电厂汽轮机设备及系统.pptx

第一节第一节 概述概述第1页/共92页B：锅炉S：锅炉过热器T：汽轮机C：冷凝器P：水泵STCPB火力发电厂示意图火力发电厂示意图TS1234 1 2 3 4 第2页/共92页 汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械，主要用作发电原动机，也用来直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。 特点：功率大，转速高，运行平稳，工作可靠，热经济性高等。第3页/共92页一、汽轮机设备的主要组成一、汽轮机设备的主要组成1. 汽轮机本体 (1)配汽机构。主要有主蒸汽导管、自动主汽门、调节阀等。 (2)汽轮机转子。主要有动叶、叶轮、轴等。 (3)汽轮机静子。主要有静叶、汽缸、隔板、轴封、轴承等。2. 调节保安油系统 主要有调速器、油动机、调节阀、油箱、主油泵、辅助油箱和保安设备等。3. 凝汽及抽汽系统 主要有凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵和冷水塔等。4. 回热加热系统 主要有低压加热器、除氧器、高压加热器等。第4页/共92页汽轮机本体结构汽轮机本体结构1-轴；2-叶轮；3-动叶片；4-喷嘴 1-油封环 2-油封套 3-轴 4-动叶槽 5-叶轮 6-平衡槽 第5页/共92页第6页/共92页第7页/共92页汽轮机冲动式汽轮机反动式汽轮机凝汽式汽轮机供热式汽轮机背压式汽轮机调节抽汽式汽轮机低压汽轮机中压汽轮机高压汽轮机超高压汽轮机亚临界压力汽轮机超临界压力汽轮机第8页/共92页供热TurbineTurbine热用户热用户Turbine第9页/共92页第10页/共92页 XX - XX - XX变型设计次序蒸汽参数额定功率型式例：N300-16.7/538/538 300MW 300MW凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机, ,主蒸汽压力为主蒸汽压力为16.7MPa16.7MPa，温度为，温度为538538C,C,再热蒸汽再热蒸汽温度温度538538C C。汽轮机型式代号见下表：三、汽轮机型号第11页/共92页 一、汽轮机的级、级内能量转换过程 1. 1. 汽轮机的级：静叶栅汽轮机的级：静叶栅 动叶栅动叶栅 级级 是汽轮机作功的最小单元。第二节第二节 汽轮机的基本原理和主要结构汽轮机的基本原理和主要结构第12页/共92页2. 2. 级内能量转换过程级内能量转换过程： 具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速在静叶栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。动能转变为旋转机械能。 第13页/共92页汽轮机做功过程汽轮机做功过程第14页/共92页3. 冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级。第15页/共92页4. 反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸汽通过这种级，两种力同时作功。通常称这种级为反动级。第16页/共92页第17页/共92页4. 4. 反动度反动度bnbtbmhhhhh*)1 (tmnhh*tmbhh反动度表明蒸汽在叶片中反动度表明蒸汽在叶片中的膨胀程度的膨胀程度定义：指工作叶片焓降与级的总焓降之比定义：指工作叶片焓降与级的总焓降之比第18页/共92页 5. 5. 冲动级和反动级冲动级和反动级 冲动级有三种不同的形式：冲动级有三种不同的形式： 纯冲动级纯冲动级: :通常把反动度通常把反动度 等于零的级称为纯冲动级。对等于零的级称为纯冲动级。对于纯冲动级来说，于纯冲动级来说， = = 、 = 0 = 0 、 = = ，蒸汽流出动叶的速度蒸汽流出动叶的速度C ,C ,具有一定的动能具有一定的动能 C C未被利用而损未被利用而损失，称这种损失为余速损失，用失，称这种损失为余速损失，用 表示。表示。 带反动度的冲动级带反动度的冲动级: :为了提高级的效率，通常，冲动级为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（也带有一定的反动度（ = 0.05 = 0.05 0.20 ) 0.20 ) ，这种级，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。