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

高 缸 再热器 中、低压缸 凝汽器 除氧器 高

加

锅炉

轴加 低加 循环水 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 2、 汽轮机本体的间隙问题

汽轮机本体径向间隙示意图 轴瓦 轴 推力轴瓦

推力盘 蒸汽的流动对转子产生推力

轴向间隙

汽缸 汽封 轴瓦 新蒸汽来 排乏汽 轴 喷嘴 叶轮 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） 小结：  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。  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。  既要经济性又要安全性，间隙控制在一定范围内（几十微米）  ——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

轴瓦 轴 推力轴瓦

推力盘 汽缸受热膨胀方向 滑销，汽缸死点 转子死点 转子受热膨胀方向

轴向间隙

汽缸、转子的膨胀方向不一样，膨胀的程度不一样，从而使轴向间隙较冷态下发生变化，即胀差。 3、 汽轮机汽封： 轴端汽封示意图  汽封：尽量减少漏汽，提高热效率  轴封：防止缸内蒸汽外泄，防止外部空气进入缸内。  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

轴封供汽 轴加风机 汽轮机轴 汽缸体 供汽腔

抽汽（气）腔 （2） 高、中压调门控制示意图

（3） AST控制油 OPC控制油 DEH高压油

回油 弹簧 油缸 快速泄荷阀 电液伺服阀

DEH调节信号

AST控制油 DEH高压油 回油 弹簧

油缸

快速泄荷 阀

试验电磁阀

机头手动停机（危急保安器） （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

到各调节阀OPC接口 OPC电磁阀，接受汽轮机103%超速信号 回油

AST油

OPC控制油

AST电磁阀，接受汽轮机各保护信号、控制盘手动停机 主机润滑油 隔膜阀 机械超速停机 到高、中主阀AST接口

回油

AST控制油 危急保安器(机头手动停机) 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高 缸

再热器 中、低 压缸

凝汽器

锅炉

循环水

高旁

低旁 10%

40% 1Mpa 4Mpa

t

高旁开度 主汽压力

最小开度控制(阀位不变，压力上升) 最低压力控制(压力不变,阀位开大) 最大阀位控制(阀位不变，压力升高) 定压控制(压力不变,阀位开大) 切缸后，滑压控制（高旁关闭）

切缸过程：蒸汽走高缸，高旁为维持压力逐渐自动关闭

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：  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。  给蒸汽提供通道，保护再热器；  低旁开大有利于提升主、再热汽温；  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）  非冷态启动，高旁不能投启动模式  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。  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  高低旁正常运行必须严密关闭；  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）  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。 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%：   高压缸切中压缸瞬间   机前压力大于规定值