600MW超临界汽轮机设备及运行

汽缸死点
上汽600MW超临界汽轮机滑销系统图
该滑销系统静止汽缸死点位于低压Ⅰ缸中 部，以此为基点，汽缸分别向两边膨胀（或收缩） 不受阻碍。 推力轴承位于前轴承箱内，转子也以此为相 对死点向发电机端膨胀（或收缩）不受阻碍。 高中压缸与轴承箱之间、低压1号与2号缸之 间在水平中分面以下都用定位中心梁连接。汽轮 机膨胀时，1号低压缸中心保持不变，它的后部 通过定中心粱推动2号低压缸沿机组轴向向发电 机端膨胀。1号低压缸的前部通过定中心梁推着 中轴承箱、高中压缸、前轴承箱沿机组轴向向调 速器端膨胀。轴承箱受基架上导向键的限制，可 沿轴向自由滑动，但不能横向移动。箱侧面的压 板限制了轴承箱产生的任何倾斜或抬高的倾向。
一般汽缸都是上下缸结构，中间通过法兰螺栓 连接
但大机组、尤其是超临界机组高压缸为了减小 热应力，采用了一些其它方式。 西门子公司： 外缸为圆筒形结构；内缸有中分 面，用螺栓固定；内缸受外缸约束、定位。 石洞口二电厂（ABB）、元宝山电厂等 内缸无法兰螺栓，而采用7只钢套环将上下缸 热套紧箍成一圆筒，仅在进汽部分加四只螺栓 来加强密封。 同时外缸可采用较薄的法兰和细螺栓，减小对 汽机启停的限制。
2）汽轮机低压缸排汽平均背压为4.9kPa
3）补给水量为0％ 4）最终给水温度为280.7℃ 5）全部回热系统正常运行，但不带厂用辅助蒸汽 6）汽动给水泵满足规定给水参数
7）发电机效率98.9％，额定功率因数0.90，额定氢压。
调节门全开（VWO）工况：汽轮机的进汽量 不小于105％的铭牌工况（TRL）进汽量，最 终进水温度为283.9℃，此工况出力为 674.421MW 汽轮发电机组能在高压加热器全部停运时安全 连续运行，除进汽量及部分回热系统不能正常 运行外，最终给水温度188.7℃，此时机组能 保证输出额定功率600MW
F1 o1
G
G
一旦出现扰动，则合力变为F’
其中： F1=G
将F2分解到沿oo1方向及其垂直方向，前者使轴回到原中心 位置，而后者使轴颈绕原中心位置o涡动，经计算其涡动 频率为转速的一半 F’2 F2 o
o1
F”2
当： n=ncr1 时，可能产生油膜振荡
油膜振荡是自激振荡，其特点为：一旦产生，将在很广的 转速范围内继续存在，不能通过提高转速的方法来消除。 防止和消除油膜振荡的方法： 1. 增大比压；
机组工况的定义
铭牌工况（TRL），进汽量为铭牌进汽量，此工况为出 力保证值的验收工况，其条件如下：
1） 额定主蒸汽参数、再热蒸汽参数及规定的汽水品质；
2） 汽轮机低压缸排汽平均背压为11.8kPa 3）补给水量为3％ 4）最终给水温度为280.8℃ 5）全部回热系统正常运行，但不带厂用辅助蒸汽
6）汽动给水泵满足额定给水参数
热耗率验收（THA）工况：当机组功率（扣除 静态励磁所消耗的功率）为600MW时，除进 汽量以外，最终给水温度为275℃
热耗率保证
机 组 THA 工 况 的 保 证 热 耗 率 不 高 于 如 下 值 ： 7572kJ/(kW.h) THA工况条件下的热耗率按下式计算不计入任何正偏 Wt ( Ht Hf ) Wr ( Hr ) 差值） kJ / kw h 汽轮发电机组热耗率= kWg kWi
第二章 汽轮机本体
汽轮机本体包括：
1. 静止部分
汽缸、喷嘴室、隔板、隔板套、静叶栅、汽封、 轴承、轴承座、滑销系统等
2. 转子部分 主轴、叶轮（或转鼓）、动叶栅、联轴器等
第一节 大机组结构特点
一、高中压缸采用双 层缸
将一定压力的蒸汽引 入夹层，使蒸汽的总 压差、温差分别由内、 外壁承担。减小单层 汽缸壁厚、法兰厚度， 减小热应力 本图是高压缸排汽用 作夹层冷却 不同的冷却蒸汽决定了内、外缸的压差和温差
7）发电机效率98.9％，额定功率因数0.90，额定氢压
汽轮机进汽量等于铭牌工况（TRL）进汽量，能在下列 条件下安全连续运行，此工况下发电机输出的功率 （扣除静态励磁所消耗的功率），称为最大连续功 率（T—MCR），此工况出力为648.862MW，其条 件如下： 1）额定主蒸汽再热蒸汽参数及所规定的汽水品质
