汽轮机基本知识及事故处理.ppt
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赤壁凯迪绿色能源开发有限公司生产准备培训教材(内部资料)汽轮机基本知识及事故处理汽轮发电机组的基本知识汽轮机的基本概念汽轮机的基本概念汽轮机的调节保护系统汽轮机的调节保护系统一一.汽轮机的基本工作原理汽轮机的基本工作原理汽轮发电机组(steameturbinegenerator)具有一定压力、温度的蒸汽,进入汽轮机,流过喷嘴并在喷嘴内膨胀获得很高的速度。
高速流动的蒸汽冲动汽轮机转子上的动叶片做功,动叶带动汽轮机转子,按一定的速度转动,这就是汽轮机最基本的工作原理。
从能量转换的角度讲,蒸汽的热能在喷嘴内转换为汽流动能,动叶片又将动能转换为机械能。
汽轮机属于透平机械的一种。
透平机械turbomachinery是装有叶具有叶片的动力式流体机械。
透平机械的共同特点片的转子作高速旋转运动,流体(气体或液体)流经叶片之间通道时,叶片与流体之间产生力的相互作用,借以实现能量转化。
按能量转化方向的不同,透平机械分为原动机和从动机。
原动机将流体的能量(热能、势能或动能)转化为机械能,通过主轴带动发电机或其他从动机。
原动机有汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机、水轮机和风力机等。
从动机由电动机或其他原动机拖动,将机械能转换为流体的能量,即提高流体的压力。
从动机有通风机、透平压缩机、离心泵和轴流泵等。
从动机和原动机在原理和结构上基本相同,只是工作过程相反。
透平机械的工质可以是气体,如蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体,也可以是液体,如水、油或其他液体。
透平机械主要分为轴流式和径流式(离心式或向心式)两种。
在轴流式机械中,流体沿轴向流动;径流式机械中,流体主要沿着径向流动。
还有一种斜流式机械,流体的流动方向介于上述两者之间。
汽轮机转子通过联轴器与发电机转子连接起汽轮机转子通过联轴器与发电机转子连接起来,当汽轮机转子带动发电机转子一起旋转时,来,当汽轮机转子带动发电机转子一起旋转时,由于电磁感应的作用,发电机定子线圈中产生电由于电磁感应的作用,发电机定子线圈中产生电流,通过变电配电设备向用户供电。
流,通过变电配电设备向用户供电。
为满足外界负荷变化而能够及时地调节机组为满足外界负荷变化而能够及时地调节机组负荷,同时为满足供电品质的要求,机组必须能负荷,同时为满足供电品质的要求,机组必须能够保证转速在允许的范围内(够保证转速在允许的范围内(50500.5HZ),汽轮发电机组要设置有调节系统,以及为保证汽轮机设备的安全,防止设备的损坏事故的发生,还应该具有必要的保护装置。
汽轮机的分类汽轮机按热力过程可分为:
(1)凝汽式汽轮机(代号为N)。
(2)一次调整抽汽式汽轮机(代号为C)。
(3)二次调整抽汽式汽轮机(代号为C、C)。
(4)背压式汽轮机(代号为B)。
按工作原理可分为:
(1)冲动式汽轮机
(2)反动式汽轮机按新蒸汽压力可分为:
低压汽轮机新汽压力为(1.18-1.47MPa)中压汽轮机新汽压力为(1.96-3.92MPa)高压汽轮机新汽压力为(5.88-9.81MPa)超高压汽轮机新汽压力为(11.77-13.75MPa)9一种补汽式汽轮机一种补汽式汽轮机申请号/专利号:
201020241387本实用新型公开了一种补汽式汽轮机,包括依次连通的补汽门、汽缸补汽室、顺序调节阀和设置在中间隔板上的喷嘴组;外负荷变化时,顺序调节阀的阀门按照预设顺序开启或关闭。
在汽轮机运行时,从低压锅炉进入的低压蒸汽通过补汽门,进入汽缸补汽室,经过顺序调节阀,进入中间隔板的上半的喷嘴组,调节级做功后,与通过中间隔板下半通道的主汽流混合在一起,再做功后,被排到冷凝器。
在部分负荷的情况下,几个调节阀中只有一个或两个调节阀未被开启,因此,相同的部分负荷下汽轮机的进汽节流损失较小,汽轮机内部的效率变化也较小,达到充分利用余热的目的,从而提高了汽轮机余热利用效率及稳定性。
汽轮机主要由哪几部分组成:
