火力發(fā)電- 汽輪機設(shè)備

火力發(fā)電——汽輪機設(shè)備第1頁/共48頁第2頁/共48頁第3頁/共48頁第三節(jié)汽輪機設(shè)備一、汽輪機的工作原理汽輪機是一種以蒸汽為工質(zhì)，并將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機械功的旋轉(zhuǎn)機械。英文：Turbine，譯名透平葉輪機械（廣義范疇）第4頁/共48頁

級-汽輪機作功的基本單元

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.

蒸汽熱能噴嘴（靜葉柵）↓

蒸汽動能動葉柵↓

機械能

一、汽輪機的工作原理第5頁/共48頁因此，實現(xiàn)蒸汽熱能到機械能的轉(zhuǎn)換可分為兩個階段：(1)在噴嘴中蒸汽的熱力勢能(焓降)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚倨鞯膭幽堋?2)在動葉片流道中蒸汽的動能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)的機械能。

一、汽輪機的工作原理第6頁/共48頁單級汽輪機只有一級的汽輪機，只能轉(zhuǎn)換較小的蒸汽焓降，功率不大、效率也低。多級汽輪機

現(xiàn)代的汽輪機是由串聯(lián)在同一軸上的若干個級組合而成。多級汽輪機的進汽參數(shù)高、蒸汽流量大，蒸汽依次流過每個級，逐級膨脹，最后以很低的壓力排出，功率和效率遠高于單級汽輪機。一、汽輪機的工作原理第7頁/共48頁第8頁/共48頁多級沖動式汽輪機第9頁/共48頁

根據(jù)汽流在動葉流道內(nèi)的膨脹程度和給予動葉作用力的形式，可將級分為三類：(1)純沖動級：蒸汽在動葉流道內(nèi)僅改變方向而不膨脹加速，動葉所受到的作用力僅為沖擊力，級內(nèi)蒸汽的焓降全部發(fā)生在噴嘴中。(2)反動級：蒸汽在動葉流道內(nèi)膨脹加速，動葉所受到的作用力為沖擊力和反擊力的合力，級內(nèi)蒸汽焓降中有一半發(fā)生在噴嘴中，另一半發(fā)生在動葉流道內(nèi)。(3)沖動級：介于上述兩種級之間的一種級，級的大部分焓降發(fā)生在噴嘴中，只有一小部分焓降發(fā)生在動葉流道內(nèi)。一、汽輪機的工作原理第10頁/共48頁上述三種級中，純沖動級的做功能力最大，但級效率最差；反動級的級效率高、做功能力較??；沖動級則介于兩者之間，兼有做功能力大和級效率高的特點。因此沖動級在國產(chǎn)汽輪機(尤其是中小型機組)中得到了廣泛的應(yīng)用。但在近些年直接引進的設(shè)備或引進技術(shù)在國內(nèi)生產(chǎn)的300MW以上的大型汽輪機中，則著重于級效率的進一步提高而較多地采用反動級。一、汽輪機的工作原理第11頁/共48頁

汽輪機本體及其輔助設(shè)備由管道和閥門連成一個整體，稱為汽輪機設(shè)備。汽輪機與發(fā)電機的組合稱為汽輪發(fā)電機組。二、汽輪機設(shè)備的組成及工作過程汽機本體輔助設(shè)備汽輪機設(shè)備由靜止部分、轉(zhuǎn)動部分、主汽門、調(diào)節(jié)汽門等組成。包括凝汽設(shè)備、回熱加熱設(shè)備、調(diào)節(jié)保安裝置、供油系統(tǒng)等第12頁/共48頁第13頁/共48頁

汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)用來調(diào)節(jié)進汽量，以適應(yīng)外界負荷的變化，保證供電的數(shù)量和質(zhì)量。保護裝置則用于監(jiān)測汽輪機的運行，在危急情況下保證汽輪機的安全。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)。二、汽輪機設(shè)備的組成及工作過程第14頁/共48頁

