汽轮机设备及运行---课件--8

汽轮机设备及运行课件（8）,8汽轮机的运行,单元机组的启动是指将机组由静止状态转变为运行状态的过程，包括锅炉点火、升温升压，汽轮机冲转升速、暖机、并网带初负荷直到带至额定负荷的全过程，单元机组的启动过程实质上是一个对设备进行加热升温的过程。单元机组的停运是指机组从带负荷运行到减去全部负荷，直至发电机与电网解列，汽轮机打闸，锅炉灭火，汽轮发电机组惰走停转及盘车，锅炉降压和机炉冷却的全过程。单元机组的停机过程实质上是一个对设备进行冷却降温的过程。,第一节汽轮机的热状态,在机组启、停过程中，锅炉和汽轮机中工质的温度、压力不断变化，是一个不稳定的过程，使机、炉各部件产生热膨胀、热变形和热应力，严重时造成锅炉部分受热面超温，汽轮机转子和汽缸之间动静间隙缩小，甚至产生摩擦。实践证明，一些对设备最危险、最不利的工况往往出现在启停过程中。所谓合理的启停方式就是寻求合理的加热或降温的方式，使启停过程中机组各部件的热膨胀、热应力、热变形、锅炉受热面的温差、汽轮机转子与汽缸的胀差和转动部件的振动均维持在较好的水平上。,热膨胀：金属材料受热后体积增大。热变形：金属材料由于温度变化引起的变形。热应力：金属材料的热变形受到约束而在其内部产生的应力。塑性变形：金属在超过屈服极限的应力作用下产生的永久变形。金属疲劳：金属材料在交变应力长期作用下发生断裂破坏。,7.1.1启停过程中锅炉的热状态,（1）锅炉汽包的温差和热应力,上水过程汽包内壁温度高于外壁温度，下壁温度高于上壁温度，温差产生的热应力使汽包内侧和下半部受到压缩，外侧和上半部受到拉伸。压缩部位产生压缩热应力，拉伸部位产生拉伸热应力，且温差愈大，所产生的热应力也愈大，应限制上水温度和速度。升压过程汽包上壁温度高于下壁温度，形成上高下低的温差，产生热应力。随着压力的升高，温差加大，热应力也随之加大，在汽包上半部产生压缩热应力，而下半部则产生拉伸热应力，使汽包产生拱背变形，严重时会损坏汽包，应限制升压速度，并促进汽包与水冷壁间的水循环（加热下联箱或加强放水）。停炉过程上壁温度大于下壁温度，形成温差，产生热应力，且降压速度越快，产生的温差和热应力越大。,（2）锅炉水冷壁的温差和热应力,外壁温度高于内壁温度，外壁承受压缩应力，内壁承受拉伸应力。水冷壁管内外壁温差与壁厚成正比，管壁越厚温差越大，产生的热应力也越大。对于多次强制循环锅炉，水冷壁中水流分布均匀，水冷壁管之间的温差很小。对采用螺旋管圈水冷壁的直流炉，管内质量流速能保证，因而可防止膜态沸腾。水冷壁温度分布均匀，温差较小，热膨胀舒畅，故可快速启动，缩短启动时间。,（3）锅炉过热器的温差和热应力,在锅炉蒸发量小于10%额定值时，必须限制过热器入口烟温。控制烟温的方法主要是限制燃烧率（控制燃料）或调整火焰中心的位置（控制炉膛出口温度）。随着压力的升高，可逐渐提高烟温，同时必须限制出口蒸汽温度。过热器出口汽温主要取决于当时锅炉的燃烧率及汽轮机启动加热状态，也与炉内火焰中心位置和过量空气系数有关。,（4）锅炉再热器的温差和热应力,启动过程中，再热器的安全主要与旁路系统的型式、受热面所处的烟气温度、启动方式(主要指汽轮机冲转的蒸汽参数)以及再热器所用的钢材性能有关。,（5）锅炉省煤器的温差和热应力,在停止给水时，省煤器内局部的水可能汽化，容易形成较大的热应力；省煤器间断上水的过程中，省煤器内的水温间断地变化，使管壁金属产生交变热应力，导致金属和焊缝产生疲劳。一般通过汽包与省煤器下联箱之间的再循环管冷却省煤器。对于多次强制循环锅炉，在点火升压期间依靠炉水循环泵对省煤器进行强迫循环，省煤器内的水温和热应力波动较小。,7.1.2启停过程中汽轮机的热状态,（一）汽轮机的热膨胀,汽轮机在启停和工况变动时，各部件金属温度都将发生变化，产生热膨胀。为保证汽轮机汽缸和转子之间有足够的间隙，必须对其绝对热膨胀和相对热膨胀进行分析研究。,（1）汽缸和转子的绝对热膨胀,汽轮机启停和工况变化时，汽缸和转子的膨胀、收缩是否自由，直接决定机组能否正常运行。汽缸和转子绝对热膨胀的数值取决于汽缸和转子的长度、材质和汽轮机的热力过程，通常设有法兰加热装置。此外，还要防止汽缸左右两侧膨胀不均匀，造成汽缸和转子卡涩和动静部分的磨损。汽轮机正常运行时，沿轴向各级金属温度的分布具有一定规律，可以测出调节级处汽缸或法兰的金属温度与汽缸自由膨胀的对应关系，以便于运行监督。,（2）汽缸和转子的相对热膨胀,汽轮机启停和工况变化时，转子随蒸汽温度变化而产生的膨胀或收缩与汽缸相比更为迅速，二者沿轴向绝对热膨胀的差值，称为转子与汽缸的相对热膨胀差，简称胀差。,正胀差转子轴向热膨胀值大于汽缸热膨胀值。负胀差转子轴向热膨胀值小于汽缸热膨胀值。,从冲转到定速阶段，汽缸和转子温度要发生变化，因为转子加热快，轴向膨胀速度快于汽缸，因此汽机的正胀差呈较均匀的上升趋势，且主要出现在高压缸的调节级或中压缸，对于低压缸还受到摩擦鼓风热量和转子离心力的影响。当机组并网带负荷后，正胀差增加的幅度加大，对于启动性能较差的机组，要进行多次暖机，避免胀差过大。,启动时胀差的变化规律,汽轮机甩负荷或停机时，流过汽轮机通流部分的蒸汽温度会低于金属温度，转子比汽缸收缩得多，出现负胀差。热态启动初始阶段，转子、汽缸的金属温度高，若冲转时蒸汽温度偏低，则蒸汽进入汽轮机后对转子和汽缸起冷却作用，也会出现负胀差。