汽轮机的工作原理及故障应急处理

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,汽轮机的工作原理,及故障应急处理,余热发电系统：利用回转窑窑头和窑尾,排出的低温废气生产电能的系统。,能量转换过程：,废气热能,蒸汽热能,蒸汽动能,机械能,电能,发电厂的几个基本概念,1.,饱和水：,指在一定条件时，水不能再溶解某种物质而达到此物质的饱和状态，但此饱和水还可以溶解其他物质，里面物质的溶解度并不会互相影响。,2.,饱和蒸汽：,当液体在有限的密闭空间中蒸发时 单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态。,3.,过热蒸汽：,就是在一定压力下，蒸汽达到饱和温度，继续吸热，温度超过饱和温度。,4.,蒸汽湿度：,湿蒸汽中所含水分的质量百分数。,，,5.,焓,:,热力学中表示物质系统能量的一个状态函数，常用符号,H,表示。数值上等于系统的内能,U,加上压强,p,和体积,V,的乘积，即,H=U+pV,。焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。,6.,熵：,表示物质系统状态的一个物理量,(,记为,S),，它表示该状态可能出现的程度。在热力学中，是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。孤立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增加,7.干球温度：,干球温度是温度计在普通空气中所测出的温度，即我们一般天气预报里常说的气温。,8.,湿球温度：,湿球温度是指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度，,汽轮机的基本工作原理,汽轮机,和发电机是发电厂,三大主要设备的两大主机,，单机功率大、效率高、运行平稳、使用寿命长。,汽轮机以蒸汽为工质，将热能转变为机械能，为发电机发电提供机械能。,汽轮机的工作原理,1.工质（蒸汽）在汽轮机中的能量转换：,2.蒸汽在汽轮机中，能量转换包括2个阶段：,第一阶段：,第二阶段：,转速,3000r/min,和,3600r/min,，为全转速汽轮机,转速,1500r/min,和,1800r/min,，为半转速汽轮机,频率,50,赫兹和,60,赫兹 我国为,50,赫兹,热能,汽轮机,机械能,热能,喷嘴（静叶）,动能,动能,动叶,机械能,1.,按工作原理分类,汽,轮,机,冲动式汽轮机：,按冲动作用原理（蒸汽在喷嘴中膨胀，,在动叶中不膨胀）工作。,冲动反动联合式汽轮机：,冲动级,+反动级组合,反动式汽轮机：,按反动作用原理（蒸汽在喷嘴和动叶中,均膨胀）工作。,2.按热力特性分类,背压式汽轮机：,排汽压力高于大气压,。,调节抽汽式汽轮机：,部分蒸汽抽出,并经压力调整后对外供热；其余做完功后排,凝汽器。,纯凝汽式,有回热抽汽的凝汽式,（简称凝汽式）,汽,轮,机,凝汽式汽轮机,中间再热式汽轮机：,新蒸汽高压缸再热器中压缸,低压缸 凝汽器。,供热式汽轮机,“级”,是汽轮机中最基本的工作单元。在结构上它是由静叶（喷嘴）和对应的动叶所组成；一列固定的喷嘴和与它配合的动叶片构成了汽轮机的基本作功单元，称为汽轮机的级。,动叶片,喷嘴,叶轮,轴,蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。高速汽流流经动叶片,3,时，由于汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮,2,旋转作功，将蒸汽的动能变成叶轮轴旋转的机械能。这种利用冲动力作功的原理，称为冲动作用原理。,冲动式汽轮机冲动作用原理,冲动力的定义：,根据力学知识，当一运动物体碰到另一个静止的物体或者运动速度低于它的物体时，就会受到阻碍而改变其速度的大小或方向，同时给阻碍它的物体的一个作用力,特点：,蒸汽仅把从喷嘴中获得的动能转变为机械功，蒸汽在动叶通道中不膨胀，动叶通道不收缩,。