火电厂汽轮机设备及运行-第二章汽轮机本体

第二章 汽轮机本体汽轮机本体包括：1.静止局部汽缸、喷嘴室、隔板、隔板套、静叶栅、汽封、轴承、轴承座、滑销系统等2.转子局部主轴、叶轮或转鼓、动叶栅、联轴器等第一节 大机组结构特点一、高中压缸采用双层缸将一定压力的蒸汽引入夹层，使蒸汽的总压差、温差分别由内、外壁承担。减小单层汽缸壁厚、法兰厚度，减小热应力本图是高压缸排汽用作夹层冷却不同的冷却蒸汽决定了内、外缸的压差和温差高压平衡活塞的漏气用作内、外缸夹层冷却调节级采用反向布置，调节级后的蒸汽一股反向后进入压力级做功，同时冷却喷嘴室；一股通过调节级叶轮的通孔进入压力级，同时冷却转子外表一般汽缸都是上下缸结构，中间通过法兰螺栓连接但大机组、尤其是超临界机组高压缸为了减小热应力，采用了一些其它方式。西门子公司：外缸为圆筒形结构；内缸有中分面，用螺栓固定；内缸受外缸约束、定位。石洞口二电厂ABB、元宝山电厂等内缸无法兰螺栓，而采用7只钢套环将上下缸热套紧箍成一圆筒，仅在进汽局部加四只螺栓来加强密封。同时外缸可采用较薄的法兰和细螺栓，减小对汽机启停的限制。二、高中压分流合缸优点：1.高温区集中在汽缸中部，夜间停机或周末停机温度衰减慢，启动热应力小，适合两班制运行；2.两端的温度、压力均较低，从而减少了对轴承和端部汽封的影响，改善了运行条件；3.减少了轴承数，可缩短主轴长度。4.缺点：5.高中压转子合一而变长、变粗，ncr1降低、汽封漏汽量增大，热耗增大三、配汽方式1.节流配汽 进入汽轮机的所有蒸汽都经过一个或几个同时启闭的调节阀，第一级为全周进汽，没有调节级。结构简单，启动或变负荷时第一级受热均匀，且温度变化小，热应力小。缺点：低负荷时节流损失太大。西门子公司超临界机组采用，额定负荷下降低热耗0.5%。pt00P2.喷嘴配汽 将第一级分成36个喷嘴组，各组相互隔开，各有一个调节汽门控制。依次开启可减少节流损失。缺点：调节级存在局部进汽损失且受热不均；调节级余速不能利用。且负荷下降时高压缸各级温度变化大。3.节流-喷嘴联合配汽现代汽轮机大都设置了阀门状态管理功能，可实现配汽方式的切换。低负荷时采用节流配汽，牺牲经济性换平安性。高负荷时采用喷嘴调节，提高效率。例：北仑港600MW亚临界机组有4个调节汽门，1#、2#、3#高压调节汽门同步调节，定-滑-定的混合滑压运行方式050%额定负荷范围内定压8.72MPa)运行，1、2、3号门同时开启直到全开；50%94.3%机组滑压运行，到压力16.7MPa;94.3%103.4%4#阀参与调节，定压运行四、滑压运行 当负荷降低时，进汽压力和负荷同时降低，使进汽的容积流量不变，汽门开度不变，减小进汽节流损失；同时进汽温度不变，使各级的温度变化小，负荷适应能力强。1.纯滑压运行2.节流滑压运行3.定-滑-定运行方式五、低压缸采用多层缸 低压缸的刚度是低压缸最为重要的特性，它包括静刚度、动刚度和汽缸的热变形等。静刚度是指扣与不扣上盖的情况下载荷与汽缸变形的关系，冷态下抽真空与变形的关系。动态刚度是指抗振强度。热变形是指后汽缸排汽温度变化对汽缸及轴承座负荷分配的影响。每个排汽缸上方装有4个薄膜型平安阀，当排汽压力高于0.137MPa时，平安阀动作排大气，防止由于冷却水中断等事故引起的排汽温度升高。排汽缸的下部还设有喷水减温，防止排汽缸超温。因为在启动过程中，尤其在到达额定转数空负荷运行时，可能会出现没有足够的蒸汽流量带走低压缸摩擦鼓风损失，使低压缸超温的情况，但这种情况的运行时间要限制。低压缸体积大，轴向温差大。