《汽轮机》全册配套完整教学课件.pptx
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1、1、功率滞后功率滞后 (1)外界负荷增大中间再热机组存在功率滞)外界负荷增大中间再热机组存在功率滞后现象;后现象;(2)高压缸功率)高压缸功率PH能突然增大,中低压缸功能突然增大,中低压缸功率率PIPL随中间再热容积压力随中间再热容积压力Pv的提高,的提高,流量增大而增加。流量增大而增加。2、中间再热容积影响甩负荷后的转速飞升、中间再热容积影响甩负荷后的转速飞升 如果没有中压调节汽门,当汽机甩负荷后,如果没有中压调节汽门,当汽机甩负荷后,即使立即关闭高压主汽门,调速汽门,中即使立即关闭高压主汽门,调速汽门,中间再热容积中的蒸汽继续到中低压缸膨胀间再热容积中的蒸汽继续到中低压缸膨胀作功,使汽轮机
2、严重超速,超速量可达作功,使汽轮机严重超速,超速量可达4050,超过强度所允许的极限。,超过强度所允许的极限。 (1)锅炉稳燃最小负荷为额定蒸发量的锅炉稳燃最小负荷为额定蒸发量的3050,汽机的空载流量为额,汽机的空载流量为额定流量的定流量的58。汽机在空载或低负荷时,必须处理锅炉的多余蒸汽。汽机在空载或低负荷时,必须处理锅炉的多余蒸汽。 (2)中间再热器需要通过蒸汽来冷却管道)中间再热器需要通过蒸汽来冷却管道,以防止烧坏。以防止烧坏。20万千瓦机组冷万千瓦机组冷却需要的蒸汽流量约为额定值的却需要的蒸汽流量约为额定值的14。必须考虑在启动过程中对中间再。必须考虑在启动过程中对中间再热器的保护问
3、题。热器的保护问题。1、高压调节汽门采用动态过开解决功率滞后高压调节汽门采用动态过开解决功率滞后 增设动态校正器使高压缸调速汽门动态过开,增设动态校正器使高压缸调速汽门动态过开,利用高压缸增发的功率弥补中低压缸的功率利用高压缸增发的功率弥补中低压缸的功率滞后,以后随着中低压缸功率的增加,高压滞后,以后随着中低压缸功率的增加,高压调速汽门逐渐关小,达到稳定时所需的数值。调速汽门逐渐关小,达到稳定时所需的数值。功率滞后示意图功率滞后示意图 2、设置中压缸主汽门和调速汽门防止甩负荷时动态飞升设置中压缸主汽门和调速汽门防止甩负荷时动态飞升l中压缸前设中压主汽门和中压调速汽门,分别受保安系统、调速器控制
4、。中压缸前设中压主汽门和中压调速汽门,分别受保安系统、调速器控制。l汽机甩负荷出现转速飞升时,调速系统同时关闭高中压调速汽门,切断汽机甩负荷出现转速飞升时,调速系统同时关闭高中压调速汽门,切断新蒸汽和再热蒸汽,避免大量再热蒸汽进入中低压缸引起严重超速。新蒸汽和再热蒸汽,避免大量再热蒸汽进入中低压缸引起严重超速。l调速系统如果失灵,转速超过危急保安器的动作转速时,危急遮断器将调速系统如果失灵,转速超过危急保安器的动作转速时,危急遮断器将动作,关闭高中压主汽门。动作,关闭高中压主汽门。 l中压调节汽门起节流作用,为减少损失,汽轮机在中压调节汽门起节流作用,为减少损失,汽轮机在30负荷以上运行负荷以
5、上运行时,中压调速汽门全开。时,中压调速汽门全开。30负荷以下时,中压调速汽门关小,并且负荷以下时,中压调速汽门关小,并且将和高压调速汽门同时关死。将和高压调速汽门同时关死。 (1) 旁路种类旁路种类l小旁路:部分主蒸汽不经高压缸而经减温减压器直达再热器(小旁路:部分主蒸汽不经高压缸而经减温减压器直达再热器(I级小旁级小旁路),冷却再热器后,部分蒸汽不经中低压缸,经减温减压器进入冷路),冷却再热器后,部分蒸汽不经中低压缸,经减温减压器进入冷凝器,目的是保证锅炉和再热器的安全运行(凝器,目的是保证锅炉和再热器的安全运行(II级小旁路)级小旁路) 。l大旁路:汽机负荷低于锅炉稳燃最低负荷时,多余蒸
