汽輪機(jī)配汽系統(tǒng)

1、噴嘴配汽和節(jié)流配汽 汽輪機(jī)的熱耗曲線及其比較汽輪機(jī)配汽系統(tǒng)概述汽輪機(jī)的配汽方式對(duì)汽輪 機(jī)的運(yùn)行性能、結(jié)構(gòu)，特別是 汽缸高中壓部分的布置和結(jié) 構(gòu)有很大的影響。汽輪機(jī)最常 采用的配汽方式為噴嘴配汽 和節(jié)流配汽。在一般情況下 節(jié)流配汽的汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的效率稍高于噴嘴配汽的汽輪機(jī)，而在部分負(fù)荷工況下，前者的效率則低于后者。右 圖表示了這兩種汽輪機(jī)的熱耗（h ）隨流量（G，即機(jī)組功率）而變化的曲線。在設(shè)計(jì)工況下節(jié)流配汽的汽輪機(jī)效率高 的原因在于，節(jié)流配汽的汽輪機(jī)沒(méi)有調(diào)節(jié)級(jí)，不存在調(diào)節(jié)級(jí) 中的部分進(jìn)汽損失，另外，它的第一級(jí)的余速可被下一級(jí)利 用。而在部分負(fù)荷下效率的降低，則是由于節(jié)流損失的增大 引起的

2、。節(jié)流損失的大小與機(jī)組流量（功率）變化的程度有 關(guān)，也和機(jī)組總理想焓降的大小有關(guān)。流量變化越大，閥門(mén) 節(jié)流程度越大，節(jié)流損失就越大，機(jī)組的總理想焓降越大， 即初壓/背壓比越大，節(jié)流損失則越?。ㄕ伎傡式档谋壤??。?。對(duì)于中間再熱機(jī)組，節(jié)流損失僅存在于中間再熱之前的高 壓級(jí)內(nèi)。由于高壓機(jī)組的背壓遠(yuǎn)大于凝汽機(jī)組的背壓，所以，對(duì)高壓缸來(lái)講，節(jié)流損失是相當(dāng)大的。中低壓缸的焓降一般第四章汽輪機(jī)配汽系統(tǒng)要占機(jī)組總焓降的 2/33/4,而這一部分不受節(jié)流損失的影 響，因此對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)來(lái)講，節(jié)流損失將大為減小。對(duì)于中 間再熱機(jī)組，節(jié)流損失的大小隨初壓力的提高而有所降低。 這是因?yàn)槌鯄毫Φ奶岣邔?duì)高壓級(jí)組的初壓/

3、背壓影響不大（隨著初壓力的提高，高壓級(jí)組的背壓也將按比例增長(zhǎng)），但卻會(huì)擴(kuò)大中低壓級(jí)組焓降在汽輪機(jī)總焓降中所占的比例，從而 使整個(gè)機(jī)組的節(jié)流損失有所減少。噴嘴配汽汽輪機(jī)在部分負(fù) 載下的經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)于節(jié)流配汽汽輪機(jī)，但它的高壓級(jí)組在變工 況下的蒸汽溫度變化比較大，從而會(huì)引起較大的材料熱應(yīng) 力，因此調(diào)節(jié)級(jí)汽缸壁可能產(chǎn)生的熱應(yīng)力常成為限制這種汽 輪機(jī)迅速改變負(fù)荷的重要因素之一。而節(jié)流配汽汽輪機(jī)的情 況則與此不同，各級(jí)溫度隨負(fù)荷變化的幅度大體相等，而且 都很小。所以節(jié)流配汽的汽輪機(jī)雖然部分負(fù)荷下的效率較低，但它適應(yīng)工況變化的能力卻高于噴嘴配汽的汽輪機(jī)。大 功率汽輪機(jī)從安全著眼，控制機(jī)組在運(yùn)行中的熱應(yīng)力具有很

