汽轮机运行技术.pptx

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1、第一章第一节 供热汽轮机简述一、汽轮机在国民经济中的地位 汽轮机是一种以蒸汽为工质，并将 蒸 汽 的 热能转化为机械能的旋转机械，是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机。它具有单机功率大、效率高、运转平稳和使用寿命长等优点。无论是在常规的火电厂还是在核电站中，都采用以汽轮机为原动机的汽轮发电机组。全世界由汽轮发电机组发出的电量约占各种形式发电总量的80%.第1页/共332页 在热力发电厂中，可以利用汽轮机的排汽和中间抽汽来满足生产和生活上供热的需要，这种既供电也供热的汽轮机称为供热式汽轮机，在能源的综合利用方面具有较高的经济性，对合理利用资源也具有十分重要的意义。火力发电的重要问题是提高热效率，

2、办法是提高锅炉的参数（蒸汽的压强和温度）。90年代，世界最好的火电厂能把40左右的热能转换为电能；大型供热电厂的热能利用率也只能达到6070。此外，火力发电大量燃煤、燃油，造成环境污染，也成为日益引人关注的问题。第2页/共332页二、汽轮机的发展方向其发展的主要特点是:(1)增大单机功率1)单位功率投 资 成 本 低。如苏联800MW机组的单位功率成本比500MW 机组的低 17%，而1200MW机组的单位功率成本又比800MW机组的低15%-20%。2)单机功率越大，机组的热经济性越好。如法国600MW机组的热耗率 比 125 MW机组的热耗率降低了276.3kJ/(kWh)，即每年可节约标

3、准煤4万吨第3页/共332页(2)提高蒸汽参数。增大单机功率后适宜采用较高的蒸 汽参 数。现代大功率机组采用的新蒸汽参数越来越高，从高温高压机组发展到超高压、亚临界、超临界机组。当今世界上300MW及以上容量的机组均采用亚临界(16一18MPa)或超临界压力(23一26MPa)机组，甚至采用超超临界压力的机组(Po=32MPa,to=600);到2000年，最高进汽参数达到Po=35MPa,to=650。蒸汽初温度多采用535-565V，即尽量控制在珠光体钢允许的565以下，力求不用或少用奥氏体钢 第4页/共332页(3)普遍采用中间再 热。采 用中间再热后可降低低压缸末级排汽湿度，减轻末级叶

4、片水蚀程度，为提高蒸汽初压创造了条件，从而提高机组内效率、热效率和运行可靠性。有些机组甚至采用了二次再热。(4)采用燃气一蒸汽 联 合 循 环，以提高电厂效率。目前，以天然气和油为燃料的燃气蒸汽联合循环发电效率已达50%以上，技术已经成熟;以煤为燃料的联合循环，例如整体煤气化联合循环(IGCC)，在我国也在筹划建设中。第5页/共332页(5)提高机组的自动化水平。大功率机组的控 制 极 其 复杂，计算机技术的发展使得机组的自动化控制水平逐渐提高。利用计算机可以进行运行的实时监控，性能、效率的在线计算，启动、停机、增减负荷的自动控、利用设备诊断技术等，以系统运行管理为目标的超自动运行火力发电时代

5、。第6页/共332页(6)提高机组的可靠性。机 组 容 量 大、系统结构复杂，相应地发生事故的因素也增多，因此提高其安全可靠性非常重要。现代大机组在结构设计上采取了大量提高可靠性的措施，例如单独阀体结构、多层汽缸、转子冷却、取消转子中心孔等。为了提高机组运行、维护和检修水平，增设和改善了保护、报警和状态监测系统，同时还配置了智能化故障诊断系统。第7页/共332页(7)提高机组的运行水平。基于寿命管理的变负荷控制方式，机炉电的协调控制等都是运行水平提高的标志。随着电网容量的不断增大，调峰任务也势必落到大机组上，因此大机组在结构、系统方面应能适应变工况运行的性能要求。经常保持主辅设备和系统的优化运

6、行，以提高机组运行经济性，并保证规定的设备使用寿命，这是评价大容量机组技术水平的重要标尺。第8页/共332页三、热 电 联 产 汽轮机目前的地位和作用推广热电联产、集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷三联产技术和热、电、煤气三联供技术，提高热能综合利用率。”例如，按照等量法计算，1kg煤发电、1kg煤供热与2kg煤热电联产，热电分产即便采用600MW超临界发电机组和较高效率的燃煤供热锅炉也只能发出3.11kWh电力和供应4.88kWh热能;热电联产即便采用12MW的普通热电机组，也能发电3.62kWh和供应热量6.15kW h。第9页/共332页第二节 汽轮机的分类

7、和型号一、汽轮机的分类(一)按汽轮机热力 系 统 特 征分类1.凝汽式汽轮机蒸汽在汽轮机内做 功 后，除有一部分轴封漏汽外，全部排入凝汽器。在热力系统中，没有回热抽汽及回热加热器的汽轮机称为纯凝汽式汽轮机。为提高热力循环效率，将经过汽轮机某几级做功后的蒸汽抽出来，用以加热凝结水和给水，具有不调整抽汽的汽轮机叫做凝汽式汽轮机第10页/共332页2.调 整抽 汽 式 汽轮机调整抽汽式汽轮机与凝 汽 式 汽 轮机的区别在于:其抽汽压力可以在某一范围内加以调整，可以有一级调整抽汽，也可以有两级调整抽汽。抽汽的绝对压力为0.12-0.25MPa及0.8-1.3MPa，前者可供采暖，后者可供工业用汽。当然