6、汽经减温减压器大旁路:汽机负荷低于锅炉稳燃最低负荷时,多余蒸汽经减温减压器进入冷凝器,以收回工质。进入冷凝器,以收回工质。再热器 (2)旁路系统型式及容量根据机炉特性及运行要求确定。)旁路系统型式及容量根据机炉特性及运行要求确定。 哈汽哈汽20万机组的旁路:万机组的旁路: 汽机空载流量汽机空载流量5 14% 中间再热器最小冷却量中间再热器最小冷却量 高压小旁路取高压小旁路取9 50维持锅炉稳燃维持锅炉稳燃 大旁路大旁路 36 北重调速系统适当放大小旁路,不设大旁路北重调速系统适当放大小旁路,不设大旁路(3)旁路的操作有自动、手动,自动的投入信号来自高、中压缸调节汽门,旁路的操作有自动、手动,自
7、动的投入信号来自高、中压缸调节汽门,阀门关小到一定程度就自动打开旁路。阀门关小到一定程度就自动打开旁路。(一)问题(一)问题 当外界负荷改变,锅炉供应的蒸汽量不能马上适应。汽轮机从调速当外界负荷改变,锅炉供应的蒸汽量不能马上适应。汽轮机从调速汽阀动作到功率变化,动态响应时间常数有汽阀动作到功率变化,动态响应时间常数有710s,而锅炉从调节系统而锅炉从调节系统动作,经过燃烧到蒸汽量改变的动态响应,时间要动作,经过燃烧到蒸汽量改变的动态响应,时间要100250s,所以产所以产生一个如何合理控制锅炉与汽轮机问题机炉协调控制。生一个如何合理控制锅炉与汽轮机问题机炉协调控制。(1)汽轮机跟随控制方式)汽
8、轮机跟随控制方式 外界负荷信号先送给锅炉调节系统,通过外界负荷信号先送给锅炉调节系统,通过改变给煤量、给风量、给水量改变蒸发量改变给煤量、给风量、给水量改变蒸发量新汽压力变大根据新汽压力控制汽轮机的新汽压力变大根据新汽压力控制汽轮机的调节汽阀改变负荷,即汽轮机等锅炉先行调节汽阀改变负荷,即汽轮机等锅炉先行调节,等主蒸汽压力发生变化再进行调节。调节,等主蒸汽压力发生变化再进行调节。特点:特点:l由于负荷的改变没有利用锅炉的蓄热,要等由于负荷的改变没有利用锅炉的蓄热,要等锅炉调节,蒸汽量发生变化之后才进行。锅锅炉调节,蒸汽量发生变化之后才进行。锅炉调节的动态响应时间长,负荷适应性差。炉调节的动态响
9、应时间长,负荷适应性差。l由于要调整主蒸汽压力再改变进汽量,主蒸由于要调整主蒸汽压力再改变进汽量,主蒸汽压力波动小。汽压力波动小。l 汽轮机调节阀由转速控制,锅炉的调节系统由调节阀前的主蒸汽压力控制。汽轮机调节阀由转速控制,锅炉的调节系统由调节阀前的主蒸汽压力控制。 外界负荷外界负荷 调节汽阀、进汽量调节汽阀、进汽量 调节阀前主蒸汽压力调节阀前主蒸汽压力 汽轮机功率汽轮机功率 锅炉调节系锅炉调节系统动作给水量、给煤量、给风量统动作给水量、给煤量、给风量 蒸汽量蒸汽量 压力值恢复压力值恢复1) 汽机刚开始调节,锅炉调节还未动作,蒸汽量增大来自锅炉汽水、金属的蓄热。外汽机刚开始调节,锅炉调节还未动
10、作,蒸汽量增大来自锅炉汽水、金属的蓄热。外界负荷变化不大时可利用蓄热参与一次调频,响应速度快。界负荷变化不大时可利用蓄热参与一次调频,响应速度快。2)负荷变化较大时,由于蓄热量不足锅炉调节响应速度慢,造成主汽压力较大波动。)负荷变化较大时,由于蓄热量不足锅炉调节响应速度慢,造成主汽压力较大波动。3)如主汽压力降低太大,可能产生蒸汽带水,对锅炉汽机的安全不利,压力信号将)如主汽压力降低太大,可能产生蒸汽带水,对锅炉汽机的安全不利,压力信号将反馈关小控制调节阀。反馈关小控制调节阀。l利用锅炉蓄热转换成蒸汽,增强机组的一次调频能力,锅炉要提前调节。利用锅炉蓄热转换成蒸汽,增强机组的一次调频能力,锅炉
