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汽轮机设备及系统
汽轮机设备及系统
〔汽轮机设备及系统〕
技
术
讲
义
宋明伟
2020年4月
汽轮机设备系统介绍
一、汽轮机部分简介
1、汽轮机型式为超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、海勒式间接空冷凝汽式汽轮机。
2、设备使用条件
·机组布置方式：
室内纵向布置，机组右扩建〔从汽机房向锅炉房看〕，机头暂定朝向固定端。
·机组安装检修条件：
机组运转层标高13.7m。
·旋转方向〔从汽机向发电机看〕顺时针。
·最大承诺系统周波摆动：
48.5～51.5Hz。
·润滑油管路布置：
从汽轮机向发电机看暂定为右侧布置。
·汽轮机配上海电气电站设备上海发电机厂制造的QFSN660-2型静态励磁水氢氢发电机。
·给水泵配置：
给水系统为单元制。
一台机组配备2×50%BMCR汽动给水泵,一台30%BMCR启动电动给水泵。
汽动给水泵排汽排至主汽轮机喷射式混合凝汽器。
3、冷却方式
对海勒空冷系统：
冷却介质为水和空气，冷却设备为喷射式混合凝汽器和间冷塔。
开式冷却水采纳循环水，补充水为水库来水，闭式循环冷却水采纳除盐水。
闭式循环冷却水系统的最高温度为40℃，开式冷却水温度为33℃。
4、机组的额定设计参数
〔1〕在汽机主汽阀前额定压力：
24.2MPa额定温度：
566℃
〔2〕中压联合汽门前额定压力：
90%汽机高压缸排汽压力〔约4.13MPa〕。
额定温度：
566℃
汽轮机不同工况下特性
项目
单位
夏季工况
额定工况
VWO工况
堵塞背压工况
机组出力
MW
630
660
683
汽轮发电机组热耗值
kJ/kWh
8293
7966
7970
主蒸汽压力
MPa.a
24.2
24.2
24.2
再热蒸汽压力
MPa.a
3.91
3.93
4.13
高压缸排汽压力
MPa.a
4.34
4.36
4.58
主蒸汽温度
℃
566
566
566
再热蒸汽温度
℃
566
566
566
高压缸排汽温度
℃
312
312
317
主蒸汽流量
kg/h
1953
1953
2050
再热蒸汽流量
kg/h
1696
1705
1793
背压
kPa.a
27
11
11
低压缸排汽焓
kJ/kg
2518
2429
2426
低压缸排汽流量
kg/h
1285
1275
1320
补给水率
%
3
0
0
〔3〕汽轮机要紧数据汇总表
序
号
项目
单位
数据
备注
1
机组型式
超临界、一次中间再热、三缸四排汽、海勒式海勒空冷凝汽式
2
汽轮机型号
NK600-24.2/566/566
3
夏季出力
MW
637.441
4
铭牌出力
MW
675.950
5
最大出力〔VWO〕
MW
703.666
6
额定主蒸汽压力
MPa（a）
24.2
7
额定主蒸汽温度
℃
566
8
额定再热蒸汽进口温度
℃
566
11
主蒸汽额定进汽量
t/h
2021
12
主蒸汽最大进汽量〔VWO工况〕
t/h
2120
13
堵塞背压
kPa（a）
7.5
15
配汽方式
喷嘴+节流
16
额定给水温度
℃
281.5
额定工况
17
夏季出力热耗
kJ/kWh
8323
18
铭牌出力工况热耗
kJ/kWh
7934
19
低压末级叶片长度
mm
665
20
汽缸数量
个
3
21
汽轮机总内效率
%
89.85
高压缸效率
%
87.7
中压缸效率
%
93.2
低压缸效率
%