特点。 1p2pbh*nh*th2ch第19页/共92页*21*tnbhhh21pp 第20页/共92页蒸汽在静叶栅通道中的膨胀过程蒸汽在静叶栅通道中的膨胀过程 喷嘴的作用是让蒸汽在其通道中流动时得到喷嘴的作用是让蒸汽在其通道中流动时得到膨胀加速，将热能转变为动能。喷嘴是固定不动的，膨胀加速，将热能转变为动能。喷嘴是固定不动的，蒸汽流过时，不对外作功，蒸汽流过时，不对外作功，W = 0W = 0；同时与外界无；同时与外界无热交换，热交换，q = 0q = 0。则根据能量方程式。则根据能量方程式 ，则，则 wChqCh 2112002121第21页/共92页 1. 1.喷嘴出口的汽流理想速度喷嘴出口的汽流理想速度 在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前的参数的参数 p(p(初速）是已知的条件。按等初速）是已知的条件。按等熵过程膨胀，其过程曲线如图所示。根熵过程膨胀，其过程曲线如图所示。根据上式，则喷嘴出口汽流理想速度为据上式，则喷嘴出口汽流理想速度为 -蒸汽进入喷嘴时的速度蒸汽进入喷嘴时的速度（m/ s )m/ s )； - - - - - - - - 蒸 汽 进 入 喷 嘴 时 的 焓蒸 汽 进 入 喷 嘴 时 的 焓（J/kq )J/kq )； - - 蒸汽按等熵过程膨胀的蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓（终态焓（J/kq )J/kq )。20101)(2chhctt0cth10h第22页/共92页 称 为称 为 喷 嘴 的喷 嘴 的理想焓降理想焓降。为了方便，引用滞止参数，。为了方便，引用滞止参数，如图所示，滞止焓值为：如图所示，滞止焓值为： 把相应的把相应的滞止参数滞止参数 分别代分别代入入式式 ，则，则 00200*021chhChh*12nthctnhhh10*0*0*0hvp、20101)(2chhctt第23页/共92页2.2.喷嘴出口的汽流实际速度喷嘴出口的汽流实际速度 实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。通常用喷嘴速度系数通常用喷嘴速度系数 来考查两者之间的差别（通常取来考查两者之间的差别（通常取 = = 0.97 )0.97 )这样，喷嘴出口的汽流实际速度为这样，喷嘴出口的汽流实际速度为 tcc11第24页/共92页3.喷嘴损失 蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失称为喷嘴损失，用 表 示 ： 喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为喷嘴能量损失系数，用 表示：nh*22212121)1 ()1 (21)21(21nttnhCCCh)1(2* nnnhhn第25页/共92页 蒸汽在喷管中从压力蒸汽在喷管中从压力p p0 0膨胀到出口压力膨胀到出口压力 p p1 1，以速度，以速度c c1 1流向动叶栅。当蒸汽通过流向动叶栅。当蒸汽通过动叶时，一般还要继续膨胀，动叶时，一般还要继续膨胀，压力由压力由p p1 1降到降到p p2 2，如图所示级如图所示级的热力过程，则此时级的滞的热力过程，则此时级的滞止理想比焓降止理想比焓降h ht t* *为：为：sh0*021P0*P0P1P2hn*ht*hbhbbnthhh*近似认为与近似认为与h hb b相等相等第26页/共92页动叶内理想比焓降hb与级滞止理想比焓降ht*之比，表示蒸汽在动叶内的膨胀程度。1、反动度m*tbmhhm=0时称为纯冲动级m=0.5时称为典型反动级2、动叶出口的速度计算由能量平衡方程可知：*212121222)(2bbtthwhwhhw由于存在不可逆损失，则动叶出口实际相对速度为：tww22动叶速度系数第27页/共92页uw1w2u动叶进出口速度三角形动叶进出口速度三角形第28页/共92页2222cuu1c111u动叶的 圆周速度 c1、w1、u构成动叶栅的进口速度三角形，c2、w2、u构成动叶栅的出口速度三角形。则各个速度矢量之间的关系式为：1111112211sinarcsincos2wcucucw3、动叶进出口速度三角形第29页/共92页22222222222180sinarcsin180cos2cwuwuwc 当蒸汽以速度c2离开本级时，蒸汽所带走的动能不能本级利用，称为该级余速损失。