8、，供工业用的调整抽汽也有高于1.3MPa的其他压力等级。第11页/共332页3.背压式汽轮机蒸汽在汽轮机内做 完 功 后，以高于大气压的压力被排入排汽室，用以供热用户采暖或工业用汽。这种汽轮机在热力系统中只有给水加热器，没有凝汽器，因而不存在冷源损失，热能利用率高。背压式汽轮机排汽压力较高，而热用户的用汽量又很小，其排汽可以供中低压汽轮机使用。这时，该背压式汽轮机被称为前置机，而被供汽的汽轮机叫做后置机。背压式汽轮机和调整抽汽式汽轮机都是既发电又供热的汽轮机，因此它们又统称 为 供 热式汽轮机。第12页/共332页4.中间再热式汽轮机为了提高发电厂的热经 济 性 并 适应大机组发展的需要，蒸汽

9、初参数在不断提高，但主蒸汽温度的升高受到金属材料及制造成本的限制，不能无限制地提高。随着主蒸汽压力的提高，蒸汽在汽轮机中膨胀至终了的湿度增大。为了使排汽湿度不超过允许限度，采用了蒸汽中间再热，称为中间再热式汽轮机。这种汽轮机是将在汽轮机高压缸做完功的蒸汽，再送回锅炉再热器中加热到接近于新蒸汽温度，然后回至汽轮机的中低压缸继续做功.蒸汽采用中间再热，不 仅 减 少了汽轮机排汽湿度，还改善了汽轮机末几级叶片的工作条件，提高了汽轮机的相对内效率。第13页/共332页(二)按工作原理分按工作原理分，汽轮 机 可 分为 冲动式和反动式两种。蒸汽的热能转变为动能的过程仅在喷嘴中发生，而工作叶片只是把蒸汽的

10、动能转变成机械能的汽轮机叫做冲动式汽轮机，即蒸汽仅在喷嘴中产生压力降，而在叶片中不产生压力降。蒸汽的热能转变为动能的过程不仅在喷嘴中发生，而且在叶片中也同样发生的汽轮机叫做反动式汽轮机，即蒸汽不仅在喷嘴中进行膨胀，产生压力降，而且在叶片中也进行膨胀，产生压力降。小型非再热式汽轮机大部分为冲动式汽轮机。第14页/共332页(三)按汽轮机进汽压力分类按汽轮机进汽压力分，汽轮机可分以下七种:低压汽轮机:新汽压力为1.2-1.5MPa.中压汽轮机:新汽压力为2一4MPa。次高压汽轮机:新汽压力为5一6MP a。高压汽轮机:新汽压力为6一10MPa。超高压汽轮机:新汽压力为12一14MP a。亚临界汽轮

11、机:新汽压力为16一18MPa。超临界汽轮机:新汽压力为2.3MPa。（临界压力22.115MPa）第15页/共332页(四)按汽缸的数目分类1.单缸汽轮机只有一个汽缸的 汽 轮 机 叫做单缸汽轮机。2.双缸汽轮机汽轮机的转子分 别 装 在 高、低压两个汽缸内，蒸汽从高压缸流出后进入低压缸。高低压缸转子以联轴节连接。3.多缸汽轮机由于功率的增 大，汽 轮 机单采用一两个汽缸已不能满足功率的要求，所以出现了高、中、低压三缸及多缸的汽轮机。新蒸汽从高压缸排出后经导汽管进入中压缸，从中压缸排出后再经过导汽管进入低压缸。根据结构的需要，中、低压缸也可以分别制成多个。第16页/共332页第三节 供热汽轮

12、机的规范及保证值一、汽轮发电机组的规范简介汽轮机规范是指由国际电工委员 会(IEC制定的标准。(一)功率国际电工委 员 会 1985年版标准对汽轮发电机组功率(或出力)等术语的一般定义:第17页/共332页(1)发电机功率:发抽电机接线端(输出端)处的功率。若采用非同轴励磁，还需扣 掉外部励磁的功率。(2)净电功 率:发 电机功率减去厂用电功率。(3)经济功率(ECR):机组在此功率下，汽 轮机 热 耗 率或汽耗率为最小值。(4)保证最大连续功率(T-MCR):在规定的端部条件(合同中规定的各端部 条 件，典型的包括有主蒸汽和再热蒸汽参数、冷再热蒸汽压力、最终给水温度、排汽压力、转速、抽汽要求

13、等)及运行寿命期内，机组在发电机输出端连续输出的功率。通常在该功率下考核机组所保证的热耗率。在此功率下，调节汽阀不一定要全开第18页/共332页(5)调节汽阀全开(vwo)工况的功率:在规定的主 蒸 汽 参 数条件下，汽轮机调节汽阀全开，机组所能输出的功率。(6)最大过负荷能力:在规 定 的 过 负荷条件下，如末级给水加热器停运或提高主蒸汽的压力，汽轮机调节汽阀全开下，机组所能输出的最大功率。第19页/共332页(二)热耗率或汽耗率的保证值按照IEC:规定，保证的热耗率和 汽 耗 率 应规定一个或几个负荷，而当保证值是用一系列负荷下的加权平均值来表示时，应明确一个适当的计算公式。为了校验保证值