11、要提前调节。1)调节系统连线上:)调节系统连线上: 外界负荷变化的信号同时送给锅炉、汽机,主蒸汽压力的信号送给锅炉。外界负荷变化的信号同时送给锅炉、汽机,主蒸汽压力的信号送给锅炉。2)控制方式上:)控制方式上:(a)负荷变化开始阶段改变调节汽阀开度,利用锅炉的蓄热参与一次调频。负荷变化开始阶段改变调节汽阀开度,利用锅炉的蓄热参与一次调频。(b)负荷变化信号同时送到锅炉,锅炉可以在主蒸汽压力变动之前提前调节,及负荷变化信号同时送到锅炉,锅炉可以在主蒸汽压力变动之前提前调节,及时改变蒸汽量。时改变蒸汽量。(c)主蒸汽压力信号接到锅炉,维持主蒸汽压力尽可能不变。主蒸汽压力信号接到锅炉,维持主蒸汽压力
12、尽可能不变。1、作用:实现中间再热机组动态过开或关,克服中低压缸功率滞后。、作用:实现中间再热机组动态过开或关,克服中低压缸功率滞后。 高压缸功率的变化靠油动机来实现,油动机的动作受滑阀的控制,滑高压缸功率的变化靠油动机来实现,油动机的动作受滑阀的控制,滑阀的动作又受到控制油压阀的动作又受到控制油压px的控制,所以为了实现动态过开,的控制,所以为了实现动态过开,px的变的变化有如图所示的动态规律。化有如图所示的动态规律。l再热机组为何出现功率滞后现象再热机组为何出现功率滞后现象l中间再热机组调速系统特点中间再热机组调速系统特点l旁路的种类旁路的种类l机炉联合运行的三种方案和各自特点机炉联合运行
13、的三种方案和各自特点l 动态校正器的作用动态校正器的作用1、叶片的结构分为三部分:、叶片的结构分为三部分:l叶型作用:汽轮机的主要通流部分,承担把蒸汽的动能叶型作用:汽轮机的主要通流部分,承担把蒸汽的动能转变为机械能的任务,要求有好的汽动特性,比如型线、转变为机械能的任务,要求有好的汽动特性,比如型线、进汽角、出汽角等。进汽角、出汽角等。l叶根作用:把叶片牢固地固定在轮缘上。叶根作用:把叶片牢固地固定在轮缘上。l叶顶作用:汽流通道的上表面,并通过围带的不同结构叶顶作用:汽流通道的上表面,并通过围带的不同结构起到调整叶片频率作用。起到调整叶片频率作用。2、分类、分类按叶片截面沿叶高变化的规律分:
14、按叶片截面沿叶高变化的规律分:(1)等截面叶片:)等截面叶片: 叶片的截面处处相等,适用于短叶片,即径高比叶片的截面处处相等,适用于短叶片,即径高比 (2)变截面叶片(扭叶片):)变截面叶片(扭叶片): 叶片高度增大后为提高叶片的效率,叶片的型线沿高度变叶片高度增大后为提高叶片的效率,叶片的型线沿高度变化,为了改善叶片的强度条件,自下而上叶片截面积缩小。化,为了改善叶片的强度条件,自下而上叶片截面积缩小。l倒倒T型简单,强度条件差,型简单,强度条件差, 安装方式:圆安装方式:圆 发展为双倒发展为双倒T型型 周向装配方式周向装配方式l外包外包T型改善轮缘向外弯曲型改善轮缘向外弯曲l叉型长叶片插入
15、装配叉型长叶片插入装配l纵树型长叶片、叶根与轮缘截面接近于等强度纵树型长叶片、叶根与轮缘截面接近于等强度轴向装配。轴向装配。 叶根的选型是根据受力情况和加工的工艺习惯。叶根的选型是根据受力情况和加工的工艺习惯。 lT型叶根型叶根 外包外包T型型 叉型叉型 纵树型纵树型l整体围带,装配围带整体围带,装配围带 围带作用:减小叶顶漏汽损失,增加叶片抗弯刚度。由薄钢板或带制成,围带作用:减小叶顶漏汽损失,增加叶片抗弯刚度。由薄钢板或带制成,通过铆接或焊接固定在叶顶上。通过铆接或焊接固定在叶顶上。l长叶片取消围带,改为顶部削薄长叶片取消围带,改为顶部削薄l拉筋:焊接拉筋(紧拉筋),松拉筋拉筋:焊接拉筋(
