項(xiàng)目9 任務(wù)9.8汽輪機(jī)的非正常運(yùn)行-

授課教師：孫為民項(xiàng)目七電廠(chǎng)汽輪機(jī)的啟動(dòng)任務(wù)9.8汽輪機(jī)的非正常運(yùn)行汽輪機(jī)偏離正常運(yùn)行方式的各種工作狀態(tài)統(tǒng)稱(chēng)為非正常運(yùn)行或者異常運(yùn)行汽輪機(jī)非正常運(yùn)行狀態(tài)下，只要監(jiān)視參數(shù)沒(méi)有超限，機(jī)組仍能繼續(xù)工作，只是各部件的熱狀態(tài)以及受力情況都有不同程度的改變。必須予以關(guān)注非正常運(yùn)行ABNORMAL

OPERATION

04高壓加熱器切除時(shí)的運(yùn)行03低真空運(yùn)行02電網(wǎng)頻率異常時(shí)的運(yùn)行汽輪機(jī)的非正常運(yùn)行有以下幾種情況：01汽輪機(jī)甩負(fù)荷04高壓加熱器切除時(shí)的運(yùn)行03低真空運(yùn)行02電網(wǎng)頻率異常時(shí)的運(yùn)行01汽輪機(jī)甩負(fù)荷汽輪機(jī)的非正常運(yùn)行有以下幾種情況：[其后又有三種不同的運(yùn)行狀態(tài)①電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)故障時(shí)，汽輪機(jī)解列維持空負(fù)荷或帶廠(chǎng)用電負(fù)荷運(yùn)行②電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)故障時(shí)，汽輪機(jī)解列時(shí)的變頻運(yùn)行③汽輪機(jī)負(fù)荷較低且未解列時(shí)的倒拖運(yùn)行這三種情況下，汽輪機(jī)的流量都很小概括為小容積流量工況CONTENTS目錄第一部分PART