600MW超临界汽轮机 设备及运行
华北电力大学（北京） 汽机教研室 朱萍
T
1’
锅 4’ 2’
1
4
3 0-1 火电厂朗肯循环示意图 1-2 蒸汽在汽轮机中膨胀做功，将热能转换为机械能； 2-3 蒸汽在凝汽器中凝结成水； 3-4 给水在给水泵中升压； 4-1 工质在锅炉中定压加热。（4’-1’+2’-1 为一 次再热式汽轮机在锅炉内的吸热过程） 2 S
推力轴承的瓦块
第三章 凝汽设备及运行
第一节 凝汽器的工作原理和结构 一、凝汽设备的作用、组成 作用：1. 在汽轮机排汽口建立并维持真空； 2. 回收纯净的冷凝水。
汽缸膨胀测量实际上是测定前轴承箱相对于死点 （基础）的移动量 高中压胀差探头位于中轴承箱
报警 -4
10.3
停机 -4.7 11.7 低压缸胀差探头位于6#轴承处 报警 -0.76 10.3 停机 -1.52 23.5
六.汽阀结构
第二节 叶片与叶轮
等截面叶片、扭叶片 喷嘴（静叶）：将蒸汽热能转化为动能；
载荷（kN)
42 57 88 117
形式
四瓦块可倾瓦 同上 同上 同上
5 （低压A转子）
6 （低压A转子） 7 （低压B转子） 8 （低压B转子） 9（发电机转子） 10（发电机转子）
289
292 288 297 376 376
两瓦块可倾瓦
短园瓦 同上 同上 椭圆 同上
三、推力轴承
以止推轴承的名义间隙0.4为标准 以轴承架中心线为基准,离开中心线(任一方 向) 0.9mm时报警 1.0mm时跳闸
低压缸体积大，轴向温差大。采用三层缸，即一个 外缸和两个内缸，有利于：
•将通流部分设在内缸，使体积较小的内缸承受温度 变化，而外缸及庞大的排汽缸均处于较低温度状态， 减小热变形； •#2内缸两端布置有排汽导流环，与外缸的锥形端壁 结合，形成排汽扩压通道，充分利用末级叶片排汽 速度，提高汽轮机效率； •喷水装置固定与排汽导流环出口的外缘上，当转速 达到600rpm时，自动投入喷水，直到机组带上15% 负荷； •低压缸末级处于湿蒸汽区，在末级叶片顶部装有蜂 窝式汽封，用于减小漏汽并排除末级动叶甩出之水 分。
第四节
轴承
一、滑动轴承油膜形成的原理 油膜形成的三要素： 1. 一定的速度 2. 沿速度方向的楔形 3. 油的粘度 如： 油温升高，粘度 下降，油膜将难以形成；
但粘度太大，会使油的
分布不均匀，增大摩擦 损失 ，减小偏心距。 二、径向支撑轴承
F
o
G为重力； F为油膜 支撑的合 力。
G=F
F’
F2
三、低压缸采用多层缸
低压缸的刚度是低压缸最为重要的特性，它包括 静刚度、动刚度和汽缸的热变形等。静刚度是指扣与 不扣上盖的情况下载荷与汽缸变形的关系，冷态下抽 真空与变形的关系。动态刚度是指抗振强度。热变形 是指后汽缸排汽温度变化对汽缸及轴承座负荷分配的 影响。 每个排汽缸上方装有4个薄膜型安全阀，当排汽 压力高于0.137MPa时，安全阀动作排大气，防止由于 冷却水中断等事故引起的排汽温度升高。 排汽缸的下部还设有喷水减温，防止排汽缸超温。 因为在启动过程中，尤其在达到额定转数空负荷运行 时，可能会出现没有足够的蒸汽流量带走低压缸摩擦 鼓风损失，使低压缸超温的情况，但这种情况的运行 时间要限制。
2. 适当提高油温；
3. 增大偏心率； 4. 采用多油楔瓦。
轴承结构
径向支持轴承按支承方式可分为固定式和自位式两种； 按轴瓦可分为圆形轴承、椭圆形轴承、多油楔轴承和可倾 瓦轴承等。
一般圆筒形转子主要适用于低速重载转子；三油楔支 持轴承、椭圆形轴承分别适用于较高转速的轻、中和中、 重载转子；可倾瓦支持轴承则适用于高速轻载和重载转子。
动叶：将蒸汽动能转化为机械功。 围带：高压可减小漏汽，中、低压可调频（自带围带） 拉金：增加刚度，调频
第三节 汽封与汽封系统
轴端汽封——主轴穿出汽缸处的汽封 隔板汽封
通流部分汽封——叶根、叶顶汽封
隔 板 汽 封
轴端汽封
“X” 腔室与轴封供汽母管相连
“Y”腔室与轴封抽汽母管相连
