汽轮机基础知识培训讲义.doc
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1、汽轮机基础知识培训讲义第一节 概述一工业汽轮机使用情况简介 汽轮机又叫蒸汽透平,它是以水蒸汽为工质,转子按一定方向作旋转运动的连续工作的原动机。广泛地应用于发电、船舰、冶金、石油、化工等工业部门,已有一百多年的历史。汽轮机具有以下几个优点:1. 功率范围大:由几千瓦的小汽轮机到110万千瓦的大型汽轮机都可以生产,供给各工业部门选用。2. 效率较高:在所有的原动机中,汽轮机装置的效率仅比柴油机稍低,而比燃气轮机、蒸汽机的效率高许多,使用汽轮机可使产品成本降低。3. 汽轮机的转速易于调节,变转速运行的灵敏性及稳定性使工业生产的实际要求获得满意地实现,自动化控制十分方便。4. 汽轮机的防爆、防潮性比
2、电动机好,可以露天运行,在化工等防爆要求严格的场所使用汽轮机,安全性好。5. 汽轮机起动运行几乎不用电,减少对电网供电的依赖性,使运行费用降低。6. 汽轮机在高转速下效率更高,因此用它来驱动在高速运转的离心式压缩机、泵等,这样机组运行时经济性好。7. 便于实现热能的综合利用,这是最主要的优点。在当今能源紧张的情况下,热能的利用尤为重要。当然只有汽轮机还不能发挥上述优点,还需有许多附属设备为汽轮机服务,构成蒸汽动力装置。二汽轮机的简单蒸汽动力系统汽轮机作原动机时必须具备如图所示的最基本的工作系统。由给水泵、锅炉、过热器、汽轮机、凝汽器及管路等组成一个工作系统,在汽轮机的轴端用联轴节与发电机或压缩
3、机、泵等负荷机连接,就可以做机械功。 朗肯循环 三汽轮机的分类汽轮机的类别和型式很多,分类方法也不同,可按其蒸汽压、汽流方向、结构型式、工作原理、热力特性以及用途等进行分类。下面主要结合汽轮机的分类情况进一步加以说明:1. 按热力过程分类:1.1凝汽式汽轮机纯凝汽式汽轮机一般简称为凝汽式汽轮机,如图所示,蒸汽在汽轮机中做功后,全部排入凝汽器,凝汽器的压力低于大气压力。1.2抽汽凝汽式汽轮机:如图所示,蒸汽在汽轮机前面几级做功后,将其中一部分蒸汽从气轮机中抽出去,送入相应的蒸汽管网供汽轮机或其它生产工艺加热用,其余的蒸汽在汽轮机的后几级做功后排入凝汽器。1.3 背压式汽轮机如图所示,蒸汽进入汽轮
4、机膨胀作功后在大于一个大气压力下排出气缸,即P排P大气,其排出汽送入相应的蒸汽管阀。1.4多压式汽轮机若工艺过程中有某一个压力的蒸汽用不完时,就把这股多余的蒸汽用管路注入汽轮机中的某个中间级内,与原来的蒸汽一起工作,这样就可以从多余的蒸汽中获得能量,得到一部分有用功,作为蒸汽热量的综合利用,称为注入式汽轮机。2. 按工作原理分类:有冲动式、反动式、冲动与反动组合式汽轮机。3. 按结构分类:有单级汽轮机、多级汽轮机和速度级汽轮机。4. 按主蒸汽压力参数可分:低压汽轮机:主汽压力为1.181.47Mpa、中压汽轮机:主汽压力为1.963.92Mpa高压汽轮机:主汽压力为5.589.81Mpa、超高