2222chc 在多级汽轮机中，前一级的余速损失常可以部分或全部被下一级所利用。用余速利用系数1表示被利用的部分，则为：222212 0cc)10(1第30页/共92页二、多级汽轮机二、多级汽轮机（一）采用多级汽轮机的原因 单级汽轮机功率提高受限制： P=D（hin-hout） h，保持最佳速比，u D A dm 离心力增大，叶片、叶轮强度不允许第31页/共92页（二）多级汽轮机的优缺点1、多级汽轮机每级的焓降较小，有可能使速度比设计在最佳速度比附近，同时c1小、u也小，即直径小，叶高或部分进汽度相应大，这些都使效率增大；2、各级余速动能可以部分的被利用；3、多级汽轮机可以实现回热循环和中间再热循环；4、由于重热现象，多级汽轮机前面级的损失部分的被后面各级所利用。5、多级汽轮机的轴向推力是各级轴向推力之和，必须采取措施平衡轴向推力。第32页/共92页三、汽轮机主要结构三、汽轮机主要结构汽轮机装置由汽轮机本体、辅助设备及调节和供油系统三大部分组成。汽轮机本体包括静止部分（固定件）、转动部分（转子组体）及支承部分（轴承）三部分。汽轮机静止部分包括基础、台板（机座）、汽缸、喷嘴、隔板、隔板套、汽封等固定件。汽轮机转动部分总称为转子，主要由主轴、叶轮（或轮鼓）、动叶及联轴器等组成。 第33页/共92页（一）喷嘴、隔板（一）喷嘴、隔板 1喷嘴和隔板的作用和特点： 喷嘴是组成汽轮机的主要部件之一。它的作用是把蒸汽的热能转变为高速汽流的动能，使高速汽流以一定的方向从喷嘴喷出，进入动叶栅，推动叶轮旋转做功。 第34页/共92页 第一级喷嘴直接安装在汽缸高压端专门的喷嘴室上。第二级及以后各级喷嘴安装在各级隔板上，隔板用来安装喷嘴，并将各级叶轮分隔开。冲动式汽轮机每一级由一个隔板和一个叶轮组成。冲动式汽轮机的隔板可分为焊接隔板和铸造隔板。反动式汽轮机不采用隔板式结构，各级喷嘴片（也叫静叶栅）直接安装在汽缸上。 第35页/共92页（二）汽缸（二）汽缸 汽缸的作用和组成： 汽缸是汽轮机的外壳，汽轮机本体的主要零部件几乎包含在汽缸内。汽缸的作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开， 形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成能量转换过程。汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板、隔板套和汽封等零部件。汽缸外部装有调节汽阀及进汽、排汽和回热抽汽管道等。第36页/共92页（三）汽封的作用 汽轮机通汽部分的动静部分之间，为了防止碰擦，必须留有一定的间隙。而间隙的存在必将导致漏汽，使汽轮机的经济性下降。为了解决这一矛盾，在汽轮机动、静部件的有关部位设有密封装置，通常称为汽封。可分为轴端汽封（又称轴封）、隔板汽封和围带汽封三种。 第37页/共92页（四）轴承（四）轴承 轴承的作用与类型轴承的作用与类型 汽轮机工作时其转子受蒸汽的作用以高速旋转着，这时将产生各种不同方向的作用力，因此汽轮机必须有可靠的支承装置轴承。 汽轮机采用的轴承有径向支持轴承和推力轴承两种。径向支持轴承的作用是支承转子的质量及由于转子质量不平衡引起的离心力，并确定转子的径向位置，使其中心与汽缸中心保持一致。推力轴承的作用是承受蒸汽作用在转子上的轴向推力，确定转子的轴向位置，使转子与静止部分间的轴向间隙保持一定数值。一般单轴汽轮机的一端采用径向支持轴承，也称主轴承；另一端采用径向推力联合轴承。 第38页/共92页（五）动叶片（五）动叶片 动叶片安装在转子叶轮或转鼓上，由叶动叶片安装在转子叶轮或转鼓上，由叶型、叶根、叶顶三部分组成。型、叶根、叶顶三部分组成。1 1、叶型部分：、叶型部分：按照蒸汽经过叶片时的膨胀程度来分为冲动式按照蒸汽经过叶片时的膨胀程度来分为冲动式叶片和反动式叶片；叶片和反动式叶片；按照截面积变化来分为等截面叶片和变截面叶按照截面积变化来分为等截面叶片和变截面叶片。片。2 2、叶根部分：、叶根部分：T T型，叉型和枞树型。型，叉型和枞树型。3 3、叶顶部分：安装围带（也称复环）和拉金、叶顶部分：安装围带（也称复环）和拉金（拉筋），安装围带是为了减小叶片工作弯应（拉筋），安装围带是为了减小叶片工作弯应力，调整叶片自振频率，减少叶顶漏汽。力，调整叶片自振频率，减少叶顶漏汽。