汽輪機本體由靜子、轉(zhuǎn)子兩大部分組成。靜子主要包括汽缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承等。轉(zhuǎn)子主要包括主軸、葉輪、動葉、聯(lián)軸器等。1、汽缸汽缸是汽輪機的外殼，其作用是將汽輪機的通流部分與大氣隔開，形成蒸汽進行能量轉(zhuǎn)換的封閉汽室。三、汽輪機本體主要結(jié)構(gòu)第15頁/共48頁第16頁/共48頁大型汽輪機的汽缸采用雙層或多層結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)缸和外缸。三、汽輪機本體主要結(jié)構(gòu)1、汽缸第17頁/共48頁2、噴嘴與隔板噴嘴也稱靜葉片，每兩片組成噴嘴流道，蒸汽在其中完成熱能到動能的轉(zhuǎn)換。第一級的噴嘴分成4組或6組布置在對應(yīng)的噴嘴室出口，由相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥門分別控制進入汽輪機的蒸汽流量來調(diào)節(jié)功率，就稱該級為調(diào)節(jié)級，以后各級統(tǒng)稱為壓力級。噴嘴裝在隔板上，隔板同樣分成上下兩半固定在上下汽缸內(nèi)(如圖l一22所示)。三、汽輪機本體主要結(jié)構(gòu)第18頁/共48頁第19頁/共48頁3、轉(zhuǎn)子汽輪機的轉(zhuǎn)動部分總稱為轉(zhuǎn)子。沖動式汽輪機的轉(zhuǎn)子為葉輪式結(jié)構(gòu)由主軸、葉輪、動葉片等組成；反動式汽輪機因在動葉中有較大的焓降，動葉兩側(cè)有較大的壓力差，不宜采用葉輪式轉(zhuǎn)子而為轉(zhuǎn)鼓式結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)鼓和動葉片等組成，沒有葉輪。目前，國產(chǎn)引進型300MW、600MW汽輪機的高、中、低壓轉(zhuǎn)子均為整鍛轉(zhuǎn)子。三、汽輪機本體主要結(jié)構(gòu)第20頁/共48頁

相鄰的兩個動葉片構(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。動葉片由葉根、葉型(葉身或稱工作部分)和連接件(圍帶或拉筋)組成。許許多多的動葉片以同樣的間隔和角度通過葉根安裝在葉輪的輪緣或轉(zhuǎn)鼓上，排列成動葉柵，形成汽輪機的一級動葉流道。三、汽輪機本體主要結(jié)構(gòu)第21頁/共48頁汽輪機動葉片葉頂（及附帶結(jié)構(gòu)）圍帶拉金葉身（葉片型線部分）完成做功的場所葉根（葉片固結(jié)于葉輪）各種類型的葉根結(jié)構(gòu)三、汽輪機本體主要結(jié)構(gòu)第22頁/共48頁

由于蒸汽體積流量隨其壓力降低而迅速增大，因而要求動葉長度也隨之逐級增大：前幾級葉片很短，末幾級葉片很長，通流部分呈漸擴形。長葉片均按等強度原理設(shè)計成變截面扭曲葉片，短葉片可采用直葉片即等截面葉片，當然所有葉片都采用扭葉片最合理。三、汽輪機本體主要結(jié)構(gòu)第23頁/共48頁安裝中的汽輪機（中壓轉(zhuǎn)子）第24頁/共48頁安裝中的600MW汽輪機（中壓轉(zhuǎn)子）第25頁/共48頁安裝中的600MW汽輪機(就位低壓轉(zhuǎn)子)第26頁/共48頁安裝中的600MW汽輪機(低壓轉(zhuǎn)子局部)第27頁/共48頁安裝中的600MW汽輪機（末級葉片）第28頁/共48頁4、汽封