14、，实验所测得的热耗率和汽耗率应考虑试验工况与规定工况的所有差别。第20页/共332页(三)调节特性汽轮机在额定蒸 汽 参 数 和额定转速下运行，当最高负荷甩掉时，调速器的运行应能防止转速升到超速脱扣转速值。调速器的速度变化率应 在 额 定 转速的3%5%之间。由于负荷变化而引起的最小速度变化率应不小于从满负荷到空负荷的平均变化率的0.4倍，在0-10%负荷范围内，对于因负荷变化而引起的最大速度变动率无限制，而在由最末一个调节阀以外的任何一个喷嘴组调节阀所控制的90%-100%功率范围内，其平均变化率不应超过从满负荷到空负荷平均变化率的3倍。第21页/共332页调节系统的动态稳定性应予以保证。汽

15、轮机的调节特性应能使该机组与任何现存 机 组 并列 运行，并且不产生单机的或整体的不正常现象。汽轮机的 空 负 荷 转速在额定转速的士0.6%范围内应是可调的。为了试验超速脱扣机构，汽轮机在空负荷时的转速应能控制升 高，并 能 保证不影响调速器的正常动作。空负荷升速机构应有防止达到危险转速的措施。在低于额定转速的98%或高于额定转速的101%的情况下，不 应 要 求汽轮发电机连续运行。第22页/共332页在 应 急 情 况下，汽轮机可在低于额定转速的98%以下运行，在这种转速下允许运行长时间则应由制造厂与用户商定。除调速器外，汽轮机和发电机 还 应 有 一个单独作用的超速保护装置来操纵脱扣系统

16、，以防止过分超速。当突然甩负荷时，如调速器未能动作，超速脱扣装置应能在将最大超速限制在安全值(即防止汽轮机和被驱动机械的任何零部件有任何损伤的安全值)的足够低的转速下动作。对于超速脱扣的整定值，制造厂应在运行说明书中说明。第23页/共332页当汽轮机转速降低到安全转速范围内(大于额定转速)时，超速脱扣机构应能立即复位。汽轮机应设有脱扣系统，不论高压缸和中压缸的调节阀关闭 与 否，都能完全和迅速地关闭主汽阀，以达到有效地防止蒸汽进入汽轮机的目的。为了防止汽轮机突然再进汽，脱扣系统应有连锁装 置，使 得在汽轮机启动时正常采用的控制进汽方法完成以前，脱扣不会复位。第24页/共332页(四)最高转速每

17、台汽轮机转子 均 需 作超 速试验，最好在制造厂进行。超速试验的试验转速应为:当调速器失灵而且最高转速只由超速脱扣装置的动作来限制时，所能出现的最大转速再加2%.超速试验的延续时间不得超过2min。超速试验只能进行一次。在任何情况下，超速试验不得超过额定转速的20%,第25页/共332页(五)振动汽轮机振动 可 在 轴 承座上或轴上测出。直接在轴上测出的振动往往要比在轴承座上测出的值大得多，这取决于轴的节点、拾振器的轴向位置以及轴承设计等因素。处于良好平衡的汽轮机在某一额定转速和稳定工况下运行时所能得到的振动值见1-3,汽轮机及其被驱动机械的轴系临界转速应避开额定转速足够远，以避免机组在频 率

18、 变化、超速脱扣和超速试验的转速范围内运行时产生任何有害作用。第26页/共332页表1-3 汽轮机在某一工况下的振动值汽轮机额定转速(r/min)10001500 1800 3000在轴承座上测量的峰-峰振动值（5m）75504225在接近轴承的轴上测量的峰-峰振动值（5m）1501008450第27页/共332页(六)额定汽压、汽温的变化限制汽轮机应能适应额定工况在下述限 制 内 变 化。1.压力在任何12个月的运 行周 期 内，汽轮机进口的平均压力不得超过额定压力。在保持此平均值的情况下，压力不得超过额定压力的110%。在例外情况下，可允许达到额定压力的120%，但在任何12个月的运行周期

19、内，这些压力波动的累计运行时间不得超过12ha再热器安全阀应整定到使再热器前的汽轮机排汽压力，不能超过该机以额定功率运 行 时此点压力的120%。第28页/共332页2.温度额定温度 在565 及以下者，其允许的变化如下:在任何12个月的运行周期内，汽轮机的任何进口处平均蒸汽温度不得超过额定温度。在保证此平均值的情况下，温度一般不得超过额定温度8.3。在例外情况下，如温度超过额定温度8.3，温度瞬时值可在超过额定温度8.3一14的范围内变化，但在任何12个月的运行周期内，在此温度范围运行时间不得超过40h。第29页/共332页在超过额定温度14一28的范围内运行也可允许，但在任何12个月的运行