汽轮机主要由哪几部分组成:
(11)转动部分:
由主轴、叶轮、轴封)转动部分:
由主轴、叶轮、轴封和安装在叶轮上的动叶片及联轴器组成。
和安装在叶轮上的动叶片及联轴器组成。
(22)固定部分:
由喷嘴室、汽缸、隔)固定部分:
由喷嘴室、汽缸、隔板、静叶片、汽封等组成。
板、静叶片、汽封等组成。
(33)控制部分:
由调节系统、保护装)控制部分:
由调节系统、保护装置和油系统等组成。
置和油系统等组成。
转子的组成部件:
转子是由合金钢锻件整体加工出来的,除叶轮外,还有高、低压轴封套(小机组有直接式)、推力盘,前部过刚性连接短轴装有主油泵、危急保安器、高速弹性调速器、测量转速及晃度装置、油封组件等。
转子结构:
(1)整锻转子:
叶轮、轴封套、联轴节等部件与主轴是由一整锻件削而成,无热套部分,这解决了高温下叶轮与轴连接容易松动的问题。
这种转子常用于大型汽轮机的高、中压转子。
结构紧凑,对启动和变工况适应性强,宜于高温下运行,转子刚性好,但是锻件大,加工工艺要求高,加工周期长,大锻件质量难以保证,造价较高。
(2)套装转子:
叶轮、轴封套、联轴节等部件都是分别加工后,热套在阶梯型主轴上的。
各部件与主轴之间采用过盈配合,以防止叶轮等因离心力及温差作用引起松动,并用键传递力矩。
中低压汽轮机的转子和高压汽轮机的低压转子常采用套装结构。
套装转子在高温下,叶轮与主轴易发生松动。
所以不宜作为高温汽轮机的高压转子,但易于加工制造,造价较低。
(3)组合转子:
由整锻结构套装结构组合而成,兼有两种转子的优点。
联轴器:
联轴器用来连接汽轮机各个转子以及发电机转子,并将汽轮机的扭矩传给发电机。
现代汽轮机常用的联轴器常用三种形式:
刚性联轴器,半挠性联轴器和挠性联轴器凝气式汽轮机凝气式汽轮机:
是指进入汽轮机的蒸汽在做功后全部进入凝汽器,凝结成水全部返回锅炉。
进入汽轮机的蒸汽,对于中压机组,约有70%的热量被冷却排汽的冷却水(或空气)带走,对于高压汽轮机来说,由于进汽含热量大些(约3433KJ/Kg),可利用的热量相对大些,但损失仍很大。
为减少损失,采用带回热设备的凝汽式汽轮机,把做过一部分功的蒸汽抽出来加热锅炉给水,以提高经济性。
背压式汽轮机背压式汽轮机:
将全部排汽供给其它工厂或用户,使蒸汽的含热量得到利用,排汽的压力高于大气压,因此这种汽轮机称为背压式汽轮机,不设凝汽器,节省设备,简化构造,但其运行负荷受热用户限制,水处理量较大,因此,常与抽凝机组联合使用。
调整抽汽式机组调整抽汽式机组:
从机组某一级中经调压器控制抽出已经做了部分功的一定压力范围的蒸汽供给其它工厂或热用户,机组仍然设有凝汽器,当热用户用汽量减少时,仍能够保证一定电负荷。
汽轮机的调节保护系统汽轮机的调节保护系统1.汽轮机调节系统的任务:
汽轮机调节系统的任务:
汽轮机是发电厂的原动机,驱动同步发电机旋转产生电能,向电网输送符合数量和供电品质(电压与频率)要求的电力。
由同步发电机的运行特性已知,发电机的端电压决定于无功功率,而无功功率决定于发电机的励磁;电网的频率(或称周波)决定于有功功率,即决定于原动机的驱动功率。
因此,电网的电压调节归发电机的励磁系统,频率调节归汽轮机的功率控制系统。
这样,机组并网运行时,根据转速偏差改变调节汽门的开度,调节汽轮机的进汽量及焓降,改变发电机的有功功率,满足外界电负荷的变化要求。
由于汽轮机调节系统是以机组转速为调节对象,故习惯上将汽轮机调节系统称为调速系统。
汽轮发电机组是将蒸汽的热能转变成电能的设备,而电能不能大量地储存,因此,机组应与外界负荷相适应,机组也能够在一定的转速下稳定运行,蒸汽冲动汽轮机转子产生的主动力矩Mt等于发电机转子受到的制动力矩Mg,当外界负荷发生变化时,发电机制动力矩随之变化,在未对机组机械调节时,会有剩余力矩存在,即M0,由力学可知,M=j=J/t,J-转子的转动惯量,/t-转子的角加速度,显然,外界负荷增加,机组转速降低,外界负荷减少,则机组转速增加。
机组转速变化,会影响供电质量,供电质量标准主要有两个,频率和电压,电压主要是对励磁电流的调整进行调节,而频率只取决于机组转速,关系式为,f=Pn/60,P-发电机磁极对数,我国供电频率要求为500.5赫兹,因此不允许机组转速有太大的变化。
