汽輪機技術(shù)問答－汽輪機的調(diào)節(jié)與保護

貓小喵0501 2016-06-21

展開全文

1．汽輪機油系統(tǒng)的作用是什么？

汽輪機油系統(tǒng)的作用如下：

⑴ 向機組各軸承供油，以便潤滑和冷卻軸承。

⑵ 供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護裝置穩(wěn)定充足的壓力油，使它們正常工作。

⑶ 供應(yīng)各傳動機構(gòu)潤滑用油。

根據(jù)汽輪機油系統(tǒng)的作用，一般將油系統(tǒng)分為潤滑油系統(tǒng)和調(diào)節(jié)（保護）油系統(tǒng)兩個部分。

2．為什么要將抗燃油作為汽輪發(fā)電機組油系統(tǒng)的介質(zhì)？它有什么特點？

隨著機組功率和蒸汽參數(shù)的不斷提高，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)汽門提升力越來越大，提高油動機的油壓是解決調(diào)節(jié)汽門提升力增大的一個途徑。但油壓的提高、容易造成油的泄漏，普通汽輪機油的燃點低，容易造成火災?？谷加偷淖匀键c較高，即使它落在熾熱高溫蒸汽管道表面也不會燃燒起來，抗燃油還具有火焰不能維持及傳播的可能性。從而大大減小了火災對電廠威脅。

抗燃油的最大特點是它的抗燃性，但也有它的缺點，如有一定的毒性，價格昂貴，粘溫特性差（即溫度對粘性的影響大）。所以一般將調(diào)節(jié)系統(tǒng)與潤滑系統(tǒng)分成兩個獨立的系統(tǒng)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)用高壓抗燃油，潤滑系統(tǒng)用普通汽輪機油。

3．主油箱的容量是根據(jù)什么決定的？什么是汽輪機油的循環(huán)倍率？

汽輪機主油箱的貯油量決定于油系統(tǒng)的大小，應(yīng)滿足潤滑及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的用油量。機組越大，調(diào)節(jié)、潤滑系統(tǒng)用油量越多。油箱的容量也越大。

汽輪機油的循環(huán)倍率等于每小時主油泵的出油量與油箱總油量之比，一般應(yīng)小于12。如循環(huán)倍率過大，汽輪機油在油箱內(nèi)停留時間少，空氣、水分來不及分離，致使油質(zhì)迅速惡化，縮短油的使用壽命。

4．汽輪機的潤滑油壓是根據(jù)什么來確定

汽輪機潤滑油壓根據(jù)轉(zhuǎn)子的重量、轉(zhuǎn)速、軸瓦的構(gòu)造及潤滑油的粘度等，在設(shè)計時計算出來，以保證軸頸與軸瓦之間能形成良好的油膜，并有足夠的油量來冷卻，因此汽輪機潤滑油壓一般取0.12～0.15MPa。

潤滑油壓過高可能造成油擋漏油，軸承振動。油壓過低使油膜建立不良，甚至發(fā)生斷油損壞軸瓦。

5．汽輪機油箱為什么要裝排油煙風機？

油箱裝設(shè)排油煙風機的作用是排除油箱中的氣體和水蒸氣。這樣一方面使水蒸氣不在油箱中凝結(jié)；另一方面使油箱中壓力不高于大氣壓力，使軸承回油順利地流入油箱。

反之，如果油箱密閉，那么大量氣體和水蒸氣積在油箱中產(chǎn)生正壓，會影響軸承的回油，同時易使油箱油中積水。

排油煙風機還有排除有害氣體使油質(zhì)不易劣化的作用。

6.油箱底部為什么要安裝放水管？

汽輪機運行中，由于軸封漏汽大、水冷發(fā)電機轉(zhuǎn)子進水法蘭漏水過多等原因，使汽輪機油中帶水。這些帶有水分的油回到油箱后，因為水的比重大，水與油分離后沉積在油箱底部。及時排除這些水可避免已經(jīng)分離出來的水再與油混合使油質(zhì)劣化。所以油箱底部都裝有放水管。

7．汽輪機油油質(zhì)劣化有什么危害？

汽輪機油質(zhì)量的好壞與汽輪機能否正常運行關(guān)系密切。油質(zhì)變壞使?jié)櫥偷男阅芎陀湍ちΠl(fā)生變化，造成各潤滑部分不能很好潤滑，結(jié)果使軸瓦烏金熔化損壞；還會使調(diào)節(jié)系統(tǒng)部件被腐蝕、生銹卡澀，導致調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護裝置動作失靈的嚴重后果。所以必須重視對汽輪機油質(zhì)量的監(jiān)督。

8．什么是汽輪機油的粘度？粘度指標是多少？

粘度是判斷汽輪機油稠和稀的標準。粘度大，油就稠，不容易流動；粘度小，油就稀、薄容易流動。粘度以恩氏度作為測定單位，常用的汽輪機油粘度為恩氏度2.9～4.3。粘度對于軸承潤滑性能影響很大，粘度過大軸承容易發(fā)熱，過小會使油膜破壞。油質(zhì)惡化時，油的粘度會增大。