20、周期内，在此温度范围总运行时间不得超过80h。任何情况下，温度不得超过额定温度28以上。当有两 个 或 更 多平行管道对汽轮机供汽时，各管道中蒸汽温度相差不得超过17。在例外情况下，如温度波动延续不超过15而n，可允许不超过28的温度差。但最热管道中的蒸汽温度不得超过上段所给出的限制。额定温度超过565者，其允许变 化 由特 别 协议决定。第30页/共332页第二章 汽轮机本体 第一节 转子一、概述汽轮机的转 动 部 分，包括轴、叶轮、叶片及其他有关部件，它是汽轮机最重要的部件之一，担负着工质能量转换及扭矩传递的重任。第31页/共332页转子的工作条件相当复杂，它处在高温工质中，并以高速旋转，

21、因此承受着叶片、叶轮、主轴本身质量离心力所引起的巨大应力，以及由于温度分布不均匀引起的热应力(不平衡质量的离心力还将引起转子振动);另一方面，蒸汽作用在动叶栅上的力矩通过转子的叶轮、主轴和联轴节传递给发电机或其他工作机。所以转子要具有很高的强度和均匀的质量，以保证它安全工作。运行中要特别注意转子的工作状况，任何设计、制造、安装、运行等方面的工作上的疏忽均会造成重大事故。第32页/共332页影响转子安全性的因素包括(1)转子锻件在锻造过程中留下的隐蔽宏观缺陷(裂纹、气孔、疏松、非金属 夹 杂 物等)发展而导致脆断的危险性。(2)转子表面结构应力集中 区 的 疲 劳和蠕变共同作用而导致金属内部损伤

22、的累积以及持久强度的消耗。(3)在静载 荷 和 循 环载荷作用下的应力腐蚀破裂。(4)在不正常工况下转子扭振引起的损伤累积。在设计、制造和运行维护过程中，要针对上述因 素 采 取 适当的措施，保证转子能够长期、安全、连续地工作。第33页/共332页二、汽轮机转子的类 型 和 结 构汽轮机转子按形状分为转轮型转 子 和 转 鼓型转子两大类。转鼓型转子多适用于反动式汽轮机。目前大、中、小容量的冲动式汽轮机广泛采用转轮型转子，而某些大功率冲动式汽轮机的低压部分转子也采用转鼓型。转子按制造工艺不同，又可分为套装式、整锻式、组合式及焊接式转子。第34页/共332页(一)转子 的 类 型一台机组采用何种

23、类 型 的 转子，由转子所处的温度条件及各国的锻冶技术确定。1.套装转子2.整锻转子 3.焊接转子 4.组合转子 第35页/共332页1、套装转子特点套装转子加工方便，生产周期短;可以合理利用材料，不同部件采用不同的材料;叶轮、主轴等锻件尺寸小，易于保证质量，且供应方便。袒在高温条件下，叶轮内孔直径将因材料的蠕变而逐渐增大，最后导致装配过盈量消失，使叶轮与主轴之间产生松动，从而使叶轮中心偏离轴的中心，造成转子质量不平衡，产生剧烈振动，且快速启动适应性差。因此，套装转子不宜直接作为高温高压汽轮机的高压转子。第36页/共332页2整锻转子的特点优点是:结 构 紧 凑，装配零件少，可缩短汽轮机轴向尺

24、寸;没有红套的零件，对启动和变工况的适应性较强，适于在高温条件下运行;转子刚性较好。缺点是：锻件大，工艺要求高，加工周期长，大锻件质量难以保证，且 检 验 比较复杂，又不利于材料的合理使用 第37页/共332页3焊接转子明显具有以下优点:(1)焊接式转鼓型转子为中空腔室结构，其热应力和离心 应 力 较 低，启动灵活，并能适应负荷的快速变化，使用寿命长(2)每个转子是用多块小锻件组合焊接的，各段的质量可得到保证，探伤比较彻底，个别段即使发生质量问题，处理也比较方便。(3)小块锻件，热处理淬透性好，残余 应 力 低，材质均匀。(4)材料可按需要灵活选用。第38页/共332页4.组合转子因转子各段所

25、 处 的 工 作条件不同，故可在高温段采用整锻结构，而在中、低温段采用套装结构，形成组合转子，以减小锻件尺寸。一台机组选用转子的数目依其功率、蒸汽参数及总体结构布置而定。第39页/共332页(二)转子的结构转子由主轴、叶轮、叶 片、推力盘、轴套、联轴节，以及带动转速表、调速器、主油泵的传动装置(蜗杆)等所组成。第40页/共332页(三)转子的临界速在汽轮机转子制造和装配过程中，不可避免地会存在局部的质心偏移。当转子转动时，这些质心偏移产生的离心力就成为一种周期性的激振力作用在转子上，使转子产生受迫振动。当激振力的频率(即转子每秒的转速)与转子系统在转动条件下的自振频率相接近时，转子就会发生共振

26、，振幅急剧增大，产生剧烈振动，此时的转速就称为转子的临界转速。第41页/共332页它在运行中表现为:在汽轮机启动升速过程中，在某个特定的转速下，机组振动急剧增大，超过这一转速后，振动便迅速减小;在另一更高的转速下，机组又可能发生较强烈的振动，继续提高转速，振动又迅速减弱。因为转子有一系列的自振频率，所以转子就看一系列的临界转速，依次称为第一、二、n阶临界转速。如果转子在临界转速下持续运行，轻则使转子振动加剧，重则造成事故。第42页/共332页特 别 是 在转子平衡较差的情况下，振动会更大。这时可能导致叶片碰伤或折断，轴承和汽封磨损，甚至使大轴断裂。因此，必须对转子的临界转速给予足够的重视，在启