第39页/共92页不同形式的叶型第40页/共92页第41页/共92页第42页/共92页（六）转子（六）转子冲动式汽轮机采用轮式转子；冲动式汽轮机采用轮式转子；反动式汽轮机采用鼓式转子，鼓式转子上的动反动式汽轮机采用鼓式转子，鼓式转子上的动叶直接安装在转鼓上；叶直接安装在转鼓上； 轮式转子可分为：轮式转子可分为：整锻式、套装式、组合整锻式、套装式、组合式和焊接式。整锻转子通常有中心孔；除调节式和焊接式。整锻转子通常有中心孔；除调节级外都开有平衡孔。套装叶轮采用热套加纵向级外都开有平衡孔。套装叶轮采用热套加纵向键固定，大型汽轮机后装叶轮用互相交错布置键固定，大型汽轮机后装叶轮用互相交错布置的端面键连接，最后套装的汽封用纵向键与轴的端面键连接，最后套装的汽封用纵向键与轴相连接。相连接。第43页/共92页（七）联轴器（七）联轴器联轴器又称联轴器又称对轮对轮或或靠背轮靠背轮。作用是传递扭矩。作用是传递扭矩。（1 1）刚性联轴器：）刚性联轴器：结构简单，能够承受相邻转子结构简单，能够承受相邻转子分配来的重量，减少支撑轴承数，并缩短机组分配来的重量，减少支撑轴承数，并缩短机组长度。缺点是传递振动和轴向位移，对找中心要长度。缺点是传递振动和轴向位移，对找中心要求高求高（2 2）半挠性联轴器：）半挠性联轴器：两半联轴器之间加了一段波两半联轴器之间加了一段波形圆筒。他在传递扭矩时是呈刚性的，还能传递形圆筒。他在传递扭矩时是呈刚性的，还能传递一定轴向推力，部分吸收转子之间传递的振动。一定轴向推力，部分吸收转子之间传递的振动。它也允许相邻两轴端之间有少许的不同心度和端它也允许相邻两轴端之间有少许的不同心度和端面瓢偏度。面瓢偏度。（3 3）挠性联轴器：）挠性联轴器：一般有齿轮式和弹簧式两种。一般有齿轮式和弹簧式两种。这类联轴器不传递轴向推力，基本不传递振动，这类联轴器不传递轴向推力，基本不传递振动，对中要求低，但易磨损，需要润滑，造价高。多对中要求低，但易磨损，需要润滑，造价高。多用于小型汽轮机。用于小型汽轮机。第44页/共92页四、汽轮机内部损失效率四、汽轮机内部损失效率（一）汽轮机的内部损失（一）汽轮机的内部损失 喷管损失、动叶损失、余速损失、摩擦鼓风喷管损失、动叶损失、余速损失、摩擦鼓风损损失、漏汽损失和湿气损失。失、漏汽损失和湿气损失。1.1.余速损失余速损失 蒸汽从工作叶片流出的速度蒸汽从工作叶片流出的速度C2C2所具有的动能所具有的动能未被未被这一级所利用形成的损失，叫余速损失，即这一级所利用形成的损失，叫余速损失，即2.2.摩擦鼓风损失摩擦鼓风损失 蒸汽在通道内流动时，为克服气动阻力、摩蒸汽在通道内流动时，为克服气动阻力、摩擦阻擦阻力所消耗的机械功的损失成为摩擦损失。蒸汽从力所消耗的机械功的损失成为摩擦损失。蒸汽从叶片叶片的一侧移向另一侧所耗机械功的损失成为鼓风损的一侧移向另一侧所耗机械功的损失成为鼓风损失。失。二者合起来成为摩擦鼓风损失。二者合起来成为摩擦鼓风损失。222chc第45页/共92页3. 3. 级内漏汽损失级内漏汽损失 当蒸汽从隔板和转轴之间或工作叶片和汽缸当蒸汽从隔板和转轴之间或工作叶片和汽缸之之间通过时，以及蒸汽从高压侧至低压侧时，不参间通过时，以及蒸汽从高压侧至低压侧时，不参加加做功所造成的损失叫做级内漏气损失。做功所造成的损失叫做级内漏气损失。4. 4. 湿汽损失湿汽损失 当汽轮机末几级工作于湿蒸汽区域时，用于当汽轮机末几级工作于湿蒸汽区域时，用于带带动水珠旋转和克服水珠撞击叶片背部所消耗的机动水珠旋转和克服水珠撞击叶片背部所消耗的机械械功叫做湿汽损失。功叫做湿汽损失。第46页/共92页（二）汽轮机的效率（二）汽轮机的效率1.1.汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率 级的相对内效率是级的有效焓降与理想焓降级的相对内效率是级的有效焓降与理想焓降之比，即：之比，即： 对于多级汽轮机，汽轮机的相对内效率是总对于多级汽轮机，汽轮机的相对内效率是总有效焓降与总理想焓降之比，即：有效焓降与总理想焓降之比，即：式中，式中，h hi i汽轮机的总有效焓降，汽轮机的总有效焓降，kJ/kgkJ/kg； h h0 0汽轮机的总理想焓降，汽轮机的总理想焓降，kJ/kgkJ/kg。 0hhiri0hhiri第47页/共92页（二）汽轮机的效率（二）汽轮机的效率2.2.汽轮机的机械效率汽轮机的机械效率 汽轮机的有效功率（轴功率）：汽轮机内功汽轮机的有效功率（轴功率）：汽轮机内功率与机械损失之差，即：率与机械损失之差，即：式中，式中，PePe汽轮机的轴功率，汽轮机的轴功率，kWkW； PmPm汽轮机的机械损失，汽轮机的机械损失，kWkW； PiPi汽轮机的内功率，汽轮机的内功率，kWkW。 