4、 大意義，所以帶基本負(fù)荷的大功率汽輪機(jī)目前傾向于采用節(jié) 流配汽方式。節(jié)流配汽汽輪機(jī)在部分負(fù)荷下效率低這一缺 點(diǎn)，可通過(guò)采用滑壓運(yùn)行的方式在一定程度上予以克服。最為優(yōu)越的配汽方式是采用了所謂雙重配汽方式。兼顧噴嘴和節(jié)流兩種配汽方式的優(yōu)點(diǎn)，將汽輪機(jī)設(shè)計(jì)成高負(fù)荷段為 噴嘴配汽，低負(fù)荷轉(zhuǎn)為節(jié)流配汽的節(jié)流-噴嘴混合配汽方 式。國(guó)外實(shí)踐表明，隨著蒸汽參數(shù)的提高，汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)的柔性 應(yīng)相應(yīng)提高。特別是汽輪機(jī)的進(jìn)汽部分，不管是高壓進(jìn)汽部 分還是中壓進(jìn)汽部分，這點(diǎn)都尤為重要，因?yàn)樵摬课皇瞧?機(jī)的高溫區(qū)域，盡可能地減小其在變動(dòng)工況下所固有的熱應(yīng) 力，對(duì)適應(yīng)高溫運(yùn)行有很重要的意義。經(jīng)驗(yàn)表明，和高參數(shù) 機(jī)組相比，在進(jìn)

5、汽部分采取一些新的結(jié)構(gòu)方式，增強(qiáng)相互膨 脹，防止汽缸與噴嘴室之間產(chǎn)生裂紋等。這些新的結(jié)構(gòu)方式 包括：蒸汽室和汽缸分離并較接在基礎(chǔ)上，蒸汽室和汽缸采 用柔性很大的導(dǎo)汽管連接，噴嘴汽室與汽缸采用裝配式聯(lián)接 等。高參數(shù)大功率汽輪機(jī)多采 用噴嘴配汽。習(xí)慣做法是，蒸 汽室與噴嘴室單獨(dú)鑄出，然后 再分別與高壓缸焊接，調(diào)節(jié)汽 閥布置在汽缸上。這種結(jié)構(gòu)方 式，布置緊湊，調(diào)節(jié)汽閥的傳 動(dòng)控制集中，從調(diào)節(jié)閥到汽輪 機(jī)之間的中間容積小，有利于提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第四章汽輪機(jī)配汽系統(tǒng)特別是防止甩負(fù)荷后的動(dòng)態(tài)超速。但這種結(jié)構(gòu)使咼壓缸結(jié) 構(gòu)復(fù)雜化，特別是會(huì)使汽缸在運(yùn)行中由于溫度不均勻而產(chǎn)生 過(guò)大的熱應(yīng)力，不能很好適應(yīng)蒸

6、汽參數(shù)提高和單機(jī)功率增大 對(duì)高溫運(yùn)行提出的要求。目前應(yīng)用較多的是將噴嘴配汽汽輪機(jī)的蒸汽室及其調(diào)節(jié) 閥從高壓缸缸體上分離出來(lái)，成為單獨(dú)的汽閥體。其實(shí)節(jié)流 配汽的汽輪機(jī)一向就采用這種進(jìn)汽部分的布置方式。需要說(shuō) 明的是，再熱機(jī)組高壓部分不論采用何種配汽方式，中壓進(jìn)汽部分一般均采用全周進(jìn)汽的節(jié)流配汽方式（僅很低負(fù)荷時(shí)參 加調(diào)節(jié)）。大功率汽輪機(jī)的主蒸汽進(jìn)汽管和再熱蒸汽進(jìn)汽管 多為雙路布置，這樣較有利于對(duì)稱(chēng)布置。所以獨(dú)立的汽閥體 通?？偸桥c主汽閥（或再熱主汽閥）制成。如上圖進(jìn)汽室、 噴嘴室與汽缸的焊接連接一體，而且一般總是制造成同樣結(jié) 構(gòu)和大小的兩個(gè)或四個(gè)。對(duì)稱(chēng)布置并固定在汽缸的兩側(cè)，閥 體與汽缸之間用較

