設(shè)備管理_發(fā)電廠動力設(shè)備之汽輪機設(shè)備課程

發(fā)電廠動力設(shè)備 武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院周菊華Tel 027 59802295 h 027 59802616 f mail juhuazhou 汽輪機設(shè)備 一 組成1 本體 靜子 轉(zhuǎn)子2 輔助設(shè)備 凝汽設(shè)備 回?zé)峒訜?除氧器 調(diào)節(jié)保安裝置 供油系統(tǒng)等 3 汽輪機設(shè)備 本體及其輔助設(shè)備由管道 閥門連接次的一個整體 4 汽輪發(fā)電機組 汽輪機和發(fā)電機的組合 二 工作概況高溫高壓蒸汽流經(jīng)主汽閥 調(diào)節(jié)閥進入汽輪機作功 溫度壓力逐級降低將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能 排汽進入凝汽器 被冷凝成凝結(jié)水後迴圈使用 凝汽設(shè)備由凝汽器 抽汽器 水泵等構(gòu)成 其作用是造成汽輪機排汽口高度真空 並回收乏汽凝結(jié)水 彙集于凝汽器熱井中的乏汽 由凝結(jié)水泵不斷抽出 送往由若干表面式加熱器和除氧器構(gòu)成的回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)中 主凝結(jié)水經(jīng)3 4臺低加被抽汽逐級加熱後送入除氧器 除過氧的水作為鍋爐給水由給水泵經(jīng)2 3臺高加加熱後送入鍋爐 汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)用來調(diào)節(jié)進汽量 以適應(yīng)外界負(fù)荷的變化 保證供電數(shù)量和品質(zhì) 保護裝置用於監(jiān)測汽輪機運行 在危急情況下保證汽輪機安全 調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護裝置中用來傳遞信號和操縱有關(guān)部件的壓力油以及用來潤滑和冷卻汽輪機各軸承的用油 都是來自汽輪機的油系統(tǒng) 第六章汽輪機設(shè)備及其工作原理第一節(jié)汽輪機一般概念汽輪機是以水蒸氣為工質(zhì) 將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為機械能 帶動發(fā)電機的原動機 它是火力發(fā)電廠主設(shè)備之一 一 最簡單單級汽輪機及其基本工作原理 二 多級汽輪機及其基本工作原理汽輪機是由串聯(lián)在同一軸上的多個級組合而成 固定的噴嘴葉柵和轉(zhuǎn)動葉柵組成了汽輪機作功的基本單元 這個作功單元稱為汽輪機的級 300MW一般有34個級 多級汽輪機 汽輪機基本工作原理當(dāng)具有一定溫度和壓力的蒸汽通過汽輪機的級時 首先進入固定不動的噴嘴 在噴嘴內(nèi)膨脹加速 以獲得高速 噴嘴出口的高速汽流射入動葉流道 動葉片受到汽流的作用力而帶動汽輪機的主軸周向旋轉(zhuǎn) 將蒸汽的動能轉(zhuǎn)換為機械功 蒸汽從進口開始 依次軸向通過串聯(lián)佈置的各個級 在每一級內(nèi)都將一部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功 多級轉(zhuǎn)換使得蒸汽在汽輪機中整機焓降很大 在進汽流量較大時 汽輪機可獲得很大的單機功率 三 汽輪機的分類 1 按作功原理分 衝動式 反動式和聯(lián)合式 2 按熱力特性分 凝汽式 背壓式 調(diào)節(jié)抽汽式 中間再熱式 3 按進汽參數(shù)分 低壓 中壓 高壓超高壓 12 14MPa 亞臨界 16 18MPa 超臨界 24 2MPa 25 3MPa 26 4MPa 4 功率分 大功率 200MW以上小功率 25MW以下 5 按外形結(jié)構(gòu)特點分 單軸雙缸雙排汽 單軸四缸四排汽 單軸三缸四排汽 衝動式工作原理 蒸汽流過噴嘴時 壓力溫度降低 比容增大 流速升高 把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?