5、压汽轮机:主汽压力为11.713.75Mpa、亚临界压力汽轮机:主汽压力大于22.16Mpa。 第二节 汽轮机结构及原理汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式原动机,来自锅炉或热网的蒸汽,经脱扣节流阀或事故切断阀、调速阀进入汽轮机,依次高速流经一系列环形配置的喷嘴(或静叶栅)和动叶栅而膨胀作功推动汽轮机转子旋转,将蒸汽的动能转换成机械功。这便是汽轮机简单的工作原理。汽轮机可按工作原理分为:冲动式、反动式、冲动与反动式的组合式汽轮机。一汽轮机的工作原理汽轮机叶轮上装配一圈动叶片与喷嘴配合在一起,构成一个做功的简单机械。我们把由喷嘴和与其配合的动叶片构成的汽轮机作功的单元称级。由一个级组成的汽轮机叫单级汽轮
6、机。 喷嘴的作用就是将蒸汽的热能转变为动能。动叶片又称工作叶片。在汽轮机连续工作过程中有两次能量转换,即:热能蒸汽动能转子机械能。1. 速度级从结构上看,汽轮机的一个级是有喷嘴(几个或整个圆周布置的喷嘴)和一列动叶片组合起来的装置,能造成高速气流、能将速度能转换成机械能,并产生推力对外做功的基本单元。2. 压力级在可以利用的蒸汽能量很大的情况下,只有一个级不能充分利用这些能量,我们把由喷嘴和动叶片组成的级串联在同一根轴上,将蒸汽的能量分别在若干个级中加以利用。 3、多级汽轮机:就是一列喷嘴和一列动叶片,其后又是一列喷嘴和一列动叶片,这样逐次排列下去。在第一列喷嘴进口处的蒸汽压力最高,以后逐级降
7、低,这就是常见的多级汽轮机的结构形式,其中的每个级,都叫做压力级。二汽轮机的结构汽轮机实现能量转换,主要是通过喷嘴把热能转换为动能,通过动叶栅把动能转换为机械能。汽轮机实现能量转换,主要是通过喷嘴把热能转换为动能,通过动叶栅把动能转换为机械能。因此,喷嘴一般做成静止零件,用各种不同的方法固定在汽缸上,形成汽轮机的静止部分;而动叶栅则安装在转动轴上,形成汽轮机的转子部分。所以汽轮机主要是由转子、静子两大部分组成。汽轮机设备包括:1. 汽轮机本体:1.1配汽机构:包括主蒸汽导汽管、自动主汽阀、调速汽阀等。1.2转动部分:主要有主轴、叶轮、叶片、拉筋、围带、联轴器和紧固件。1.3静止部分:包括汽缸、
8、滑销系统、隔板、隔板套、喷嘴、汽封、轴承以及一些紧固件。2调节系统:主要有调速器、油动机、电液转换器、调节阀、主油泵、辅助油泵等。3凝汽及抽气系统:主要有凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵等。三转动部件的性能1. 转子就是汽轮机的转动部件,靠固定于汽缸上的前后两个轴承支撑,由主轴、叶轮、叶片组成,并通过联轴器与被驱动机械相连。转子作高速旋转,把蒸汽作用到叶片上力矩传递给驱动机械,达到对外做功的目的。转子的结构形式:一般有整锻式、套装式、组合式、焊接式、转鼓式等。1.1 转子的临界转速:汽轮机的转子是一个弹性体。同其他弹性体一样,在激振力的作用下,转子会发生振动。在运转状态下,由于制造、装配误差
9、和材料的不均匀性造成的转子质量偏心所引起的离心力,便是一个圆频率等于转子角速度的周期性激原振力,转子在此激振力的作用下做强迫振动,升速过程中,当激振力的频率,即转子的角速度等于转子的自振频率时,便发生共振,振幅急剧增大,此时的转速便是转子的临界转速。根据转子的临界转速,转子可分为:刚性转子(工作转速低于临界转速的转子),挠性转子(工作转速高于临界转速的转子)。1.2 转子的轴向推力及其平衡:蒸汽在汽轮机的通流部分膨胀做功时,转子上受两部分力,一部分叫做轮周力,是产生转矩对外做功的有益力。另一部分沿叶轮轴向从高压端指向低压端,企图推动转子向汽流方向运动,所有叶轮轴向力之代数和,就是整个转子的轴向