ONE小容積流量工況第二部分PART

TWO葉片顫振第三部分PART

THREE電網(wǎng)頻率異常時(shí)的運(yùn)行第四部分PART

FOUR低真空運(yùn)行第五部分PART

FIVE高壓加熱器切除時(shí)的運(yùn)行小容積流量工況第一部分小容積流量工況7

01小容積流量下，汽輪機(jī)末幾級(jí)的流動(dòng)特性證明：隨著容積流量的減小，汽輪機(jī)的末級(jí)首先出現(xiàn)脫流，然后脫流現(xiàn)象往前面各級(jí)依次發(fā)展,如圖所示。脫流沿葉高和軸向的深度都將隨的減小而加劇。顯然：小容積流量工況8汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉根部開(kāi)始出現(xiàn)脫流及其后容積流量更小的工況就為汽輪機(jī)的小容積流量工況小容積流量工況下，汽輪機(jī)的效率會(huì)下降顯然：01小容積流量下，汽輪機(jī)末幾級(jí)的流動(dòng)特性小容積流量工況902動(dòng)葉根部與葉間間隙外緣發(fā)生渦流的原因發(fā)生脫流的條件有二01由流體力學(xué)知識(shí)可知軸向擴(kuò)壓流動(dòng)02流體具有黏性所以渦流發(fā)生在擴(kuò)壓區(qū)和葉柵上下端部的邊界層增厚處小容積流量工況1003汽輪機(jī)的鼓風(fēng)工況、透平工況與過(guò)渡工況隨著級(jí)容積流量的減小，級(jí)的輪周功率也在下降，我們稱(chēng)級(jí)的輪周功率為零的工況為級(jí)的過(guò)渡工況，是級(jí)耗功與對(duì)外做功的界限級(jí)的容積流量大于該值時(shí)，級(jí)內(nèi)蒸汽仍可對(duì)外做功。級(jí)的容積流量小于該值時(shí)，級(jí)內(nèi)蒸汽的流動(dòng)不僅不能對(duì)外做功，還會(huì)消耗汽輪機(jī)軸的功我們稱(chēng)這種耗功工況為級(jí)的鼓風(fēng)工況小容積流量工況1103汽輪機(jī)的鼓風(fēng)工況、透平工況與過(guò)渡工況汽輪機(jī)對(duì)外做的有效功大于零的工況為透平工況汽輪機(jī)不僅不對(duì)外做功還要消耗軸上機(jī)械功的工況為鼓風(fēng)工況也稱(chēng)耗能工況或壓氣機(jī)工況或倒拖工況。在鼓風(fēng)工況下，動(dòng)葉起鼓風(fēng)機(jī)葉片的作用，有時(shí)動(dòng)葉后壓力還會(huì)大于噴嘴后（動(dòng)葉前）壓力。我們稱(chēng)汽輪機(jī)對(duì)外做的有效功為零的工況為過(guò)渡工況同理，對(duì)于汽輪機(jī)小容積流量工況1203汽輪機(jī)的鼓風(fēng)工況、透平工況與過(guò)渡工況將流體送出該級(jí)，這部分消耗的能量最大維持噴嘴動(dòng)葉間隙外緣環(huán)形渦流，這部分消耗的能量居中動(dòng)葉后根部渦流耗能最少鼓風(fēng)工況下的功耗分為三部分小容積流量工況13小容積流量工況下，級(jí)的工作條件惡化主要是由于在動(dòng)葉根部和級(jí)間隙中出現(xiàn)了脫流現(xiàn)象。04影響過(guò)渡工況的因素而脫流的原因又是噴嘴的外緣擴(kuò)張角過(guò)大，汽機(jī)工作過(guò)程中，過(guò)渡工況出現(xiàn)的越遲，鼓風(fēng)工況的范圍就越窄，對(duì)外做功的透平工況范圍就越寬。為此，需要分析過(guò)渡工況的影響因素，以減小過(guò)渡工況對(duì)應(yīng)的值。因此推遲過(guò)渡工況出現(xiàn)的具體方法有：0102噴嘴外緣擴(kuò)張角不宜過(guò)大扭葉片的的截面移向頂部小容積流量工況1404鼓風(fēng)工況下對(duì)通流部分的加熱汽輪機(jī)容積流量降低時(shí)，最先進(jìn)入鼓風(fēng)工況的是最末級(jí)，隨著容積流量的繼續(xù)降低，倒數(shù)第二級(jí)也進(jìn)入鼓風(fēng)工況……，如此逐級(jí)向前推進(jìn)。鼓風(fēng)工況消耗的機(jī)械能將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芗訜嵴羝儆烧羝訜徂D(zhuǎn)子和汽缸。鼓風(fēng)工況小容積流量工況15噴水冷卻裝置投運(yùn)時(shí)，若凝汽器真空較高，則末級(jí)動(dòng)葉后汽溫沿整個(gè)葉高都將降到排汽壓力下的飽和溫度，一般為50~60℃，比較安全。為了降低末級(jí)和排汽缸的溫度，在末級(jí)后裝設(shè)了噴水冷卻裝置。