高速流動的蒸汽衝擊裝在葉輪上的葉片 使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 蒸汽流速降低 把動能又轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能 反動式工作原理 蒸汽從轉(zhuǎn)輪上的汽室向右噴射 使轉(zhuǎn)輪反向轉(zhuǎn)動 帶動主軸旋轉(zhuǎn) 提高重物W作功 火箭從尾部高速排出高壓燃燒氣體時 火箭體內(nèi)未燃燒物要受到高速氣流的反作用力 把火箭推向空間 調(diào)節(jié)抽汽式 背壓式 四 汽輪機型號N300 16 7 538 538B50 8 82 0 98CC25 8 826 0 981 0 118 第二節(jié)汽輪機本體結(jié)構(gòu)和主要部件汽輪機由靜止部分和轉(zhuǎn)子兩大部分組成 汽輪機本體中不運動的各個部件 包括汽缸 隔板 噴嘴 汽封和軸承 一 汽缸體 隔板 噴管組1 汽缸體汽缸是汽輪機的外殼為一封閉的汽室 作用 將汽輪機通流部分與大氣隔開 保證蒸汽在汽缸內(nèi)把熱能轉(zhuǎn)換成機械能 外部與進汽管 抽汽管 排汽管 疏水管等相連 國產(chǎn)300MW汽輪機示意圖 超高參數(shù)以上的汽輪機都採用雙層缸結(jié)構(gòu) 內(nèi)外缸之間設(shè)有夾層 2 汽缸法蘭和螺栓加熱裝置為了減小汽缸 法蘭及連接螺栓間的溫差 縮短機組啟 停時間 可設(shè)置法蘭螺栓加熱裝置 國產(chǎn)引進型300 汽輪機沒有設(shè)置法蘭螺栓加熱裝置 1 法蘭螺栓直徑較小 節(jié)距較密 且盡可能靠近汽缸內(nèi)壁 使得汽缸法蘭和螺栓都比較容易加熱 2 設(shè)計成外缸兩側(cè)溫差大而壓差小 可採用較薄的缸壁和較窄的法蘭 內(nèi)缸兩側(cè)溫差小而壓差大 主要承受壓應(yīng)力 而沿壁厚的溫度梯度減至最小 熱應(yīng)力很小 3 該機組動 靜部分間隙較大 可增大脹差的限制值 3 隔板體和噴管 噴嘴 組噴嘴 汽輪機通流部分的重要組成部件 用以完成蒸汽熱能到動能的轉(zhuǎn)換 第一級噴管直接裝在汽缸體上 第二級以後固定在隔板上 隔板 由隔板體 噴管片和隔板輪緣組成 分成上下兩半 分別裝在上 下汽缸的環(huán)形凹槽內(nèi) 可有鑄造式 焊接式兩種 二 汽輪機主軸 葉輪 動葉片轉(zhuǎn)子由主軸 葉輪 葉片 聯(lián)軸器和盤車裝置等組成 轉(zhuǎn)子 利用流經(jīng)噴嘴的高速汽流衝擊動葉片 將蒸汽的動能轉(zhuǎn)變成機械能 並傳遞給發(fā)電機 轉(zhuǎn)子承受巨大的扭轉(zhuǎn)力矩 要求有很高的強度和剛度 1 汽輪機主軸 葉輪葉輪 輪盤 用來裝置葉片並傳遞汽流作用在葉片上的力所產(chǎn)生的扭矩 一 輪式轉(zhuǎn)子1 套裝轉(zhuǎn)子 套裝式轉(zhuǎn)子的葉輪與主軸分別加工製造 裝配時將葉輪熱套在軸上加工方便 能合理利用材料 高溫下工作時 會因材料的高溫蠕變和過大的溫差使葉輪與主軸間的過盈量消失 發(fā)生鬆動 一般用於中壓汽輪機和高壓汽輪機的低壓部分 2 整鍛轉(zhuǎn)子 由整體鍛件加工而成葉輪 聯(lián)軸器對輪及推力盤與主軸為一整體 不會出現(xiàn)葉輪等零件鬆動問題 結(jié)構(gòu)緊湊 強度和剛度較高 鍛件尺寸大 對生產(chǎn)設(shè)備和加工工藝要求較高 貴重材料消耗大 多用於大容量汽輪機高 中壓轉(zhuǎn)子 整鍛轉(zhuǎn)子的中心通常鑽有一個直徑為100mm的孔 以便將鍛件材質(zhì)差的部分去掉 防止缺陷擴展 