89.3
22
通流级数
级
高压缸
级
I+11
中压缸
级
8
低压缸
级
2×7×7
23
临界转速〔分轴系、轴段的试验值一阶、二阶〕
高压转子
r/min
无
中压转子
r/min
无
低压转子
r/min
无
24
低压缸排汽喷水量
kg/h
25
调剂装置DEH制造厂
26
安全检测〔TSI〕制造厂
27
数据治理系统〔DM2000〕制造厂
28
机组外形尺寸
m×m×m
28×11×8
29
最大件起吊高度〔带横担时〕
m
～10
30
冷态启动从汽机冲转到带满负荷所需时刻
min
241
31
变压运行负荷范畴
%
18～100
32
定压、变压负荷变化率
%/min
2、5
33
轴振动最大值
mm
0.075
34
临界转速时轴承振动最大值
mm
0.15
35
最高承诺背压值
kPa（a）
48
36
报警背压
kPa（a）
43
37
跳闸背压
kPa（a）
65
38
最高承诺排汽温度〔额定负荷〕
℃
120
39
排汽报警温度
℃
93
40
排汽跳闸温度
℃
121
41
噪声水平
dB（A）
85
42
盘车转速
r/min
2.38
43
油系统装油量
m3
32
主油箱容量
m3
48
油冷却器型式
管式
顶轴油泵制造厂
DENISON/REXTOTH
44
抗燃油牌号
见表5-22
抗燃油泵制造厂
见表5-22
抗燃油系统装油量
kg
见表5-22
抗燃油箱容量
m3
见表5-22
抗燃油冷却器型式
见表5-22
45
机组总重
t
汽轮机本体
t
1000
主汽门、调剂阀等
t
67.4
润滑油系统
t
50
〔4〕汽轮机运行参数
序
号
项目
单位
数据
1
全真空惰走时刻
min
～65
2
无真空惰走时刻
min
～40
3
主开关断开不超速跳闸的最高负荷
MW
703.666
4
超速跳闸转速：
5
机械超速跳闸转速
r/min
3300～3360
6
电气超速跳闸转速
r/min
3300
7
汽轮机正常运行承诺的最高背压〔额定负荷〕
kPa（a）
48
8
汽机报警背压
kPa（a）
43
9
汽机跳闸背压
kPa（a）
65
10
汽轮机连续运行承诺的最高背压/相应的负荷
kPa（a）/MW
铭牌进汽量48/612.872
11
最高背压下承诺的最大负荷变化率
MW/min
33.8
12
汽轮机正常运行承诺的最高排汽温度〔额定负荷〕
℃
120
13
汽机排汽报警温度
℃
93
14
汽机排汽跳闸温度
℃
121
15
最小连续承诺负荷/相应的背压值
MW/kPa（a）
5%额定负荷，背压参照背压限制曲线。
16
盘车装置型式
齿轮传动式
17
盘车转速
r/min
2.38
18
盘车可停止时汽缸的最高温度
℃
＜150
19
盘车可停止时转子的最高温度
℃
＜150
20
汽轮机停机后需盘车运行的冷却时刻
h
120
21
汽轮机轴承最高承诺温度
℃
22
汽轮机轴承最高回油温度
℃
23
高压缸末级叶片最高承诺温度
℃
427
24
低压缸末级叶片最高承诺温度
℃
120
25
低压缸排汽喷水量
kg/h
〔5〕启动方式及时刻min
启动状态
冲转方式
冲转参数（℃/MPa）
冲转至额定转速时刻
并网至带额定负荷时刻
每次循环的寿命损耗
冷态启动
高中压联合启动
375/8.4
84
157
0.015%
温态启动
高中压联合启动
440/8.4
60
98
0.008%
热态启动
高中压联合启动
475/8.4
10
50
0.002%
极热态启动
高中压联合启动
525/8.4
10
――
