汽輪機(jī)運(yùn)行重要指標(biāo)，汽輪機(jī)專業(yè)必備常識(shí)
一、監(jiān)視段壓力的監(jiān)督
在凝汽式汽輪機(jī)中，除最后一、二級(jí)外，調(diào)節(jié)級(jí)汽室壓力和各段抽汽壓力均與主蒸汽流量成正比例變化。根據(jù)這個(gè)原理，在運(yùn)行中通過監(jiān)視調(diào)節(jié)級(jí)汽室壓力和各段抽汽壓力，就可以有效地監(jiān)視通流部分工作是否正常。因此，通常稱各抽汽段和調(diào)節(jié)級(jí)汽室的壓力為監(jiān)視段壓力。
制造廠已根據(jù)熱力和強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果，給出高壓汽輪機(jī)在額定負(fù)荷下，蒸汽流量和各監(jiān)視段的壓力值，以及允許的最大蒸汽流量和各監(jiān)視段壓力。由于每臺(tái)機(jī)組各有自己的特點(diǎn)，所以即使是對(duì)相同型號(hào)的汽輪機(jī)，在同一負(fù)荷下的各監(jiān)視段壓力也不完全相同。因此，對(duì)每臺(tái)機(jī)組來(lái)說，均應(yīng)參照制造廠給定的數(shù)據(jù)，在安裝或大修后，通流部分處于正常情況下進(jìn)行實(shí)測(cè)，求得負(fù)荷、主蒸汽機(jī)流量和監(jiān)視段壓力的關(guān)系，以此作為平時(shí)運(yùn)行監(jiān)督的標(biāo)準(zhǔn)。
如果在同一負(fù)荷(流量)下監(jiān)視段壓力升高，則說明該監(jiān)視段以后通流面積減少，多數(shù)情況是結(jié)了鹽垢，有時(shí)也會(huì)由于某些金屬零件碎裂和機(jī)械雜物堵塞了通流部分或葉片損傷變形等所致。如果調(diào)節(jié)級(jí)和高壓缸各抽汽段壓力同時(shí)升高，則可能是中壓調(diào)速汽門開度受到限制。當(dāng)某臺(tái)加熱器停用時(shí)，若汽輪機(jī)的進(jìn)汽量不變，則將使相應(yīng)抽汽段的壓力升高。
監(jiān)視段壓力，不但要看其絕對(duì)值的升高是否超過規(guī)定值，還要監(jiān)視各段之間的壓差是否超過規(guī)定值。如果某個(gè)級(jí)段的壓差超過了規(guī)定值，將會(huì)使該級(jí)段隔板和動(dòng)葉片的工作應(yīng)力增大，從而造成設(shè)備的損壞事故。
汽輪機(jī)結(jié)垢時(shí)要進(jìn)行清洗，加熱器停用時(shí)，要根據(jù)具體情況決定是否需要限制負(fù)荷以及限制負(fù)荷的具體量值。若通流部分損壞時(shí)應(yīng)及時(shí)修復(fù)，暫不能修復(fù)時(shí)，也要考慮在必要時(shí)適當(dāng)?shù)叵拗破啓C(jī)的負(fù)荷。
二、軸向位移及軸瓦溫度的監(jiān)控
1、軸向位移
汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位移。軸向位移指標(biāo)是用來(lái)監(jiān)視推力軸承工作狀況的。作用在轉(zhuǎn)子上的軸向推力是由推力軸承擔(dān)的，從而保證機(jī)組動(dòng)靜部分之間可靠的軸向間隙。軸向推力過大或推力軸承自身的工作失常將會(huì)造成推力瓦塊的燒損，使汽輪機(jī)發(fā)生動(dòng)靜部分碰磨的設(shè)備損壞事故。
汽輪機(jī)汽溫低或汽缸進(jìn)水時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的軸向推力，對(duì)于高中壓缸反向布置的再熱機(jī)組來(lái)說，由于發(fā)生水沖擊事故時(shí)，瞬間增大的軸向推力是發(fā)生在高壓缸內(nèi)，即軸向推力方向與高壓缸內(nèi)汽流方向一致，因此推力瓦的工作面將承受巨大的軸向作用力。
當(dāng)再熱蒸汽溫度降低或中壓缸進(jìn)水時(shí)則推力的作用方向和中壓缸的蒸汽流向一致，這時(shí)推力瓦的非工作面將承受巨大的軸向作用力。此外，真空低或通流部分結(jié)垢時(shí)也會(huì)使軸向推力發(fā)生較大的變化。