汽轮机的机械效率是轴功率与内功率之比，汽轮机的机械效率是轴功率与内功率之比，即：即： miePPPriiiGhGhP0iemPP第48页/共92页（二）汽轮机的效率（二）汽轮机的效率3.3.发电机效率发电机效率 发电机发出的电功率发电机发出的电功率P Pelel与汽轮机所供给的有与汽轮机所供给的有效轴功率效轴功率P Pe e之比成为发电机效率，即之比成为发电机效率，即例：已知例：已知N300N30016.7/537/53716.7/537/537型汽轮机某级蒸汽型汽轮机某级蒸汽流量流量G=43.0kg/sG=43.0kg/s，该级的理想焓，该级的理想焓h h0 0=50.16kJ/kg=50.16kJ/kg，级的有效焓，级的有效焓h hi i=37.62kJ/kg=37.62kJ/kg，求级的相对内效率，求级的相对内效率riri和和内功率内功率P Pi i。eelgPP第49页/共92页第三节第三节 汽轮机的调节汽轮机的调节第50页/共92页 一、汽轮机调节系统的一、汽轮机调节系统的基本任务基本任务: :保证供电的数量和质量保证供电的数量和质量 数量数量 电能不能大量储存，据用户的电力需要调整汽轮机功率功率P P 质量质量 电压电压U U 汽轮机转速转速n n 发电机励磁电流调节i 频率频率f f 汽轮机转速转速n n p-发电机磁极对数（大多一对） n=3000rpm f=50Hz 我国通常要求：电网频率变化范围是我国通常要求：电网频率变化范围是5050+ +0.5Hz0.5Hz 机组转速允许变化范围就是机组转速允许变化范围就是30003000+ +30rpm30rpm 60npf 第51页/共92页二、调节系统组成及原理二、调节系统组成及原理 调节系统通常由感受装置、传动放大装置、执行装调节系统通常由感受装置、传动放大装置、执行装置和反馈装置四部分组成。置和反馈装置四部分组成。 1.1.感受装置感受装置 感受装置感受转速变化并发出信号。感受装置感受转速变化并发出信号。2.2.传动放大装置传动放大装置 将感受装置所产生的小功率信号放大后去控制调节阀。将感受装置所产生的小功率信号放大后去控制调节阀。3.3.执行装置执行装置 将传动放大装置发出的信号，去控制汽轮机的调节汽将传动放大装置发出的信号，去控制汽轮机的调节汽门的门的开度，改变汽轮机的进汽量，使汽轮发电机输出的功率与开度，改变汽轮机的进汽量，使汽轮发电机输出的功率与外界外界负荷达到新的平衡，这是由调节阀控制的，因此，调节系负荷达到新的平衡，这是由调节阀控制的，因此，调节系统的统的执行装置是调节阀。执行装置是调节阀。4.4.反馈装置反馈装置 在调节系统中，实现后面元件对前面元件的作用机构在调节系统中，实现后面元件对前面元件的作用机构就叫就叫做反馈装置，它使调节过程稳定。做反馈装置，它使调节过程稳定。第52页/共92页汽轮机自动调节系统的发展汽轮机自动调节系统的发展1.1. 机械液压式调节系统（机械液压式调节系统（MHCMHC） MHC MHC mechanical hydraulic control mechanical hydraulic control 采用机械离心式控制器。 摩擦、间隙、死区，疲劳断裂等问题。 2. 2. 电气液压式调节系统（电气液压式调节系统（EHCEHC） EHC EHC electric hydraulic control electric hydraulic control 2个控制器 存在切换问题第53页/共92页3. 3. 模拟式电液调节系统（模拟式电液调节系统（AEHAEH） AHC AHC analog electric hydraulic analog electric hydraulic controlcontrol 模拟电路组成（电液转换器连接）4. 4. 数字式电液调节系统（数字式电液调节系统（DEHDEH） DHC DHC digital electric hydraulic digital electric hydraulic controlcontrol 小型计算机，微机，DCS 第54页/共92页三、汽轮机自动调节系统的基本原理三、汽轮机自动调节系统的基本原理汽轮机调节系统的基本任务: 数量：P 质量：n 假设有一台汽轮机拖动一台发电机单独向外供电，且没有调节系统 机组运行时，转子上受到三个力矩的作用： MT-汽轮机的主动力矩； ML-发电机的反力矩; MF-摩擦力矩。