<0.001%
〔6〕锅炉的最大连续蒸发量〔BMCR〕与汽轮机阀门全开〔VWO〕工况时的流量相匹配；发电机的额定容量与汽轮机铭牌工况时的出力相匹配。
〔7〕汽轮机回热系统为7级：
3高加+1除氧+3低加。
1、2、3级抽汽分别供3台高压加热器。
4级抽汽供汽动给水泵、除氧器，5、6、7级抽汽分别供3台低压加热器。
正常运行时，高压加热器疏水逐级回流至除氧器。
7号低加卧式布置在喷射式凝汽器喉部，部分在凝汽器壳体外，以满足排汽管和疏水管连接的要求。
〔8〕机组总长〔包括罩壳〕：
～28米
〔9〕高压转子/中压转子/低压转子叶片级数：
1+11/8/2×2×7
〔10〕低压缸末级〔次末级〕叶片长度：
665〔422.8〕mm
〔11〕要紧部件材质：
高/中压内外缸材质：
高中压外缸：
ZG15Cr2Mo1
高中压内缸：
10315AP
低压内外缸材质：
低压内缸：
20g低压外缸：
Q235
高/中压转子材质：
30Cr1Mo1V
低压转子材质：
30Cr2Ni4MoV
高/中压叶片材质：
2Cr11NiMoVNbVN2Cr12NiMo1W1
低压叶片材质：
1Cr12Mo0Cr17Ni4Cu4Nb
高压喷嘴组材质：
2Cr12NiMo1W1V
高/中压导汽管材质：
P91/P22
高/中压转子脆性转变温度〔FATT〕：
＜121℃
低压转子脆性转变温度〔FATT〕：
＜13℃
5、
二、机组性能特点
1、机组保证使用寿命许多于30年。
机组能以定—滑—定和定压运行方式中的任何一种方式进行启动和运行。
以定—滑—定方式运行时，滑压运行的范畴暂按40～90%额定负荷。
厂家负责滑压起始点的最终优化。
2、机组能在48.5～51.5Hz的频率范畴内连续稳固运行，而不受任何损害。
依照电网系统运行要求，当电网频率超出上述频率值时，汽轮机承诺的时刻如下：
频率〔HZ〕
承诺运行时刻
累计〔min〕
每次〔sec〕
48．5～51.5
48
47.5
47
连续运行
≤300
≤60
≤10
连续运行
≤300
≤60
≤10
3、机组能连续发出660.268MW；在夏季工况620.188MW。
4、在额定功率工况下，机组的净热耗值不高于7968kJ/kWh〔不考虑试验不精确度容差〕；
5、在VWO工况下，汽轮机的最大进汽量2066.206t/h〔不作性能保证〕；
6、在高加全切工况下，机组能连续发出额定出力660MW；
7、在任何一台低加切除工况下，机组能发出额定出力660MW；
8、在带厂用辅助蒸汽工况下，四段抽汽量为55t/h供厂用辅助蒸汽，五段抽汽量为50t/h供厂用辅助蒸汽，机组能发出额定出力660MW；
9、汽轮发电机组在所有稳固运行工况下〔转速为额定值〕运行时，在任何轴承座上测得的垂直、横向和轴向双振幅绝对振动值不大于0.025mm，在任何轴颈上测得的垂直、横向双振幅相对振动值不大于0.076mm。
各轴颈双振幅相对振动值不大于0.15mm。
超速试验时，对汽轮机任何部件不造成损害，轴系在各轴颈处的振动值也不超过报警值。
轴振动爱护动作值0.254mm。
10、汽轮机转子及联轴器能承担由发电机短路和母线短路时或电力系统中其他特定扰动造成的运行工况产生的扭矩。
11、当自动主汽门突然脱扣关闭，发电机仍与电网并列时，发电机处于电动机运行状态，发电机作为电动机运行时汽轮机的承诺运行时刻，厂家提供机组甩去外部负荷时在额定转速下空转〔即不带厂用电〕连续运行的时刻：
15分钟。
12、汽轮机并网前应能在额定转速下空转运行，其承诺连续运行的时刻，至少应能满足汽轮机启动后进行发电机试验的需要。