機(jī)組運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)軸向位移增加時(shí)，應(yīng)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行全面檢查、傾聽內(nèi)部聲音，測(cè)量軸承振動(dòng)，同時(shí)注意監(jiān)視推力瓦塊溫度和回油溫度的變化，一般規(guī)定推力瓦塊烏金溫度正常不允許超過85℃，推力瓦塊烏金溫度超過107℃，應(yīng)果斷停機(jī)，回油溫度不允許超過71℃，當(dāng)溫度超過規(guī)定的允許值時(shí)，即使串軸指示不大，也應(yīng)減少負(fù)荷使之恢復(fù)正常。若串軸指示超過允許值，引起保護(hù)動(dòng)作掉閘時(shí)，應(yīng)立即要求發(fā)電機(jī)解列停機(jī)。當(dāng)串軸指示值超過允許值，而保護(hù)拒絕動(dòng)作時(shí)，要認(rèn)真檢查、判斷，當(dāng)確認(rèn)指示值正確時(shí)則應(yīng)迅速采取緊急停機(jī)措施。
汽輪機(jī)運(yùn)行中軸向推力增大的主要原因有：
(1)汽溫、汽壓下降;
(2)隔板軸封間隙因磨損而增大;
(3)蒸汽品質(zhì)不良，引起通流部分結(jié)垢;
(4)發(fā)生水沖擊事故;
2、軸瓦溫度
汽輪機(jī)軸在軸瓦內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，引起了透平油和軸瓦溫度的升高。軸瓦溫度過高時(shí)，將威脅軸承的安全。通常采用監(jiān)視潤(rùn)滑油溫升的方法來(lái)間接監(jiān)視軸瓦的溫度。因?yàn)檩S瓦溫度升高，傳給潤(rùn)滑油的熱量也增多，潤(rùn)滑油的溫升也就增大。一般潤(rùn)滑油的溫升不得超過10～15℃。但僅靠潤(rùn)滑油溫升來(lái)反映軸瓦的工作狀況不僅遲緩，而且很不可靠，往往軸瓦已經(jīng)燒毀，回油溫度卻還沒有顯著變化，尤其是推力軸瓦，更不顯著。因此，最好的方法是直接監(jiān)視軸瓦的烏金溫度，汽輪機(jī)各軸承回油溫度正常不超過77℃，超過113℃就應(yīng)該果斷停機(jī)。為了使軸瓦正常工作，對(duì)軸承的進(jìn)口油溫作了明確的規(guī)定，一般各軸承的進(jìn)口油溫為38～45℃。
三、主、再蒸汽參數(shù)
在汽輪機(jī)正常運(yùn)行中，不可避免地會(huì)發(fā)生蒸汽參數(shù)短暫地偏離額定值地現(xiàn)象。當(dāng)偏離不大，沒有超過允許范圍時(shí)，不會(huì)引起汽輪機(jī)部件強(qiáng)度方面地危險(xiǎn)性，否則，會(huì)引起運(yùn)行可靠性和安全性兩個(gè)方面地問題。
當(dāng)初始?jí)毫团牌麎毫Σ蛔儠r(shí)，主蒸汽溫度變化使得整個(gè)熱循環(huán)熱源溫度變化，循環(huán)熱效率變化。主蒸汽溫度升高，機(jī)內(nèi)理想焓降增大，做功能力增強(qiáng)。相反，主蒸汽溫度降低時(shí)，做功能力降低，效率降低。
在調(diào)節(jié)汽門全開的情況下，隨著初溫的升高，通過汽輪機(jī)的蒸汽流量減少，調(diào)節(jié)級(jí)葉片可能過負(fù)荷。隨著溫度升高，金屬的強(qiáng)度急劇降低。另外，在高溫下金屬還會(huì)發(fā)生蠕變現(xiàn)象。所以猛烈的過載或超溫對(duì)它們都是很危險(xiǎn)的，目前，制造廠都規(guī)定了溫度高限，一般不超過額定汽溫5～8℃。
在調(diào)節(jié)汽門開度一定時(shí)，初溫降低則流量增大，調(diào)節(jié)級(jí)焓降減少，末級(jí)焓降增加，末級(jí)容易過負(fù)荷;另外，初溫降低，則排汽濕度增大，增大了末級(jí)葉片的沖蝕損傷;初溫降低，還會(huì)引起軸向推力的增大。因此初溫降低，不僅影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，而且威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。為保證安全，一般初溫低于額定值15～20℃時(shí)，應(yīng)開始減負(fù)荷。