汽轮机停机后，由于没有蒸汽进入汽轮机，转子鼓风摩擦产生的热量以及转子（尤其是低压转子）的泊松效应使转子温度升高，因此汽轮机在惰走阶段的胀差会有不同程度的增加。,甩负荷、热态启动、停机时胀差的变化规律,蒸汽温度和流量变化速度的影响；轴封供汽温度和时间的影响；汽缸法兰、螺栓加热装置的影响；凝汽器真空的影响。,影响胀差的因素,（二）汽轮机的热变形,（1）上、下缸温差引起的热变形,在汽轮机启停过程中，上、下汽缸通常会存在较大温差，通常是上缸温度高于下缸温度。上、下汽缸温差产生的主要原因是：,（1）上、下汽缸具有不同的重量和散热面积；（2）汽轮机启动过程中蒸汽与疏水对汽缸的放热系数不同；（3）停机后汽缸内气流分布上热下冷；（4）运行平台下部空气对流通风加速了下汽缸的冷却；（5）下缸管道多，敷设的保温层较少并且易于脱落。,上、下缸温差造成的汽缸“拱背”热变形,（2）汽缸法兰内外壁温差引起的热变形,大容量中间再热汽轮机高、中压缸的法兰在启动时内、外壁会出现较大的温差，当温差过大时，将引起法兰水平方向和垂直方向的热变形。,水平方向的热变形,立椭圆,横椭圆,垂直方向的热变形,当法兰内壁温度高于外壁时，法兰结合面受到压应力，如果此应力超过材料的屈服极限，金属就会产生塑性变形。当法兰内外壁温度趋于平稳时，原来为立椭圆情况下的结合面会发生外张口，原为横椭圆情况的法兰结合面会发生内张口。,（3）汽轮机转子的热弯曲,在启动前和停机后由于上、下汽缸存在温差，使转子上、下部分也存在温差，在此温差作用下，会引起转子热弯曲。,采用法兰加热装置；采用窄高法兰；采用套环代替法兰；采用整体圆筒形汽缸。,减少法兰热变形的方法,当温差消失后，转子又恢复原状，变形消失，这种弯曲称为弹性弯曲。当转子径向温差过大，其热应力超过材料的屈服极限时，将造成转子的塑性变形，即温差消失后，转子不能恢复原状，这种弯曲称为永久弯曲。,减少转子热弯曲的方法,控制好轴封供汽的温度和时间；正确投入盘车装置；启动时采取全周进汽并控制好蒸汽参数变化；启动过程中汽缸要充分疏水，保持上下缸温差在允许范围内。,转子热弯曲的测量,（三）汽轮机的热应力,在汽轮机启停和工况变化时，蒸汽温度不断变化会引起转子和汽缸内部温度分布不均匀且随工况而变化，导致转子和汽缸内部产生热应力。当热应力超过金属的屈服极限后，会使金属部件产生塑性变形，从而引起较大的疲劳损伤。,（1）汽轮机冷态启动时的热应力,汽轮机的冷态启动过程，对汽轮机转子和汽缸等金属部件来说是个加热过程，汽缸内壁温度要高于外壁温度，在内壁产生压应力，在外壁产生拉应力；转子外表面温度高于中心孔温度，在外表面产生压应力，在中心孔表面产生拉应力。,（2）汽轮机停机时的热应力,停机过程实际上是汽轮机零部件冷却的过程，与启动情况相反：汽缸内壁和转子外表面产生拉应力；汽缸外壁和转子中心孔表面产生压应力。,（3）汽轮机热态启动时的热应力,汽轮机热态启动时，调节级处的蒸汽温度可能低于该区段汽缸或转子的金属温度；随着转速的升高及并网带负荷，蒸汽温度会逐渐高于汽缸或转子的金属温度，因此在整个热态启动过程中汽轮机汽缸和转子的热应力要经历一个拉压循环。,（4）汽轮机负荷变化时的热应力,汽轮机负荷在35100范围内变化时，调节级后的汽温变化可达100，因此在负荷变化时，转子和汽缸上将产生温差和热应力。对于现代大型汽轮机，降负荷运行一般都采用变压运行方式，通流部分温度变化不大，主要部件的热应力也不大。,（5）汽轮机热应力的监视,现代大型汽轮机在启、停或变工况时，主要靠监视转子的热应力来判断发电机组的整体热应力水平，进而确定机组的启、停方式，其原因为：,转子表面和中心孔的温差要大于汽缸内外壁的温差转子承受的高速转动时产生的离心力高于汽缸承受的蒸汽压力。,7.1.3汽轮机的寿命管理,汽轮机的寿命取决于转子，其运行使用寿命控制的主要内容，就是在汽轮机运行、启停过程中及工况变动时，控制其蒸汽温度水平、蒸汽温度变化幅度、变化速率，限制金属部件内的热应力，使机组寿命消耗率不超过要求的技术指标，保证机组在有效使用期内，其部件不致过早地产生变形裂纹和及时地进行检查处理，防止机组设备发生灾难性的断轴事故。,（一）影响汽轮机寿命的主要因素,汽轮机的寿命是指转子从第一次投运开始，直至应力集中处产生第一条通过低倍放大，用肉眼可观察到的微小宏观裂纹所经受的循环次数（或总的工作时间）。,（1）材料的高温蠕变对寿命的损耗,金属在定的温度和应力作用下，随着时间的增加缓慢地发生塑性变形的现象称为蠕变。蠕变对金属材料寿命的损耗率，可表示为下式：,（2）材料的低周疲劳对转子寿命的损耗,在汽轮机启、停或变负荷运行过程中，汽轮机部件都将经历一个温度循环，使其承受一次交变应力循环，这种交变应力循环对其寿命产生的损耗称为低周疲劳损耗。设每次低周疲劳损耗率为Ni，则部件总的低周疲劳损耗率为：,部件寿命的总损耗率为低周疲劳损耗率和蠕变损耗率之和，即：,（二）汽轮机寿命管理的内容,寿命管理就是寻求机组合理的启停方式及在变工况运行时合理地控制各种参数的变化及其变化率。汽轮机的寿命管理通常包括以下两个方面：,对汽轮机在总运行年限内的使用情况作出明确的切合实际的规划，也就是确定汽轮机的寿命分配方案；根据确定的寿命分配方案，制订出汽轮机启停的最佳方案及变工况运行的最佳方案，保证在寿命损耗不超限的前提下，使汽轮机的启停最迅速，负荷适应性和经济性最好。