13、汽轮机能在低压缸排汽温度不高于80℃下长期运行。
高压缸排汽温度：
正常运行最高380℃，报警420℃，停机427℃；
低压缸排汽温度：
正常运行最高80℃，报警80℃，停机121℃。
14、当汽轮机负荷从100%甩至零时，汽轮发电机组转速不超过危险保安器的转速，能自动降至同步转速，坚持转速稳固。
15、汽轮机排汽压力升高到最高承诺背压值48kPa时承诺机组连续运行，铭牌进汽量下相应的负荷值为612872kW，VWO进汽量下相应的负荷值为639837kW。
跳闸背压为65kPa。
16、汽轮机采纳不带旁路的高压缸启动、带旁路的高中压缸联合启动方式。
本机组不采纳中压缸启动方式。
17、承诺汽轮机的主蒸汽及再热蒸汽参数在以下变化范畴内连续运行：
参数名称
限制值
主蒸汽压力
任何12个月周期内的平均压力
≤1.00Po
保持所述年平均压力下承诺连续运行的压力
≤1.05Po
例外情形下承诺偏离值，但12个月周期内积存时刻≤12小时
≤1.20Po
冷再热压力
≤1.25Pr
主蒸汽及再热蒸汽温度
任何12个月周期内的平均温度
≤1.00t
保持所述年平均温度下承诺连续运行的温度
≤t+8℃
例外情形下承诺偏离值，但12个月周期内积存时刻≤400小时
≤t+14℃
例外情形下承诺偏离值，每次≤15分钟，但12个月周期内积存时刻≤80小时
≤t+28℃
不承诺值
＞t+28℃
表中：
（1）Po、Pr分别为主蒸汽和再热蒸汽额定压力；
（2）t为主蒸汽或再热蒸汽额定温度。
18、汽轮发电机组的轴系各阶临界转速与工作转速躲开±15％的区间。
轴系临界转速值的分布保证能有安全的暖机转速和进行超速试验转速。
汽轮机轴系的各阶临界转速如下表：
轴段
一阶临界转速r/min
二阶临界转速r/min
设计值
试验值
设计值
试验值
高中压转子
1546
无
＞4000
无
低压转子I
1488
无
＞4000
无
低压转子II
1540
无
＞4000
无
发电机转子
810
无
2170
无
同时厂家提供轴系实测各阶临界转速值，还提供轴系扭振固有频率，在工频和二倍频±10％范畴内无扭振固有频率。
阶次
1
2
3
4
扭振频率〔Hz〕
18.3
22.8
111.4
164.4
19、汽轮机满足自启停及调频调峰的要求。
20、所有调剂阀、执行机构、阀门电动装置等选用智能型一体化，重要部分采纳进口产品，保证其可靠性。
调剂阀同意4～20mADC操纵指令并具有4～20mADC的位置反馈，并不需要用户提供24VDC或其它专门电源。
电动门开/关方向限位开关和力矩开关具有两对独立的两常开两常闭接点；其接点容量为220VAC，3A、220VDC，1A或110VDC，1A。
21、
三、机组的功率定义
1、夏季工况
夏季工况为机组出力保证值验收工况，此工况的进汽量称为汽轮机铭牌进汽量。
1）额定主蒸汽参数及再热蒸汽参数，所规定的汽水品质；
2）背压：
27kPa
3）补给水率为3%；
4〕额定给水温度；
5）全部回热系统正常运行，但不带厂用辅助蒸汽；
6）两台汽动给水泵运行；
7）发电机效率98.97%、额定功率因数、额定氢压。
2、额定功率
额定功率或铭牌功率为机组出力保证值、热耗率验收工况，此工况的进汽量称为汽轮机铭牌进汽量。
1）额定主蒸汽参数及再热蒸汽参数，所规定的汽水品质；
2）背压：
11kPa；
3）补给水率为0%；
4）最终给水温度；
5）全部回热系统正常运行，但不带厂用辅助蒸汽；
6）两台汽动给水泵运行；
7）发电机效率98.97%、额定功率因数、额定氢压。