在調(diào)節(jié)汽門開度一定時(shí)，當(dāng)初溫和背壓不變而初壓升高時(shí)，汽輪機(jī)所有各級(jí)都要過負(fù)荷，其中末級(jí)過載最嚴(yán)重，同時(shí)初壓升高對(duì)汽輪機(jī)管道及其他軸壓部件的安全性也會(huì)造成威脅。初壓降低時(shí)，不會(huì)影響機(jī)組的安全性，但機(jī)組出力要降低。因此，運(yùn)行中主蒸汽壓力的要求按機(jī)組規(guī)定壓力運(yùn)行，特別是滑壓運(yùn)行機(jī)組要嚴(yán)格按照變壓運(yùn)行曲線維持機(jī)組運(yùn)行。
從機(jī)組經(jīng)濟(jì)性方面來(lái)看，當(dāng)主蒸汽壓力、排汽壓力不變，而蒸汽溫度升高時(shí)，蒸汽的比體積相應(yīng)增大，若調(diào)節(jié)汽門開度不變，則進(jìn)汽量相應(yīng)減少，此時(shí)，蒸汽在高壓缸的理想比焓降稍有增加，高壓缸功率與主蒸汽溫度的二次方根成正比，但中、低壓缸的功率，因再熱汽流量和中、低壓缸理想比焓減少而減少，因高壓缸 功率占全機(jī)比例較小(約為1/3)，全機(jī)功率相應(yīng)減小。此時(shí)，蒸汽在鍋爐內(nèi)的平均吸熱溫度升高，而是循環(huán)熱效率相應(yīng)增加，故機(jī)組的熱耗率相應(yīng)降低。若主蒸汽溫度降低，則反之。
當(dāng)主蒸汽溫度、排汽壓力不變，而主蒸汽壓力變化時(shí)，將引起汽輪機(jī)進(jìn)汽量、理想比焓降和內(nèi)效率的變化。主蒸汽壓力變化不大時(shí)，相對(duì)內(nèi)效率可以認(rèn)為不變。若調(diào)節(jié)汽門開度不變，則對(duì)于凝汽式機(jī)組或調(diào)節(jié)級(jí)為臨界工況的機(jī)組，其進(jìn)汽量與主蒸汽壓力成正比，故汽輪機(jī)功率變化與主蒸汽壓力的變化成正比。當(dāng)主蒸汽壓力降低時(shí)，蒸汽在鍋爐內(nèi)的平均吸熱溫度相應(yīng)降低，機(jī)組的熱循環(huán)效率也相應(yīng)降低，而使其熱耗率相應(yīng)增大。功率隨壓力降低而減少。若主蒸汽壓力升高，則反之。
當(dāng)主蒸汽參數(shù)和排汽壓力不變，而再熱蒸汽溫度升高時(shí)，在熱汽比體積相應(yīng)增加，同時(shí)中、低壓缸內(nèi)的理想比焓降也相應(yīng)增加，故中、低壓缸功率增大。另外，隨著再熱蒸汽汽溫升高，低壓缸排汽濕度會(huì)相應(yīng)降低，則低壓缸效率相應(yīng)提高。有由于再熱蒸汽溫度的升高，蒸汽在鍋爐內(nèi)的平均吸熱溫度必然升高，這使得機(jī)組的循環(huán)熱效率提高，熱耗率降低。若再熱蒸汽溫度降低，則反之。
主蒸汽參數(shù)變化，均將引起汽輪機(jī)進(jìn)汽量相應(yīng)的變化，從而使在熱蒸汽流量或再熱蒸汽流動(dòng)阻力改變，由此引起再熱蒸汽壓力變化。若再熱蒸汽溫度不變，而再熱壓力降低且排汽壓力未變，則中、低壓缸的流量和理想焓降多減少，排汽濕度隨再熱壓力降低而有所降低，雖然這可使低壓級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率增大，但綜合的結(jié)果，汽輪機(jī)中、低壓缸的效率相應(yīng)減少。另外，再熱蒸汽在鍋爐再熱器中的平均吸熱溫度相應(yīng)降低，且排汽比焓相應(yīng)增加，從而使機(jī)組熱耗率相應(yīng)增大。若再熱蒸汽壓力升高，則反之。
四、凝汽器真空
凝汽器真空即汽輪機(jī)排汽壓力，由于蒸汽負(fù)荷的變化，凝汽器銅管積垢，真空系統(tǒng)嚴(yán)密性惡化，環(huán)境溫度的變化等，汽數(shù)值可以在很寬的范圍內(nèi)變化，直接影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。主要表現(xiàn)有：