,喷嘴出口处：,蒸汽以相对速度,w,1,进入动叶通道，由于受到动叶的阻碍，汽流方向不断改变，最后以相对速度,w,2,流出动叶通道，,在流道中蒸汽对动叶产生一个轮周方向的冲动力,F,1,，该力对动叶作功使动叶转动。,蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度的变化,反动力定义,：,蒸汽在动叶汽道内膨胀时对动叶的作用力。根据动量守恒定律，当气体从容器中加速流出时，要对容器产生,个与流动方向相反的力。,基本特点：,蒸汽在动叶流道中不仅要改变方向，而且还要膨胀加速，从结构上看动叶通道是逐渐收缩的。,反动式汽轮机反动作用原理,从作用力方面分析原理,蒸汽流经级时先在喷嘴中膨胀压力降低，速度增加一方面通过速度方向的改变，产生冲动力,F,1,蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低，所产生的焓降转化为动能造成动叶出口的相对速度,w,2,大于进口相对速度,w,1,，使汽流产生了作用于动叶上的与汽流方向相反的反动力,F,r,。,在蒸汽的冲动力和反动力合力作用下推动动叶旋转作功。,动叶通道是逐渐收缩的,蒸汽在汽缸的流动方向,汽封与汽封系统,汽轮机转子和静体之间需留有适当的间隙，从而不相互碰磨，间隙的存在就要导致漏汽，这不仅会降低机组，还会影响机组安全运行。为了减少蒸汽泄漏和防止空气漏人，需要有密封装置，通常称为汽封。,汽封按其安装位置的不同，可分为通流部分汽封、隔板汽封、轴端汽封。,汽封的作用,汽轮机工作时，转子高速旋转而静止部分不动，动、静部分之间必须留有一定的间隙，避免相互碰撞或摩擦。而间隙两侧一般都存在压差，这样就会有部分蒸汽通过间隙泄露，造成能量损失，使汽轮机效率降低。为了减小漏汽损失，在汽轮机的相应部位设置了汽封。,汽轮机汽封,汽轮机汽封,汽封的工作原理,（,轴与汽缸动静之间有间隙,空气会进入低压缸,蒸汽会从高,压缸漏出,）,汽封的工作原理（加装汽封）,汽封的工作原理（,加装汽封后还是有少量的蒸汽漏出和空气进入）,汽封的工作原理,（加装供汽母管和汽封管线,进入空气,和,漏出蒸汽,抽,走,）,汽轮发电机的构造,发电机主要由转子与定子组成，,汽轮发电机是同步发电机，由于汽轮机的转速很高，故汽轮发电机的转子只有一对磁极，,额定转速每分钟,3000转，输出50赫兹的三相交流电。,。,汽轮发电机的构造,这是转子铁芯构造示意图，在铁芯圆周上开有一些槽，嵌有励磁绕组，在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿，就是磁极（图,1所示）。励磁绕组两端通过集电环（滑环）接到励磁电源，在转子圆周两侧就形成北极与南极，旋转时就产生旋转磁场。,发电机转子,嵌有励磁绕组的转子模型，集电环安装在转子轴一端，为降低发电机的温度，在转子两端还装有风扇。,发电机定子,定子铁芯内的磁通是在不停的变化，为了减小涡流损耗，采用多层硅钢片叠成，硅钢片间相互绝缘，硅钢片导磁良好，在铁芯内圆均匀分布着许多槽,定子铁芯与线,在槽内嵌放定子的三相绕组。每相绕组由多个线圈组成，按一定规律对称排列。,转子插在定子内部，定子与转子之间有很小缝隙,定子与转子,发电机剖面图,由轴承及端盖将发电机定子、转子连接组装起来，使转子能再定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中便产生了电流。,汽轮机应急事故处理,汽机在下列情况下应紧急停机,（,1,）机组突然发生强烈振动或金属撞击声；,（,2,）汽轮机转速升高至,3360r/min,，而危急遮断装置不起作用；,（,3,）汽轮机进水或发生严重水击；,（,4,）轴端汽封冒火花或冒水；,（,5,）任何一个轴承断油或轴承回油温度急剧升高；,（,6,）轴承回油温度升高超过,75,、瓦温超过,110,或轴承内冒烟；,（,7,）油系统失火且不能很快扑火；,（,8,）油箱内油位突然下降至最低油位以下；,（,9,）润滑油压降至,0.0196MPa,；,（,10,）转子轴向位移超过,+1.3mm,或,-0.7mm,（,11,）主蒸汽管或补汽管破裂；,（,12,）发电机冒烟；,（,13,）后汽缸排汽门动作。