汽轮机结构及运行控制原理详解

汽轮机结构及运行控制原理详解

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1.

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一、认识汽机专业

1. 汽机专业的任务：
   使用锅炉送来的蒸汽，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：

• 汽轮机本体：将蒸汽的热能转换成机械能，维持高速旋转。
• 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. 汽轮机本体结构：

• 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

• 径向间隙：示意图
• 轴向间隙：示意图（轴向位移又叫窜轴）
• 差胀：示意图

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. 汽轮机汽封：

• 轴端汽封：示意图
• 功能：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
4. OPC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,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

1. 定义：

• 将高压缸旁路掉的叫高旁,将中低压缸旁路掉的叫低旁。

2. 作用：

• 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。
• 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. 启动模式：

• 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：
• 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。
• 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

• 防止蒸汽带水，高旁先开减压阀，才能开减温阀；
• 防止凝汽器热冲击，低旁先开减温阀，才能开减压阀;
• 为保护再热器,高旁后温度超过一定值后,高旁快关;
• 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。

2. 发电机密封瓦示意图

3. 密封油正常运行方式（主油泵工作）示意图（紫色为供油，蓝色为回油）

4. 主密封油故障，备用油泵运行方式

5. 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

6. 润滑油中断运行方式：

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、空气放尽，消除水锤产生的根源。

3. 暖管的操作

• 先将管道(含母管及其用户)上所有疏水门、空气门全开完
• 检查各疏水点无大股水流出，稍开汽源
• 从汽源端到用户端开始逐个检查疏水门，如只有汽无水流出，管道不振动，应关小疏水门开度。关闭空气门。
• 如果无用户，最后一个疏水应开大，保证一定蒸汽流量；
• 根据温升情况调整汽源门开度
• 有用户后应及时关闭所有疏水门。
• 属于热备用的管道，暖管疏水应走有疏水器的主路，关闭旁路，防止热量损失。