27、动操作过程中应使机组迅速通过临界转速，避免在此转速下停留;在设计时，要精确计算出转子的临界转速，使它与工作转速避开一定的范围。第43页/共332页第二节 叶片叶片是汽轮机中数量最多、最重要的零件，装在叶轮 的 轮缘 上 构成动叶栅。由于动叶栅是完成蒸汽能量转换的元件，工作条件恶劣，受力情况复杂，因此要求叶片具有良好的流线特性，而且还要有足够的强度。第44页/共332页一、叶片的结构叶片按用途可分为 动 叶片(又称工作叶片，简称叶片)和静叶片(又称喷嘴叶片)两种。动叶片安装在转子叶轮(冲动式汽轮机)或转鼓(反动式汽轮机)上，接受喷嘴叶栅 射 出的高速汽流，把蒸汽的动能转换成机械能，使转子旋转。静

28、叶片安装在隔板或汽缸上，在反动式汽轮机中起喷 嘴作 用;在速度级中作为导向叶片，使汽流改变方向，引导蒸汽进入下一列动叶片。第45页/共332页第三节 汽缸和滑销系统一、汽缸的作用与构造1.汽缸的作用汽缸即汽轮机的 外 壳，是汽轮机的重要部件之一。根据汽缸进口处蒸汽参数的不同，可以将汽缸分成高压缸、中压缸和低压缸。汽缸的作用是:第46页/共332页(1)将高温高压的蒸汽与大气隔开，形成能量转换的 环 境。(2)包括隔板、喷嘴叶栅及转子部件，共同构成汽轮机的通 流 部 分。(3)承受安装在内部各零件的重量，管道的安装拉力，运行时汽缸内 外 的 压 差，汽缸内外温度的变化产生的热应力以及连接管道热状

29、态改变时对汽缸的作用力。第47页/共332页(4)端部装有汽封，形成严密的汽室，防止蒸汽外漏，在低压部分防 止 空 气漏 入。(5)在汽(fir卜加工有抽汽口，与回热抽汽管道加热系统一起完成回热循环，加热给 水，提高循环热效率。(6)中小型汽 轮 机 的 汽缸通常与轴承座铸成一体，因此，这种结构的汽缸还要承受转子的部分重量。第48页/共332页3.排汽缸喷淋系统在低负荷和空载情况 下(特 别是在甩负荷之后)，由于没有足够的蒸汽量将排汽缸内摩擦鼓风产生的热量带走，会导致排汽温度升高。排汽温度太高，排汽缸的膨胀会影响与排汽缸连在一起的轴承座的标高，使转子的中心线改变，造成机组振动或发生事故。排汽缸

30、温度过高还会引起凝汽器内铜管泄漏。为防止排汽缸的温度过高而影响机组的安全，机组的排汽缸都配有喷水减温装置。该机规定正常运行时，排汽温度低于65 ，当排汽温度高于80时，投喷水减温装置。第49页/共332页二、汽缸的受力分析及热 膨 胀1.汽缸的受力分析(I)由于汽缸内外的压力差，使汽缸壁 上 承 受一 定的作用力。高压缸中蒸汽压力高于大气压，汽缸壁受着向外的张力;低压缸中蒸汽压力低于大气压，汽缸壁受着向内的压缩力。由于汽轮机负荷变化时各级的压力发生变化，所以汽缸壁的受力情况也发生变化。第50页/共332页(2)隔板和喷 嘴 加 于汽 缸的力。这是由于隔板两侧的压力差及汽流流过喷嘴时对其产生的反

31、作用力所引起的。这个力也随着负荷的变化而变化。(3)汽缸及汽缸上各 固 定 部 件的重量。(4)轴承座与汽缸铸成一体或轴承用螺 栓 连 接 在下汽缸上的机组，转子的重量和转子转动时的不平衡力也要加到汽缸上(5)小型机组的主汽 门、新 蒸汽管与汽缸连接，这些部件对汽缸盖也有作用力。第51页/共332页(6)汽缸在运行中存在温度差而引起的热应力。1)当汽轮机负荷变化时，汽轮机各级温度、压 力都 要 变 化，于是汽缸沿长度方向产生温度差，使汽缸材料的热应力增大;2)由于汽缸内外的温度差，造 成汽 缸 壁 上的热应力;3)由于汽轮机高压段采用部分进汽，使汽缸壁沿横断 面 方 向 的温度不同，从而造成材

32、料内部的热应力;第52页/共332页4)启动、停机 时，上、下 汽缸存在温差，从而形成汽缸沿横断面方向的热应力和热变形。汽缸的热应力和热变形(汽缸各处受热后的变形)在负荷剧烈变动时(如迅速停 机、急速启动和暖机不良的情况下启动)最大，也最危险。所以，汽轮机的运行方式、方法一定要根据机组各部分的受热情况来确定。第53页/共332页2.汽缸的热膨胀汽轮机在启动、停 机 和 负 荷改变时，汽缸各部分的温度要发生很大的变化。随着温度变化，汽缸要发生相应胀缩，如果汽缸胀缩不能合理地进行，将会造成以下问题:(1)汽缸金属热应力过大，以致引起汽缸变形和裂纹，造成汽轮机振动加 剧，汽 缸漏汽，严重时使汽缸无法