,单元机组的启动一般是指从锅炉点火开始，经过升温升压，暖管，当锅炉出口蒸汽参数达到一定值时，开始冲转汽轮机，将汽轮机转子由静止状态加速到额定转速，暖机，发电机并网带初负荷，直至逐步升负荷到额定负荷的全部过程。而停运过程与启动过程相反，一般指机组从一定负荷，经过降温、降压、减负荷，待负荷减至一定数值后机组解列，锅炉熄火，汽轮机转子惰走，直到停止的全部过程。,第二节汽轮机的启动,单元机组在启停过程中，锅炉、汽轮机的各个部件以及管道的温度和应力状态都要发生很大的变化，特别是大容量高参数机组，由于体积庞大、结构复杂，它们的各个部件如锅炉汽包、各受热面以及汽轮机的汽缸、转子、法兰等所处条件不同，火焰及工质对它们的加热或冷却速度不一致，因而各部件之间或部件本身沿金属壁厚方向产生明显的温差，温差导致膨胀不均匀，因而产生了热应力。,汽轮机设备结构复杂，汽缸有一定的厚度，又有高速旋转的转子，金属温差容易导致膨胀不均匀，因而在汽缸和转子之间易出现膨胀差，使汽轮机本来很小的动静间隙进一步减少，甚至会发生摩擦，引起事故。实践证明，一些对设备最危险、最不利的工况往往出现在启停过程之中。有一些启停中的问题虽然不会立即引起明显的设备损坏，但却会给设备带来“隐患”，降低设备使用寿命。,一单元机组的启动方式结合机组的具体情况，根据不同的分类方法，可以将单元机组的启动方式分为以下四类：1根据新蒸汽参数分类单元机组的启动方式按新蒸汽参数分类，可以分为以下两大类：,额定参数启动是指从冲转到机组带额定负荷的整个启动过程中，锅炉应保证自动主汽阀前的蒸汽参数(压力和温度)始终为额定值的启动方式。由于蒸汽经过调节阀门节流后，节流损失大(蒸汽参数较高)，经济性较差，调节级后温度变化剧烈，汽轮机的零部件受到很大的热冲击，热应力大，冲转时因为部分进汽，蒸汽流量少，各部件受热不均匀，容易产生热弯曲，所以，目前单元机组已很少采用这种启动方式。,（1）额定参数启动,滑参数启动方式就是在启动过程中锅炉点火与暖管、汽轮机冲转、暖机和增加负荷同时进行，在蒸汽参数逐渐升至额定值的过程中，机组可带一定负荷或满负荷。汽轮机的自动主汽阀前的蒸汽参数(温度和压力)随机组负荷的变化而变化，故这种启动方式称为滑参数启动。这种启动方式要求锅炉产生的蒸汽应该随时适应汽轮机的要求，对喷嘴调节的汽轮机，定速后调节阀门可保持全开位置。由于这种方式经济性好，具有零部件加热均匀等优点，在现代大型机组启动中，得到广泛的应用。,（2）滑参数启动,滑参数启动方式按冲转时主汽阀前的压力大小又可分为：真空法启动和压力法启动。(1)真空法启动(2)压力法启动,2根据冲转时的进汽方式分类根据汽轮机冲转时蒸汽的进汽方式不同，可分为高中压缸联合启动、中压缸启动、高压缸启动等。（1）高中、压缸联合启动采用该方式启动时，蒸汽同时进入高、中压缸冲动转子，高中、压缸同时受热，可以使汽缸和转子所受热冲击较小，加热均匀，降低热应力，缩短启动时间。但是，对于高中、压缸反向布置的机组，控制相对胀差不利。,（2）中压缸启动对于高、中压缸反向布置的机组，为了避免中压缸发生最大胀差的危险，在启动冲转时，高压缸不进汽隔绝，中压缸进汽冲动转子，待汽轮机转速达23002600rmin或者负荷达到一定值时，才开始向高压缸送汽。这样就排除了高压缸胀差的影响。但是为了防止高压缸过热，有的机组设置了高压缸冷却系统。这种启动方式对控制机组相对胀差有利，可以将高压缸的相对胀差排除在外，但是操作比较复杂。,3根据控制进汽流量的阀门分类为了控制进入汽轮机的流量，可以使用调节阀、自动主汽阀或电动主汽门的旁路门冲转，根据阀门不同可分为：（1）调节阀启动（即GVgovernorvalve控制方式）启动时，电动主汽门和自动主汽阀处于全开位置，进入汽轮机的蒸汽流量由依次开启的调节阀门控制。这种控制方式由于调节阀门较小易于控制流量，但由于调节门依次开启，汽机头部进汽不匀，易造成受热不匀，这种方式在高压机组中较少采用。,（2）自动主汽阀启动（即TVthrottlevalve控制方式）启动时，电动主汽门和调节阀处于全开位置，由自动主汽阀控制进入汽轮机的蒸汽流量，控制汽机转速。当转速达到2900rpm时，切换为调节阀进汽方式（即由TV方式切换为GV方式），继续升速到定值。（3）电动主汽门的旁路门启动启动前，调节阀门全开，用电动主汽门的旁路门控制蒸汽流量。,4根据启动前汽轮机金属温度(内缸或转子表面温度)或停机时间分类高压缸启动时按调节级金属温度划分，中压缸启动时按中压缸第一压力级处金属温度划分，结合停机时间划分为：（1）冷态启动停机时间超过72h，或金属温度已下降到其额定负荷值的40以下，例如调节级处下汽缸金属温度在150200左右。,（2）温态启动停机时间在872h之间，或金属温度已下降至其额定负荷值的4080之间，例如调节级处下缸金属温度在200350左右。（3）热态启动停机时间在28h之间，或金属温度已下降至其额定负荷值的80以上，例如调节级处下缸金属温度在350以上。,（4）极热态启动停机时间在2h以内，或金属温度仍维持或接近其额定负荷值，例如调节级处下缸金属温度在400以上。由于金属温度水平不同，在安全性能满足的条件下，为了提高经济性，不同的启动方式可以选择不同的升速率、升负荷率，个别设备的启停顺序也有所不同。