汽輪機(jī)的基本工作原理PPT課件

1、2.1 汽輪機(jī)概述汽輪機(jī)定義及特點(diǎn)1、汽輪機(jī) 汽輪機(jī)是一種以蒸汽為工質(zhì)，并將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。 英文：Turbine，譯名透平 葉輪機(jī)械（廣義范疇）第1頁/共91頁2.1 汽輪機(jī)概述汽輪機(jī)定義及特點(diǎn)2、汽輪機(jī)的特點(diǎn)（1）單機(jī)功率大：300MW600MW900MW（2）效率高：汽輪機(jī)內(nèi)效率：90% 電廠效率：40%（3）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)： 機(jī)組振動30年（5）整個循環(huán)中燃用劣質(zhì)、廉價燃料： 如劣質(zhì)煤等（6）使用范圍專業(yè)而廣泛火電廠核電廠直接驅(qū)動第2頁/共91頁2.1 汽輪機(jī)概述汽輪機(jī)定義及特點(diǎn)3、汽輪機(jī)的發(fā)展趨勢（1）增加單機(jī)功率：300、600、1000、1300MW （2）提高蒸汽參

2、數(shù)亞臨界：16.7MPa，538超臨界：24.2MPa，566超超臨界：28.2MPa，600 （3）提高效率 （4）降低金屬消耗量和成本（5）提高機(jī)組運(yùn)行水平，增強(qiáng)機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)性 （6）采用聯(lián)合循環(huán)（燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)）提高效率： 57%60%清潔燃燒技術(shù)（減少污染：除塵、脫硫、脫硝、重金屬等） 第3頁/共91頁2.1 汽輪機(jī)概述汽輪機(jī)定義及特點(diǎn)4、汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家（1）國內(nèi)（單位：MW） 上海汽輪機(jī)廠 125、300、600、1000 哈爾濱汽輪機(jī)廠 200、300、600、1000 東方汽輪機(jī)廠 200、300、600、1000 北京重型電機(jī)廠 100、200、350、600 青島汽輪機(jī)廠

3、 中小型汽輪機(jī) 南京汽輪發(fā)電機(jī)廠 中小型汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī) 杭州汽輪機(jī)廠 工業(yè)汽輪機(jī)（2）國外 美國：GE、WH 德國：KWU（SIEMENS） 瑞士：BBC、ABB 法國：ALSTHOM 日本：MHI、TOS、HIT 英國：GEC 俄羅斯：列寧格勒金屬工廠、哈爾科夫汽輪機(jī)廠 意大利：第4頁/共91頁2.1 汽輪機(jī)概述汽輪機(jī)定義及特點(diǎn)5、汽輪機(jī)的分類及型號（1）分類 工作原理沖動式反動式熱力過程凝汽式：N背壓式：B抽汽式：C工質(zhì)參數(shù)（系列化）中壓高壓超高壓亞臨界超臨界其他方法： 軸系單軸雙軸 汽缸布置單缸多缸 汽流總體流向軸流式輻流式（2）型號N30016.7/538/538N60016.7/5

4、38/538N60024.2/566/566N100028.2/600/600第5頁/共91頁2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理級的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1、級（1）定義： 級是由噴嘴葉柵（或靜葉柵）和它相配合的動葉柵所組成； 汽輪機(jī)作功的基本單元。 蒸汽熱能 噴嘴（靜葉柵） 蒸汽動能 動葉柵 機(jī)械能 應(yīng)用 單個級單級汽輪機(jī) 多個級串聯(lián)多級汽輪機(jī)第6頁/共91頁2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理級的基本結(jié)構(gòu)和工作原理（2）級的基本做功原理沖動作用原理 蒸汽僅把從噴嘴中獲得的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，不涉及蒸汽在動葉通道中的膨脹。反動作用原理 汽流在動葉通道中繼續(xù)膨脹加速，則在汽流離開動葉時，施加給動葉一個與汽流運(yùn)動方

5、向相反的作用力，即反動力（又稱反擊力）。 第7頁/共91頁2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理級的基本結(jié)構(gòu)和工作原理（3）級的反動度 反動度是衡量級中沖動作用、反動作用相對大小的參數(shù)。 （焓降）反動度 蒸汽在動葉通道內(nèi)膨脹時的理想焓降和整個級的滯止理想焓降的比值 數(shù)值范圍 正常狀況00.5 非正常狀況0（負(fù)值）0.5bnbtbmhhhhh第8頁/共91頁2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理級的基本結(jié)構(gòu)和工作原理（4）級的基本分類及特點(diǎn) 沖動級 反動度?。?0 .20 做功能力：相對較強(qiáng) 效率：相對較低 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)隔板葉輪 構(gòu)成的汽輪機(jī)沖動式汽輪機(jī)級數(shù)相對較少軸系相對短而粗 構(gòu)成汽輪機(jī)的兩類基本流派，各有特點(diǎn)，各

