”。 （2）中长叶片：用于中压缸之后几级和低压缸的前13级：所受应力较大，最大应力在叶根处。 对静应力校核及安全系数（略）； 动应力校核：动应力比静应力危险，应严格控制；,18,对动应力的控制如下：,调节级： 2500.098MPa 对于有抽汽口的压力级： 3500.098MPa 普通压力级： 4500.098MPa 自由叶片级： 2000.098MPa 成组或整圈连结围带级： 4500.098MPa 中长叶

11、片一般用“调频叶片”。,叶片的调频,所谓“调频”，就是调整叶片的频率或者激振力的频率，使二者的频率 数值不相等并错开一定的安全范围。火电厂现场调频的常用几种方法有： 1）重新安装叶片、改善安装质量； 2）增加叶片与围带、拉金的连接牢固度，铆打铆钉、加焊； 3）加大拉金直径（增加了拉金对叶片的反弯矩）或改用空心拉金（减小 质量、提高频率）。 4）增加拉金数目； 5）改变叶片组内叶片数目； 6）对单个自由叶片增设拉金或围带； 7）在叶片截面中心钻减荷孔； 9）采用松拉金或波形围带均可以增大阻尼，降低动应力。 10）变更喷嘴数、或者重新设计隔板以改变激振力的频率。,20,关于叶片振动的一些专业名词：

12、,离心拉应力： 弯曲应力： 静应力： 动应力： 激振力（低频激振力，高频激振力）： 非调频叶片： 调频叶片：,21,3. 汽缸的安全技术参数,汽缸工作状态复杂，受力复杂； （1）高、中压缸： 保证良好密封，尽可能低的热应力和热变形。为此，运行时，上下缸温差应30 C；启动、停机时，应100 C； 连结蒸汽管道多，会对汽缸产生推力（拉力），造成汽缸变形、整体位移，缸体与转子对中破坏，产生振动。 限制蒸汽管道对汽缸的推力和力矩：F 5 % W 式中，F蒸汽管道推力；W汽缸重力。 （2）低压缸：应保证刚度和稳定性。 刚度：刚度不够，可能导致高真空下缸体变形，动静部分同心、振动。,22,4. 本体其他

13、安全技术参数,轴系对中：600MW机组轴系由高压转子、中压转子、低压转子A、低压转子B、发电机（励磁机）转子组成。用刚性连轴节连结。要求对中精确。 推力轴承：瓦块厚度+间隙应小于通流部分的最小间隙。这样，才能保证瓦块被烧时，通流部分不致被破坏。 通流部分最小间隙：应大于任何工况下转子与汽缸之间的相对膨胀值。,23,5. 调节、保安系统的主要功能,调节、保安系统最重要的技术参数： 危急遮断器动作转速（1.101.12 ） ； 主汽阀、调节阀的严密性； 各汽门关闭时间。 危急遮断器的任务：当机组转速超过整定值（1.101.12 ）时，迅速关闭各阀门。即转速在3450r/m以下，其保证条件是阀门有良

14、好的严密性。故在机组投运行前要作阀门严密性试验，达到： 主汽阀全关、调节阀全开下，汽轮机盘车速度不变； 调节阀全关、主汽阀全开下，汽轮机盘车速度不变；,24,保安系统在下列情况下，必须完成的保护任务：,（1）汽轮机振动大； （2）轴承温度超限； （3）润滑油及EH油压力低； （4）汽轮机膨胀超限； （5）排汽缸温度超限； （6）低压缸（凝汽器）真空低； （7）主蒸汽温度低； （8）密封蒸汽压力低； （9）汽轮机轴向推力超限、瓦块损坏； （10）其他保护回路中各种设定值超限。,25,三、启动、停机、变负荷特性,汽轮机体积庞大，结构复杂，主要组成部件尺寸大，热惯性大。要特别安排汽轮机的工作参数。以

15、冷态启动最为重要，整个机组由常温逐渐变为工作状态，必须注意： 主、再热蒸汽管道尺寸大、热膨胀大，要有足够的暖管时间，使膨胀均匀。避免引起管道振动和对汽缸产生不正常的推力。并及时疏水，防止水击、产生振动。 盘车投入后，由各汽缸的前后轴封送汽暖机，注意疏水。暖机蒸汽温度可比金属高150200C，过热度50C。暖机时间不少于5h。 冲转：转子金属温度150C。避免转子材料脆性转变温度（80120C）。蒸汽温度比金属高100C，过热度80C。 给汽缸夹层送汽，温度、流量。 温态启动、热态启动等，注意控制热应力、膨胀。,26,13 600MW汽轮机组的现状和发展趋势,机组容量：世界上，从60年代90年代

16、末， 单轴，1200MW（23.5MPa，540/540C)； 双轴，1300MW （24.7MPa，538/538C) ；只是在可靠性、经济性、控 制水平上提高。 初参数：压力：超临界，超超临界（2338MPa）； 温度：538640C； 全世界大型汽轮机制造商：见表1-2 P17。,P17 表1-2 。,世界主要汽轮机制造商,28,我国大型汽轮机制造商：,上海汽轮机厂： 东方汽轮机厂: 哈尔滨汽轮机厂：300MW，600MW机组（热耗7829kJ/kwh）达到世界先进水平。末级叶片长达到1000、1200mm；正在设计的有800、1000MW机组。 各国电站汽轮机组典型产品的经济水平（表1

17、3）,表13 P18,29,我国安装600MW机组的设计特点：,自上世纪80年代以来，我国开始安装600MW火电机组， 其特性见表14。图11013分别是反动式和冲动式、四缸四排汽、亚临界压力和超临界压力、三缸四排汽600MW汽轮机总体结构图。 其蒸汽参数多采用亚临界压力（1619MPa）、温度（530566C）；超临界压力机组为（24MPa、536566 C）。 热耗：亚临界压力机组为：77908000kJ/kWh； 超临界压力机组为：76507910kJ/kWh。,表14 p1819,30,末级叶片：合金钢的有7871027mm(3000r/m)；钛合金钢的有700、900、1000、1200、1300mm；我国早期安装的600MW机有850900mm；近期的有10001072mm。 汽轮机总体结构：多采用四缸四排汽，也有三缸四排汽（高、中合缸）； 汽缸：高、中、低压缸采用双层结构，高、中压缸铸造，低压缸焊接。多数分上下缸结构，中分面法兰连结；也有内缸分面无法兰，用钢圈紧固。 转子：多为整锻转子（多数无中心孔）和焊接转子。 轴系：有2根转子4轴承支持和3轴承支持的。 轴承：可倾瓦轴承，圆筒形轴承，椭圆形轴承。 盘车：多采用低速盘车。 燃气蒸汽联合循环的采用： （2学时）,