,一、单元机组的停运方式,单元机组的停运是指机组从带负荷运行状态到减去全部负荷、发电机解列、汽轮机惰走、锅炉熄火及机组降压降温的全部过程，它是单元机组启动的逆过程。根据实际情况，单元机组的停运(简称停机)可以划分为以下几种方式：根据停机目的不同，单元机组的停机方式可分为事故停机和正常停机两种。,第三节汽轮机的停机,1事故停机由于机组本身或电力系统设备故障，为了防止故障扩大，造成设备损坏或因机组无法承担发电任务，必须在短时间内把故障设备甚至整个机组停下的全过程称为事故停机。根据事故的严重程度，事故停机又分为紧急停机和故障停机。紧急停机是指所发生的异常情况已严重威胁机组的安全运行，必须采取措施立即停机。故障停机是指所发生的异常情况，还不会对机组的设备及系统造成严重后果，但机组已不宜继续运行，必须在一定时间内停机。,2正常停机正常停机是非事故时停机，有充裕的停机时间，停下来是为了机组检修或备用的目的。通常机组正常停机又可分为额定参数停机和滑参数停机。根据停机需要，正常停机又可以分为停运备用和停运检修两种。由于外界负荷减小，经计划调度要求机组处于热备用状态，称为备用停机，根据停机备用时间的长短又可以分为热备用停机与冷备用停机。检修停机则是按照预定计划机组进行大、小修或临修，以提高或者恢复机组运行性能。,根据停机过程中蒸汽参数是否变化，又可分为额定参数停机、滑参数停机。额定参数停机是指整个停机过程中基本上在额定参数下进行。停机过程中，保持主蒸汽参数不变，用关小调节汽门，减少进入汽轮机蒸汽流量来降低机组负荷，发电机解列，打闸停机。该方式多用于设备和系统有一些小缺陷处理，但只需短时间停机，待缺陷处理后就可立即恢复运行。这种情况除事故设备需冷却到检修条件外，其余设备并不希望降温降压，以便重新启动时节省时间。大多数汽轮机都可以在30min内均匀地减负荷至安全停机，而不产生过大应力。,滑参数停机是锅炉和汽机的联合停运，保持调节汽门全开或接近全开位置，在逐渐降低汽温、汽压的情况下，进行锅炉和汽机的减负荷。这种方式可以使机组冷却更快而且均匀，对于停运后需要检修的机组，采用滑参数停机，可以缩短停机到揭缸的时间，但锅炉在低负荷下运行时燃烧稳定性较差。该方式多用于计划大、小修停机，以保持较低的缸体温度，缩短揭缸时间，提早开工。,二、单元机组的启停特点,单元机组是炉机电纵向联系的一条龙式的整体生产系统，不同单元之间无横向联系，因而启停操作方式有其特点。另外，单元机组均为大容量高参数机组，故单元机组的启停又体现了大容量高参数机组的某些特殊要求。,在母管制系统中，机炉的启停是分别进行的。锅炉启动是先点火，再升温升压直至蒸汽参数略低于额定参数，然后并入母管，逐步提高蒸发量至预定值，锅炉启动结束。汽轮机启动则是从蒸汽母管引来额定参数蒸汽，先进行暖管，然后冲动转子、升速暖机、并网和带负荷，最终升负荷到预定值，汽机启动结束。由于机炉的启停是分别进行的，所以它们的启停速度分别取决于它们各自的特性，互不影响。母管制系统的这种启停方式耗用时间长，热损失和工质损失大，不经济，金属部件本身及金属部件间温差大，不安全；操作也较复杂。,单元机组的启停是整组启停，炉机电之间互相联系，互相制约，各环节的操作必须协调一致、互相配合，才能顺利完成。由于单元机组采用了集中控制方式，这又为整组启停创造了条件。单元机组的启、停是机、炉、电之间互相联系、互相配合、协调一致的操作过程，这一过程机组内部工况变化极其复杂。机组启、停要在保证机组安全可靠的前提下，尽量缩短时间，并有效地降低热能、电能及工质损失，这要求采用尽可能合理的启、停方式。,所谓合理的启停方式就是寻求合理的加热或降温方式，使启停过程中机组各部件的热应力、热变形、汽轮机转子与汽缸的胀差和转动部件的振动等指标均维持在较好的水平上。近年来，国内外对大容量单元机组的启停进行了大量的实践和研究，积累了不少经验，对单元机组的启停方式提出了下列原则要求：,(1)应在最佳工况下启动机炉和增加负荷，并尽可能地在不同的温度情况下实现自动化程序启停；(2)在机组启停期间，工质损失和热损失最小；(3)在任何情况下都要严格保证锅炉给水；(4)根据负荷曲线的要求，对蒸汽参数和蒸汽流量应能自动调节；(5)只能用过热蒸汽(过热度最低为4060)启动汽轮机；(6)汽轮机进汽部分的金属与蒸汽之间的温度差在热态启动时，应不超过50。,三滑参数启停方式的主要优点,（1）安全可靠性好滑参数启动时，由于采用体积流量大的低参数蒸汽来加热设备部件，使金属温差小，对锅炉汽包、汽轮机转子及汽缸等加热比较均匀，热应力小，从而使启动时的安全可靠性好。,（2）经济性高单元机组滑参数启动时，由于主蒸汽管道上的所有阀门全开，减少了节流损失；主蒸汽的热能几乎全部用来暖管、暖机；自锅炉点火至发电机并网发电，时间短，可多发电，辅机用电量也相应减少；锅炉不必向空大量排汽，减少了热量和汽水损失，从而也减少了燃料消耗；叶片在启停过程中可得到清洗，使汽轮机效率得到提高。,（3）提高设备的利用率和增加运行调度的灵活性采用滑参数启动，可以缩短启动时间，提前并网发电。采用滑参数停机，余汽、余热被用来发电的同时，也加速了汽轮机的冷却过程，所以可以提前揭缸检修，缩短了检修工期，增加了设备利用小时数。这样就提高了设备的利用率，增加了运行调度的灵活性。