6、有應(yīng)用 反動級 0.5 相對較弱 相對較高靜葉柵動葉柵反動式汽輪機(jī)級數(shù)相對較多軸系細(xì)長 目前發(fā)展的趨勢在于兩者的相互各取所長，最佳的反動度大約在0.4左右。第9頁/共91頁2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理級的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2、蒸汽在級中的能源轉(zhuǎn)換（1）蒸汽在噴嘴中的流動（2）汽輪機(jī)中噴嘴的結(jié)構(gòu)形式及流動特點(diǎn)（3）蒸汽在動葉通道中的流動：級的速度三角形（4）葉柵的幾何結(jié)構(gòu)尺寸及最佳參數(shù)（5）級做功過程中的各種損失及危害漏汽損失、濕汽損失、（9項(xiàng)）（6）級的能量轉(zhuǎn)化效果理想焓降 有效焓降級內(nèi)功率 （1030MW）級的相對內(nèi)效率 （8590）%（7）長葉片級的工作特點(diǎn)第10頁/共91頁2.2 汽輪機(jī)

7、的基本做功原理級的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 例如：級的濕汽損失1產(chǎn)生原因： 蒸汽進(jìn)入濕蒸汽區(qū)域工作 部分蒸汽凝結(jié)成水，使作功蒸汽流量減少； 蒸汽攜帶水滴流動耗功（蒸汽動能減少）； 水滴反向撞擊動葉片（作負(fù)功，水蝕：繪圖說明其產(chǎn)生、危害部位等） 蒸汽來不及凝結(jié)而未放出汽化潛熱，從而造成過冷損失2、濕汽損失的計(jì)算 3、濕汽損失的危害 水蝕及防護(hù)第11頁/共91頁2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理級的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 例如：級的能量轉(zhuǎn)化效果（1）理想焓降 有效焓降（2）級內(nèi)功率（3）級的相對內(nèi)效率22101cxeflbncxeflbntihhhhhhhhhEhhhhhhhhhhhiihGP0Ehii第12頁/

8、共91頁2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理多級汽輪機(jī)1、多級汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)（1）按工作壓力高低順序排列的若干級組成。 （2）基本類型沖動式汽輪機(jī)反動式汽輪機(jī)（3）汽輪機(jī)中對級的特指調(diào)節(jié)級：采用噴嘴調(diào)節(jié)時，汽輪機(jī)的第一級；壓力級：除調(diào)節(jié)級外的所有其他級。（4）按實(shí)際蒸汽流動時的依次通流位置第一級：通常指調(diào)節(jié)級；中間級次末級末級：對于凝汽式汽輪機(jī)，其排汽直接進(jìn)入凝汽器。第13頁/共91頁2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理多級汽輪機(jī)多級沖動式汽輪機(jī)第14頁/共91頁2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理多級汽輪機(jī)多級反動式汽輪機(jī)第15頁/共91頁2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理多級汽輪機(jī)2、多級汽輪機(jī)的工作特點(diǎn)級 汽

9、輪機(jī)（基本做功單元） （完整的機(jī)械）（1）基本特點(diǎn)大功率：百萬千瓦級高效率：內(nèi)效率可以達(dá)到90%以上（2）構(gòu)成一個完整的整體考慮新的特點(diǎn)重?zé)岈F(xiàn)象、余速利用整機(jī)的其他損失軸封漏汽損失、機(jī)械損失、蒸汽流動阻力損失（進(jìn)汽、排汽）完整的系統(tǒng)進(jìn)汽機(jī)構(gòu)、汽缸轉(zhuǎn)子的支承、排汽通道、抽汽管道第16頁/共91頁2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理汽輪機(jī)的變工況1、汽輪機(jī)變工況的基本理論（1）噴嘴的變工況（2）級的變工況（3）級組的變工況（4）汽輪機(jī)的變工況2、汽輪機(jī)變工況的主要問題（1）汽輪機(jī)進(jìn)汽的調(diào)節(jié)（2）變工況下汽輪機(jī)內(nèi)部各級的工作狀況變化（3）汽輪機(jī)軸向推力的變化（4）變工況下汽輪機(jī)內(nèi)效率的變化第17頁/共91頁