3、调剂阀门全开功率〔VWO〕
汽轮发电机组在调剂阀全开，其它条件同第一条时，汽轮机的进汽量为105%铭牌出力工况进汽量，此工况称为阀门全开〔VWO〕工况。
4、堵塞背压功率
汽轮机进汽量等于铭牌功率的进汽量，在以下条件下，当外界气温下降，引起机组背压下降到某一个数值时，再降低背压也不能增加机组出力时的工况，称为铭牌进汽量下的堵塞背压工况，汽轮机的背压称作铭牌进汽量下的堵塞背压。
1）额定主蒸汽参数及再热蒸汽参数，所规定的汽水品质；
2）补给水率为0%；
3）最终给水温度；
4）全部回热系统正常运行，但不带厂用辅助蒸汽；
5）两台汽动给水泵运行；
6）发电机效率98.97%、额定功率因数、额定氢压。
四、汽轮机本体结构设计
〔一〕、一样要求
1、汽轮机的滑销系统应保证长期运行灵活，如滑销系统采纳润滑剂那么应能在运行中注入，提供的文件图纸应包括润滑点的分布、润滑剂的名称和添加周期。
2、机组的设计充分考虑到可能意外发生的超速、进冷汽、冷水、着火和突然振动。
3、在高背压、低负荷工况时，低压缸具有一套有效的自动喷水系统投入运行。
4、本机组采纳40%BMCR容量〔暂定〕的高、低压两级串联汽轮机旁路，同时厂家亦可依照机组启动方式和机组DEH操纵水平提出旁路容量的举荐意见。
旁路的容量应满足机组安全启动、停运和负荷快速升降及机组在任何工况下启动〔冷态、温态、热态、极热态启动〕时保证主汽温度和汽轮机金属温度相匹配的要求。
厂家应做好设计配合工作。
5、除回热抽汽外，机组应能供给厂用蒸汽量:
冷段抽汽量60〔暂定〕t/h，四级抽汽量55〔暂定〕t/h，五级抽汽量80〔暂定〕t/h，此工况下汽轮机也应能带额定负荷。
6、汽轮机径、轴向汽封，端部汽封和隔板汽封的结构，在检修时应能复原其动静部分间隙。
〔二〕、转子和叶片
1、汽轮机转子采纳整缎转子，整缎转子应无中心孔。
转子脆性转变温度〔FATT〕高压为121℃，低压为13℃。
〔该数值需通过厂内试验保证〕
2、低压末级及次末级叶片具有必要的抗应力腐蚀及抗水蚀措施，汽轮机设有足够的除湿用的疏水口。
厂家提供末几级叶片抗水蚀措施的说明。
防止腐蚀的计策来自二个方面：
预防、减少颗粒的形成和减缓冲蚀的进程。
要紧有以下几点：
（1）.锅炉过热器的管材应尽量采纳有更好抗剥层性能的细晶粒度的材料，减少Fe3O4氧化皮的剥落。
（2）.在调峰及二班制运行时，尽量减少锅炉冷热剧烈变化的停机次数。
（3）.减少锅炉管壁的积垢沉积物（铜、硅、及铁化合物）的剥落造成对叶片的冲蚀。
采取比亚临界更为严格的给水水质操纵标准和有效措施：
*对铜、氧离子、含氧量、钠及氯离子、PH值的操纵应更为严格
*设置更为完善的补给水处理系统，100%凝水的精处理系统和专门的处理措施，减少腐蚀及腐蚀物对给水的污染，幸免有机物在高温下分解对除盐装置树脂的阻碍。
*整个汽水系统必须为无铜系统，排除铜沉积物的危害。
应设有充氮爱护和活性炭处理，化学清洗设备定期清除水汽系统集合的沉积物，幸免在停运时的腐蚀。
*严格防止凝汽器泄露：
如采纳抗腐蚀性能好的纯钛管或复合钛管，在采纳胀接后再焊接密封的工艺等技术措施。
3、汽轮机各转子在出厂前进行高速动平稳试验，在厂内进行超速试验。
4、调剂级叶片及动静叶片需采纳更为合理的型线，以降低端部缺失。
为防止激振力引起轴系扭振造成叶片疲劳损坏，叶片的设计专门是叶根应考虑有足够的裕量。
5、转子必需经轴不平稳阻碍运算、轴系稳固性运算、转子扭振运算、且都应处于合格范畴内，且将运算接果提供给厂家确认。
〔三〕、汽缸