,（4）操作简化在滑参数启动过程中，当汽轮机采用全周进汽时，汽轮机的调节阀门处于全开位置，操作调节简单。而且给水加热器也可随主机进行滑参数运行，简化了操作；这些都在一定程度上为实现机组自动化顺序启停创造了条件。（5）改善环境由于减少了蒸汽排放所产生的噪声，故改善了环境。现代大容量单元机组启动均采用滑参数启动方式，而不采用额定参数启动。而单元机组停运则根据具体情况来定，或采用滑参数停机，或采用额定参数停机。,汽轮机的正常运行是电力生产中最重要的环节之一。运行中对设备进行正确的维护、监视和调整，是实现安全、经济运行的必要条件。运行人员应加强运行维护工作，通过认真监盘、定期巡检等形式及时发现运行中出现的异常情况，并加以调整，保证机组安全和经济地运行。,第四节汽轮机的正常运行与维护,一、汽轮机正常运行中的监视汽轮机正常运行中的主要监视项目有：新汽参数（压力，温度）、再热蒸汽参数（压力，温度）、真空、监视段压力、轴向位移、热膨胀及胀差、振动和声音以及油系统等。,（一）新汽参数的监视新汽压力和温度不仅与汽轮机的安全运行关系很大。而是也直接影响运行的经济性，因此为了保证机组安全经济运行必须维持额定的蒸汽规范，一般规定新汽压力变动不超过额定值的5，新汽温度变动不应超过规定范围，运行人员应经常与锅炉密切联系，保持新汽参数在正常范围内。,（二）再热蒸汽各数的监视再热蒸汽压力是随着蒸汽流量变化而改变的，运行人员对不同负荷下的再热蒸汽压力应有所了解，再热蒸汽压力不正常升高，一般是中压缸调节汽门脱落，或调节系统发生故障，使中压调节汽门或自动主汽门误关等引起，应迅速处理，设法使其恢复正常。再热蒸汽温度随着新汽温度和机组功率而变化。同新汽温度一样，再热蒸汽温度的变化也将影响设备的安全性和经济性，应及时加以调整。,（三）真空的监视真空是影响汽轮机的经济性的主要参数之一，真空的变化不仅影响机组运行经济性，还会对机组运行的安全产生很多不利因素，所以运行中应注意监视真空的变化并做好相应的调整，使机组保持在最有利真空下运行。,（四）监视段压力的监督由汽轮机变工况的知识可知，在凝汽式汽轮机中，调节级汽室压力和各段抽汽压力均与蒸汽流量成正比，根据这一原理，在运行中通过监视调节级压力和各段抽汽压力不仅可以监视汽轮机负荷的变化情况，还可以有效地监督通流部分的工作是否正常，通常称各抽汽段和调节级汽宝的压力为监视段压力。在同一流量下，若监视段压力升高，则说明监视段以后通流面积减少，多数情况是结了盐垢，有时也会是由于金属零件碎裂和机械杂物堵塞了通流部分或叶片损伤变形等所致。,当结垢使监视段压力增长515以上时，轴向推力将增大到危险程度。监视段压力的变化一般允许为：中压汽轮机为15；高压汽轮机为5，超过上述限度应进行清洗。在分析监视段压力时，还要监视各段之间的压差，如压差超过规定值，会使该级隔板和动叶的工作应力增大，有可能损坏设备。,（五）轴向位移的监督轴向位移是指汽轮机转子在轴向推力作用下，使承受推力的推力盘、推力瓦块、推力轴承等产生弹性变形和油膜厚度发生变化而产生的轴向移动的总和。它的大小反映了汽轮机推力轴承的工作情况以及汽轮机通流部分动静轴向间隙的变化情况。轴向推力过大，推力轴承本身有缺陷或工作失常，都会造成推力瓦块烧损，使汽轮机动静部分发生摩擦，造成设备的损坏。为此在运行中值班人员应密切监视轴向位移和推力瓦温度及回油温度的变化。,大功率机组都设有轴向位移保护装置和推力轴承工作瓦块温度指示器并规定了轴向位移最大允许值和瓦块温度的最高允许值。一般规定推力瓦块乌金温度不超过95摄氏度、回油温度不超过75度，当温度超过允许值时使轴向位移不大，也应减少负荷使之恢复正常。当轴向位移增大超过极限值时，轴向位移保护装置动作切断汽轮机进汽，紧急停机。,（六）热膨胀和胀差的监视运行中的汽轮机，当负荷增减速度过大或新汽温度骤然变化时，汽缸和转子的热膨胀都将相应发生变化。如果热膨胀不均匀，胀差变大甚至超过极限值，会造成动、静部分的摩擦。为监视汽轮机热膨胀情况，汽轮机上装置有汽缸热膨胀指示器，大型机组还装有胀差指示器。热膨胀和胀差是运行中主要控制指标之一，应当注意监视和调整。,（七）振动和声音的监视转子在转动时不可避免要发生振动，其振动量只要不超过一定的程度是完全允许的，但是当机组出现一些不正常振动时，则表明设备发生了缺陷或运行不正常，振动过大还可能使轴封处动静部分发生摩擦，引起主轴局部受热产生永久变形；使动叶片，叶轮等转动部件损坏；使螺栓紧固部分松弛；严重时还会使整个机组损坏，因此在运行中必须注意监视。通常可使用振动表定时测定各轴承的振动值，并维持机组振动在允许范围内，对3000rmin的机组其最大振动值不允许超过0.05mm。,（八）油系统的监视供油系统担负着向轴承供润滑油和向调节系统、保护装置供油的重要任务，一旦出现故障就可能导致轴瓦烧毁或使调节系统失灵，负荷无法控制。因此运行中应对油系统的工作情况密切加以监视。,油系统的监视主要包括：（1）油温：合适的油温是轴瓦油膜形成的必要条件。油温升高会使油的强度降低，致使油膜破坏，油温过低，油的黏度增大，造成轴瓦油膜不稳定，引起振动。因此应通过调整冷油器的冷却水量来控制轴承进油温度为3545。轴承进出口油温差应在1015之间，如果运行中油温升高，应检查润滑油系统、冷油器或化验油质有无变化。轴承出口油温不允许超过65，达到70时必须故障停机。