10、2.2 汽輪機(jī)的基本做功原理汽輪機(jī)的變工況3、變工況簡要分析示例（1）汽輪機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行汽輪機(jī)末級大量過載；長期運(yùn)行下，可能導(dǎo)致汽輪機(jī)末級損壞；例如：某廠汽輪機(jī)末級葉片斷裂，甩入凝汽器。（2）汽輪機(jī)甩負(fù)荷帶廠用電或零負(fù)荷空轉(zhuǎn)汽輪機(jī)內(nèi)部溫度將發(fā)生強(qiáng)烈變化局部強(qiáng)烈冷卻局部強(qiáng)烈受熱造成嚴(yán)重的熱應(yīng)力，損傷機(jī)組的使用壽命例如：某廠汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生嚴(yán)重裂紋第18頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述基本結(jié)構(gòu)1、汽輪機(jī)動葉片 葉頂（及附帶結(jié)構(gòu)） 圍帶 整體圍帶 鉚接圍帶 拉金 整圈松裝拉金 部分焊接拉金 葉身（葉片型線部分） 完成做功的場所 依據(jù)做功原理 沖動式葉型 反動式葉型 葉根（葉片固

11、結(jié)于葉輪） 各種類型的葉根結(jié)構(gòu)第19頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述基本結(jié)構(gòu)圍帶第20頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述基本結(jié)構(gòu)各種類型的葉根第21頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述基本結(jié)構(gòu)例如：某末級葉片851、905、1000、1016（1）葉頂結(jié)構(gòu) 拉金 汽封（2）葉身 扭葉片 防水蝕結(jié)構(gòu) 表面焊硬質(zhì)合金 其他表面處理（3）葉根 四叉叉型葉根 五叉葉根槽 銷第22頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述基本結(jié)構(gòu)2、葉輪結(jié)構(gòu) 葉輪通常用于沖動式汽輪機(jī) 葉輪的外輪緣 加工對應(yīng)于各類葉根的葉根槽 周向安裝 軸向安裝 葉輪的內(nèi)緣 套裝葉

12、輪 紅套工藝 拉桿葉輪 拉桿結(jié)構(gòu) 整體葉輪 在轉(zhuǎn)子上直接加工出葉輪第23頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述基本結(jié)構(gòu)3、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 匯聚各級功率，向外傳遞扭矩，是汽輪機(jī)所有轉(zhuǎn)動部件的組合體 轉(zhuǎn)子的類型 套裝轉(zhuǎn)子 葉輪單獨(dú)加工、紅套 轉(zhuǎn)軸 焊接轉(zhuǎn)子 輪盤單獨(dú)加工、焊接 整鍛轉(zhuǎn)子 有中心孔 無中心孔 組合轉(zhuǎn)子 拉桿轉(zhuǎn)子第24頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述基本結(jié)構(gòu)整鍛轉(zhuǎn)子、焊接轉(zhuǎn)子第25頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述基本結(jié)構(gòu)4、隔板、靜葉柵（1）隔板構(gòu)造 外圈 用隔板套將隔板組合成一個相對組合體 將隔板安裝于汽缸內(nèi) 噴嘴（噴嘴的型線部分） 完成蒸汽

13、加速的場所 內(nèi)圈 安裝隔板汽封結(jié)構(gòu)（2）上下中分 上隔板 下隔板（3）制造工藝 鑄造 焊接第26頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述基本結(jié)構(gòu)焊接隔板第27頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述基本結(jié)構(gòu)5、汽缸（1）進(jìn)汽部分（2）汽缸缸體 中分結(jié)構(gòu) 上半缸 下半缸 中分面法蘭 多層缸結(jié)構(gòu) 內(nèi)缸 外缸（3）排汽結(jié)構(gòu)（4）抽汽結(jié)構(gòu)第28頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述強(qiáng)度與振動1、汽輪機(jī)強(qiáng)度與振動的主要問題（1）熱應(yīng)力溫差的存在 金屬材料熱脹冷縮 金屬材料內(nèi)部的熱膨脹不均勻，或零件受外部約束 被約束的材料處于壓應(yīng)力、施加約束的材料處于拉應(yīng)力狀態(tài) 熱應(yīng)力（2