,紧急停机步骤,（,1,）中控或现场手动停机，并检查机组转速是,否下降；,（,2,）确信低压交流或直流油泵已启动，观察各,窗口，须有回油（切记）；,（,3,）破坏真空；,（,4,）确信主汽和高调门已关，打开各部疏水；,（,5,）对发电机着火类型需在转速,500,转时，重新,挂闸，维持,300,400,转，通入消防水；,（,6,）完成其它停机操作。,水冲击,1,、主要现象有：,（,1,）蒸汽温度急剧下降，低温信号报警；,（,2,）从法兰盘、轴封、调速汽门连杆处，主,汽门等处冒出白色湿蒸汽，甚至溅出水,滴；,（,3,）振动逐渐剧烈，声音沉重，转速下降；,（,4,）从汽机和汽管处可听到水击声；,（,5,）推力瓦温度升高，轴向位移指示增大。,2,、处理：,（,1,）破环真空，紧急停机；,（,2,）打开主汽管及本体上各疏水门；,（,3,）在惰走过程中，仔细倾听内部声音；,（,4,）监视轴承温度，轴向位移变化。,3,、若重新启动则需：,（,1,）在有关人员监视下经检查后方可；,（,2,）锅炉恢复正常，加强暖管疏水；,（,3,）监视推力瓦温度，内部声音及振动等情况,（,4,）汽缸膨胀值在允许范围以内。,发电机或励磁机失火,象征：,1,、负荷降至零；,2,、伴随有“轰”的一声响，从发电机窥视孔外壳接合面，冷风室冒出烟气及火花，火焰或有绝缘焦臭味；,3,、机组发生剧烈震动，转速短时间内上升。,处理：,1,、中控或现场手击保安器，紧急停机；,2,、启动辅助油泵；,3,、转速下降至,500rmp,时，合上保安器，稍开,主汽门，投入抽气器，向轴封供气，维持,转速,300,400rpm,，用水灭火；,4,、发电机或励磁机失火可用干式灭火器，也,可用二氧化碳，四氯化碳灭火器灭火。但,注意,：机组失火，不允许停下机组，若情况紧急不能维持低速运行，停下后即连续手动盘车，以防转子大轴弯曲变形。,轴向位移增大,象征：,1,、轴向位移增大，中控报警；,2,、推力瓦温度升高；,3,、机组声音异常，振动增大，转速降低或升高,原因：,1,、汽温、汽压、真空下跌，通流部分过负荷,2,、静叶片结垢严重；,3,、水冲击；,4,、推力轴承本身工作不良；,5,、大幅度甩负荷，指示达,-,0.6,向反方向窜动；,6,、大幅度加负荷，指示达,1.3,，轴串增加。,处理：,1,、若系蒸汽参数不合格，与锅炉联系；,2,、负荷增大、真空下跌，通流部分结垢等,，则减去部分或全部符合后再行处理；,3,、水冲击和推力瓦损坏，则破坏真空停机,4,、轴向位移增大至,1mm,以上，采取诸多措,施无效时，伴有不正常的噪音和振动，,应迅速破坏真空停机；,5,、轴向位移达,1.3mm,或正负推力瓦温达,75,，保护应动作，若不动作，应立即,手动停机。,机组异常振动（,汽轮机内部损坏）,现象：,（,1,）,DCS,安全监测画面上机组振动值增,大。,（,2,）轴瓦回油温度升高。,（,3,）运行中机组突然发生强烈振动或清,楚地听到机内有金属撞击声或摩擦,声。,处理：,（,1,）若机组振动值超过规定极限值时保,护装置应动作，否则立即手动打闸,破坏真空紧急停机。,（,2,）运行中因某些原因造成汽轮机内部,部件损坏，振动异常增大，若此时,能清晰听到汽轮机内部有金属撞击,声或摩擦声，而不管此时振动数值,是否达到跳机值，应立即打闸，破坏,真空紧急停机，停机后不准再次启动，,应进行揭缸检查处理。,汽轮机超速,现象：,（,1,）汽轮机转速迅速升高。,（,2,）汽轮机声音异常。,（,3,）油压升高。,（,4,）振动增大。,（,5,）负荷至零。,处理：,（,1,）汽轮机转速飞升至,3330r/min,危急保安器,不动作，应立即手动打闸破坏真空紧急停,机。,（,2,）若是停机过程中，由于抽汽逆止门,关闭不,严或拒动引起汽轮机超速，应立即关闭相,应的加热器电动进汽门。,（,3,）机组在保护动作跳闸后，应立即查明跳闸,原因，禁止在跳闸原因不清的情况下，人,为解除保护而强行启动。,发电系统全线失电时,应急操作,现场操作：,（,1,）打开真空破坏阀，以防高压蒸汽冲破汽轮,机安全阀；,（,2,）确认直流油泵是否已经自动启动供油，若,没有自动启动，将控制模式打至手动启动,，并确认汽轮机轴承润滑正常