轴封系统作用： 1. 合理利用轴封漏汽； 2. 防止空气漏入汽轮机 采用略大于大气压 力的轴封供汽（具体参数见后） 3. 防止蒸汽漏入大气 采用略小于大气压力 的轴封抽汽(通常维持690Pa的负压，允许 范围为500～750Pa的负压 ）
各汽源的调节阀压力整定值 高压供汽
(表压） 辅助汽源
0.0226MPa
0.0261MPa
冷再热 0.0295MPa 溢流 0.033MPa
在正常运行时，靠高中压缸两端轴封漏汽作为低压缸两端 的轴封供汽，不需另供轴封用汽，这种系统叫做自密封系 统。 一般：15%负荷高压自密封；25%中压、70%全自密封 空 低 负 荷 时 \ 25 负 荷 以 上 时
可倾瓦支持轴承是密切尔式的支持轴承，
一般由3—5块或更多能在支点上自由倾斜的 弧形瓦组成。瓦块在工作时可以随着转速或 载荷、轴承温度的不同而自由摆动，使每个 瓦块作用的轴颈的油膜作用力总是通过轴颈
中心，故不易产生轴颈涡动的失稳力，具有较高的稳定性。
某厂600MW机组轴承分布为：
轴承号
1（高压转子） 2 （高压转子） 3 （中压转子） 4 （中压转子）
在两轴向定位板连线上，汽缸不允许轴向位移 轴向定位板连线和横向定位板连线的交点，既是低压 缸的膨胀死点
五、滑销系统 保证汽缸能定向自由膨胀，且汽缸中 心与转子中心一致；同时保持通流部分间隙及膨胀量 在正常范围。 胀差：汽缸膨胀与转子膨胀之差
定中心梁
横销
转子死点
LP2
LP1
I
H
推 力 轴 承
纵销
N600-24.2/566/566汽机简介
超临界、单轴、一次中间再热
三缸四排汽
高压缸：1个单列调节级+9个压力反动级 中压缸：6个压力反动级 低压缸：4×7个压力反动级 给水回热系统：3高加+1除氧+4低加
末级叶片长度：1029mm源自文库
保证净热耗率：7572kJ/kW.h 设计背压： 双背压4.4/5.4 kPa ， 平均背压4.9 给水温度（TRL工况）：280.8 ℃ 2 × 50％容量的汽动给水泵+35%容量的启动及备用 电动给水泵
四、汽缸的支撑
（一）猫爪支撑
高、中压缸采用猫爪支撑 汽缸水平法兰的延伸面作 为承力面，支撑在轴承座上。
中分面支撑：在汽缸温度变化时不会影响汽缸中心线；
（二）台板支撑
低压缸一般采用下缸伸出的撑脚直接支撑在基础台板 上，虽然它的支撑面比汽缸中分面低，但因排汽缸温 度低，膨胀小，故影响不大。轴向两端预埋入基础的 固定板确定了低压缸的轴向位置
%
汽封系统运行限制 汽封供汽必须具有不小于14℃的过热度。 盘车之前不得投入汽封供汽系统，以免转子弯 曲。 低压缸汽封供汽温度120～180℃，低压汽封温 度控制器整定值为150℃。 为了防止汽封部位由于热应力而造成转子损坏， 机组在启动和停机时，要尽量减小汽封蒸汽和 转子表面间的温差下，由于热应力而使转子开 始产生裂纹的计算循环次数，由下图的曲线确 定。建议转子循环疲劳能力为10000次。
式中： Wt 主蒸汽流量kg/h Wr 再热蒸汽流量kg/h Ht 主汽门入口主蒸汽焓kJ/kg △Hr 经再热器的蒸汽焓差kJ/kg Hf 最终给水焓kJ/kg kWg 发电机终端输出功率kW kWi 采用静态励磁时所消耗的功率
汽轮机能承受下列可能出现的运行工况： a) 汽轮机轴系，能承受发电机及母线突然发 生两相或三相短路或线路单相短路快速重合闸 或非同期合闸时所产生的扭矩 b) 机组甩去外部负荷后带厂用电运行时间不 超过1分钟 c) 汽轮机并网前能在额定转速下空转运行， 其允许持续运行的时间，能满足汽轮机启动后 进行发电机试验的需要 d) 汽轮机能在低压缸排汽温度不高于80℃ 下长期运行。当超过限制值时，应投入喷水系 统使温度降到允许的范围内
二、高中压分流合缸
优点：
1. 高温区集中在汽缸中部，夜间停机或周末停 机温度衰减慢，启动热应力小，适合两班制 运行； 2. 两端的温度、压力均较低，从而减少了对轴 承和端部汽封的影响，改善了运行条件；
3. 减少了轴承数，可缩短主轴长度。 缺点： 高中压转子合一而变长、变粗，ncr1降低、 汽封漏汽量增大，热耗增大