10、推力。转子的轴向推力一般要采取措施平衡掉大部分轴向推力,剩余的部分由推力轴承承担。如果推力过大,就会影响轴承寿命,严重时会烧坏轴瓦,引起转子上动静部分碰撞,以致损坏机器,因此,在运行中必须严密监视转子轴向推力变化,确保机组安全运行。作用于汽轮机转子的轴向推力来源于以下几种因素: 叶轮两侧的压力差。 动叶片上的轴向力。 轴上各处直径不同引起的受力。一般采取下列措施平衡轴向力: 使用推力轴承。 使用平衡活塞或平衡盘。 开平衡孔。 采用相反流向布置。2. 叶片在冲动式汽轮机中,由喷嘴射出的汽流,给叶片以冲动力,将蒸汽的动能转变成转子上的机械能。在反动式汽轮机中,蒸汽在动叶片中也发生膨胀,使动叶出口蒸
11、汽速度增加,对动叶产生反动力,推动叶轮旋转做功,将蒸汽的热能变为机械能。叶片一般可以分为三个组成部分,即工作部分(也称叶型),叶根和叶顶,同时包括围带、铆头和拉筋等所组成。2.1叶型部分:叶型部分是叶片的基本部分,由它构成汽流通道。2.2叶根:叶根是叶片与轮缘相连接的部分,它的结构应保证在任何运行条件下叶片都能牢靠地固定在叶轮上,同时力求制造简单装配方便。2.3叶顶、围带和拉筋:汽轮机的中、短叶片常用围带连在一起构成叶片组,长叶片则用拉接连成组或不相干而成为自由叶片。围带还构成封闭的汽流通道防止蒸汽从叶顶逸出,有的围带还做出径向汽封和轴向汽封,以减少级内漏汽损失。叶片共振:当周期性外部激振力作
12、用于叶片时,就会发生强迫振动。当周期性激振力等于叶片自由振动的固有频率,或后者为前者数倍时,就会发生共振。共振是叶片损坏的主要原因。为了保证叶片的工作安全,应使叶片固有振动频率避开激振频率,从而避免叶片在运行中发生共振现象。3. 联轴器联轴器又叫靠背轮,用来连接汽轮机的各个转子以及发电机转子,并将汽轮机的扭矩传递给负荷机。通常有三种形式:即刚性联轴器、半挠性联轴器和挠性联轴器。四静止部分静子部分即汽轮机的静止部分:包括汽缸、前后支承轴承、推力轴承、喷嘴组、隔板、支撑与滑销系统、汽封等。 第三节汽轮机辅助系统辅助系统主要有:1、 压缩机的段间冷却系统、2、 汽轮机的凝汽系统、3、 机组油系统、4
13、、 机组负荷调节及保护系统等。一、压缩机的段间冷却系统 等温压缩所消耗的功最小,为降低能耗使实际的压缩过程接近等温压缩,常把气体从压缩机中引出来进行冷却,冷却到一定的温度后再送回压缩机继续压缩。对压缩比较大的压缩机尤其如此,为此设置了中间冷却器。确定具体压缩机的冷却次数应考虑到省功、被压缩介质的特性、以及用户的具体使用条件要求等因素。二汽轮机的凝汽系统1. 凝汽系统的作用和组成 凝汽系统一般由表面凝汽器、循环水回路、凝结水泵和抽气器等组成。凝汽系统的简图所示。三油系统1. 机组油系统包括油箱、油泵、管路和阀门、冷却器、过滤器等。油系统对设备润滑、驱动调节系统、冷却轴承和保证联锁装置的可靠动作等
14、起着十分重要的作用,是机组安全运四汽轮机调节系统汽轮机的调速系统是由感应机构(调速器),传动放大机构(电液转换器、错油门、油动机)、反馈机构、执行机构(调节阀和其传动装置也称配汽机构)、以及定值机构等五部分组成。 调节系统包括调速和调压两部分,现在大部分均采用电液调节方式。 第四节 汽轮机的冷态启动汽轮机的冷态启动是使静止的、处于常温状态下的气轮机逐渐过渡到正常工作状态的过程。气轮机初次安装后的启动、大检修后的开车以及长时间停车后的开车均可看作是气轮机的冷态启动。气轮机初次安装后的启动是气轮机最为复杂、全面、最为严谨的工作过程,是对气轮机性能全面考核与评价的过程,因此,操作人员必须做好开车前的