同時也便於檢查鍛件品質(zhì) 隨著金屬冶煉和鍛造水準(zhǔn)的提高 目前已有些整鍛式轉(zhuǎn)子不打中心孔 3 組合轉(zhuǎn)子 高壓部分為整鍛式 中低壓部分為套裝式 中壓轉(zhuǎn)子可採用這種結(jié)構(gòu) 綜合了整鍛 套裝轉(zhuǎn)子的優(yōu)點 轉(zhuǎn)子 鼓式轉(zhuǎn)子 焊接轉(zhuǎn)子 若干個輪盤和兩個端軸焊接而成 強度高 剛度大 相對重量輕 結(jié)構(gòu)緊湊對焊接工藝要求很高 且要求材料有很好的焊接性能 組合轉(zhuǎn)子 高壓部分為整鍛式 中低壓部分為套裝式 中壓轉(zhuǎn)子可採用這種結(jié)構(gòu) 綜合了整鍛 套裝轉(zhuǎn)子的優(yōu)點 2 動葉片和動葉柵佈置安裝在葉輪上 相鄰兩個動葉片構(gòu)成一個動葉流道 由噴嘴射出的高速汽流進入動葉流道 推動葉片旋轉(zhuǎn) 進而帶動主軸旋轉(zhuǎn) 使蒸汽動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功 動葉片是承受蒸汽作用力把蒸汽的動能轉(zhuǎn)變成機械能的重要部件 動葉片由葉根 葉型和連接件組成 通過葉根安裝在葉輪輪緣上 由於蒸汽比容隨其壓力降低迅速增大 蒸汽的容積流量葉逐漸增大 因而動葉片長度逐級增大 三 汽輪機軸封和隔板汽封防止汽缸內(nèi)蒸汽漏出高壓端和外部空氣漏入低壓缸的密封裝置 1 軸端汽封 裝在各轉(zhuǎn)子兩端與汽缸之間的汽封 2 隔板汽封 裝在隔板內(nèi)圓與主軸間的汽封 葉頂汽封 裝在動葉柵頂部圍帶處的汽封 汽封結(jié)構(gòu) 四 聯(lián)軸器 靠背輪 及盤車裝置1 聯(lián)軸器型式 剛性 撓性和半撓性作用 把汽輪機各段轉(zhuǎn)子及發(fā)電機的轉(zhuǎn)子連接起來並傳遞轉(zhuǎn)矩 2 盤車裝置 一般由電動機 渦輪蝸桿及減速齒輪組 離合器等部件組成 汽輪機啟動前用盤車裝置使汽輪機轉(zhuǎn)子低速轉(zhuǎn)動起來 以檢查動 靜部件是否存在碰撞和摩擦 主軸彎曲度是否正常 停機後機內(nèi)殘存的蒸汽及漏入的空氣在機內(nèi)對流 使上下汽缸間存在溫差 開機磁片車 保持轉(zhuǎn)子低速轉(zhuǎn)動 避免轉(zhuǎn)子冷卻不均產(chǎn)生過大彎曲 五 軸承和轉(zhuǎn)子定位有支持軸承和推力軸承兩種 1 支持軸承 作用 1 承受轉(zhuǎn)子的重力和因振動所引起的附加力 2 確定轉(zhuǎn)子的徑向位置 使轉(zhuǎn)子中心線與汽缸中心線一致 以保證轉(zhuǎn)子與汽缸 隔板等靜止部件之間有正確的徑向間隙 分類 1 圓柱形 2 可傾瓦 結(jié)構(gòu) 軸承體分為上下兩半 潤滑油從下軸承的進油口進入 從軸承的兩端排出 工作原理 因轉(zhuǎn)軸軸頸總比軸承軸瓦是內(nèi)徑小 軸頸放入軸瓦中後 兩者之間必然形成楔形間隙 當(dāng)連續(xù)向軸承供給一定壓力的潤滑油時 軸一經(jīng)旋轉(zhuǎn)起來 黏附在軸頸上的油層便隨之旋轉(zhuǎn) 並帶動整個油層旋轉(zhuǎn) 潤滑油由楔形間隙的寬口被帶向窄口 並積聚在狹窄的楔形間隙中 因由是不可壓縮流體 積聚的油產(chǎn)生壓力 當(dāng)油壓超過軸頸上的載荷時 就會將軸頸抬起 直至楔形間隙中的油壓與軸頸載荷平衡時 軸頸中心便處於某個穩(wěn)定位置而不再變化 此時 軸頸與軸瓦完全被油膜隔開 建立起液體摩擦 2 推力軸承作用 承受轉(zhuǎn)子的軸向推力和確定轉(zhuǎn)子的軸向位置 分類 1 密切爾式 2 金斯裡式結(jié)構(gòu) 軸承體分為前後兩部分 各由推力瓦塊 安裝環(huán)和球面支座等組成 轉(zhuǎn)子的推力盤置於其間 數(shù)塊推力瓦均布於安裝環(huán)上 工作原理 當(dāng)推力盤以推力瓦塊為靠山旋轉(zhuǎn)時 每一推力瓦塊與轉(zhuǎn)子的推力盤之間都形成楔形間隙 