1、汽缸的设计能使汽轮机在启动、带负荷、连续稳固运行及冷却过程中，因温度梯度造成的变形量小，能始终保持正确的同心度。
2、高、中、低压缸均应采纳已有成熟运行业绩的结构和材料。
高压内缸、喷嘴室及喷嘴、中压内缸、导流环等部件应选用在高温下持久强度较高的材料。
3、为防止蒸汽激振引起的低频振动，高压部分汽封应选择合适的汽封间隙及结构型式。
汽缸端部汽封及隔板汽封应该有适当的弹性和推挡间隙，当转子与汽缸偶有少许碰触时，可不致损害转子或导致大轴弯曲。
4、提供爱护整个汽轮机用的排汽隔膜阀〔供二片备用薄膜〕，汽轮机排汽隔膜阀开释爆破压力限制值为34.3～48.2KPa（g）。
〔四〕、轴承及轴承座
1、汽轮发电机组各轴承的型式应确保不显现油膜振荡。
各轴承的设计失稳转速为额定转速125%以上，具有良好的抗干扰能力。
各轴承形式、要紧数据及瓦型、失稳转数、对数衰减率应见下表。
汽轮机轴瓦
轴瓦号
轴颈尺寸
直径宽度mm
轴瓦
型式
轴瓦受力
面积
cm2
比压
MPa
失稳
转速
r/min
设计轴瓦
温度
℃
对数
衰减率
1
Φ355.6×249.2
四瓦
可倾
1264.5
1.73
＞4500
90
0.300/0.24
2
Φ406.4×286
四瓦
可倾
1451.6
1.43
＞4500
90
0.300/0.24
3
431.8×302.3
可倾瓦
1305.3
1.4
≥4500
90
0.374
4
431.8×302.3
可倾瓦
1305.3
1.4
≥4500
90
0.374
5
431.8×302.3
可倾瓦
1305.3
1.41
≥4500
90
0.323
6
431.8×302.3
可倾瓦
1305.3
1.47
≥4500
90
0.323
2、检修时不需要掀开汽缸和吊走转子，就能将各轴承方便地取出和更换。
3、主轴承为水平中分面，不需吊转子就能够在水平、垂直方向进行调整，同时是自对中心型的。
低压缸采纳落地轴承座。
并附有可更换的轴瓦、瓦块和衬瓦。
4、任何运行条件下，各轴承的回油温度不得超过75℃。
该轴承座上有观看孔及温度计插座。
在油温测点及油流监视装置之前，不得有来自其他轴承的混合油流。
厂家给出轴承排油温度及巴氏合金温度的监视标准。
5、各轴承设计金属温度应不超过90℃，但乌金材料承诺在112℃以下长期运行。
6、测量轴承金属温度使用埋入式双支铂热电阻，并将该测温元件的接线引至汽机本体接线盒。
7、推力轴承的设计应能承担任何一方向的轴向推力。
推力轴承应有修理时可调整转子轴向位置的装置。
厂家提供显示该轴承金属磨损量和瓦块温度的测量装置，并提供回油温度表和热电阻〔Pt100〕。
在推力轴承的外壳上，设有一个永久性基准点，以测量大轴的位置。
8、轴承座上有测量大轴弯曲，轴向位移、膨胀和胀差的监测装置。
9、每个轴承座上装设测量X-Y两个方向的相对振动及轴承的绝对振动的装置。
10、轴承箱应为焊接式，钢板经酸洗磷化后清理洁净，箱体内表面涂防锈涂料。
〔五〕、主汽门、调速汽门、中压联合汽门
1、主汽门、调剂汽阀、中压联合汽门应严密不漏，采纳具有高强度的耐热钢材。
选择较好的阀腔室及合适的通道型线，以减少冲击波和涡流缺失以及降低汽流激振力和振动噪音。
2、主汽门、调剂汽阀、中压联合汽门的材质应能适应与其相联接管道的焊接要求。
厂家提供主蒸汽管道、热再热蒸汽管道与各自阀门的焊接方法及坡口加工图。
厂家在制造厂对异种钢或不同管径进
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