14、）熱變形：熱脹冷縮的宏觀表現(xiàn)。彈性變形塑性變形（不可恢復(fù)）：汽缸變形、轉(zhuǎn)子熱擾曲等（3）熱膨脹：滑銷系統(tǒng)脹差（4）熱疲勞汽輪機(jī)啟動、停機(jī)或負(fù)荷的變化 熱應(yīng)力變化 熱應(yīng)力循環(huán) 熱疲勞（低周疲勞，引起較大的機(jī)組壽命損耗）第29頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述基本結(jié)構(gòu)（5）高溫蠕變 當(dāng)材料溫度大于一定值后，即使受力后應(yīng)力遠(yuǎn)小于常溫下彈性變形極限，仍會產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象 蠕變 其結(jié)果可導(dǎo)致：葉片的變形伸長，汽缸連接螺栓的應(yīng)力松弛緊力下降引起中分面漏汽等。 高溫蠕變曲線 蠕變開始階段 均勻蠕變階段 蠕變斷裂階段第30頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述強(qiáng)度與振動（6）靜強(qiáng)

15、度分析（受力不隨時間而變化）最危險的工況：最大受力狀態(tài)最危險的截面最危險的點(diǎn)（7）動強(qiáng)度分析（受力隨時間而變化，最簡單的就是周期性變化的力）交變力 交變應(yīng)力 疲勞（高周疲勞） 材料力學(xué)、斷裂力學(xué)中關(guān)于裂紋的擴(kuò)展等但對動應(yīng)力的計(jì)算目前尚存在較大的困難，如激振力的大小、振動與共振等。（8）剛度如低壓缸因剛度不足而變形、軸承座剛度不足引發(fā)的振動等。第31頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述強(qiáng)度與振動（9）振動振動現(xiàn)象 靜止部件 在交變力作用下也可表現(xiàn)出一定的振動 運(yùn)動部件 旋轉(zhuǎn)部件：動葉片、葉輪、轉(zhuǎn)子等分析方法： 部件固有頻率 激振力頻率 共振第32頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)

16、與強(qiáng)度振動概述強(qiáng)度與振動2、汽輪機(jī)葉片強(qiáng)度與振動（1）主要受力離心力：葉片本身質(zhì)量及附件汽流作用力 穩(wěn)定部分 交變部分溫度變化（2）產(chǎn)生的應(yīng)力離心拉應(yīng)力彎應(yīng)力 離心彎應(yīng)力（離心偏心拉伸）可以忽略 汽流彎應(yīng)力（重要性）扭轉(zhuǎn)應(yīng)力熱應(yīng)力（溫度）第33頁/共91頁2.3 汽輪機(jī)的零件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度振動概述強(qiáng)度與振動（3）葉片的振動葉片所受的汽流激振力分析 高頻激振力 低頻激振力葉片固有振動分析 振型分析 頻率分析（4）葉片強(qiáng)度與振動的校核靜強(qiáng)度振動 調(diào)頻葉片、不調(diào)頻葉片 頻率分散度 頻率避開率 安全倍率第34頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)1、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本構(gòu)成與原理（1）

17、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本功能 自動調(diào)整機(jī)組功率與外界負(fù)荷相適應(yīng)，保持供電品質(zhì) 核心參數(shù)：汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速控制 負(fù)荷控制（2）機(jī)械液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本構(gòu)成 轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu) 傳動放大機(jī)構(gòu) 配汽機(jī)構(gòu) 控制對象：汽輪發(fā)電機(jī)組 反饋 同步器第35頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)第36頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)第37頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)2、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性（1）調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線 表示機(jī)組的功率與轉(zhuǎn)速之間的一一對應(yīng)關(guān)系 轉(zhuǎn)速變動率 一次調(diào)頻（2）調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩現(xiàn)象 遲緩率（3）同步器 二次調(diào)頻%1000nn

18、%1000minmaxnnn第38頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)第39頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)第40頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)第41頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)第42頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)第43頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)3、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性（1）調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定型（2）系統(tǒng)動作的過渡過程（3）主要控制對象： 汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速（4）主要影響因素 轉(zhuǎn)子飛升時間常數(shù) 中間容積時間常數(shù) 油動機(jī)時間常數(shù) 轉(zhuǎn)

19、速不等率 遲緩率第44頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)第45頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)第46頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)第47頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)第48頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)第49頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)的油系統(tǒng)1、汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)（1）潤滑油系統(tǒng)的功用 向供油對象提供合格用油（2）供油對象 各軸承提供合格的潤滑油 調(diào)節(jié)系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)提供液壓油（就型號機(jī)組） 氫冷發(fā)電機(jī)組密封油源 其他潤滑副