15、工作,并按照操作规程,熟练掌握其原始开车的具体步骤。气轮机原始开车前以下工作必须提前做完:1机组安装完后,要进行各工艺管道的清洗、吹扫,清理掉管道在安装过程中留下的沙子、焊渣等,但必须在管路系统严密性试验合格后进行。a.冷却水管道冲洗时,进水前要关闭设备进、出口冷却水阀,不具备冲洗条件的设备应在冷却水管道上加盲板或增加连通,以便于水循环。b.装置空气、仪表空气、氮气管道的清洗或吹扫必须把仪表和取压点断开,开低点导淋排放,可通过界区总阀控制区域内短距离管道的清洗或吹扫。2蒸汽管道的吹扫时,应拆出速关阀,安装随机提供的吹扫组件,封堵进入气轮机的蒸汽通道。3接临时排汽管道,排汽管内径应大于或等于被吹
16、扫管道的内径,长度应尽量短捷,目的是减少排汽阻力。排汽管管口要朝上倾斜(30)排放,有条件的话可在排放口加消音器。(但排汽阻力要增加,这一点应考虑)具体操作按照吹扫方案进行。4机组油冲洗要分为三个阶段来进行:a.第一阶段要隔离速关阀、油动机、调速器、盘车装置及仪表点。(油洗必须的压力、温度表除外)润滑油首先进油,根据实际情况及管路安装方位可在油管路上安装过滤网。b.润滑油系统冲洗合格后,可进入第二阶段,在这一阶段要做到:拆出速关阀、油动机、危机遮断油门的活塞、弹簧或阀芯,根据现场情况接临时回油管。控制油开始进油,调速器不参与油洗。c.第二阶段完成后,把油系统复位,进行第三阶段油洗。具体油清洗操
17、作及评价按照油洗方案进行。5以上工作经确认合格后,气轮机可进入启动前的准备。一汽轮机的启动1. 启动前的准备工作启动前的准备工作是汽轮机安全、正常运行的重要保证。机组运行人员应在汽轮机启动前对全部设备进行详细检查,认真周密做好准备工作。启动前准备工作的主要内容:1.1 检查所有检修过的地方,确认检修工作已全部结束并验收合格。1.2 主、辅机设备及附近地面清扫干净,检修机具、易燃物品已经清除,现场整齐、清洁。1.3 检修工艺管道、蒸汽管道及机组各附属设备应无施工遗漏,阀门、管道、设备保温完成(汽轮机缸体可在单机试车合格后保温)。1.4 对检修后经过改进的设备和系统应充分了解,并掌握其操作方法。1
18、.5 工艺系统、蒸汽系统、冷却水系统、油系统、真空及冷凝液系统等均应具备开车条件,临时加的滤网和盲板必须拆除。1.6 所有油泵、水泵及其驱动机经盘车后确认正常,各轴承符合润滑要求。1.7 机组所需仪表空气及仪表、动力和照明电源均已正常投用。1.8 机组所属仪表和信号(包括压力表、温度表、液面计及各种联锁报警装置等)安装调试完毕,动作正常,灵敏可靠。1.9 备全必须的工具和表格,如振动转速表、听棒、扳手、手电筒、消防器材、交接班日志、记录表格等。1.10压缩岗位与总控室及有关单位的联络信号,经实验确认指示正常,通讯畅通。1.11运行人员对有关设备、仪表电器等操作数据已熟练掌握。2. 装置大检修后