使油壓產(chǎn)生 形成潤滑油膜 潤滑油從下軸承的進油口進入 從軸承的兩端排出 在推力盤兩側(cè)沿圓周方向佈置有若干可擺動的推力瓦塊 通過瓦塊與推力盤之間構(gòu)成楔形間隙來形成油膜 其工作原理與支持軸承相同 六 汽缸支承和滑銷裝置滑銷系統(tǒng)作用 保證汽缸受熱或冷卻後沿各個方向膨脹或收縮 並保持汽缸與轉(zhuǎn)子中心一致 位置 如圖N600滑銷N300滑銷各滑銷的作用 列表下頁內(nèi)缸與外缸之間也設(shè)有滑銷 內(nèi)缸的死點一般設(shè)在進汽管中心線所處的垂直平面上 滑銷列表 國產(chǎn)引進N300機組滑銷 第三節(jié)蒸汽在汽輪機 級 內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換過程 一 蒸汽在噴管中的能量轉(zhuǎn)換過程 二 蒸汽在動葉橫道內(nèi)的流動特點和能量轉(zhuǎn)換過程 四 級內(nèi)損失和級的相對內(nèi)效率1 級內(nèi)損失 各級內(nèi)均存在的噴嘴損失 動葉損失 和餘速損害 1 噴嘴損失 hs 2 動葉損失 hb 3 餘速損失 hc蒸汽從工作葉片流出的速度所具有的動能未被利用形成的損失 4 級內(nèi)漏汽損失 hl蒸汽在級的噴嘴及動葉中膨脹加速時 級的隔板前後和動葉前後必然存在壓力差 一部分蒸汽就會在壓力差的作用下沿隔板汽封與主軸之間或從動葉頂部與汽缸靜體之間的徑向間隙漏過 造成做功蒸汽量減少 形成損失 5 葉輪摩擦損失 hm葉輪兩側(cè)和外緣充滿了具有一定黏度的水蒸氣 當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時 葉輪兩側(cè)壁面及外緣與這些蒸汽之間的摩擦以及蒸汽內(nèi)部的摩擦 渦流等 都會耗費葉輪上的一部分有用功 形成葉輪摩擦損失 旋轉(zhuǎn)的葉輪與蒸汽間發(fā)生的摩擦?xí)a(chǎn)生氣動阻力 氣體間的摩擦存在 帶動貼近葉輪表面的蒸汽運動 克服氣動 摩擦阻力消耗的機械功叫摩擦損失 6 部分進汽損失 he摩擦鼓風(fēng)損失動葉片蒸汽進入到?jīng)]有噴嘴段的空間中 對周圍不工作的蒸汽起鼓風(fēng)作用 將蒸汽從葉片的一側(cè)移向另一側(cè)所消耗的機械功叫鼓風(fēng)損失 摩擦損失 鼓風(fēng)損失 摩擦鼓風(fēng)損失 7 濕氣損失 hw汽輪機末幾級工作於濕蒸汽區(qū)域 由於帶動水珠和克服水珠撞擊葉片背面所消耗的機械功 2 級的相對內(nèi)效率工作蒸汽的實際有效焓降 理想焓降 hst 各項損失 h蒸汽在級內(nèi)轉(zhuǎn)變出轉(zhuǎn)軸上的功Pu Dm hst h 7 汽輪機相對內(nèi)效率 oi各項能量損失都轉(zhuǎn)化為熱能 現(xiàn)代汽輪機的相對內(nèi)效率約為80 90 80 90 8 內(nèi)功率PikW 無回?zé)岢槠?二 汽輪機的機械損失和機械效率 m汽輪機運行時 因軸承摩擦和帶動主油泵及調(diào)速器等所消耗的機械能損失 總稱為汽輪機的機械損失 汽輪機主軸輸出有效功率 軸功率 汽輪機內(nèi)功率Pi 機械損失 98 99 三 汽輪發(fā)電機組的熱經(jīng)濟性發(fā)電機中存在磁流 渦流 電阻以及機械損失 1 發(fā)電機效率 g 發(fā)電機發(fā)出的電功率 汽輪機供給的有效軸功率 98 99 2 發(fā)電機輸出端電功率PoPo Dmo Ht oi m g 3600 kW 3 蒸汽動力迴圈的熱效率 t t H ho hfw 4 汽輪發(fā)電機組的絕對電效率 eo eo 3600Peo Dmo ho hfw t oi m g 45 50 5 汽耗率do每生產(chǎn)1kW h電能所消耗的蒸汽品質(zhì) do Dmo Peokg kW h 6 熱耗率qo每生產(chǎn)1kW h電能所消耗的蒸汽熱量 qo Qo Peo 