20、（3）系統(tǒng)構(gòu)成第50頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)的油系統(tǒng)第51頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)的油系統(tǒng)2、汽輪機(jī)液壓油系統(tǒng)（1）抗燃油系統(tǒng)的功用 向供油對象提供合格用油（2）供油對象 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（液壓油） 汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（安全油）（3）特點(diǎn) 抗燃 高油壓（4）系統(tǒng)構(gòu)成第52頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)的油系統(tǒng)第53頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)的油系統(tǒng)第54頁/共91頁2.4 汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)、監(jiān)測、保護(hù)概述汽輪機(jī)保護(hù)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)功能對比 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要任務(wù) 及時調(diào)整汽輪機(jī)內(nèi)功率，滿足外界負(fù)

21、荷的需要； 控制機(jī)組轉(zhuǎn)速在額定范圍之內(nèi)。 調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)汽閥(Control Valve) 通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速感受元件、傳動放大機(jī)構(gòu)、配汽機(jī)構(gòu)、同步器等各部套的協(xié)調(diào)動作，操作調(diào)節(jié)汽閥，執(zhí)行機(jī)組的啟動并網(wǎng)、帶負(fù)荷運(yùn)行、正常停機(jī)等日常運(yùn)行工作任務(wù)。 保護(hù)系統(tǒng)的主要任務(wù) 監(jiān)視主要運(yùn)行參數(shù)，提供保護(hù)措施，確保機(jī)組安全運(yùn)行，防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生 。 保護(hù)系統(tǒng)主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)主蒸汽閥(Stop Valve) 監(jiān)視汽輪機(jī)運(yùn)行的各個參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、軸向位移、熱應(yīng)力、振動和真空度等，當(dāng)這些參數(shù)超過一定安全等級范圍時，系統(tǒng)發(fā)出指令，保護(hù)裝置動作，防止發(fā)生事故，確保機(jī)組安全。第55頁/共91頁汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)

22、的主要安全等級汽輪機(jī)保護(hù)含義很廣，大致可分為三個級別：1)防護(hù)在保障汽輪機(jī)安全的前提下科學(xué)運(yùn)行，防止威脅機(jī)組安全的異常情況發(fā)生，防重于治。2)救護(hù)當(dāng)威脅汽輪機(jī)運(yùn)行安全的異常情況已發(fā)生但不嚴(yán)重時，積極采取救治措施，避免情況惡化。例如電超速保護(hù)裝置，在任何情況下，只要轉(zhuǎn)速達(dá)到103n0（超速量不大）時，電超速保護(hù)裝置就會動作，暫時關(guān)閉調(diào)節(jié)汽閥，使進(jìn)汽量減小，避免汽輪機(jī)進(jìn)一步超速。3)危急遮斷當(dāng)異常情況發(fā)展到嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)運(yùn)行安全的危急程度時迅速關(guān)閉汽輪機(jī)所有主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥，遮斷汽輪機(jī)的進(jìn)汽通道，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。例如機(jī)械超速保護(hù)裝，當(dāng)轉(zhuǎn)子超速到110 n0以上時，相應(yīng)的超速遮斷裝置將會動作，迅速關(guān)閉

23、汽閥，切斷汽輪機(jī)進(jìn)汽源，最終使汽輪機(jī)停轉(zhuǎn)。第56頁/共91頁汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的基本工作原理汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)密切監(jiān)視各種運(yùn)行參數(shù)，在參數(shù)達(dá)到各級設(shè)定值，可分別采取三種措施：1)越值安全報警當(dāng)所監(jiān)視的參數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的報警整定值時，系統(tǒng)會發(fā)出光電聲像等報警信號，提醒運(yùn)行人員注意，并采取相應(yīng)措施；2)機(jī)組減負(fù)荷運(yùn)行當(dāng)所監(jiān)視的參數(shù)繼續(xù)惡化，達(dá)到設(shè)定的更高級別時，就可能存在危及機(jī)組安全的隱患，此時在不妨礙安全的前提下，機(jī)組可繼續(xù)減負(fù)荷運(yùn)行，同時必須采取措施，消除可能存在的隱患。3)危急遮斷當(dāng)所監(jiān)視的任何參數(shù)達(dá)到設(shè)定的最高界限值時，系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，泄去汽輪機(jī)調(diào)節(jié)、保護(hù)系統(tǒng)中的安全油壓，關(guān)閉汽輪