19、,为了消除真空系统泄露,必要时可进行严密性检查。为此应向凝汽器热水井冲入脱盐水,液位控制1/22/3处,排大气安全阀及真空系统阀门建立水封。2.1 抽气器暖管疏水,引低压蒸气至抽气器切断阀前。2.2 启动辅助抽气器,抽真空到450mmHg左右,然手用蜡火、纸条、肥皂水对凝汽器及处于真空下的管道法兰等所有可能泄漏部位进行详细检查,找出泄漏处,并及时处理。3.蒸汽管道暖管确认汽轮机已做好启动前准备工作后,进行汽轮机蒸汽管道暖管工作。暖管可按下述分阶段进行:3.1一般汽轮机自动主汽阀前均装有切断闸阀,蒸汽管网至切断闸阀之间的蒸汽管道,在完成启动前的准备工作后即可进行暖管。3.2切断闸阀至自动主汽阀之
20、间的蒸汽管道,应在汽轮机油系统,调速和保安系统,联锁调试检查合格、有盘车装置的汽轮机在盘车装置正常运行的条件下暖管。3.3自动主汽阀至调节汽阀之间的管道和汽轮机进汽室暖管与升温可在汽轮机暖机同时进行。4. 当进行汽轮机油系统、调节和保安系统联锁调试检查时,应注意检查切断闸阀和自动主汽阀的严密性。打开主汽阀进行保安系统联锁主汽阀跳闸试验时,如切断闸阀漏气量较大会使汽轮机内温度上升,如采取措施无效,应将汽轮机油系统、调节和保安系统联锁调试工作于暖管之前进行。5. 启动汽轮机前应充分暖管和疏水,防止蒸汽管道产生较大热应力和蒸汽冷凝液进入汽轮机造成水冲击。6. 用额定的主蒸汽参数暖管。对中压蒸气管道(
21、38.5kg/m²表压),暖管时逐渐提升管道压力到2-3kg/cm²(表压);对高压蒸汽管道(105kg/cm²表压),暖管时逐渐提升管道压力到5-6kg/cm²(表压),暖管约30分钟之后,进行升压暖管。对中压蒸汽升压速度以每分钟提升1-2kg/cm²为宜,高压蒸汽升压速度以每分钟提升3-5kg/cm²为宜。用大约15-20分钟时间去开主蒸汽切断闸阀和适当关小所有管道疏水阀,将压力提升到正常压力。自动主汽阀前后的疏水阀可在汽轮机低速暖机时关闭。7. 暖管过程中应严格控制升温升压速度,检查蒸汽管道和阀门有无漏汽漏水现象,检查管道热膨胀
22、和管道附件、支架、吊架和弹簧等有无不正常情况,发现问题应及时解决。8暖管过程中,应避免漏汽窜入汽轮机内。自动主汽阀后疏水阀,汽轮机一级叶轮疏水阀、排汽缸疏水阀、气缸其它疏水阀全部打开,以排除蒸汽和蒸汽冷凝液。9暖管结束,压力提升到正常压力后应全开自动主汽阀前的切断闸阀。二 启动油泵、启动盘车装置,调节和保安系统检查1 汽轮机压缩机组油路和保安联锁系统得调试整定值应严格按制造厂的规定,不得任意改动。任何一项保安或联锁系统动作不正常时禁止启动汽轮机。2 汽轮机压缩机组油路系统及保安联锁整定因机型不同,具体参见操作规程。3. 大修后、因调节和保安系统故障停机后、正常停机二周以上以及更换或检修油系统和
23、保安联锁系统部件后,汽轮机启动前必须全面进行油系统、调节和保安联锁系统的调试、整定和检查。4. 油系统、调节和保安联锁系统的调试、整定和检查应具备以下条件:4.1机组检修后油系统应进行循环过滤清洗,油质和油系统的清洁情况符合有关规定,油箱油位正常,油质合格。4.2 油路上的蓄压器按要求充入干净的氮气到规定压力,确认氮气阀门不漏气。4.3油泵经单体试车合格,油泵出口安全阀按规定值整定好,动作正常。启动主油泵后,调节油压和润滑油压调整在规定范围内。4.4 检查汽轮机压缩机组各轴承均有油流出,油系统无泄漏。4.5 有盘车装置的汽轮机按规定启动盘车装置运行。4.6 辅助油泵开关放在“自动”位置,辅油泵
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