一臺(tái)末級(jí)徑高比為2.4的汽輪機(jī)空負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，低壓缸的進(jìn)汽溫度為110~130℃，但由于鼓風(fēng)加熱的作用，使排汽溫度可高達(dá)200~250℃。單缸凝汽式汽輪機(jī)在空負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，只有調(diào)節(jié)級(jí)可對(duì)外做功，其余各級(jí)都處于鼓風(fēng)工況，各級(jí)都受到加熱。試驗(yàn)表明小容積流量工況16由于小容積流量工況下，末級(jí)動(dòng)葉根部的反動(dòng)度為負(fù)值，所以噴水冷卻裝置噴出的水滴會(huì)被根部渦流吸入動(dòng)葉，并冷卻動(dòng)葉。對(duì)于再熱機(jī)組，低負(fù)荷時(shí)旁路蒸汽送入凝汽器，減溫減壓器噴出的部分水滴也將經(jīng)過(guò)凝汽器倒流入末級(jí)動(dòng)葉根部起冷卻作用但不能為此就停用噴水冷卻裝置，否則，幾分鐘后末級(jí)動(dòng)葉后汽溫就可升高到200℃甚至250℃。小容積流量工況17小容積流量工況下，末級(jí)葉根汽流倒流帶入的水滴還會(huì)對(duì)動(dòng)葉出口邊背弧產(chǎn)生水沖蝕作用，這種沖蝕使葉片的強(qiáng)度下降，也增加了不安全因素。0102小容積流量工況下，排汽壓力升高時(shí)，夾帶水滴逆流進(jìn)入動(dòng)葉根部的冷卻作用不能將金屬材料冷卻到允許范圍，且會(huì)引起其它安全問(wèn)題，因此在小容積流量工況下仍然要限制排汽壓力的升高。葉片顫振第二部分葉片顫振19加之：末幾級(jí)葉片的長(zhǎng)度不斷增加，末級(jí)葉頂?shù)膱A周速度處于跨聲速或超聲速區(qū)域，使葉片在小容積流量下運(yùn)行時(shí)的負(fù)沖角很大，導(dǎo)致葉片發(fā)生顫振，當(dāng)汽輪機(jī)解列維持低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速將會(huì)偏離設(shè)計(jì)值，此時(shí)，汽輪機(jī)末幾級(jí)的調(diào)頻葉片就可能進(jìn)入共振區(qū)工作，使其振動(dòng)性能下降。葉片顫振而且顫振是一種自激振動(dòng)，很容易導(dǎo)致葉片損壞。電網(wǎng)頻率異常時(shí)的運(yùn)行第三部分電網(wǎng)頻率異常時(shí)的運(yùn)行21電網(wǎng)頻率異常是指電網(wǎng)頻率低于49.5Hz或高于50.5Hz的情況電網(wǎng)頻率異常會(huì)影響到某些部件的振動(dòng)性能，其中對(duì)汽輪機(jī)低壓級(jí)葉片的振動(dòng)性能影響最大，有可能使這些長(zhǎng)葉片陷入共振區(qū)所以電網(wǎng)頻率異常時(shí)的運(yùn)行也是一種危險(xiǎn)的運(yùn)行工況。010203電網(wǎng)頻率異常時(shí)的運(yùn)行22比如美國(guó)GE公司的規(guī)定為：（1）頻率偏離設(shè)計(jì)值±0.6Hz可長(zhǎng)期運(yùn)行（2）頻率偏離設(shè)計(jì)值±0.6~1.4Hz可運(yùn)行90min（3）頻率偏離設(shè)計(jì)值±1.4~1.9Hz可運(yùn)行12min（4）頻率偏離設(shè)計(jì)值±1.9~2.4Hz可運(yùn)行1min另外，汽輪機(jī)上還設(shè)有超頻率保護(hù)裝置，當(dāng)頻率變化超過(guò)規(guī)定范圍后，保護(hù)動(dòng)作可以使汽輪機(jī)脫扣。電網(wǎng)頻率變化幅度不同，對(duì)機(jī)組的危害性也不同。為了避免電網(wǎng)頻率超范圍運(yùn)行損壞汽輪機(jī)葉片，有的制造廠(chǎng)對(duì)超范圍時(shí)的運(yùn)行時(shí)間做了嚴(yán)格規(guī)定低真空運(yùn)行第四部分低真空運(yùn)行24低真空運(yùn)行Lowvacuumoperation在前面我們已經(jīng)分析過(guò)，汽輪機(jī)的排汽壓力升高（即真空下降）時(shí)對(duì)汽輪機(jī)安全工作的影響顯然低真空運(yùn)行會(huì)危及汽輪機(jī)設(shè)備的安全此處我們僅分析的凝汽式汽輪機(jī)改為低真空供熱運(yùn)行的情況低真空運(yùn)行25所謂凝汽式機(jī)組改為低真空供熱運(yùn)行工況是指:人為地提高凝汽器的真空，將凝汽器改造為一級(jí)熱網(wǎng)加熱器，這樣可以利用汽輪機(jī)的排汽熱量，經(jīng)濟(jì)效益明顯。