24、機(jī)的所有主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥，遮斷汽輪機(jī)的進(jìn)汽通道，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。第57頁/共91頁汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的主要組成汽輪機(jī)的遮斷系統(tǒng)1)手動遮斷機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)就地打閘停機(jī)功能2)機(jī)械超速危急遮斷系統(tǒng)安裝與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子端部的危急遮斷器，在轉(zhuǎn)子超速到110 n0以上時迅速動作，觸動危急遮斷油門，泄去安全油，關(guān)閉所有汽閥，使汽輪機(jī)停轉(zhuǎn)。3)電氣危急遮斷控制系統(tǒng)各類監(jiān)視參數(shù)，經(jīng)測量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電氣信號，輸入電氣危急遮斷控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各級值作出相應(yīng)的動作指令。汽輪機(jī)的超速保護(hù)控制系統(tǒng)（電超速保護(hù)）第58頁/共91頁汽輪機(jī)遮斷系統(tǒng)的基本工作原理 安全油（保安油壓）： 直接或間接控制汽輪機(jī)的主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥開啟或關(guān)

25、閉的壓力油。 對于中小型機(jī)組，安全油直接采用主油路中經(jīng)節(jié)流后具備一定壓力透平油 對于大型機(jī)組，設(shè)置獨(dú)立的抗燃油（EH油）系統(tǒng)。 遮斷系統(tǒng)的基本工作原理 “油壓跌落汽閥關(guān)閉”第59頁/共91頁汽輪機(jī)危急遮斷保護(hù)系統(tǒng)工作原理圖 當(dāng)遮斷系統(tǒng)中有手動遮斷、機(jī)械超速危急遮斷、電氣危急遮斷的任何一個遮斷請求發(fā)生時，通過系統(tǒng)的中間控制邏輯機(jī)構(gòu)，最終使汽輪機(jī)的高壓缸、中壓缸的主汽閥關(guān)閉，同時使高壓缸、中壓缸的調(diào)節(jié)汽閥以及各抽汽逆止門迅速關(guān)閉，迫使汽輪機(jī)緊急停機(jī)； 由于電超速保護(hù)系統(tǒng)的作用，只要轉(zhuǎn)速達(dá)到103n0，電超速保護(hù)裝置就會動作，暫時關(guān)閉高壓缸、中壓缸的調(diào)節(jié)汽閥以及各抽汽逆止門迅速關(guān)閉，使進(jìn)汽量減小，避

26、免汽輪機(jī)進(jìn)一步超速。第60頁/共91頁保護(hù)系統(tǒng)的執(zhí)行元件自動主汽門 自動主汽門 主汽門 關(guān)閉嚴(yán)密，當(dāng)自動主汽門關(guān)閉后，機(jī)組轉(zhuǎn)速能迅速降到規(guī)定值以下。 操縱座（自動關(guān)閉器） 安全油壓建立后，自動主汽門開啟才具備條件，安全油壓消失，自動主大門關(guān)閉。當(dāng)汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中任一遮斷裝置動作均可泄去安全油，關(guān)閉自動主汽門 動作迅速，具有較小的油動機(jī) 時間常數(shù)，防止機(jī)組轉(zhuǎn)速超調(diào)。第61頁/共91頁高壓自動主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥第62頁/共91頁高壓自動主汽閥的剖面示意圖第63頁/共91頁高壓主汽閥中的預(yù)啟閥第64頁/共91頁蒸汽通過預(yù)啟閥第65頁/共91頁關(guān)閉狀態(tài)的中壓主汽閥第66頁/共91頁開啟狀態(tài)的中壓主汽閥第

27、67頁/共91頁汽輪機(jī)前軸承箱 汽輪機(jī)的前軸承箱 其內(nèi)部安裝了汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的大量關(guān)鍵部套 轉(zhuǎn)速感受機(jī)構(gòu) 機(jī)械超速保護(hù)裝置 危急遮斷油門 手動遮斷裝置 主油泵 測速齒輪第68頁/共91頁手動遮斷裝置 工作原理： 當(dāng)拍擊手動遮斷裝置的前部按扭，可使 手動遮斷油門脫扣動作，泄去安全油，關(guān)閉主汽門，實(shí)現(xiàn)機(jī)組停機(jī)。 用途： 事故停機(jī)事故狀態(tài)下，可就地處理停機(jī) 計(jì)劃停機(jī)在正常運(yùn)行時，完成各項(xiàng)停機(jī)準(zhǔn)備后，可直接打閘停機(jī)第69頁/共91頁手動遮斷裝置的整體結(jié)構(gòu)第70頁/共91頁手動遮斷裝置的脫扣機(jī)構(gòu)第71頁/共91頁危急保安器 危急保安器的工作原理 危急保安器的結(jié)構(gòu) 飛錘與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸垂直，且飛錘的重心與