发电机汽轮机p1MTML第55页/共92页根据牛顿第二定律，转速的变化与力矩的关系为： 式中：J汽轮发电机组转子的转动惯量； 转子旋转的角速度。若忽略摩擦力 则有：稳定工况： MT = ML =C n=C负荷减小时： MT ML n 稳定在较高转速运行负荷增大时： MT ML n 稳定在较低转速运行 为有自平衡能力对象为有自平衡能力对象 dtdJMMMFLTdtdJMMLT第56页/共92页 自平衡能力相当薄弱，当外界负载变化时，要通过相当大的转速变动才能达到新的平衡。一般，负荷变化10，转速将变化20-30%。转速的巨大变化，不仅不能满足供电品质的要求，而且也将威胁机组自身的安全。 为了保证负荷变化时，减小转速波动，必须配调节系统。在负荷变化时，改变汽轮机进汽量，从而改变MT,从而保证供电质量。第57页/共92页机械液压式调节系统机械液压式调节系统 - -均为有差调节系统均为有差调节系统1 1、直接调节、直接调节 重锤位移直接带动调节阀重锤位移直接带动调节阀 缺点：调速器能力有限缺点：调速器能力有限 3AOB进汽排汽123-发电机1-离心调速器2-汽轮机第58页/共92页工作过程：工作过程：1、当转速升高时，重锤在离心力的作用下向外张开，使滑环向上移动2、通过刚性的杠杆关小调节汽阀，使转速下降3、当转速降低时，动作过程相反 调节的任务就在于：随着机组角速度的变化，来调节的任务就在于：随着机组角速度的变化，来增加或减少蒸汽流量，以此来保持能量平衡。增加或减少蒸汽流量，以此来保持能量平衡。注：注：1、汽轮机的负荷都是通过转速（电网频率）的变化来调节的2、调速器滑环的位置与汽轮机的阀门位置是一个固定的对应关系3、也就是说一定的汽轮机转速与汽轮机的功率是一一对应的第59页/共92页2 2、间接调节、间接调节 调节器所带的不是调节阀，而是断流式滑阀调节器所带的不是调节阀，而是断流式滑阀- -错油门错油门 有差调节：稳定时，不同的功率对应不有差调节：稳定时，不同的功率对应不同的转速。同的转速。 第60页/共92页工作过程：工作过程：1、调速器带动的是油动机滑阀，而由压力油来驱动阀门2、当转速升高时，滑环向上移动，通过刚性的杠杆带动油动机滑阀向上移动，油口a打开，压力油进入油动机上部，同时油口b打开，油动机下部的油排回油，油动机5活塞向下移动，关小调节汽阀，使转速下降3、同时反过来，油动机5活塞向下移动带动滑阀4向下移动，当油动机滑阀4回到原来的中间位置时，油口a、b关闭，油动机恢复到静止状态4、当转速降低时，动作过程相反。注：注：1、调速器带动的不是阀门，而是一个断流式的滑阀，而由油动机活塞上下的压差来驱动阀门，因此，可以通过增大油动机的活塞面积或供油压力，以产生足够的力来带动阀门运动。2、由于阀门停止运动时，滑阀4必须回到中间位置，因此调速器滑环的位置与汽轮机的阀门位置仍然是一个固定的对应关系。也就是说一定的汽轮机转速与汽轮机的功率是一一对应的。 第61页/共92页四、汽轮机调节系统的静态特性四、汽轮机调节系统的静态特性 P-nP-n关系关系1 1、定义：在调节系统的作用下，稳定状态时，功率与、定义：在调节系统的作用下，稳定状态时，功率与转速之间的对应关系。转速之间的对应关系。第62页/共92页2 2、评价调节系统静态特性的主要指标、评价调节系统静态特性的主要指标 （） （1 1）转速变动率）转速变动率 - -曲线倾斜程度曲线倾斜程度 定义：定义： 空载时的转速空载时的转速 满负荷时的转速满负荷时的转速 汽轮机额定转速汽轮机额定转速注：注： A A、决定一次调频的能力的强弱、决定一次调频的能力的强弱 一次调频：一次调频： 电网中并列运行的机组，当外界负荷引起电网频率发电网中并列运行的机组，当外界负荷引起电网频率发生变化时，网内各机组的调节系统根据各自的静态特性改变生变化时，网内各机组的调节系统根据各自的静态特性改变机组功率，以适应外界负荷需求，并将电网频率变化限制在机组功率，以适应外界负荷需求，并将电网频率变化限制在一定范围内。汽轮机的静特性对电网频率的这种作用称一次一定范围内。汽轮机的静特性对电网频率的这种作用称一次调频。调频。 即由调节系统自动调节机组功率，以减小电网频率改变即由调节系统自动调节机组功率，以减小电网频率改变幅度的方法。幅度的方法。 %1000minmaxnnnmaxnminn0n第63页/共92页 1#机组承担多 2#机组承担少B B、对甩负荷后机组转速影响、对甩负荷后机组转速影响 ，负荷，瞬时超速，调节能力，6%C C、对运行稳定性影响、对运行稳定性影响 ，转速，负荷波动，系统稳定性，3% 所以，一般所以，一般 3%3%6%6%第64页/共92页（2 2）迟缓率）迟缓率 定义：在某一功率下，转速上升的特性线与转速下降的特定义：在某一功率下，转速上升的特性线与转速下降的特性性 线之间的转速差与额定转速线之间的转速差与额定转速n n0 0之比。之比。 最大速度变动率：最大速度变动率： 迟缓率越大，从汽轮机转速变化到调节气阀动作所迟缓率越大，从汽轮机转速变化到调节气阀动作所需的时间间隔越长，使机组不能及时适应外界负荷的变化。需的时间间隔越长，使机组不能及时适应外界负荷的变化。 单机运行：转速波动 并网运行：会引起负荷摆动 甩负荷时易超速保护装置动作。 一般要求：一般要求：0.5%0.5% 新机组：新机组：0.2%0.2%100012nnn%1000maxmaxnn第65页/共92页3 3、调节系统静态特性曲线的合理形状、调节系统静态特性曲线的合理形状 曲线斜率满足曲线斜率满足 3%3%6%6%， 带状区间的宽窄带状区间的宽窄 0.5%0.5%， 连续、平滑，沿功率增加方向逐渐向下倾斜。连续、平滑，沿功率增加方向逐渐向下倾斜。 （1 1）曲线在空负荷要陡一些，以利于机组并网和低负荷暖）曲线在空负荷要陡一些，以利于机组并网和低负荷暖机。机。 （2 2）曲线在满负荷附近也要陡一些，尽量维持在经济功率）曲线在满负荷附近也要陡一些，尽量维持在经济功率范围运行，并防止电网频率下降时机组超负荷量过大。范围运行，并防止电网频率下降时机组超负荷量过大。第66页/共92页三、静态特性的平移和同步器三、静态特性的平移和同步器静特性：静特性：P-nP-n单值对应关系单值对应关系 单机运行单机运行 机组转速取决于负荷，无法保证供电频率。机组转速取决于负荷，无法保证供电频率。 并列运行并列运行 机组只能发出与电网频率对应的固定功率，机组只能发出与电网频率对应的固定功率，不不 能任意改变负荷。能任意改变负荷。 所以要设置专用的调节装置所以要设置专用的调节装置同步器，保证调节系统同步器，保证调节系统基本任务的完成。基本任务的完成。1 1）单机运行时）单机运行时 利用同步器（垂直）平移静特性，使转速利用同步器（垂直）平移静特性，使转速n n在在任何功率任何功率P P下均可保持在额定值。下均可保持在额定值。 P P1 1-n-n1 1 平移平移 P P2 2-n-n1 1 垂直平移静特性改变机组的转速垂直平移静特性改变机组的转速第67页/共92页2 2）并列运行时）并列运行时 利用同步器平移静态特性，将负荷在机组之间重新利用同步器平移静态特性，将负荷在机组之间重新分配，并维持电网频率不变。分配，并维持电网频率不变。 二次调频：二次调频：利用同步器调整机组功率，以保证电网频率利用同步器调整机组功率，以保证电网频率不变的过程不变的过程。 （水平）平移静态特性增减机组功率（水平）平移静态特性增减机组功率3 3）并网前）并网前 利用同步器调整机组空转转速，使其与电网频率同利用同步器调整机组空转转速，使其与电网频率同步后并入电网。步后并入电网。第68页/共92页平移静态特性的方法：平移静态特性的方法： 平移静态特性曲线可以通过平移四象限图中平移静态特性曲线可以通过平移四象限图中的的 、 、象限的任一曲线实现，但由于改象限的任一曲线实现，但由于改变油动机活塞行程与汽轮机功率关系（变油动机活塞行程与汽轮机功率关系（象限）象限）比较困难，因此通常采用平移调速器的静特性和比较困难，因此通常采用平移调速器的静特性和平移放大机构的静特性的办法。平移放大机构的静特性的办法。 例：间接调节系统中：例：间接调节系统中： 1 1、改变测速元件特性：改变飞锤调速器的弹簧刚、改变测速元件特性：改变飞锤调速器的弹簧刚度，即改变度，即改变 象限的调速器特性象限的调速器特性 2 2、改变综合放大其特性：改变油动机滑阀在杠杠、改变综合放大其特性：改变油动机滑阀在杠杠上的连点，上的连点， 即改变即改变象限的放大执行象限的放大执行机构的特性。机构的特性。第69页/共92页四、汽轮机的保护装置四、汽轮机的保护装置 为了保证汽轮机设备的安全，防止设备损坏事故的发生，除了要求调节系统动作可靠以外，还应具有必要的保护装置，以便在汽轮机调节系统失灵或发生其它事故时，能及时动作，迅速停机，避免造成事故的扩大和设备的损坏。 现代大功率汽轮机的保护装置一般都设置有超速保护、轴向位移保护、低油压保护和低真空保护。 第70页/共92页（一）自动主汽阀（一）自动主汽阀 自动主汽阀的作用是在汽轮机保护装置动作后，迅速切断汽源使汽轮机停止运行。