汽輪機的動、靜之間必須留有一定的間隙，在壓力差的作用下會形成漏汽，即漏汽損失。汽封就是各動、靜間隙處裝設(shè)的密封裝置，由很多薄金屬片與主軸的凹凸處形成多個曲折間隙，以減少漏汽。隔板內(nèi)孔與主軸間的汽封稱為隔板汽封；動葉片的頂部、根部與靜子間的徑向、軸向汽封稱為葉片汽封；轉(zhuǎn)子穿出汽缸兩端處的汽封稱為軸端汽封(軸封)，高壓端軸封防止蒸汽外漏，低壓缸排汽端軸封防止空氣漏入汽輪機。三、汽輪機本體主要結(jié)構(gòu)第29頁/共48頁軸封示意圖第30頁/共48頁5．軸承

軸承有支持軸承和推力軸承兩種。支持軸承用于支持整個轉(zhuǎn)子的重量以及由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡所引起的離心力，并固定轉(zhuǎn)子的徑向位置，使轉(zhuǎn)子中心與汽缸中心保持一致；推力軸承則用于承受轉(zhuǎn)子上的軸向推力，并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置，以保持動、靜之間合理的軸向間隙。由于汽輪機的重量及軸向推力很大、轉(zhuǎn)速很高，故其軸承不是通常的滾珠軸承而采用油膜潤滑的滑動軸承，依靠油膜壓力來平衡作用力。三、汽輪機本體主要結(jié)構(gòu)第31頁/共48頁6．聯(lián)軸器及盤車裝置聯(lián)軸器也叫靠背輪，其作用是將汽輪機的高、中、低壓轉(zhuǎn)子以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接成一個整體。

汽輪機啟動前，需通過轉(zhuǎn)子的低速轉(zhuǎn)動以檢查動、靜部件是否存在碰撞和摩擦，汽輪機停機后，為使轉(zhuǎn)子在上下溫度不同的汽缸內(nèi)受熱均勻，避免轉(zhuǎn)子冷卻不均而產(chǎn)生大軸彎曲，也要保持轉(zhuǎn)子的低速轉(zhuǎn)動。盤車裝置就是能夠人為盤動轉(zhuǎn)子的一套裝置，一般由電動機、蝸輪蝸桿及減速齒輪組、離合器等部件組成。三、汽輪機本體主要結(jié)構(gòu)第32頁/共48頁

1．汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)

由于電能還不能大量儲存，而用戶的電負荷隨時在不斷變化并對電的質(zhì)量(電壓和頻率)要求越來越高，因此發(fā)電設(shè)備必須根據(jù)用戶的需要，隨時調(diào)節(jié)供電數(shù)量并保證供電質(zhì)量。汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是根據(jù)電負荷的大小自動改變進汽量，調(diào)整汽輪機的輸出功率以滿足用戶數(shù)量上的需求；控制轉(zhuǎn)速在額定范圍以保證供電質(zhì)量（電壓、電頻）。汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實質(zhì)就是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，其基本原理是利用轉(zhuǎn)速的變化作為調(diào)節(jié)信號，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部件的一系列連鎖反應(yīng)，最終改變汽輪機進汽量，以適應(yīng)外負荷的變化。目前大型汽輪機采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)四、汽輪機的調(diào)節(jié)與保護系統(tǒng)第33頁/共48頁2．汽輪機的保護裝置

作用：當機組調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生故障或者運行工況危急到機組安全時，保護系統(tǒng)動作，實現(xiàn)緊急停機。為保證汽輪發(fā)電機組安全運行，設(shè)有必要的保護系統(tǒng)，在事故或異常情況下及時切斷汽源(關(guān)閉高中壓主汽門和調(diào)節(jié)汽門)，系統(tǒng)主要由超速(110％-114％額定轉(zhuǎn)速)、軸向位移保護、低油壓保護、低真空保護。四、汽輪機的調(diào)節(jié)與保護系統(tǒng)第34頁/共48頁1．凝汽設(shè)備凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機必不可少的輔助設(shè)，作用：建立和保持汽輪機排汽口的高度真空，獲得較高的循環(huán)熱效率；回收汽輪機排汽凝結(jié)的水，作為鍋爐給水循環(huán)使用。五、汽輪機的主要輔助設(shè)備第35頁/共48頁1．凝汽設(shè)備

