汽轮机结构与运行控制原理

1、一 认识汽机专业1、 汽机专业的任务：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（1） 汽轮机本体：将蒸汽的热能转换成机械能，维持高速旋转。（2） 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 汽机主系统高缸再热器中、低压缸凝汽器除氧器高加锅炉轴加低加循环水 汽机热力系统简图三 汽轮机本体1、 汽轮机本体：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汽缸汽封轴瓦新蒸汽来排乏汽轴喷嘴 叶轮汽轮机本体径向间隙示意图轴瓦轴推力轴瓦推力盘蒸汽的流动对转子产生推力轴向间隙 汽轮机本体轴向间隙问题1示意图（轴向位移又叫窜轴）轴瓦轴推力轴瓦推力盘汽缸受热膨胀方向滑销，汽缸死点转子死点转子受热膨胀方向轴向间隙汽缸、转子的膨胀方向不一样，膨胀的程度不一样，从而使轴向间隙较冷态下发生变化，即胀差。汽轮机本体轴向间隙问题2示意图（差胀）小结：u 动静间隙太大,蒸汽不做功漏掉,不经济

2、,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。u 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。u 既要经济性又要安全性，间隙控制在一定范围内（几十微米）u 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：轴封供汽轴加风机汽轮机轴汽缸体供汽腔抽汽（气）腔 轴端汽封示意图u 汽封：尽量减少漏汽，提高热效率u 轴封：防止缸内蒸汽外泄，防止外部空气进入缸内。u 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AST控制油DEH高压油回油弹簧油缸快速泄荷 阀试验电磁阀（2） 高、中压调门控制示意图OPC控制油DEH高压油回油弹簧油缸快速泄荷阀电液伺服阀DEH调节信号（3） AST控制油机头手动停机（危急保安器）危急保安器(机头手动停机)AST控制油回油

3、AST电磁阀，接受汽轮机各保护信号、控制盘手动停机主机润滑油隔膜阀机械超速停机到高、中主阀AST接口（4） OPC油到各调节阀OPC接口OPC电磁阀，接受汽轮机103%超速信号回油AST油OPC控制油五 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

4、），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

5、、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、低压旁路高缸再热器中、低压缸凝汽器锅炉循环水高旁低旁1、 将高压缸旁路掉的叫高旁,将中低压缸旁路掉的叫低旁。2、 高低旁的作用：（1） 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。（2） 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、 高低旁启动模式（1） 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： 10%40%1Mpa4Mpat高旁开度主汽压力最小开度控制(阀位不变，压力上升)最低压力控制(压力不变,阀位开大)最大阀位控制(阀位不变，压力升高)定压控制(压力不变,阀位开大)切缸后，滑压控制（高旁关闭）切缸过程：蒸汽走高缸，高旁为维持压力逐渐自

6、动关闭（2） 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。（3） 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

7、保护（1） 防止蒸汽带水，高旁先开减压阀，才能开减温阀；（2） 防止凝汽器热冲击，低旁先开减温阀，才能开减压阀;（3） 为保护再热器,高旁后温度超过一定值后,高旁快关;（4） 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%： l高压缸切中压缸瞬间 l机前压力大于规定值 l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。发电机转子密封瓦油膜密封油压力氢气空侧回油氢侧回油大气氢侧回油腔室，由图可以看出：1、 氢侧回油必须带有一定压力；2、 氢侧回油直接和氢气接触空侧回油腔室发电机密封瓦示意图2 密封

8、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）气体分离真空油箱；维持真空，分离油中杂质气体，防止机内氢气污染压力油箱：其内是发电机内氢压，以维持氢侧回油腔室压力连接到发电机氢系统逆止阀至密封瓦氢侧回油润滑油来主油泵备用油泵回主油箱3主密封油故障，备用油泵运行方式气体分离真空油箱；维持真空，分离油中杂质气体，防止机内氢气污染压力油箱：其内是发电机内氢压，以维持氢侧回油腔室压力连接到发电机氢系统至密封瓦氢侧回油逆止阀备用油泵主油泵回主油箱润滑油来4 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，降压气体分离真空油箱；维持真空，分离油中杂质气体，防止机内氢气污染压力油箱：其内是发电机内氢压，以维持氢侧回油腔室压力连接到发电机氢系统至密封瓦回主油箱氢侧回油逆止阀润滑油来5 润滑油中断运行方式：气体分离真空油箱；维持真空，分离油中杂质气体，防止机内氢气污染压力油箱：其内是发电机内氢压，以维持氢侧回油腔室压力连接到发电机氢系统至密封瓦回主油箱氢侧回油逆止阀润滑油来八 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

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