也就是说,汽轮机调节保护系统的任务是:
正常运行时,通过改变汽轮机的进汽量,使汽轮机的功率输出满足外界的负荷要求,且使调节后的转速偏差在允许的范围内;在危急事故工况下,快速关闭调节汽门或主汽门,使机组维持空转或快速停机。
汽轮机调节系统的基本组成和种类汽轮机调节系统的原理性构成如图所示。
转速感受机构是将转子的转速信号转变成一次控制信号;中间放大器对一次控制信号作功率放大,并按调节目标作控制运算,产生油动机的控制信号;油动机是一种液压位置伺服马达,按中间放大器的控制信号产生带动配汽机构动作的驱动力,并达到预定的开度位置;配汽机构是将油动机的行程转变为各调节汽门的开度,通过配汽机构的非线性传递特性,汽轮机的进汽量与油动机行程间校正到近似线性关系;同步器作用于中间放大器,产生控制油动机行程的控制信号,单机运行时改变汽轮机的转速,并网运行时改变机组的功率;启动装置在机组启动时用于冲转、并提升转速至同步器动作转速。
汽轮机的同步器汽轮机的同步器有关调节的几个概念有关调节的几个概念
(1)调节对象被调节的生产设备称为调节对象,例如凝汽器。
(2)调节系统调节设备和调节对象构成的具有调节功能的统一体叫调节系统,例如凝汽器水位调节系统。
(3)被调量调节对象中需要加以控制和调节的物理量叫做被调量,例如凝汽器水位。
(4)扰动引起被调量变化的各种因素称为扰动,调节系统因内部原因或外来因素引起的扰动称为内部扰动或外部扰动。
(5)调节通过外加控制作用使被调量保持规定值,或按一定规律变化,称为调节。
依靠自动调节设备来实现这种作用的,叫做自动调节。
汽轮机调节系统方框图汽轮机调节系统方框图调节系统应满足以下要求
(1)当主汽门全开时,能维持空负荷运行。
(2)由满负荷突降至零负荷时,能使汽轮机转速保持在危急保安器动作转速以下。
(3)当增减负荷时,调节系统应动作平稳,无摆动现象。
(4)当危急保安器动作后,应保证高、中压主汽门、调节汽门迅速关闭。
(5)调节系统速度变动率应满足要求(一般在4%-6%),迟缓率越小越好,一般应在0.5%以下。
汽轮机调节系统各组成部分的作用:
(1)转速感受机构:
感受汽轮机转速变化,并将其变换成位移变化或油压变化的信号送至传动放大机构。
按其原理分为机械式、液压式、电子式三大类。
(2)传动放大机构:
放大转速感应机构的输出信号,并将其传递给执行机构。
(3)执行机构:
通常由油动机、传动机构、调节汽门组成,根据传动放大机构的输出信号,改变汽轮机的进汽量。
(4)反馈装置:
为保持调节的稳定,调节系统必须设有反馈装置,使某一机构的输出信号对输入信号进行反向调节,这样才能使调节过程稳定。
反馈一般有动态反馈和静态反馈两种。
热电合供汽轮机热电合供汽轮机既驱动发电机发电又向外界供热的汽轮机称为热电合供汽轮机。
与纯凝汽式汽轮机相比,它可以避免或减少凝汽器中的热能损失,因而有较高的热经济性。
热电合供汽轮机主要有两种型式:
背压式汽轮机背压式汽轮机:
蒸汽在汽轮机内作功后,以高出大气压力的压力排出供工业或采暖用,不设凝汽装置的汽轮机称为背压式汽轮机,这种汽轮机可以完全避免凝汽器中的热损失。
抽汽式汽轮机抽汽式汽轮机:
从某一个或两个中间级后将作过功的部分蒸汽抽出,供工业或采暖用,其余的蒸汽仍进入凝汽器的汽轮机称为抽汽式汽轮机。
这种汽轮机向热用户提供的抽汽量和压力能够根据用户的需要进行调节,可以部分减少凝汽器中的热损失。
一次调节抽汽式汽轮机的调节原理一次抽汽式调节汽轮机的内功率等于高、低压(以抽汽节一次抽汽式调节汽轮机的内功率等于高、低压(以抽汽节点划分)级组产生的内功率之和。
在某一热负荷情况下,点划分)级组产生的内功率之和。
在某一热负荷情况下,如果改变进汽量可以得到不同的电功率;反之,对应于某如果改变进汽量可以得到不同的电功率;反之,对应于某一电负荷,调节进汽量也可以得到不同的抽汽量。
也就是一电负荷,调节进汽量也可以得到不同的抽汽量。
也就是说,抽汽式汽轮机能同时满足热、电负荷的需要。
说,抽
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