采用這種運(yùn)行方式時(shí)，凝汽器內(nèi)冷卻排汽的是熱網(wǎng)水，原來(lái)的循環(huán)水系統(tǒng)被切除。經(jīng)凝汽器加熱的熱網(wǎng)水用熱網(wǎng)水泵送往熱網(wǎng)加熱器再加熱到合格溫度后，送往熱用戶(hù)。低真空運(yùn)行26該運(yùn)行方式需注意以下問(wèn)題1.進(jìn)入凝汽器的熱網(wǎng)水壓較高，要考慮凝汽器水室的承壓?jiǎn)栴}和銅管接口處的嚴(yán)密性問(wèn)題2.汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向推力較大，要考慮推力軸承的承受問(wèn)題3.排汽缸溫度較高，需注意汽缸與轉(zhuǎn)子中心一致的問(wèn)題4.凝結(jié)水溫度較高，需考慮凝結(jié)水泵的運(yùn)行可靠性5.需密切關(guān)注抽氣器或真空泵的運(yùn)行情況高壓加熱器切除時(shí)的運(yùn)行第五部分高壓加熱器切除時(shí)的運(yùn)行28因?yàn)楦邏杭訜崞鳎ê?jiǎn)稱(chēng)高加）位于給水泵的出口，工作壓力高，經(jīng)除氧器加熱過(guò)的水溫也較高，使得高加的運(yùn)行條件很差，容易發(fā)生故障。高加發(fā)生故障時(shí)，有可能造成汽、水倒入汽輪機(jī)，嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)設(shè)備的安全。為此，高加故障時(shí)，必須將其切除，此時(shí)，給水經(jīng)高加的給水旁路送往鍋爐，并不影響鍋爐的供水。對(duì)于雙層汽缸中的冷卻蒸汽是由高加抽汽提供的機(jī)組來(lái)說(shuō)，高加上還需設(shè)蒸汽旁路，以保證高加切除時(shí)夾層蒸汽的供給。高壓加熱器切除時(shí)的運(yùn)行29高加切除后，汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性會(huì)發(fā)生變化，有些機(jī)組還會(huì)限制機(jī)組的出力。其影響程度與高加的水側(cè)旁路設(shè)置以及停運(yùn)方式有關(guān)。高加的水側(cè)旁路有小旁路和大旁路兩種類(lèi)型:小旁路系統(tǒng)小旁路系統(tǒng)的每臺(tái)高加均設(shè)置一套旁路供水系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行靈活，高加的事故波及面小，但設(shè)備投資費(fèi)用高，系統(tǒng)復(fù)雜。大旁路系統(tǒng)大旁路系統(tǒng)只設(shè)置一套旁路供水系統(tǒng)，只要一臺(tái)高加故障，所有高加都需切除，由于其有系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便，投資費(fèi)用省的優(yōu)點(diǎn)，也得到了廣泛使用。高壓加熱器切除時(shí)的運(yùn)行30高加的停用有依次停用和中間停用兩種典型方式。依次停運(yùn)法從壓力最高的加熱器開(kāi)始停運(yùn)，然后依壓力降低的次序順序逐漸停運(yùn)其他加熱器中間停運(yùn)法則無(wú)需考慮壓力問(wèn)題，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況選擇停運(yùn)任何加熱器小旁路系統(tǒng)可以選擇使用依次停運(yùn)或中間停運(yùn)兩種方式，而大旁路系統(tǒng)只能采用依次停用法高壓加熱器切除時(shí)的運(yùn)行31此時(shí)如果汽輪機(jī)的主蒸汽流量不變，停運(yùn)高加抽汽口后的所有級(jí)的蒸汽流量都將增加，會(huì)使得汽輪機(jī)的軸向推力增大，危及汽輪機(jī)設(shè)備的安全采用依次停用法的機(jī)組，被保留的加熱器工作條件不變。而且由于高加的停用，使得給水溫度下降，同時(shí)冷源損失增大，兩者綜合作用造成機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性下降較多。另外，高加切除后，還可能造成鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度超限