16、紧拉筋),松拉筋 拉筋作用:调整叶片的自振频率,增强叶片振动阻尼。拉筋作用:调整叶片的自振频率,增强叶片振动阻尼。 拉筋由直径为拉筋由直径为5-12mm的细金属丝或管组成,贯穿于叶型段的拉筋孔中。的细金属丝或管组成,贯穿于叶型段的拉筋孔中。(松拉筋松拉筋) 拉筋置于动叶流道内,造成流动损失,降低经济性,只有在叶片振动特拉筋置于动叶流道内,造成流动损失,降低经济性,只有在叶片振动特性迫切需要才使用。性迫切需要才使用。(一)叶片受力情况分析(一)叶片受力情况分析1 1、作用力的主要形式:、作用力的主要形式:l离心力作用离心力作用l蒸汽作用力蒸汽作用力l围带、拉筋发生弯曲变形时的作用力围带、拉筋发生
17、弯曲变形时的作用力l当叶片安装偏移时,离心力的作用点不通过计算截面的形心时,将引起当叶片安装偏移时,离心力的作用点不通过计算截面的形心时,将引起弯曲应力。弯曲应力。 应力分析包括:应力分析包括:l汽流作用力:包括弯曲应力和振动汽流作用力:包括弯曲应力和振动 动应力、频率特性(计算自振频率动应力、频率特性(计算自振频率是否会共振)是否会共振)l离心力拉伸应力、弯曲应力离心力拉伸应力、弯曲应力l受热不均匀不均匀温度场引起的温度应力受热不均匀不均匀温度场引起的温度应力l叶片所受离心力随转速、叶片质量变化,蒸汽作用力随级的焓降和流量而变化。叶片所受离心力随转速、叶片质量变化,蒸汽作用力随级的焓降和流量
18、而变化。要保证运行安全性,必须在最危险工况下即叶片受力最大的情况下进行校核。要保证运行安全性,必须在最危险工况下即叶片受力最大的情况下进行校核。l汽轮机中各级叶片的最危险工况并不是同时出现。例如调节级的最危险工况是汽轮机中各级叶片的最危险工况并不是同时出现。例如调节级的最危险工况是在第一个调节阀接近全开而第二个调节阀尚未开启之时,此时调节级的理想比在第一个调节阀接近全开而第二个调节阀尚未开启之时,此时调节级的理想比焓降最大,部分进汽度最小;对于低压级,最危险工况是在最大蒸汽流量和最焓降最大,部分进汽度最小;对于低压级,最危险工况是在最大蒸汽流量和最高真空时。高真空时。3 3、对于同一叶片,其叶
19、顶、叶身、叶根等不同位置的应力情况不同,应对最危险、对于同一叶片,其叶顶、叶身、叶根等不同位置的应力情况不同,应对最危险截面进行校核。一般而言,靠近叶根位置的应力较大,对于变截面叶片应该对截面进行校核。一般而言,靠近叶根位置的应力较大,对于变截面叶片应该对应力最大的截面进行校核。应力最大的截面进行校核。l许多级的叶片采用装配式围带,围带将叶片连接成组后,抗弯刚许多级的叶片采用装配式围带,围带将叶片连接成组后,抗弯刚度比单个叶片增强,可以减小叶片的弯曲应力,刚度的增加有使度比单个叶片增强,可以减小叶片的弯曲应力,刚度的增加有使叶片自振频率提高的趋势。叶片自振频率提高的趋势。l由于在叶顶增加了质量
20、,从而增加叶片所受的离心力,质量增加由于在叶顶增加了质量,从而增加叶片所受的离心力,质量增加使叶片自振频率有降低的趋势。使叶片自振频率有降低的趋势。1、等截面叶片的离心应力、等截面叶片的离心应力 叶片截面积处处相等,在不同截面上叶片所承受的离心力不同,自上叶片截面积处处相等,在不同截面上叶片所承受的离心力不同,自上而下是逐渐增大,根部的拉伸应力最大。(而下是逐渐增大,根部的拉伸应力最大。(P237计算公式)计算公式)讨论:讨论:(1)等截面叶片根部截面上所受的离心力拉伸应力与截面积大小无关。)等截面叶片根部截面上所受的离心力拉伸应力与截面积大小无关。在等截面叶片的强度设计,不能用增大截面积来降