3600 eokj kW h Qo Dmo ho hfw 第五節(jié)汽輪機的主要輔助設(shè)備 一 凝汽設(shè)備任務(wù) 建立和保持汽輪機排汽口的高度真空 以使蒸汽在汽輪機中有較大的理想焓降 回收乏汽的凝結(jié)水 作為鍋爐給水迴圈使用 1 凝汽器外殼通常呈圓柱形 橢圓形或方柱形 由銅管或鈦管形成的冷卻水管束2裝在兩端的管板上 並與兩端水室相通 冷卻水由進水管4經(jīng)進水室進入下部的冷卻管內(nèi) 然後經(jīng)回流水室5轉(zhuǎn)向進入上部冷卻水管內(nèi) 最後流入排水室 經(jīng)出水管6流出 汽側(cè)分為主凝結(jié)區(qū)10和空氣區(qū)8 其間用擋板9隔開 乏汽由進口1進入主凝結(jié)區(qū)管外汽側(cè)空間在管束表面凝結(jié) 其凝結(jié)水集于熱井7後 由凝結(jié)水泵抽走 未凝結(jié)的蒸汽及漏入的空氣在轉(zhuǎn)向進入空氣冷卻區(qū)繼續(xù)冷卻 經(jīng)空氣冷卻區(qū)後 空氣及少量的未凝結(jié)蒸汽一起被抽汽器抽出 2 抽汽器作用 將漏入凝汽器中的空氣不斷抽出 以保持凝汽器的真空和傳熱良好 射汽抽汽器 射水抽汽器 水環(huán)式真空泵 二 回?zé)峒訜嵩O(shè)備構(gòu)成回?zé)嵯到y(tǒng)的各級加熱器及其汽水管道 閥門等 表面式 高加 低加 混合式 除氧器 1 低壓加熱器 2 高壓加熱器 三 除氧器給水除氧的任務(wù) 除去水中的氧氣和其他不凝結(jié)氣體 防止熱力設(shè)備腐蝕和傳熱惡化 保證熱力設(shè)備安全經(jīng)濟運行 方法 化學(xué)除氧 熱除氧熱除氧 在回?zé)嵯到y(tǒng)中設(shè)置熱除氧器 利用抽汽加熱給水至沸點來除去給水中的氧氣等氣體 四 凝結(jié)水泵 迴圈水泵1 分類 離心式 軸流式2 工作原理 當(dāng)葉輪充滿水並旋轉(zhuǎn)時 葉片迫使水作迴旋運動 在離心力的作用下 水被甩向葉輪的外緣 即蝸殼內(nèi) 在這一過程中 水被加速 即原動機帶動葉輪旋轉(zhuǎn)所消耗的機械功轉(zhuǎn)變?yōu)樗鞯墓δ?甩向葉輪外緣的水在通流截面不斷擴大的擴壓通道內(nèi)流動時 速度降低 大部分動能轉(zhuǎn)換成壓力能 最後達(dá)到一定壓力的水被引出泵體 給水泵 安裝在除氧器給水箱的下方 多級離心水泵 作用 將給水箱內(nèi)的水加壓引出 使其經(jīng)各級高壓加熱器 鍋爐省煤器後送至汽包 給水泵出口水壓為汽包壓力 汽包所處位置相當(dāng)?shù)乃叨褥o壓與途徑各換熱設(shè)備及管路的流動阻力之和 汽動 電動凝結(jié)水泵 將凝汽器熱井的主凝結(jié)水引出 升壓 經(jīng)各級低壓加熱器後送往除氧器 凝結(jié)水泵出口水壓為除氧器壓力 除氧器位置相當(dāng)?shù)乃叨褥o壓與途徑各換熱設(shè)備及管路等流動阻力之和 立式 臥式循環(huán)水泵 不斷把大量的冷卻水加壓輸送凝汽器中 去冷卻汽輪機乏汽 吸收了乏汽氣化潛熱的冷卻水被送往河流 水庫 冷卻水塔等 多級軸流泵 斜流式 一 名詞解釋題1 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特徵 P149 2 壓力水頭 P181 3 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的同步器 P149 4 火力發(fā)電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率 P177 5 汽輪機級的部分進氣度 P141 6 水輪機的容積損失 P201 7 水輪機的水力效率 P201 8 汽輪機的外部損失 P143 9 汽輪機的自動主氣門 P151 10 水輪機的比轉(zhuǎn)速 P189 11 汽輪機的相對內(nèi)效率 P143 12 抽水蓄能式水電