汽轮机结构及运行控制原理

一  、认识汽机专业

1、 汽机专业的任务：

用锅炉送来的蒸汽，维持汽轮机转速（未并网）或负荷（并网），将做完工的乏汽凝结成水，利用抽汽加热后再送回锅炉。

2、 汽机专业的系统

（1） 汽轮机本体：将蒸汽的热能转换成机械能，维持高速旋转。

（2） 辅助系统：汽轮机旋转所必须的支持系统；为了提高热效率而设置的回热系统(把水加热后再送回锅炉)；辅机、发电机冷却系统。

二 、汽机主系统

汽机热力系统简图

三 、汽轮机本体

1、 汽轮机本体：转子——叶轮、叶片

静止部分：隔板、喷嘴、汽缸、

其他：汽封、轴瓦

为达到应有的功率，有若干级

汽轮机本体结构详解图：
   汽轮机本体主要由转子、静子、轴承及轴承箱、盘车装置四大部分构成，如下图：

 转子:汽轮机通流中的转动部分,由主轴、叶轮、叶片、联轴器等主要零部件组成， 转子工作时，作高速旋转，除了要转换能量，传送扭矩外，还要承受动叶片和主轴上各零件质量所产生的离心力，各部温差引起的热应力，所以转子是汽轮机中极为重要的部件之一，结构详解图如下：

汽轮机各转子之间以及汽轮机转子与发电机转子之间均采用联轴器连接，用以传递扭矩和轴向力，联轴器结构图如下：

静子: 汽轮机通流中的静止部分及汽轮机的外壳部分,由汽缸、 隔板及隔板套、进汽部分、排汽部分、汽封和轴封等主要零部件组成，结构详解图如下：

其中，气缸是汽轮机的外壳，内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板、隔板套和汽封等零部件，外部装有调节汽阀及进汽、排汽和回热抽汽管道等，作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成其能量转换过程，汽轮机气缸结构图如下：

汽轮机有静子和转子两大部分，运行时转子高速旋转．静子固定，因此转子和静子之间必须保持一定的间隙，才能不使相互碰磨。蒸汽流过汽轮机各级工作时，压力、温度逐级下降，在隔板两侧存在着压差。当动叶有反动度时，动叶片前后也存在着压差。

蒸汽除了绝大部分从导叶、动叶的通道中流过作功外，一小部分将会从各处间隙中流过而不作功，成为一种损失，降低了汽轮机的效率。转子大轴还必须穿出汽缸，支承在轴承上．此处也必须要留有间隙，对于高中压缸的两端，汽缸内的蒸汽压力大于外界大气压力．蒸汽将会漏出来，降低效率，并造成部分凝结水损失。在低压缸的两端，因汽缸内的蒸汽压力低于外界大气压力，在主轴穿出汽缸处的间隙中，将会有空气漏入汽缸内。

为了减少上述各处间隙中的漏汽（或从外部漏入空气），又要保证汽轮机正常安全运行，特设置了各种汽封，这些汽封可分为通流部分汽封、隔板汽封和汽缸前后汽封三大类，结构示意图如下：

轴承及轴承箱：支持轴承用来承受转子的重量并保持转子的径向位置，推力轴承用来固定转子的轴向位置，轴承箱用来安装轴承和轴承座，结构详解图如下：

汽轮机轴承按作用可分为两类：一类是支持转子重量的径向轴承，作用除支撑转子的重量外，还确定转子的径向位置，保证转子和静止部分同心，使各转子的中心线一致，并承受转子振动的冲击力，同时，通过润滑，使转子工作时轴承上产生的摩擦损失为最小；另一类是承受转子轴向推力的推力轴承，承受转子的剩余轴向推力，同时也确定转子的轴向位置，高、中压转子上推力盘的工作面是整个转子组相对于汽缸的膨胀死点，当动静之间的相对位置调整好后，就依靠推力轴承来维持。

盘车装置：在进汽冲转前及停汽停机后使汽轮机继续保持低速 旋转的装置，由电动机、减速器、离合器、操纵机构构成，结构详解图如下：

盘车装置就是起到这个用人力将电机转动几圈的作用：启动电机前，用人力将电机转动几圈，用以判断由电机带动的负荷（即机械或传动部分）是否有卡死而阻力增大的情况，从而不会使电机的启动负荷变大而损坏电机（即烧坏）。

当需要投入盘车时，先拔出保险销，推手柄，手盘电动机联轴器直至啮合齿轮与盘车齿轮全部啮合。当手柄被推至工作位置时，行程开关接点闭合，接通盘车电源，电动机起动至全速后，带动汽轮机转子转动进行盘车。

当汽轮机起动冲转后，转子的转速高于盘车转速时，使啮合齿轮由原来的主动轮变为被动轮，即盘车齿轮带动啮合齿轮转动，螺旋轴的轴向作用力改变方向，啮合齿轮与螺旋轴产生相对转动，并沿螺旋轴移动退出啮合位置，手柄随之反方向转动至停用位置，断开行程开关，电动机停转，基本停止工作。若需手动停止盘车，可手揿盘车电动机停按钮，电动机停转，啮合齿轮退出，盘车停止。