采用三层缸，即一个外缸和两个内缸，有利于：将通流局部设在内缸，使体积较小的内缸承受温度变化，而外缸及庞大的排汽缸均处于较低温度状态，减小热变形；#2内缸两端布置有排汽导流环，与外缸的锥形端壁结合，形成排汽扩压通道，充分利用末级叶片排汽速度，提高汽轮机效率；喷水装置固定与排汽导流环出口的外缘上，当转速到达600rpm时，自动投入喷水，直到机组带上15%负荷；低压缸末级处于湿蒸汽区，在末级叶片顶部装有蜂窝式汽封，用于减小漏汽并排除末级动叶甩出之水分。六、汽缸的支撑一猫爪支撑高、中压缸采用猫爪支撑 汽缸水平法兰的延伸面作为承力面，支撑在轴承座上。中分面支撑：在汽缸温度变化时不会影响汽缸中心线；二台板支撑低压缸一般采用下缸伸出的撑脚直接支撑在根底台板上，虽然它的支撑面比汽缸中分面低，但因排汽缸温度低，膨胀小，故影响不大。轴向两端预埋入根底的固定板确定了低压缸的轴向位置在两轴向定位板连线上，汽缸不允许轴向位移轴向定位板连线和横向定位板连线的交点，既是低压缸的膨胀死点七、滑销系统 保证汽缸能定向自由膨胀，且汽缸中心与转子中心一致；同时保持通流局部间隙及膨胀量在正常范围。胀差：汽缸膨胀与转子膨胀之差横销：600MW汽轮发电机组滑销系统北仑港：汽缸有三个死点，分别设在低压缸北仑港：汽缸有三个死点，分别设在低压缸A)、(B)排汽口和排汽口和3#轴承箱底部的中心线上；轴承箱底部的中心线上；高、中压外缸下半底部设有轴向导向键，通过上猫爪高、中压外缸下半底部设有轴向导向键，通过上猫爪滑动支撑在轴承箱上，滑动支撑在轴承箱上，高、中压缸之间和高压缸与推力轴承之间各设有两根高、中压缸之间和高压缸与推力轴承之间各设有两根推拉杆推拉杆内可通油冷却，以减小其自身的膨胀推拉杆推拉杆内可通油冷却，以减小其自身的膨胀膨胀过程中轴承箱不动防止与其相联接的油管路的膨胀过程中轴承箱不动防止与其相联接的油管路的位移，高、中压缸滑动；其中中压缸膨胀以其后端位移，高、中压缸滑动；其中中压缸膨胀以其后端下猫爪底部的的凸肩为死点，通过推拉杆推动高压缸，下猫爪底部的的凸肩为死点，通过推拉杆推动高压缸，而高压缸又带着推力轴承移动，以保证高压缸动静间而高压缸又带着推力轴承移动，以保证高压缸动静间隙的正常。隙的正常。中压缸设计绝对膨胀中压缸设计绝对膨胀11.7mm，高中压缸，高中压缸25.9mm在在4#轴承座两边，低压缸伸出的搁脚与台板通过弹性轴承座两边，低压缸伸出的搁脚与台板通过弹性板焊死，形成死点以维持凝汽器中心线位置不变。板焊死，形成死点以维持凝汽器中心线位置不变。高压胀差探头位于前轴承箱后侧中压胀差探头位于3#轴承箱后侧低压缸胀差探头位于8#轴承处胀差、轴向位移和振动的测量探头与转子间的安装间隙均为：1.2+/-0.1mm。第三节 转子与盘车装置一、转子1.套装转子2.整锻转子3.整锻-套装联合转子4.焊接转子 每个锻件重量大为减少，锻造质量高，转子无中心孔。中心应力小，一般有中心孔的转子其中心孔切向应力比无中心孔转子大一倍。转子壁薄，热应力减小。二、盘车装置 汽轮机冲转前和停机后，带动大轴转动，防止大轴弯曲。启动冲转前投入盘车装置1.检查汽轮机动静局部是否存在碰磨2.检查轴系平直度是否合格3.暖机过程中使转子温度场均匀某600MW机组电动盘车(正常 50rpm气动盘车(备用)2rpm盘车装置一般在启动冲转前投入，要求冲转后当汽机转速超过盘车转速时要能自动退出；并在停机后转速到达盘车转速时能自动投入。棘爪1在偏心作用下，转速小于140rpm伸出，顶住棘轮2；相反那么缩回，与棘轮脱开。汽轮机转子处于静止状态时，棘爪顶住棘轮，涡杆12带动涡轮6螺旋齿轮3转动，滑动件7向左移动，其上的内齿轮8与转子上的外齿轮9相啮合，带动转子转动，同时棘爪与棘轮脱开。当转子转速高于盘车转速时，滑件7受到相反方向的力矩，往右运动使齿轮8和9脱开，而这时棘爪也已缩回，盘车退出。当停机转速降低时，棘爪伸出顶住棘轮，在棘轮的带动下，滑件7向左运行，齿轮8和9又重新啮合，当转速低于盘车转速时，盘车自动投入。