33、工作。第54页/共332页(2)缸内轴向或径向间隙 改 变，有时会造成汽封和动、静叶的摩擦等严重故障。为了满足运行要求，汽缸的热膨胀应满足以下要求:1)温度变化时，汽缸和转子的中心必须始终保持一 致，不 能因此引起振动和动静部件的摩擦。2)温 度 变 化时，不会引起汽缸、轴承座等有关部件的变形、破裂。3)汽轮机转子和静止部分的轴向间隙合乎要求，保证运行的安全和 经 济。第55页/共332页三、滑销系统如上所述，汽轮 机 在 启 动、停机和运行中，汽缸的温度变化很大。随着汽缸各部件温度的变化，各部件将产生膨胀和收缩。为了保证汽轮机自由地膨胀，并保持汽缸和转子中心一致，汽轮机均装有一套滑销系统，其

34、作用如下:(1)保持汽缸和转子的中心一致，避免因机 体 膨 胀 造成中心变化，引起机组振动或动静之间的摩擦。(2)保证 汽 缸 能 自由膨胀，以避免发生过大应力引起变形。第56页/共332页(3)使转子和静止部分轴向和径向间隙符合要求。滑销系统由下述各种滑销组成，根据其构造、安装 位 置 和 不同的作用，可分为:(1)横销：横销一般装在低压缸排汽室的横向中心线上或排汽室的尾部，左右 各 装 一个。其作用是引导汽缸在横向自由膨胀。(2)纵销：纵销安装在轴承座的底部 与 台 板 的结合面之间，所有纵销均在汽轮机的纵向中心线上。纵销允许汽缸沿纵向中心线自由膨胀，限制汽缸纵向中心线的横向移动。纵销中心

35、线与横销中心线的交点称为死点，汽缸膨胀时，此点始终保持不动。死点一般布置在低压缸排汽口的中心或其附近，这样汽轮机在受热膨胀时对庞大笨重的凝汽器影响较小。第57页/共332页(3)立销：立销安装在低压缸排汽室尾部与台板之间，高压缸前端与前轴承座之 间 以 及双缸汽轮机的高压缸后端、低压缸前端与中间轴承座之间。所有立销均在机组的纵向中心 的竖直线上，它的作用是保证汽缸在竖直方向自由膨胀。(4)猫爪横销：猫爪横销装在猫爪与轴承之间，保证 汽 缸 能 横向自由膨胀，同时随着汽缸在轴向的膨胀和收缩，推动轴承座向前或向后移动，以保征转子与汽缸的轴向相对位置。(5)角销：角销装在前轴承座及双缸汽轮机中间轴承

36、座底部的左、右两侧，以代替连接轴承座的螺栓，并允许轴承座纵向移动和防止热膨胀时轴承座与台板脱离。第58页/共332页六、汽缸在运行中应注意的问题汽缸的变形和裂纹是汽缸运行中可 能 发 生 的主要问题。虽然这种问题不常见，但若发生将会造成严重后果，因此不可轻视。为预防上述情况发生，现将其发生的原因及运行中的注意事项分析如下。第59页/共332页1.在运行中发 现 汽 缸 变形(1)汽缸变形时可能造成汽 缸 水 平 或垂直接合面不严密而漏汽。这种漏汽多发生在高、低压端轴封附近。有时因蒸汽漏入轴承中而使润滑迅速受到破坏。(2)低压缸变形可能造成空气漏入凝汽器，使真空遭受破坏。(3)汽缸变形严重时会造

37、成轴封的磨损和汽缸内动、静部分 的 碰撞，并使机组的振动加大。第60页/共332页2.造 成 汽 缸变形的原因(1)运行时，汽缸温度长 时 间 超 过材料的允许温度。(2)汽缸隔板与汽缸内壁的径向间隙过小，使隔板膨 胀 时 顶 住汽缸。(3)汽缸外部的保温材料不好或部分脱落，造成汽缸各部温度偏差过 大，或在 冬季汽轮机车间打开了一面窗户，使冷风吹到汽缸一侧。第61页/共332页3.发现汽缸裂纹汽缸出现裂纹后，往 往 首 先使汽缸保温材料局部潮湿、渗水，然后逐渐漏汽。低压汽缸出现裂纹时会漏入空气，使真空下降。汽缸产生裂纹的原因有:(1)汽缸材料质量不好，尤其是老、旧汽轮机的铸铁材料因 蠕 胀 而

38、 裂开。(2)汽轮机运行方式不合理，如在暖机不良的情况下开机;负荷经常剧烈 变 动;汽轮机常受水冲击;排汽温度过高时，汽缸突然受冷(如循环水泵停止工作导致真空过低，当排汽温度较高时，突然又投入循环水泵)。第62页/共332页(3)汽轮机长期剧烈地振动。(4)转动部件损伤后，强力地 冲 击 汽缸。鉴于以上种种造成汽缸损伤的原因，所以 在 汽 轮 机运行中应注意以下几点:(1)按汽缸材料和结构特点，科学地规定其最高工作温度界限，运行时严格 注 意，不允许长时间超过此温度。(2)定期监视汽缸 各 处 的 热膨胀值。第63页/共332页(3)尽量防止汽轮机运行方式的剧烈 变 化。(4)保持滑销的清洁，