2、 汽轮机本体的间隙问题

汽轮机本体径向间隙示意图

汽轮机本体轴向间隙问题1示意图（轴向位移又叫窜轴）

汽轮机本体轴向间隙问题2示意图（差胀）

TIPS：

u 动静间隙太大,蒸汽不做功漏掉,不经济,汽轮机将热能转化为机械能的效率降低,也即每发一度电所耗的热能（热耗），所需的蒸汽（汽耗）增加。

u 动静间隙太小,容易发生动静摩擦，产生机组振动，严重时造成汽轮机汽封、大轴、叶片损坏事故。

u 既要经济性又要安全性，间隙控制在一定范围内（几十微米）

u ——汽轮机是精密设备，必须防止动静接触（防碰磨），发生碰磨时，反应碰磨的保护（振动、轴向位移、差胀）动作，跳机

3、 汽轮机汽封：

轴端汽封示意图

u 汽封：尽量减少漏汽，提高热效率

u 轴封：防止缸内蒸汽外泄，防止外部空气进入缸内。

u 轴封供汽不能中断

4、 轴瓦：通入润滑油，在一定转速下轴瓦和轴颈之间形成稳定油膜，实现油摩擦。汽轮机运行中任何情况下都不能断油。

四、汽轮机的控制、安保系统：控制汽轮机的负荷（转速），发生事故时停机。

（1） 高主、中主门的控制示意图

（2） 高、中压调门控制示意图

（3） AST控制油

（4） OPC油

五、关于汽轮机本体的保护

1、 超速保护:

103%超速:因电网原因机组甩负荷，汽轮机转速超3090r/min，关闭高、中调门，待转速降到3000r/min以下时，重新打开各调门，如转速又超3090r/min，会再动作。防止出现更高的超速。

110%超速:DEH、TSI、ETS三套,动作于AST电磁阀，跳机。机械超速，动作后卸掉隔膜阀上油压，再卸掉AST油压停机。

汽轮机超速事故会造成大轴断裂、轴瓦损坏、甚至飞车等恶性后果,必须严防。

2、 高压缸保护：

北重机组因结构原因,低负荷时因蒸汽流量太小，不能有效带走缸内因鼓风摩擦损失而产生的热量,缸内设备会因过热而损坏，故采用中压缸启动，待蒸汽流量达到一定值后切回高缸进汽。

冷态启动过程中高缸需要得到充分暖缸，在1020rpm以上为了不产生鼓风摩擦热量，高缸必须抽成真空。

高缸保护就是为达到上述目的而设。

3、 凝汽器低真空保护

凝汽器真空低（排汽压力高），也即排汽温度升高，使低压缸、低压转子叶片、凝汽器温度升高，会造成汽轮机振动、动静摩擦、末级叶片断裂、金属变形、凝汽器钢管泄漏等后果。

4、 润滑油压低保护

防断油烧瓦。

5、 EH油压低保护

EH油压降低，高中主调各门会发生不可控动作，必须停机。

6、 轴承振动保护

汽轮机动静摩擦、转子质量平衡破坏（如叶片断裂等）、轴承故障（如润滑不良、磨损等）、联轴器故障等原因会造成机组振动。

7、 轴向位移保护

防动静摩擦。

8、 DEH失电跳机保护

机组失去监控，必须停机。

9、 轴承温度高保护

防轴承、轴颈损坏

10、 汽轮机差胀保护

防动静摩擦

11、 汽机手动跳闸保护按钮

发生汽轮机保护无法反应的危急情况（如危及人身安全、着火等）以及保护拒动时。机头有危急保安器，按下后实现机头停机，类似辅机事故按钮。

12、 锅炉MFT动作后联跳汽机保护

锅炉-汽机-发电机是一个统一单元，锅炉不正常，防止事故波及到汽轮机，汽轮机应停止进汽。

但为了减少机组非停，提高经济性（即使是机组热起，损失也是很大的），目前做停炉不停机逻辑和预案，除个别直接危及汽轮机安全的（如汽包高水位、汽温直降等）情况外，锅炉MFT，不跳机。