7、長(zhǎng)的并按大曲率半徑彎成的管道連接，以 避免結(jié)合部分受到過(guò)大的應(yīng)力。閥體與汽缸分離并固定在基礎(chǔ)上的布置方式，增加了導(dǎo)汽管中貯存新汽的容積，在甩負(fù)荷時(shí)容易引起機(jī)組超速，對(duì)調(diào) 節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性有不利影響。為了克服這一缺點(diǎn)，采用使閥體 盡量靠近汽缸但又不單獨(dú)固定的方法，同時(shí)將主汽閥和調(diào)節(jié) 閥合裝在一個(gè)殼體內(nèi)來(lái)簡(jiǎn)化汽閥體的結(jié)構(gòu)。這種布置方式也 同樣有一些缺點(diǎn)，主要是由于汽閥體不單獨(dú)固定在基礎(chǔ)上， 主蒸汽管道的不對(duì)稱(chēng)推力可能傳到汽缸上，這就要求汽缸能 承受這部分額外的力量。選擇機(jī)組配汽系統(tǒng)的布置方式，主要考慮了一下幾個(gè)方面：蒸汽管道對(duì)汽缸的推力在允許的范圍內(nèi)，任何工況下管道對(duì)汽缸的總推力不得大于汽缸總重量的5

8、%。1) 管道和閥門(mén)在任何工況下的熱應(yīng)力和熱變形在允許 的范圍內(nèi)，同時(shí)也不會(huì)使之與連接的汽缸產(chǎn)生不允許的熱應(yīng) 力和熱變形。2) 調(diào)節(jié)閥后至配汽室的容積應(yīng)盡可能小，避免調(diào)節(jié)閥 快關(guān)后，閥后有過(guò)多的“余汽”進(jìn)入汽輪機(jī)，造成汽輪機(jī)組 超速。3) 安裝、運(yùn)行操作、檢修方便，結(jié)構(gòu)緊湊、整齊、美 觀。下圖為汽輪機(jī)組配汽系統(tǒng)高壓主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥布置(MSV為主汽閥；CV為調(diào)節(jié)閥)的布置方式。與一期閥門(mén) 外形一致材料稍有不同。主蒸汽管道位于汽輪機(jī)運(yùn)行層下 部，經(jīng)過(guò)2個(gè)高壓主汽閥和4個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽閥，分四路進(jìn)入 高壓缸。2個(gè)高壓主汽閥的出口與 4個(gè)調(diào)節(jié)汽閥的進(jìn)口對(duì)接 焊成一體，4個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽閥合用一個(gè)殼體。四根高

9、壓導(dǎo)汽管的一端與高壓調(diào)節(jié)閥出口焊接，另一端則采用法蘭、螺栓與高壓缸上4根進(jìn)汽短管的垂直法蘭相連接。第四章 汽輪機(jī)配汽系統(tǒng)高壓缸上的4根進(jìn)汽短 管以鐘罩型結(jié)構(gòu)與高壓 外缸焊接在一起，它們 與噴嘴室的短管采用插 入式連接。高壓缸共有 4個(gè)噴嘴室（噴嘴組）， 對(duì)稱(chēng)地布置于高壓缸上 下汽缸上。中壓缸中部?jī)蓚?cè)的中壓主汽聯(lián)合調(diào)進(jìn)入中壓缸。中壓聯(lián)合汽閥的進(jìn)再熱蒸汽經(jīng)過(guò)位于高、 節(jié)汽閥（布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層） 口與熱段再熱蒸汽管道連接，出口通向中壓缸中部的進(jìn)汽 口，這種布置方式能有效縮短中聯(lián)閥至中壓缸之間的管道長(zhǎng) 度，減少管道蒸汽容積，避免閥門(mén)快關(guān)后汽輪機(jī)的超速。超臨界機(jī)組主蒸汽及再熱蒸汽壓力、溫度較高，產(chǎn)生的沖擊力