因此它是保护装置共有的执行元件。 自动主汽阀的结构可分为主汽阀和操纵座两部分，操纵座是控制自动主汽阀开启或关闭的机构。为了保证安全，要求自动主汽阀动作迅速，关闭严密，对高压汽轮机，在正常的进、排汽参数情况下，自动主汽阀关闭后（调节阀全开），汽轮机的转速应能迅速降到1000rpm以下，自汽轮机保护装置动作至主汽阀全关的时间，通常要求不大于0.50.8s。第71页/共92页（二）超速保护装置（二）超速保护装置 为了防止调节系统因故障失灵和突然甩负荷时引起超速危险，每台汽轮机都装有超速保护装置，它由感应机构、放大机构组成，其发讯装置通常称为危急遮断器或危急保安器，一般当汽轮机的转速升高到额定转速的1.101.12倍时它就动作，迅速切断汽轮机的供汽，使汽轮机停止运转。1. 危急保安器 危急保安器是超速保护装置的转速感应机构，它实际上是一个静态不稳定的调速器，按其结构可分为飞锤式和飞环式两类，但它们的工作原理完全相同。2. 危急断路滑阀 在近代汽轮机中，危急保安器动作后，飞锤飞出作为超速信号，再通过以危急断路滑阀作为传动放大机构去动作主汽阀。因此危急保安器和危急断路滑阀两者共同组成超速保护装置。第72页/共92页（三）轴向位移保护（三）轴向位移保护 在汽轮机运行中，如果由于某种原因造成汽轮机轴向推力过大时，将导致推力瓦的乌金熔化，转子就会产生不允许的轴向位移，致使汽轮机的动、静部分发生摩擦，造成严重的设备损坏事故。因此汽轮机都装有轴向位移测量、报警和自动保护装置。 轴向位移按其感应元件的原理可分为机械式、液压式和电气式三大类。其中机械式由于乌金易磨损，测量准确度较差，在近代电站汽轮机中已不采用。第73页/共92页（四）低油压保护（四）低油压保护 润滑油压过低将使汽轮机轴承不能维持正常工作，情况严重时，还会造成轴瓦损坏以及动、静部分摩擦等恶性事故。因此润滑系统中都设有低油压保护装置。 低油压保护装置一般应具有下述功能：（1）润滑油压低于正常值时，首先发出信号，提醒运行人员注意并及时采取措施。（2）油压继续降低至某一数值时，自动投入辅助油泵以提高油压。（3）辅助油泵启动后油压若继续下降至某一数值时，应掉闸停机，再继续降低至另一数值时，应停止盘车。第74页/共92页（五）低真空保护（五）低真空保护 为了监视凝汽器的真空，容量较大的汽轮机都设有低真空保护装置。第75页/共92页五五 汽轮机的供油系统汽轮机的供油系统一、供油系统的作用1. 供给调节系统和保护系统用油；2. 供给轴承润滑用油，减少轴承的摩擦损失，并带走因摩擦产生的热量和由高温转子传来的热量；3. 供给各运行付机构的润滑用油；4. 对有些采用氢冷的发电机，向氢气密封瓦的气侧提供密封油；5. 供给盘车装置和顶轴装置用油。第76页/共92页油系统对安全运行的重要性油系统对安全运行的重要性n油系统必须在任何情况下，即不论在机组正常运行，还是在启动、停机、事故甚至当电厂交流电源断电时，都应能确保供油。n对于高速旋转的汽轮发电机组，哪怕是暂时（如几秒钟）的供油中断也会引起重大事故，如轴承的熔化，使机组的转子失去支承，动静部分发生严重的磨损等n若调节系统断油，整个机组将失去控制。第77页/共92页1. 油箱u作用：储油，分离油中空气、水分和机械杂物。u油箱分为污段和净段，中间隔着过滤网。回油管路布置在污段，油泵的吸油口布置在净段。为了将沉淀下来的水分和杂物排出，油箱底部一般做成斜坡形。油系统的主要设备油系统的主要设备第78页/共92页2. 主油泵 安装位置：在汽轮机高压转子前端的短轴上。 离心式主油泵不能自吸，在启停阶段要靠交流辅助油泵供油。如果主油泵的入口进了空气，会造成系统的工作不稳定。主油泵的进口必须保持一定的正压，正常运行时，这一正压由注油器提供。第79页/共92页3. 注油器注油器 注油器又称射油器，它实质上是一个射流泵； 对于大型机组的供油系统，通常装有两个注油器，可并联或串联。第80页/共92页第四节第四节 汽轮机的主要辅助设备汽轮机的主要辅助设备第81页/共92页第82页/共92页凝汽设备的原则性热力系统图 汽轮机排汽在凝汽器1中将其汽化潜热传给由循环水泵2打入的冷却水（亦称循环水）而凝结成水，使凝汽器形成高度真空。为了防止因漏入的空气在凝汽器中越积越多，使凝汽器压力升高、真空降低，装置了抽气器4及时抽出空气以维持凝汽器真空，而凝结水由凝结水泵3打入锅炉循环使用。第83页/共92页汽轮机的主要辅助设备汽轮机的主要辅助设备第84页/共92页汽轮机的主要辅助设备汽轮机的主要辅助设备第85页/共92页汽轮