13、 主、再热蒸汽温度下降跳汽机保护

主、再热蒸汽温度下降预示着蒸汽带水，汽轮机有水冲击的危险，而水冲击可造成汽缸变形、转子弯曲、动静摩擦等严重后果。

14、 发电机主保护动作联跳汽机保护

发电机跳闸，汽轮机失去负荷，会发生超速，因此发电机跳闸联动汽轮机跳闸，关闭各主、调门，切断汽轮机动力。

六 、高、低压旁路

1、 将高压缸旁路掉的叫高旁,将中低压缸旁路掉的叫低旁。

2、 高低旁的作用：

（1） 蒸汽参数不满足要求或汽轮机不允许进汽时，给锅炉产生的蒸汽提供通道流过再热器，避免再热器干烧。蒸汽流动将炉内热量带出，同时可采取措施对蒸汽参数进行调整。

（2） 泄压。当锅炉压力突升，高旁打开卸掉部分压力，防止锅炉超压。

3、 高低旁启动模式

（1）  高旁冷态启动模式

机组启动过程中，使用该方式，其自动控制阀门开度及主蒸汽压力如下图：

（2） 低旁冷态启动模式

低旁启动过程中控制过程与高旁类似，可投自动,压力人为设置。起初手动打开一定开度：

Ø 凝汽器抽真空时可以直接抽到锅炉汽包，有助于锅炉过热器、再热器内存水蒸发，消除水封，也有利于汽包水蒸发，尽早建立锅炉水循环。

Ø 给蒸汽提供通道，保护再热器；

Ø 低旁开大有利于提升主、再热汽温；

Ø 随着再热汽温的上升，调整低旁开度，逐渐提升再热汽压力，达到冲转压力后可将低旁投压力自动，稳定压力进行机组冲转，并网后随着增加负荷，再热蒸汽走中、低汽缸，低旁自动关闭。

（3） 旁路非冷态启动模式（锅炉有一定的压力）

Ø   非冷态启动，高旁不能投启动模式

Ø   非冷态启动模式，锅炉点火后应及时打开高、低旁，给蒸汽提供通道，保护再热器。

Ø   高低旁的控制应根据锅炉燃烧情况（也即主再热蒸汽压力上升情况）调整高低旁开度，逐步提升压力和温度。

注意：在调整过程中如果汽机还没有挂闸，高旁开度小于2%，锅炉会发生MFT。

4、 正常运行模式

Ø 高低旁正常运行必须严密关闭；

Ø 高旁滑压模式运行（当前实际压力加一定偏置作为定压控制值，确保其关闭）

Ø 低旁滑压模式，其给定值由调节级压力折算而来，确保大于实际压力，使其关闭

5、 有关高低旁保护

（1） 防止蒸汽带水，高旁先开减压阀，才能开减温阀；

（2） 防止凝汽器热冲击，低旁先开减温阀，才能开减压阀;

（3） 为保护再热器,高旁后温度超过一定值后,高旁快关;

（4） 为保护凝汽器,低真空、凝汽器水位高、低旁减温水压力低、凝汽器温度高低旁快关。https://www.dgzj.com/qilunji/

6、 高旁快开

高旁快开高温高压蒸汽对高旁后管道造成强大的机械、热冲击（如高旁暖管不良会更严重），曾经发生过高旁快开造成管道破裂事故，因此高旁快开功能被取消。

7、 正常运行中高旁为了实现其作用（泄压、保护再热器），在几种情况下自动打开20%：

Ø l高压缸切中压缸瞬间

Ø l机前压力大于规定值

Ø l机前压力上升速率超规定

8、 正常运行中低旁在再热汽压力超4.4Mpa情况下自动打开泄压。

9、 正常运行中应注意检查高低旁是否投自动，否则会发生拒动。

七、 发电机密封油系统:

1、 作用：供给发电机密封瓦，在密封瓦与轴之间形成油膜，将氢气封在发电机内。密封油不能中断，否则应紧急排氢。

发电机密封瓦示意图

2 密封油正常运行方式（主油泵工作）示意图（紫色为供油，蓝色为回油）

3主密封油故障，备用油泵运行方式

4 主、备用油泵均失去时的运行方式:靠润滑油作为密封油油，因其压力低（0.16MPa）,发电机内压力必须低于0.1，也即需紧急排氢，降压

5 润滑油中断运行方式：

八 、关于暖热力设备（汽轮机、管道、泵等）

1 作用

Ø 排尽设备内的积水、空气、杂质，以免产生振动；

Ø 让设备温度缓慢升高，避免温度突升，金属内外、局部受热不均而产生裂纹，损坏设备；

2 管道产生振动的原因及消除

Ø 振动是由水锤造成的，即前面的积水（原来的积水或通进去的蒸汽遇冷凝结形成）在蒸汽的推动下撞向后面的积水或拥堵物（例如关闭的阀门、管道堵头等）；

Ø 汽（气）液两相在管道内同时存在是产生振动的根本原因

Ø 高加旁路切主路，如果主路暖管不充分，主、旁路水有温差，也即有密度差，混合后水的总体积缩小，在管道内产生间隙，会发生后面的水撞击前面水的情况，从而使管道产生振动。

Ø 暖管时防止管道振动，要将管道内的水、空气放尽，消除水锤产生的根源。

3 暖管的操作

Ø  先将管道(含母管及其用户)上所有疏水门、空气门全开完

Ø  检查各疏水点无大股水流出，稍开汽源

Ø  从汽源端到用户端开始逐个检查疏水门，如只有汽无水流出，管道不振动，应关小疏水门开度。关闭空气门。

Ø 如果无用户，最后一个疏水应开大，保证一定蒸汽流量；

Ø 根据温升情况调整汽源门开度

Ø 有用户后应及时关闭所有疏水门。

Ø 属于热备用的管道，暖管疏水应走有疏水器的主路，关闭旁路，防止热量损失。