,（2）油压：油压过高可能使油系统泄漏甚至破裂，造成油系统着火事故；油压过低会使轴承油量不足或断油，并造成调速系统工作失常。在运行中，如发现油压有不正常的变化时，应及时查找原因，加以消除。引起油压降低的主要原因可能是主油泵工作失常、注油器故障、减压阀弹簧调整不当或油系统漏油等。大、中型机组上都装有低油压保护装置。,（3）油箱油位：运行中应保证系统有足够的油量，即油箱油位应在正常范围内。为了正确监视油位，应在油箱上装置油位指示器，一但发现油位降低，应检查油系统各个部件，找出油位降低的原因，消除漏油，并补充新油。（4）油质：油质是影响汽轮机安全运行的最关键的指标之一、必须要有一定的检查化验制度以维持油质的合格，运行中油温过高或油中浸入汽、水都会使油质变坏，发现油质恶化应及时处理。,（5）冷油器工作情况：当冷却水温度、压力不变而冷油器出口油温与出口水温的差值增大时，表明冷油器的冷却表面污脏应进行清洗；如冷却水进出口温差增大，而出口水温与出口油温差不多，则表明冷却水量不足，应增大冷却水量。为防止铜管泄漏时造成油中进水恶化水质，应始终保持冷油器油侧的压力大于水侧的压力。,（九）电厂汽轮机运行限额1.机组运行限额,3.汽、水品质标准（1）凝结水品质（凝泵出口）,注：1）启动时若凝结水发浑，应将污染的凝结水排地沟，当含铁量1000gL，硬度5molL时，允许送至化学除盐设备，且凝结水温度不超过60。2）凝汽器铜管泄漏，硬度2molL，应进行半面隔绝查漏，并在72小时内恢复；硬度5molL，在24小时内恢复；硬度10molL，在4小时内紧急停机。,（2）给水品质（省煤器入口）,（3）蒸汽品质,5.1基本概念一、汽轮机寿命的概念汽轮机的使用寿命，目前普遍使用无裂纹寿命的概念。汽轮机的寿命实质上是汽轮机主要部件金属材料永久性损坏的标志。研究汽轮机的寿命损耗实质上是研究汽轮机转子的寿命损耗。,第五节汽轮机的寿命管理,二热应力,热应力的基本概念。汽轮机在起停过程中和工况变化时，由于接触汽轮机转子各段蒸汽温度的变化引起汽轮机转子温度的变化，而产生的热变形和热应力的形式表现为不均匀受热物体的热变形和热应力。汽轮机转子冷态启动理想温升趋势图如下：,三交变热应力及转子寿命损耗,金属材料在交变应力反复作用下，会出现疲劳损伤。汽轮机在启停和工况变化过程中，转子承受交变应力作用。这种交变应力的循环特点是：交变循环周期长，频率低、疲劳裂纹萌发的循环次数少，故称低周疲劳。,四热冲击,金属材料受到剧烈的加热和冷却，引起内部产生很大的温差，于是形成很大的冲击热应力的现象称为热冲击。汽轮机热态启动时易产生热冲击。电网或发电机故障而引起汽轮机甩负荷后带厂用电或空负荷运行，也将造成汽轮机热冲击。,五低温脆性,低温脆性是指高强度合金钢在某一低温范围内，韧性特性显著下降的一种现象。自从50年代相继发生多起高强度合金钢低温脆性破坏的严重事故后，低温脆性破坏引起人们的高度重视。目前，对防止汽轮机转子低温脆性破坏形成了一系列行之有效的措施。,六高温蠕变,所谓蠕变即金属在高温下，长期承受一定的工作应力，即使应力不超过金属在该温度下的许用应力，也将发生缓慢的连续的塑性变形现象。实践证明，金属的蠕变与金属材料所承受的工作应力工作温度有密切的关系。,5.2汽轮机寿命损耗管理,汽轮机寿命管理包括两层内容：第一是国家宏观指定的服役年限内，根据机组的带负荷方式进行寿命预分配，制定汽轮机寿命分配表，指导运行，以取得最大的经济效益。第二是进行汽轮机寿命的离线或在线检测，在汽轮机启停和变工况运行时，控制蒸汽温度和负荷的变化率，控制汽轮机部件的热应力，使机组的寿命损耗不超过其预分配值，在机组规定使用年限内，实现最佳的安全经济运行，使机组发挥最佳的经济效益，实现机组运行寿命的科学管理。,一、汽轮机寿命的合理分配,目前通常认为汽轮机的服役年限30a，在这30a的时间里，如何合理分配汽轮机的寿命，充分利用汽轮机的寿命，以取得最大的经济效益是汽轮机寿命分配的出发点。汽轮机的寿命分配，取决于机组在电网中的运行方式，对于带基本负荷的机组，汽轮机的寿命损耗主要为高温蠕变和正常检修启停所需低周疲劳对汽轮机寿命的损耗。对于调峰机组，除检修和维护正常停机之外还应根据电网要求，安排一定次数的热态启动和一定范围内的负荷变化。,ABB的超临界600MW汽轮机寿命分配表,机组能满足调峰运行的要求，预期机组年运行小时数不应小于7800h，具体分配是：满负荷4800h；75%额定负荷2000h；50%额定负荷1000h,由表可知，该机组寿命损耗余度较大，30a内各种运行工况由交变热应力循环所损耗的寿命仅占总寿命的11.575%，其余88.425%作为高温蠕变和富裕量。因此，ABB的超临界600MW机组其设计寿命富裕是较大的。机组能在最大连续出力到锅炉最低负荷之间运行。汽轮发电机组能够复合滑压/定压运行。35%额定负荷以下定压运行；35%-90%额定负荷为滑压运行；90%额定负荷以上为定压运行。汽轮机对蒸汽参数的限制：汽轮发电机组稳定运行承受的负荷变化率：,G/A600MW机组汽轮机负荷分配表,这数值与ABB机组比较，当然不及ABB的先进，特别是热态启动时的寿命损耗，每启动一次，G/A机组的寿命损耗为ABB机组的10倍。究其原因，从结构上看，主要可能是ABB机组的焊接转子及高压缸比套筒式等较为先进的缘故。