21、低离心拉伸力。在等截面叶片的强度设计,不能用增大截面积来降低离心拉伸力。(2)采用低密度、高强度的叶片材料来降低根部拉应力。如钛基合金密)采用低密度、高强度的叶片材料来降低根部拉应力。如钛基合金密度度4.5103kg/m3,相当于不锈钢的,相当于不锈钢的57,拉应力也只有,拉应力也只有57。(3)当等截面叶片的材料一定时,可采用变截面叶片降低离心应力。)当等截面叶片的材料一定时,可采用变截面叶片降低离心应力。平均直径(1)特点:)特点: 当叶片径高比当叶片径高比11或或11以以B0振动为例振动为例 只是在一个狭小的范围内变化,只是在一个狭小的范围内变化,4.44.44.94.9,比,比A0A0
22、,A1A1的的 值变化值变化范围要小得多,说明围带的结构不同,对范围要小得多,说明围带的结构不同,对B B0 0型自振频率影响不大,因型自振频率影响不大,因为叶片组作振动时,叶顶基本不动,围带变形及质量影响较小,不同为叶片组作振动时,叶顶基本不动,围带变形及质量影响较小,不同围带的差别显示不出来围带的差别显示不出来B B0 0型的两条曲线上没有注型的两条曲线上没有注 ,两条线的区域表示了,两条线的区域表示了B0B0型自振频率的变型自振频率的变化范围,这不是由围带的质量不同所引起,是由于型振动时组内各个化范围,这不是由围带的质量不同所引起,是由于型振动时组内各个叶片振动相位不同,自振频率也略有差
23、异产生。叶片振动相位不同,自振频率也略有差异产生。II. 对于结构尺寸已确定的叶片组,自振频率的升高有一定的规律,将交对于结构尺寸已确定的叶片组,自振频率的升高有一定的规律,将交替出现替出现A0,B0,A1,B1型型a) 自振频率的计算自振频率的计算I. 与分析围带一样,写出安装拉筋后叶片组的边界条件,然后求出值,与分析围带一样,写出安装拉筋后叶片组的边界条件,然后求出值,再带入频率计算公式计算再带入频率计算公式计算uu 顶端无约束,即弯矩,切力为顶端无约束,即弯矩,切力为0uu 根部固定根部固定uu 拉筋处叶片连接拉筋处叶片连接I. 引入拉筋对叶片组自振频率修正系数引入拉筋对叶片组自振频率修
24、正系数可以通过试验或计算得出,一般整理成曲线可以通过试验或计算得出,一般整理成曲线 lP279图图5.6.18I. 与振型有关。与振型有关。振型不同,振型不同, 值大小范围相差很大值大小范围相差很大A0型型 11.25 A1型型 57.2II.与拉筋位置有关与拉筋位置有关 拉筋相对高度拉筋相对高度 对对A0型,尽管拉筋质量,刚度不同,但具有同样的变化趋势,且安装型,尽管拉筋质量,刚度不同,但具有同样的变化趋势,且安装在离叶根(在离叶根(0.50.6)l高度处,高度处, 最大,安装位置升高或降低都将使最大,安装位置升高或降低都将使叶片自振频率下降叶片自振频率下降。l一方面由于拉筋被弯曲的叶片所迫
25、弯曲成波浪形,相应产生一个反弯一方面由于拉筋被弯曲的叶片所迫弯曲成波浪形,相应产生一个反弯矩作用于叶片,以提高叶片的刚度,使自振频率提高。另一方面,由矩作用于叶片,以提高叶片的刚度,使自振频率提高。另一方面,由于拉筋质量参与振动,增大了叶片的惯性,使自振频率降低,综合作于拉筋质量参与振动,增大了叶片的惯性,使自振频率降低,综合作用的结果,若拉筋安装位置偏低,这时虽然拉筋质量的影响减少,但用的结果,若拉筋安装位置偏低,这时虽然拉筋质量的影响减少,但由于在较低位置,叶片转角较小,拉筋变形较小,反弯矩小,因此自由于在较低位置,叶片转角较小,拉筋变形较小,反弯矩小,因此自振频率比(振频率比(0.50.
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