28、旋轉(zhuǎn)中心存在偏心距r0。 危急保安器的受力分析 離心力 彈簧約束力 彈簧力僅與其壓縮量成正比；而離心力不僅與偏心距成正比，而且與轉(zhuǎn)速的平方成正比。 靜力學(xué)特性圖20602nrrmFcrzKFe0第72頁/共91頁飛錘式危急保安器 危急保安器的動作過程 在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速較低時，離心力小于彈簧力，飛錘被彈簧力壓在如圖所示的位置不動。 出擊轉(zhuǎn)速，飛錘的離心力大于彈簧的約束力，飛錘便向外飛出迅猛出擊，打擊危急遮斷油門上的掛鉤，使危急遮斷油門脫扣，危急遮斷油門動作，泄去安全油，關(guān)閉主汽門，緊急停機(jī)。 復(fù)位轉(zhuǎn)速：主汽門關(guān)閉，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速開始下降達(dá)到復(fù)位轉(zhuǎn)速，飛錘回復(fù)到原來位置第73頁/共91頁飛環(huán)式危急保安器

29、危急保安器的調(diào)整 調(diào)整螺帽以改變彈簧的預(yù)緊力，從而改變出擊轉(zhuǎn)速。 危急保安器的實(shí)驗(yàn) 超速遮斷實(shí)驗(yàn) 為保證危急保安器的動作可靠，確保機(jī)組安全，一般在機(jī)組大修后第一次啟動時進(jìn)行超速遮斷試驗(yàn)，連續(xù)進(jìn)行兩次。 充油實(shí)驗(yàn) 為防止卡澀，并檢查危急保安器是否靈活、準(zhǔn)確，可進(jìn)行充油試驗(yàn)，一套出系試驗(yàn)時，另一套在系起保護(hù)作用。第74頁/共91頁安裝于轉(zhuǎn)軸上的飛錘式危急保安器第75頁/共91頁危急遮斷油門 危急遮斷油門的結(jié)構(gòu) 正常運(yùn)行時 活塞被頂在如圖所示的下限位置，安全油的油室D與回油的通路被活塞2切斷，此時可保持正常的安全油壓。 當(dāng)危急保安器動作時 拉鉤被飛出的飛錘或飛環(huán)撞脫，活塞2在彈簧力的作用下頂至上限，

30、于是D室與口油相通，安全油壓消失，主汽門關(guān)閉，機(jī)組緊急停機(jī)。 復(fù)位 如欲將危急遮斷油門復(fù)位，只要在A室通入復(fù)位油，把活塞2壓下。此時，拉鉤靠扭彈簧的扭力而轉(zhuǎn)動，將活塞重新頂?shù)较旅妫瑥?fù)位后便可將復(fù)位油切除。第76頁/共91頁危急遮斷油門示例第77頁/共91頁機(jī)械超速遮斷系統(tǒng)的工作原理第78頁/共91頁隔膜閥 隔膜閥結(jié)構(gòu)示意圖 隔膜閥的功能 隔膜間實(shí)現(xiàn)了兩種不同工作介質(zhì)（汽輪機(jī)油與抗燃油）的隔離。 隔膜閥的動作 汽輪機(jī)在正常運(yùn)行時危急事故油壓作用在隔膜1上部，克服隔膜下部彈簧力的作用，將閥芯緊壓在閥座上，切斷了危急遮斷油路的泄放通道。當(dāng)危急事故油路中的機(jī)械超速遮斷裝置或手動危急遮斷裝置動作后，危急

31、事故油壓快速下跌，在彈簧力的作用下，隔膜1帶動閥芯迅速向上移動，從而打開了危急速斷油路的泄放通道，導(dǎo)致危急遮斷油壓快速下跌第79頁/共91頁隔膜閥示例第80頁/共91頁電氣危急遮斷控制系統(tǒng)的保護(hù)項(xiàng)目1.軸向位移和脹差保護(hù)2.潤滑油低油壓和回油高油溫保護(hù)3.凝汽器低真空保護(hù)4.安全防火保護(hù)5.主蒸汽低汽壓保護(hù)6.低EH油壓保護(hù)7.機(jī)組振動保護(hù)8.熱應(yīng)力保護(hù)9.第81頁/共91頁液壓式軸向位移保護(hù) 軸向位移保護(hù)的作用 防止轉(zhuǎn)子發(fā)生軸向竄動，導(dǎo)致動靜間隙消失而發(fā)生摩擦，引起極為嚴(yán)重的事故。當(dāng)汽輪機(jī)主軸的軸向位移達(dá)到危險值時發(fā)出信號，并使汽輪機(jī)緊急停機(jī)。 軸向位移保護(hù)的類型 液壓軸向位移保護(hù)裝置 軸向