,二、汽轮机寿命监测,汽轮机寿命分配虽给运行预先给定了运行方案和寿命损耗率，但是，在实际运行过程中，由于不可测的因素较多，可能导致实际寿命损耗与预先分配值有较大的偏差，因此，有必要对汽轮机寿命损耗进行监测。从目前引进的大机组来看，它们均装备了寿命监测装置。这套装置不仅能在机组启停和负荷变化中计测寿命的损耗并累计，而且还和汽轮机的控制系统结合在一起，对机组的启停和负荷变化进行自动控制，即闭环控制。热应力计算机的应用。,第六节汽轮机事故处理,6.1汽轮机转子发生窜动的原因、危害及保护措施,汽机工作时产生大的轴向推力推力轴承-平衡轴向推力,确定转子轴向位置,一、目的,为监视汽轮机转子的轴向位移变化情况，装有轴向位移监视保护装置。当轴向位移达到限值时，保护装置发出报警信号，提醒运转人员及时采取措施加以处理。当轴向位移达到危险值时，保护装置动作，汽轮机跳闸，立即停机，以保障汽轮机组设备的安全。,二、汽轮机转子发生窜动的原因,转子发生向前窜动是由以下两方面的原因引起的：（1）机组突然甩负荷，出现反向轴向推力。（2）高压轴封严重损坏，调节级叶轮前因凝汽器抽吸作用而压力下降时，出现反向轴向推力。,汽轮机在启停和运行中，转子有可能发生向前或向后的窜动。,1汽轮机转子向前窜动的原因(负向轴向位移),转子发生向后窜动是由以下两方面的原因引起的：（1）转子轴向推力增大，推力轴承过负荷，使油膜破坏，推力瓦块乌金烧熔。（2）润滑油系统上由于油压过低油温过高等的缺陷，使油膜破坏，推力瓦块乌金烧熔。,2汽轮机转子向后窜动的原因,3汽轮机转子上的推力,在正常情况下，汽轮机转子上所受的轴向推力有三方面：（1）由于转子的挠度不同而产生的转子重力沿轴向的分力。（2）转子上各叶轮、动叶片及转毂阶梯上前后的蒸汽压力差所产生的轴向推力。（3）蒸汽进出各动叶片时的速度沿轴向的分速度差所产生的轴向推力。轴向推力的平衡,4汽轮机转子轴向推力增大的原因,（1）汽轮机发生水冲击（2）隔板轴封间隙增大（3）动叶片结垢（4）新蒸汽温度急剧下降（5）真空下降（6）汽轮机超负荷运行(7)主蒸汽参数不合格,三、汽轮机转子轴向位移大的危害和保护措施,汽轮机转子轴向推力增大，会导致推力瓦块乌金烧熔。转子发生窜动，轴向位移增大，汽轮机内部转动部件与静止部件之间的轴向间隙消失，因而动、静部件发生摩擦和碰撞，将造成严重损坏事故,装设汽轮机轴向位移监视保护装置在汽轮机运行时，监视转子的轴向位移变化情况，也就是监视推力瓦块乌金磨损情况，一旦由于轴向推力突然增大或润滑油膜破坏推力轴承发生烧瓦故障，转子轴向位移超过允许极限值时，轴向位移保护装置动作，,四轴向位移保护的依据,动静部分轴向间隙：300MW喷嘴和动叶间的最小轴向间隙，在每个轮盘两侧，高压缸为调节级喷嘴和动叶间：1.2-1.5mm,中压缸为十三级喷嘴和动叶间：1.5mm。,推力间隙：推力瓦块就位后，推力盘轴向上能够来回移动的位移轴向位移：运行中，转子推力盘相对于推力瓦的轴向位置的变化值，300MW机组轴向位移保护，正向1.0发信号，1.4动作；负向0.5发信号，1.0动作。,轴向位移和胀差的比较：轴向位移有变化时，胀差有同样数值的变化；胀差有变化时，轴向位移不一定有变化，可利用胀差指示推断轴向位移指示是否正确。,运行规程对弯曲的限制：fu不得大于0.02mm（0.04)。依据：fu对应的fmax必须小于隔板汽封间隙考虑过临界转速时的振动值较大。验收规范：如冷态最大弯曲0.05mm,必须直轴，若0.03mm冷态最大弯曲0.05mm则需重做高速动平衡。,6.2大轴弯曲,控制弯曲的基本措施,检查大轴偏心度，fu不得大于原始值的0.02mm，大轴偏心度小于0.07mm。选择好冷态热态启动的蒸汽参数，过热度大于56度，小于111度。轴封送汽温度要合适121-177度，热态启动尤其注意，而且必须先疏水。严禁在转子静止状态下进汽；控制振动，防止碰摩；控制蒸汽温升率。做好动平衡；,现场称为晃度，实际上是指转子永久或热弯曲和转子表面不圆度等，在低速下所呈现的摆动值（双幅），也称晃摆值，它不包括任何外力作用下转轴所产生的位移，因此测量转子晃摆值必须在低速下进行。若忽略转子表面不圆度的影响，晃摆值应等于转子弯曲值的两倍，,晃摆值,在机组运行监测和转子平衡两个领域内，偏心的含义不同在机组运行监测中，偏心是指轴颈中心偏离轴瓦中心的现象，也称偏心位置通过偏心的监测可以发现转子承受外加载荷和轴瓦工作的状况。在转子平衡领域内，偏心是指转子质量中心偏离转轴回转中心的一种现象，称为质量偏心，简称偏心其偏离的数值称偏心距，单位是微米，它不能被任何仪表直接测量出来偏心是引起转轴振动最重要的激振力。,一转子弯曲所呈现的晃摆值；二轴颈中心偏离轴瓦中心的距离将偏心、偏心率(度)的测量分别定义为轴颈在轴瓦内相对位置、转子弯曲的测量,偏心,一转子弯曲所呈现的晃摆值；二轴颈中心偏离轴瓦中心的距离将偏心、偏心率(度)的测量分别定义为轴颈在轴瓦内相对位置、转子弯曲的测量,支持轴承,推力轴承支持轴承-支持转子,确定转子的径向位置,保证动静部件的径向间隙推力轴承-平衡轴向推力,确定转子的轴向位置,保证动静部件的轴向间隙转子的径向定位：台板、轴承座、轴承和转子。必须保证轴承和转子同心。转子的轴向定位：推力轴承和转子推力盘推力盘,6.3汽轮机轴承故障的原因、危害性和保护措施,润滑油系统,润滑油系统任务是可靠地向汽轮发电机组的各轴承（包括支承轴承和推力轴承）、盘车装置提供合格的润滑/冷却油。