39、不允许有油污卡涩 (5)经常监视汽缸接合面有无漏汽、渗水现象。(6)保持汽缸保温良好和尽量防止严冬时冷风吹至汽缸一侧。(7)经常注意机组各处的振动和异声，发现异常，及时分析处理。第64页/共332页第四节汽封汽轮机高压端轴封称为高压轴封，在单缸汽轮机中也称 前 轴 封。低压端轴封称为低压轴封，在单缸汽轮机中也称为后轴封。装在隔板汽封槽中的汽封称为隔板汽封。不论是轴封还是隔板汽封，其构造及外形大同小异，阻汽原理一致。轴封和隔板汽封统称为汽封。第65页/共332页一、汽封的作用在汽轮机大轴伸 出汽 缸 两 端处和轴穿过隔板中心孔的地方，为了避免转动部件与静止部件的摩擦、碰撞，应留有适当的间隙。但由

40、于压力差的存在，在这些间隙处必然要产生漏汽，造成损失。为了减少这些漏汽损失，在发生漏汽的部位都要装有汽封，轴端汽封也叫轴封高压端部轴封的作用是减少高压汽缸向外漏汽;低压端部轴封的作用是防止空气漏入低压缸，破坏真空;隔板汽封的作用是减少级间漏汽，维持隔板前后的压力差。第66页/共332页轴封漏汽 除 了 使 损失增大外，严重时还会使汽轮机功率下降，此外，对汽轮机的安全运行也有很大的威胁。例如，高压端部轴封漏汽过大，蒸汽会顺着轴流入轴承中直接加热轴承，同时使润滑油中混入水分，破坏轴承润滑，使轴承乌金熔化造成严重事故。如隔板汽封损坏，漏汽增大，会增大叶轮前后的压力差，增加轴向推力。低压端部轴封漏汽过

41、大，会使汽轮机处在低真空下工作，经济性显著下降，排汽温度升高，汽轮机振动加大和轴向推力增加。因此，对轴封漏汽现象应予以重视。第67页/共332页二、轴封系统(一)可调式汽 封(布 莱登汽封)近年来，汽轮机汽封设计多采用 可 调 式 汽封，即随着机组启动运行工况的变化，汽封间隙是自动进行调整的，始终保持在最佳间隙状态，因而可明显提高汽轮机在启动时的安全可靠和正常运行下的经济性。汽轮机运行过程中，由于汽封齿尖磨损，致使汽封间隙增大，造成通过端部轴封、隔板汽封、叶顶汽 封的 蒸汽泄漏量增大。国外有关专家通过研究发现，通常汽封损失增大值是汽轮机总损失的80%，可见汽封磨损是导致汽轮机运行中效率下降的一

42、个主要原因。第68页/共332页1.传统汽封存在的问题为了保证汽轮机在较高的 效 率 下 运行，应尽量减小汽封漏汽损失。径向汽封设计间隙一般取为0.5-1.0mm，而在机组安装和大修中，为了启动安全，有时实际的汽封间隙比设计值要大。传统汽封结构是在汽封弧块的外径侧放置平板弹簧片，将汽封弧块顶向转子。运行中如果发生动静之间碰磨，汽封可以退让，不致造成过度的刚性摩擦。汽轮机启动中转子发生振动，特别是过临界转速时振动加大，从 而 可能 造 成动、静摩擦。有的机组，其汽封退让间隙设计偏小，造成汽封严重磨损。第69页/共332页汽封弧块外径侧的平板弹簧片运行一段时间后，性能恶化，起不到应有的作用。发生局

43、部摩擦时，热不均匀性将造成转子暂时性弯曲，这样势必使振动进一步加大，从而造成大部的动、静摩擦。静子部件(内缸、隔板及汽封体)受热不均匀会造成变形，使汽封弧块安装槽不圆度增大，导致局部间隙减小，引起摩擦。因此，汽轮机在启动和停机过程中，由于振动和变形等原因，致使传统结构汽封摩擦使动、静部分间隙增大，从而导致汽轮机效率下降。第70页/共332页第71页/共332页2.可调式汽封的特点可调式汽封的结构如 图 2-65 所示。可调式汽封弧段结构与传统汽封弧段基本相同，只是进汽面上铣出一道引汽槽，其目的是使汽封弧段背面压力(汽封体沟槽内部压力)等于进汽侧压力。在必要汽封弧段的端面上钻孔装入螺旋圆柱弹簧，

44、其上下汽封环中间各有两只螺旋圆柱弹簧，共四只。弹簧的推力使得汽封弧段在没有蒸汽压力时呈开启状;汽封弧段与汽封体之间一般设计有3mm的退让距离，故汽封齿与轴之间就有3mm以上的间隙。第72页/共332页因此，布莱登可调式汽封设计不同于原有的传统汽封的设计，主要区别在于用四只螺旋圆柱弹簧取代了十二片平板弹簧片。其工作原理为:汽轮机启动时，汽封环前后压差不大，在周向螺旋弹簧力作用下，汽封环块张开，使动、静部分达到最大间隙，避免了启动过程中由于振动及变形而导致的碰磨。随着机组升速加负荷，汽封环前后压差逐步增大，汽封环块外径处受进汽侧(高压侧)压力作用，与内径处的压力差亦逐步增大，最后这一压差足以克服弹