(1)汽輪機(jī)排汽壓力升高時(shí)，主蒸汽的可用焓降減少，排汽溫度升高，被空氣帶走的熱量增多，蒸汽在凝汽器中的冷源損失增大，機(jī)組的熱效率明顯下降。通常對(duì)于非再熱凝汽式機(jī)組凝汽器的真空每降低1%，機(jī)組的發(fā)電熱耗將增加1%;另外，凝汽器真空降低時(shí)，機(jī)組的出力也將減少，甚至帶不上額定負(fù)荷。
(2)當(dāng)凝汽器真空降低時(shí)，要維持機(jī)組負(fù)荷不變，需增加主蒸汽流量，這時(shí)末級(jí)葉片可能超負(fù)荷。對(duì)沖動(dòng)式純凝汽式機(jī)組，真空降低時(shí)，要維持負(fù)荷不變，則機(jī)組的軸向推力將增大，推理瓦塊溫度升高，嚴(yán)重時(shí)可能燒損推理瓦塊。
(3)當(dāng)凝汽器真空降低較多使汽輪機(jī)排氣溫度升高較多時(shí)，將使汽缸及低壓軸承等部件受熱膨脹，機(jī)組變形不均勻，這將引起機(jī)組中心偏移，可能發(fā)生共振。
(4)當(dāng)凝汽器真空降低，排汽溫度過高時(shí)，可能引起空冷島翅片管束的脹口松弛，破壞凝汽器的嚴(yán)密性。
(5)凝汽器真空降低時(shí)。將使排汽的體積流量減小，對(duì)末級(jí)葉片的工作不利。
汽輪機(jī)在運(yùn)行中真空降低是經(jīng)常發(fā)生的，真空降低的原因很多，但他往往是由于真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性不好或凝汽器的抽氣系統(tǒng)故障所致。因此，運(yùn)行值班員要定期檢查真空系統(tǒng)的嚴(yán)密程度等，即使發(fā)現(xiàn)問題加以消除。機(jī)組運(yùn)行中只能允許真空在一定范圍內(nèi)下降，否則必須減負(fù)荷，甚至執(zhí)行緊急停機(jī)。
凝汽器真空的變化對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性由很大的影響，主要表現(xiàn)在真空的變化引起做功能力的變化。因此，實(shí)際運(yùn)行中必須經(jīng)常保持空冷島翅片管束的清潔，保持真空系統(tǒng)嚴(yán)密性合格，在同樣的投入下得到較高的真空，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
當(dāng)主蒸汽壓力和溫度不變，凝汽器真空升高時(shí)，蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的總焓降增加，排汽溫度降低，被空氣帶走的熱量損失減少，機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性提高;但要維持較高的真空，在進(jìn)入凝汽器的空氣溫度相同的情況下，就必須增加風(fēng)量，這時(shí)風(fēng)機(jī)就要消耗更多的電量。因此，機(jī)組只有維持在凝汽器的經(jīng)濟(jì)真空下運(yùn)行才是有利的。所謂經(jīng)濟(jì)真空，就是通過提高凝汽器，使汽輪發(fā)電機(jī)多發(fā)的電量風(fēng)機(jī)等多消耗的電量的差達(dá)到最大值時(shí)的凝汽器真空。另外，真空提高到汽輪機(jī)末級(jí)噴嘴的蒸汽膨脹能力達(dá)到極限(此時(shí)的真空值稱為極限真空)時(shí)，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的電負(fù)荷就不會(huì)在增加了。所以凝汽器的真空超過經(jīng)濟(jì)真空并不經(jīng)濟(jì)，并且還會(huì)使汽輪機(jī)末幾級(jí)葉片蒸汽濕度增加，使末幾級(jí)葉片的濕氣損失增加，加劇了蒸汽對(duì)動(dòng)葉片的沖蝕作用，縮短了葉片的使用壽命。因此，凝汽器的真空升的過高，對(duì)汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性也是不利的。
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