缓冲器4的作用是减小滑件7对端部的冲击。盘车转子对工作条件的要求：1启动条件 当同时满足以下条件时，才能启动盘车电动机。(1)顶轴油压正常，即油压为30MPa；(2)发电机密封油压正常，即油压为09MPa；(3)气动盘车的驱动装置已经停运；(4)润滑油压力高于01MPa；(5)就地平安开关闭合；(6)液压联轴器开关销处于正常位置。2运行中的平安保护 当发生以下任何一种情况时，即发出报警信号。1通往盘车装置的润滑油管路上滤网前后压差到达0.03MPa，提醒运行人员做滤网切换操作；2盘车电动机投运后2min内，汽轮机转子未到达40rpm，运行人员因立即停运盘车电动机，进行检查：(3)盘车电流过大。3.停止运行条件当发生以下任何一种情况时，盘车电动机自动停止运行(1)盘车电动机电流过大(60A)；(2)顶轴油压低至25MPa；(3)润滑油压低于01MPa；(4)就地平安开关断开；(5)液压联轴器开关销跳出。第四节 叶片与叶轮等截面叶片、扭叶片喷嘴静叶：将蒸汽热能转化为动能；动叶：将蒸汽动能转化为机械功。围带：高压可减小漏汽，中、低压可调频自带围带拉金：增加刚度，调频第五节 汽封与汽封系统轴端汽封主轴穿出汽缸处的汽封隔板汽封通流局部汽封叶根、叶顶汽封隔板汽封轴端汽封 “X 腔室与轴封供汽母管相连 “Y腔室与轴封抽汽母管相连轴封系统作用：1.合理利用轴封漏汽；2.防止空气漏入汽轮机 采用略大于大气压力的轴封供汽3.防止蒸汽漏入大气 采用略小于大气压力的轴封抽汽4.各汽源的调节阀压力整定值 主蒸汽 0.0204MPa (表压 冷再热 0.0238MPa 辅助汽源 0.0250MPa 溢流 0.0272MPa在正常运行时，靠高中压缸两端轴封漏汽作为低压缸两端的轴封供汽，不需另供轴封用汽，这种系统叫做自密封系统。一般：15%负荷高压自密封；25%中压、70%全自密封第六节 轴承一、滑动轴承油膜形成的原理油膜形成的三要素：1.一定的速度2.沿速度方向的楔形3.油的粘度如：油温升高，粘度 下降，油膜将难以形成；但粘度太大，会使油的分布不均匀，增大摩擦损失 ，减小偏心距。二、径向支撑轴承GF一旦出现扰动，那么合力变为F 其中：F1=G将F2分解到沿oo1方向及其垂直方向，前者使轴回到原中心位置，而后者使轴颈绕原中心位置o涡动，经计算其涡动频率为转速的一半G为重力；F为油膜支撑的合力。G=FFGF1F2oF2F”2F2oo1o1当：n=ncr1 时，可能产生油膜振荡油膜振荡是自激振荡，其特点为：一旦产生，将在很广的转速范围内继续存在，不能通过提高转速的方法来消除。防止和消除油膜振荡的方法：1.增大比压；2.适当提高油温；3.增大偏心率；4.采用多油楔瓦。轴承结构 径向支持轴承按支承方式可分为固定式和自位式两种；按轴瓦可分为圆形轴承、椭圆形轴承、多油楔轴承和可倾瓦轴承等。一般圆筒形转子主要适用于低速重载转子；三油楔支持轴承、椭圆形轴承分别适用于较高转速的轻、中和中、重载转子；可倾瓦支持轴承那么适用于高速轻载和重载转子。可倾瓦支持轴承是密切尔式的支持轴承，一般由35块或更多能在支点上自由倾斜的 弧形瓦组成。瓦块在工作时可以随着转速或 载荷、轴承温度的不同而自由摆动，使每个 瓦块作用的轴颈的油膜作用力总是通过轴颈中心，故不易产生轴颈涡动的失稳力，具有较高的稳定性。某厂600MW机组轴承分布为：轴承号 载荷kN)形式1高压转子 42 四瓦块可倾瓦 2 高压转子 57 同上3 中压转子 88 同上4 中压转子 117 同上5 低压A转子 289 两瓦块可倾瓦 6 低压A转子 292 短园瓦7 低压B转子 288 同上8 低压B转子 297 同上9发电机转子 376 椭圆10发电机转子 376 同上三、推力轴承