32、位移測量閥是利用隨動滑閥原理來跟蹤主軸位移的，隨動滑閥活塞的位移量等于主軸被測端面的位移量。第82頁/共91頁電磁式軸向位移保護(hù) 電磁式軸向位移保護(hù)裝置 主軸凸肩處于鐵芯中間位置時，兩個線圈所感應(yīng)的電勢大小相等，方向相反，A、B端的電勢差為零。 一旦主軸產(chǎn)生位移，凸肩兩側(cè)間隙就出現(xiàn)差值，間隙小的一側(cè)，由于磁通增大，所以線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢也增大，而另一側(cè)電圈中感應(yīng)電勢相應(yīng)減小。于是A、B端就有了電勢，此電勢經(jīng)放大后，送入指示儀表和電磁遮斷控制電路。 當(dāng)軸向位移超出允許范圍時，電磁遮斷裝置動作，緊急停機(jī)。第83頁/共91頁潤滑油低油壓保護(hù) 低油壓保護(hù)裝置示意圖當(dāng)油壓降低時，三個微型開關(guān)整定的油壓

33、值不同，分別發(fā)出對應(yīng)的信號1) 當(dāng)潤滑油壓低至005MPa時，啟動交流潤滑油泵，并發(fā)出“潤滑油壓低至005MPa”的信號；2) 當(dāng)潤滑油壓低至004MPa時，發(fā)出“潤滑油壓低至004MPa”的信號。與此同時，一方面啟動直流潤滑油泵，另一方面接通磁力遮斷裝置電路，緊急停機(jī)。3) 當(dāng)潤滑油壓低至003MPa時，發(fā)出“潤滑油壓低至003MPa”的信號，同時停止盤車電動機(jī)，只能手動盤車。第84頁/共91頁凝汽器低真空保護(hù) 凝汽器低真空保護(hù)的功用 機(jī)組真空過低，主要是由循環(huán)水系統(tǒng)或抽氣系統(tǒng)發(fā)生故障引起的。當(dāng)真空過低時，引起排汽溫度升高，會使低壓缸變形，機(jī)組振動過大，嚴(yán)重時也會釀成事故 凝汽器低真空保護(hù)的

34、方法 電氣遮斷保護(hù)，類似于潤滑油低油壓保護(hù)的 繼電器型式 水銀觸點(diǎn)式（如圖） 機(jī)械保護(hù)第85頁/共91頁凝汽器低真空保護(hù) 機(jī)械保護(hù)，在排汽缸處裝置排大氣閥 正常運(yùn)行式，鉛質(zhì)薄膜環(huán)在承壓板的支托下，承受來自外部的大氣壓力，保證高度氣密； 當(dāng)汽輪機(jī)排汽壓力超過設(shè)計(jì)的最大安全值時，引起鉛質(zhì)薄膜環(huán)斷裂，汽流自汽缸向上排出； 薄膜環(huán)的承壓要求，一般在排汽壓力達(dá)到34.4748.28kPa時即行破裂。第86頁/共91頁安全防火保護(hù) 在發(fā)生火災(zāi)被迫停機(jī)時，安全油失壓，高壓防火斷油門動作，斷路油門活塞在壓力油作用下向下移動，切斷去油動機(jī)的壓力油。 控制油動機(jī)排油的低壓放油門，一旦安全油失壓，活塞平衡破壞，活塞在彈簧力作用下向下移動，切斷油動機(jī)排油回主油泵的通路，使排油通往油箱。這樣就防止了火災(zāi)事故的擴(kuò)大。第87頁/共91頁電氣危急遮斷控制系統(tǒng)其它保護(hù)項(xiàng)目1.機(jī)組振動保護(hù)當(dāng)汽輪機(jī)振動超過安全范圍時，使汽輪機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。2.熱應(yīng)力保護(hù)當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子或汽缸的熱應(yīng)力超過安全范圍時，限制汽輪機(jī)功率或轉(zhuǎn)速的變化速度。3.主蒸汽低汽壓保護(hù)當(dāng)主蒸汽壓力低于某一限制時，開始減少汽輪機(jī)