汽轮机基础知识

汽轮机基础知识

一、工作原理：

汽轮机工作原理，简单的讲就是利用具有一定压力、温度的蒸汽进人汽轮机，驱动汽轮机旋转，输出轴功；在此过程中，将蒸汽的热能转化成机械转动的动能。

热能转化的多少，与蒸汽的焓值大小有关，即一定压力、温度的蒸汽，其焓值是一定的，单位是KJ/Kg，具体数值可查工程热力学焓值表或焓熵图，所以当汽轮机进汽、排汽参数一定时，进汽与排汽的焓值差既是每千克蒸汽的能量输出量，再乘以进汽量、汽轮机效率、机械效率，既是汽轮机的输出轴功率。

蒸汽焓值的大小，与其压力、温度有关，在目前使用的汽轮机参数范围内，压力或温度升高，其焓值也增加，所以当汽轮机输出功率一定时，进汽参数升高或排汽参数降低，汽轮机进汽量要减少；反之亦然。若进汽、排汽参数一定，则进汽量增加意味着汽轮机输出功率增加；对于发电型机组，由于其运行转速是恒定的，进汽量增加，发电机输出功率也增加；而对于拖动型机组，进汽量增加时，会引起机组转速的增加，

从理论上讲，若不考虑能量损失等因素，转速(n)的变化与其拖动设备的扬程（H）、流量(Q)、功率(N)有如下关系：

n1/n2=H1/H2;(n1/n2)**2=Q1/Q2;(n1/n2)**3=N1/N2;对于拖动型机组，其设备及管道系统在设计时已基本定型，当设备负荷发生变化时，其流量变化必然引起系统压力的变化，而压力的变化是现场最易直接观测到的，系统压力的变化又引起汽轮机转速的变化，所以此时应及时调整汽轮机进汽量来维持转速，保持系统压力的稳定，故只要能够满足所驱动设备的负荷要求，汽轮机并不一定在额定转速下运行；

汽轮机的设计在额定转速下运行其效率最佳，所以在机组选型时，应使所拖动的设备负荷近可能接近汽轮机设计功率，以提高系统的运转效率。

二、分类：

汽轮机分类方式有多种，一般按热力系统方式分为凝汽式（N）、背压式（B）、抽凝式（C）、抽背式（CB），凝汽式机组一般用于发电厂进行发电，当用户具备固定的热用户和热负荷时，可根据热负荷的参数及负荷量选择背压式（B）、抽凝式（C）或抽背式（CB）机组。

按进汽压力等级分低压、中压、高压汽轮机，根据电力系统标准，进汽压力<2.5MPa的为低压，2.5-9.0MPa为中压，>9.0MPa为高压。

凝汽式机组是将进入汽轮机内做完功的蒸汽在凝结器内凝结成凝结水，可以再回收利用，因而其热力系统较为复杂。除常规的主蒸汽系统、调速保安及油系统，汽封、疏水系统外，由于蒸汽凝结会形成真空（负压），因而需要有建立和维持真空系统的凝结器、抽气器等设备，有为蒸汽凝结提供冷却水的循环水系统，有输送凝结水的凝结水系统，有提高系统循环热效率的回热系统等。设备投资及系统操作、维护成本较大，但由于其排汽压力低，蒸汽在汽轮机内的焓降增加，故其汽耗率（每千瓦所消耗的蒸汽量）较低，多用于发电和无热用户的场合。背压式汽轮机的特点是其排汽可以用来给热用户供热，除汽封漏汽等少量损失外，基本上是汽轮机进汽量与排汽量相等，所以是用户用汽量的大小决定了汽轮机的输出功率。因此在机组选型时，必须对用户热负荷情况进行了解，以兼顾输出功率和用户热负荷的平衡。

抽凝机的特点是将进入汽轮机的蒸汽中一部分尚未完全做功的蒸汽以一定的压力输出，进行供热，以兼顾输出功率和用户热负荷的平衡。为此，汽轮机为多级结构，在设计时通过热力计算，对汽轮机各级叶轮后的压力数值并结合用户要求的压力选择抽汽口的开口位置，为保持用户要求的供热压力，在汽轮机调速系统中增加一套或几套调压装置，来完成自动调压功能。

当用户具有一定的热负荷，要求的机组输出功率靠背压机不能满足时，可选用此类型汽轮机。但此类汽轮机在调压系统设计中，在机组额定负荷的25%以下时调压系统是不稳定的，因此当用户的要求功率大，且其热负荷小，相差悬殊时，供热压力的稳定性则不能保证，应考虑另外措施来解决，这一点在机组选型时应注意。