45、簧力，造成所有汽封环块分别在二阶临界转速之上到运行负荷之下的范围内逐个闭合，达到设计的汽封间隙。第73页/共332页在高、中压缸隔板和轴端可以使用可调式汽封，这 是 因 为汽封环前后的设计压差要足够大才能应用可调式汽封。但轴端汽封最外三环不能使用可调式汽封，这主要是考虑防止汽封漏汽到轴承箱中，导致油中带水。采用可调式汽封，避免了启动过程中轴端汽封和隔板汽封的摩擦，使得机组振动非常小，基于此，叶片顶部的汽封间隙也可以做得比制造厂设计间隙小一些，即可做到目前0.8mm左右。第74页/共332页3.可调式汽封对机组经济性的影 响(1)可调式汽封提高了汽轮机的效率，降 低 了机组热耗。据有关资料介绍，

46、该项技术可使机组效率提高2%-3%，热耗降低1%-2%。(2)可以缩短汽封间隙的调整时间。(3)振动减小。(4)高、中压轴端漏汽量明显减少，油中带水减 少，保 证了汽轮机油的品质，提高了调节系统和润滑系统运行的稳定性。第75页/共332页(二)蜂窝式汽封轴端密封漏气是许 多 汽 轮 机存在的共性问题。传统的梳齿密封在安装时具有较小间隙，但在过临界转速等工况下，密封齿很容易被磨损或倒伏，密封间隙在短时间内迅速扩大，致使轴端泄漏严重，润滑油中大量含水。蜂窝式汽封的结构与密封原理如图 2-66 所 示，由于主轴与叶轮高速旋转，带动蒸汽的切向运动，而汽封两侧的压差会使蒸汽沿轴向运动。第76页/共332

47、页第77页/共332页蒸汽在通过蜂窝表面时会遇到纵向和横向两个方向的阻力。这样，在每个蜂窝孔表面形成强烈的气旋，转速越高，压差越大，气反映越强烈。从宏观上看，宛如形成一个个很强张力的“汽泡”。这些“汽泡”单个的运动都很复杂，但整个蜂窝汽封带表面形成一层汽膜，汽膜具有很强的张力及弹性，会产生很大的阻力，阻止后面的蒸汽进一步前进，起到良好密封的效果。因为单个“汽泡”的直径非常小，对于主轴来说，不会产生很大的合力，对于主轴在运动中保持平稳运行起到很好的作用。第78页/共332页而且蜂窝密封从切向及轴向都有阻尼，有效阻止了蒸汽在周向的运动。因此，蜂窝式汽封不仅具有较好的密封效果，而且有更好的稳定性及安

48、全性。此外，蜂窝密封的结构强度很好，不会被轻易磨损而增大密封间隙，也不会倒伏，用作轴端密封可以长期保持安装时的较小密封间隙。由于蜂窝密封的漏气量大大少于梳齿密封，提高了轴端的封严能力，显著减少轴端漏气，可以从源头上解决轴端泄漏严重及润滑油中大量含水的问题。第79页/共332页五、汽封在运行中应注意的问题轴封的间隙很小，除因检修、安装 和 结 构 方面造成的故障外，运行上的问题也可能使轴封损坏，影响汽轮机正常工作。1.轴封损伤的外部征状 轴封信号管冒汽量异常增 多，轴 承润滑油中进水，轴封内部有碰触声响，严重时会使汽轮机振动加大。第80页/共332页2.造成轴封 损 伤 的 具体原因(1)转子受

49、热弯曲或永久变形，引 起 轴封磨损。情况多数是由于在停机不久转子热弯曲最大时再次启动所造成的。有时也可能是由于汽轮机的振动较大，使汽轮机轴的局部地方与轴封摩擦所引起的。(2)汽缸变形，轴 封 的某 一侧磨损。(3)汽缸保温不好，汽缸热膨胀不均 匀，引 起轴封的碰触、磨损。第81页/共332页(4)汽轮机长时间空转，排汽温度高，突然又很快地升高负荷，使 温度 发 生很大的变化，汽缸很快地被冷却，而下汽缸的支撑部分仍维持着较高的温度，这时轴封下半部将发生碰触、磨损并引起汽轮机的振动(5)由于结垢使轴封环卡死失去弹性，在轴封发生碰触时轴封片没有退让。(6)由于操作不遵守汽轮机运行规程而引起转子和汽缸

50、的不均匀热膨胀，使 轴 封 磨 损。第82页/共332页3.防止轴封损伤的办法(1)汽轮机在转子弯曲或 振 动 超 过允许值的情况下汽轮机不准运行。(2)经常检查给水及蒸汽的品质，以防止汽轮机内部结垢(3)不允许汽轮机运行工况经常发生剧烈的变化(4)经常注意汽缸的保温完整。(5)不允许汽轮机长时间空转和 在 排 汽 温度过高、排汽温度剧烈变化的情况下长时间运转。(6)防 止 转子发生较大的轴向位移，当轴向位移超过允许值时，必须迅速停机。在运行中发现轴封有严重碰触和损坏的象征时，应采取果断措施，迅速停机检查。第83页/共332页第六节 轴承轴承大致分两类:一类为支持转子重量的轴承，称为径 向 轴