凝汽設(shè)備主要包括凝汽器、抽氣器/真空泵、凝結(jié)水泵等。五、汽輪機的主要輔助設(shè)備第36頁/共48頁2．回熱加熱系統(tǒng)——提高循環(huán)熱效率的有效手段。除氧器：即利用汽輪機的抽汽來加熱給水至沸騰以除去水中所含的氣體。表面式加熱器：凝結(jié)水泵和除氧器之間的表面式加熱器，其水側(cè)壓力為凝結(jié)水泵的出口壓力，稱為低壓加熱器(低加)；除氧器下的給水泵與爐給水操作臺之間的表面式加熱器，其水側(cè)壓力為給水泵出口壓力，稱為高壓加熱器(高加)。國內(nèi)300MW、600MW機組，其回熱系統(tǒng)采用八級回熱，即三臺高、臺低加和一臺除氧器，簡稱“三高、四低、一除氧”。五、汽輪機的主要輔助設(shè)備第37頁/共48頁機組回熱加熱系統(tǒng)總圖示意圖11.33MPa,536.4℃2.10MPa,537.5℃0.50MPa,346℃254.5℃35.7℃401.0℃0.47MPa,349.6℃6.53kP5.52kP第38頁/共48頁N600-l6.7/537/537型機組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第39頁/共48頁要點：汽輪機:單軸四缸四排汽，高壓缸、雙流程中壓缸、2個雙流程低壓缸；鍋爐：強制循環(huán)汽包爐，中間再熱；鍋爐連續(xù)排污利用系統(tǒng)：單級，擴容蒸汽接入除氧器；回熱系統(tǒng)：三高四低一除氧，軸封冷卻器，高加均設(shè)有內(nèi)置式疏水冷卻器和內(nèi)置式蒸汽冷卻器，低加均設(shè)有內(nèi)置式疏水冷卻器SG。高加疏水采用逐級自流方式，最后流入除氧器；低加也采用疏水逐級自流，最后流入凝汽器熱井。除氧器系統(tǒng)：給水泵FP正常運行采用汽泵，配置前置泵TP，小汽機排汽接入主凝汽器；凝結(jié)水系統(tǒng)：凝結(jié)水泵CP，升壓泵BP，除鹽裝置DE（低壓系統(tǒng)）；補充水引入系統(tǒng)：Dma引入凝汽器。第40頁/共48頁汽輪機的分類方法很多，常見的有如下幾種：(1)按工作原理分：沖動式和反動式兩種。大多數(shù)級是沖動級的汽輪機稱為沖動式汽輪機；大多數(shù)級是反動級的汽輪機稱為反動式汽輪機。一般反動式汽輪機的調(diào)節(jié)級仍為沖動級。(2)按初參數(shù)分：超高壓、亞臨界壓力及超臨界壓力的三種。(3)按熱力過程的特點分：凝汽式、背壓式及調(diào)整抽汽式汽輪機。六、汽輪機的分類和型號第41頁/共48頁凝汽式汽輪機：進入汽輪機的蒸汽除回熱抽汽及軸封漏汽外，全部排入凝汽器，背壓式汽輪機：進入汽輪蒸汽做功后以高于當?shù)卮髿鈮旱膲毫ε懦?，可用于對外供熱。調(diào)整抽汽式汽輪機：從汽輪機中間的某些級后抽出部分蒸汽去對外供熱，其余的蒸汽做功后仍然排入凝汽器，且抽汽壓力可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整。六、汽輪機的分類和型