抽背式汽轮机可以满足用户多种供热压力要求的机组，在多数情况下，由于热用户的用汽量存在不稳定性，靠调压系统来平衡较难完成，存在不稳定

性，故在机组设计时，选择某一或两个压力等级来进行调整，其它压力的供汽通过非调整（即供汽压力随机组的负荷高、低自动升、降）来完成。

三、结构：

（以为例，详见厂家设备说明书）

汽轮机结构通常分为转子、汽缸、调速保安及油系统、汽水管路系统等，根据所拖动设备情况配置变速箱。

转子由主轴、叶轮、转子汽封组成，汽缸包括汽缸外壳、隔板、喷嘴、汽封等，调速保安及油系统包括汽阀总成及连杆机构、危急保安器、油箱油泵及管道、冷油器、润滑油压调节阀、轴承系统等；调速系统有液压式、电液式、电子式，该机组采用电子式。汽水管路包括进汽、排汽管道，汽封管路、疏水管路及阀门等。

四、汽轮机启动：

汽轮机启动过程包括启动前准备、暖管、辅机启动、冲转、升速暖机、定速后试验、并网带负荷。

操作人员在接到汽轮机启动指令后，开始汽轮机启动的准备工作，包括:1)确认和汽轮机有关的设备检修工作已经结束；

2)现场照明、消防设施完好；

3)按阀门检查卡检查汽、水、油系统管道阀门开关状态正确；

4)各仪表xx完好；

5)启动所需的工具、测量仪器、记录表格等到位；

准备工作完成后进行暖管工作。暖管分低压暖管和升压暖管两个阶段进行，低压暖管为开启管道供汽门，维持0.2-0.3MPa压力进行暖管，升压暖管则是以0.1-0.15MPa/min的升压速度将管道压力提升至汽轮机额定压力，暖管时间视现场具体情况来定。对于中压汽轮机管道，一般应控制管道温升速度在5-10℃/min。低压暖管过程中，管道内会产生大量凝结水，因此应重点检查管道

疏水情况，以防止管道发生水冲击；当管道末端疏水不再有水排出或管道温度在180℃以上时，即可进行升压暖管。升压暖管的目的主要是避免管道温升过程中产生过大的热应力，在此过程中应检查管道膨胀及管道支吊架情况，升压暖管结束后，除管道末端疏水门稍开外，管道其它疏水门应关闭。排汽管道的暖管参照上述方法进行倒暖，若此时排汽管道尚未带负荷，则随汽轮机启动一起进行。

背压机的辅机系统较为简单，检查油箱油位、油质合格后，按规程要求启动油泵，检查泵出口压力及润滑油压在正常范围内，油系统无泄漏。各轴承进、回油正常。按规程规定进行油泵的低油压保护试验。

汽轮机冲转前应满足厂家规定的蒸汽压力、温度要求，油温在25℃以上，冲转前将调节汽阀预先开启5-10%，稍开自动主汽门进行冲转。转子一经冲动后，立即关回主汽门手轮，维持汽轮机低速运转，进行听音检查。正常后按规程规定的速度和时间进行低速、中速和高速暖机。暖机过程中注意检查机组的振动、膨胀、声音及轴承润滑情况，在暖机过程中，可能因为暖机不充分引起机组振动增加，若机组振动超标，则停止升速或降低转速继续暖机，若暖机后机组仍振动超标，则停机检查。暖机后期开大自动主汽门时汽轮机转速不再上升，此时全开自动主汽门，用调速汽门控制继续升速。

暖机过程中，进汽管道的疏水应全部关闭。

注意检查冷油器出口油温，当油温超过40℃时，投入冷油器水侧运行。

暖机结束后，逐渐升速至所需的规定转速，进行机组的热态试验。试验包括自动主汽门的打闸严密性试验和超速保护试验。超速试验按厂家使用说明书或规程规定要求进行，按电力系统规定，在调速系统检修后、运转2000小时后、新机组第一次启动时，都必须进行该试验。超速试验进行两次，两次的动作转速值相差不应超过机组额定转速的0.6%，否则进行第三次，第三次的动作值与前两次的平均值相差不应超过额定转速的1%，若仍不合格，则停机处理。

试验合格后，联系有关部门进行并网带负荷。对于拖动汽轮机，并网分并热网和并拖动设备的负荷（如拖动给水泵，则是并给水系统）两部分，两者先后次序视现场情况而定，但两者不能同时进行，这样会造成机组运行的不稳