润滑油系统主要由润滑油箱（及其回油滤网、排烟风机、加热装置、测温元件、油位计）、主油泵、交流电动（备用）油泵、直流电动（事故）油泵、冷油器、油温调节装置（或油温调节阀）轴承进油调节阀（或可控节流孔板）、滤油装置（或滤网）、油温/油压监测装置以及管道、阀门等部件组成。,在机组启动阶段和主油泵供油压力低于整定值时，交流备用润滑油泵自动启动，向轴承润滑油母管供油，高压氢密封油泵自动启动，向氢密封油系统和机械超速装置、手动脱扣装置供油。在机组运行中，当润滑油母管内的油压低于整定值时，或事故状态厂用电消失时启动直流事故油泵,工作时必须连续不断地给轴承供给压力、温度合乎要求的润滑油，建立良好的油膜。这一方面是为了润滑轴承，在轴颈与轴瓦之间及推力盘与推力瓦之间形成油膜，以避免金属间直接接触，防止轴与轴瓦磨损甚至烧毁；另一方面，也是为了冷却轴承，以带走由汽轮机内传到轴颈上的热量和轴承工作产生的热量，避免轴承内温度过高而发生乌金熔化,一、汽轮机轴承发生故障的原因,转子轴向推力增大润滑油系统存在缺陷致使油膜破坏而引起轴承故障,汽轮机轴承或推力轴承故障表现,汽轮机支撑轴承故障，主要反映在轴承金属温度升到120以上，回油温度升到80以上，导致轴承乌金烧坏。运行中，发现汽轮机轴承温度升高，应立即检查润滑油系统，确认润滑油温、油压正常，观察轴承回油情况，听轴承工作声音，发现问题，尽快消除。如果汽轮机轴承温度升高很快，且原因不明无法消除，当轴承金属温度升高到120，汽机自动脱扣，否则，应手动停机，同时手动破坏真空。汽轮机推力轴承故障，主要是推力轴承温度升高到120以上,(二)润滑油系统缺陷,1润滑油压过低2润滑油温过高3润滑油中断4油质不良5润滑油中有水6轴瓦与轴之间间隙太大7乌金脱落,(一)转子轴向推力过大,二、汽轮机轴承发生故障的危害和保护措施,轴瓦乌金烧熔,转子局部轴径受热弯曲,振动增大推力轴承推力瓦乌金烧熔,转子窜动,轴向位移增大,轴向动静碰磨出现烧瓦事故时,润滑油温度,瓦温升高,油膜压力降为0推力瓦乌金的厚度一定小于最小的轴向动静间隙,监视保护措施,各轴承乌金温度各轴承油膜压力润滑油压力润滑油的温度保护措施:轴向位移保护低油压保护,润滑油压和轴瓦温度,润滑油压应重点监视励磁机端部轴承油压，因为该瓦离主油泵最远。下列之一，立即停机：轴承回油温度超过75度或突然上升到70度；乌金温度超过90度；回油温度升高，轴承冒烟；若润滑油压低于规定值，但启动交、直流油泵无效。,汽轮机润滑油压降低,检查:(1)汽轮机主油泵无故障。(2)汽轮机润滑油系统无大量漏油。(3)汽轮机主油箱油位不低，主油泵吸入高度足够。(4)汽轮机润滑油等压力阀工作正常。(5)汽轮机润滑油冷油器工作正常，油温不高。,6.4油系统着火故障,油系统着火(oilsystemfiring),汽轮发电机组的调节，润滑、密封油管路及设备漏油引起的火灾。一般表现为瞬时爆炸式的着火，火势凶猛，如不能及时切断油源，火势将迅速蔓延扩大，可造成烧毁设备和厂房以致人身伤亡，使电厂长时间丧失发电能力。油系统着火的两个基本条件:漏油油管路附近有热源,防止油系统着火的措施：,组合油箱，套装润滑油管，使用燃点大于350的抗燃油。油管路附近的高温管道，其保温应可靠，保温层表面温度一般不超过50。油系统尽量远离或低于高温管道布置，油系统安装完毕或大修后，应进行超压试验。油管路尽量减少法兰及阀门的数量，以减少漏油源。阀门、法兰接合面必须认真研刮。事故排油门的标志要醒目，油门把手处应有两个通道可以到达，且把手与油箱或密集的油管区间应有一定的距离，以防被火包围无法操作。操作把手在机组运行时不宜上锁为避免机组轴瓦损坏，在惰走时间内，应维持润滑油泵运行，但不得开起高压油泵。当火势无法控制或危及油箱时，应立即开启事故排油门放油。,6.5凝汽器真空下降的原因、危害性和保护措施,一、凝汽器真空下降的原因,（1）循环泵发生故障，如水泵吸入管侧漏气或滤网堵塞，使冷却水量减少或中断。（2）凝汽器铜管脏污，使传热效率降低或者铜管堵塞。（3）抽气装置发生故障，（4）凝汽器水位升高，淹没了部分铜管的抽气口。（5）真空系统不严密，漏入空气。,二、凝汽器真空下降的危害和保护措施,排汽温度升高，造成低压缸热膨胀变形和低压缸后面的轴承上抬转子中心变化，附加一个弯矩，轴弯曲，振动加大。凝汽器铜管的内应力增大,凝汽器铜管胀口脱开。维持负荷，则蒸汽流量加大，调节级和末级动叶过负荷。低压段端部轴封的径向间隙变化，造成摩擦损坏末级叶片有可能出现颤振,原因不明则按真空度减负荷真空度（%）85838077757259负荷（%）100806040200停机对于各台机组情况不完全一样,因水或冷蒸汽进入汽轮机而引起的事故。水冲击后果：推力轴承损坏、叶片损伤、汽缸和转子热应力裂纹、动静部分碰磨、高温金属部件永久性翘曲或变形，以及由此带来的汽轮发电机组振动，从而导致轴承、基础及油系统损伤等。是现代大型汽轮机发生较多且对设备损伤较为严重的恶性事故之一。,6.6水冲击,水冲击发生的原因,指水滴与高速旋转的叶片相撞击。水的来源有三：锅炉满水或减温用喷水过量，或主蒸汽及再热蒸汽管道在起动或低负荷时疏水不充分，都会使蒸汽携带水份进入汽轮机；汽轮机本身在起动过程中的冷凝水或正常运行中温蒸汽的水滴