9．為什么汽輪機軸承蓋上必須裝設(shè)通氣孔、通氣管？

一般軸承內(nèi)呈負壓狀態(tài)，通常這是因為從軸承流出的油有抽吸作用所造成的。由于軸承內(nèi)形成負壓，促使軸承內(nèi)吸入蒸汽并凝結(jié)水珠。為避免軸承內(nèi)產(chǎn)生負壓，在軸承蓋上設(shè)有通氣孔或通氣管與大氣連通。另一方面，在軸承蓋上設(shè)有通氣管也可起著排除軸承中汽輪機油由于受熱產(chǎn)生的煙氣的作用，不使軸承箱內(nèi)壓力高于大氣壓。運行中應(yīng)注意通氣孔保持通暢防止堵塞。

10．汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)是什么？

汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本任務(wù)是：在外界負荷變化時，及時地調(diào)節(jié)汽輪機的功率以滿足用戶用電量變化的需要，同時保證汽輪機發(fā)電機組的工作轉(zhuǎn)速在正常允許范圍之內(nèi)。

11．調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般應(yīng)滿足哪些要求？

調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：

⑴ 當主汽門全開時，能維持空負荷運行。

⑵ 由滿負荷突降到零負荷時，能使汽輪機轉(zhuǎn)速保持在危急保安器（ETS保護）動作轉(zhuǎn)速以下。

⑶ 當增、減負荷進，調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)動作平穩(wěn)，無晃動現(xiàn)象。

⑷ 當危急保安器（ETS保護）動作后，應(yīng)保證高、中壓主汽門、調(diào)節(jié)汽門迅速關(guān)閉。

⑸ 調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度變動率應(yīng)滿足要求（一般在4%～6%），遲緩率越小越好，一般應(yīng)在0.5%以下。

12．汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般由哪幾個機構(gòu)組成？

汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)其動作過程，一般由轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)、傳動放大機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、反饋裝置等組成。

13．汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)各組成機構(gòu)的作用分別是什么？

轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)：感受汽輪機轉(zhuǎn)速變化，并將其變換成位移變化或油壓變化的信號送至傳動放大機構(gòu)。按其原理分為機械式、液壓式、電子式三大類。

傳動放大機構(gòu)：放大轉(zhuǎn)速感受機構(gòu)的輸出信號，并將其傳遞給執(zhí)行機構(gòu)。

執(zhí)行機構(gòu)：通常由調(diào)節(jié)汽門和傳動機構(gòu)兩部分組成。根據(jù)傳動放大機構(gòu)的輸出信號，改變汽輪機的進汽量。

反饋裝置：為保持調(diào)節(jié)的穩(wěn)定，調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須設(shè)有反饋裝置，使某一機構(gòu)的輸出信號對輸入信號進行反向調(diào)節(jié)，這樣才能使調(diào)節(jié)過程穩(wěn)定。反饋一般有動態(tài)反饋和靜態(tài)反饋兩種。

14．什么調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性？

調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作特性有兩種：即動態(tài)特性和靜態(tài)特性。在穩(wěn)定工況下，汽輪機的功率和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系即為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性。從一個穩(wěn)定工況過渡到另一個穩(wěn)定工況的過渡過程的特性叫做調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性，是指在過渡過程中機組的功率、轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)汽門的開度等參數(shù)隨時間的變化規(guī)律。

15．什么是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線？對靜態(tài)特性曲線有何要求？

調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線即在穩(wěn)定狀態(tài)下其負荷與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線應(yīng)該是一條平滑下降的曲線，中間不應(yīng)有水平部分，曲線兩端應(yīng)較陡。如果中間有水平部分，運行時會引起負荷的自發(fā)擺動或不穩(wěn)定現(xiàn)象。曲線左端較陡，主要是使汽輪機容易穩(wěn)定在一定的轉(zhuǎn)速下進行發(fā)電機的并列和解列，同時在并網(wǎng)后的低負荷下還可減少外界負荷波動對機組的影響。右端較陡是為使機組穩(wěn)定經(jīng)濟負荷，當電網(wǎng)頻率下降時，使汽輪機帶上的負荷較小，防止汽輪機發(fā)生過負荷現(xiàn)象。

16．什么叫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度變動率？對速度變動率有何要求？

從調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線可以看到，單機運行從空負荷到額定負荷，汽輪機的轉(zhuǎn)速由n2降低到n1，該轉(zhuǎn)速變化值與額定轉(zhuǎn)速n0之比稱之為速度變動率，以δ表示。

即 δ＝(n2－n1)／n0×100%

δ較小的調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有負荷變化靈活的優(yōu)點。適用于擔負調(diào)頻負荷的機組；δ較大的調(diào)節(jié)系統(tǒng)負荷穩(wěn)定性也，適用于擔負基本負荷的機組；δ太大，則甩負荷時機組容易超速；δ太小的調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以出現(xiàn)晃動，故一般取4%～6%。

速度變動率與靜態(tài)特性曲線越陡，則速度變動率越大，反之則越小。

17．什么是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率？

調(diào)節(jié)系統(tǒng)在動作過程中，必須克服各活動部件內(nèi)的摩擦阻力，同時由于部件的間隙，重疊度等影響，使靜態(tài)特性在升速和降速時并不相同，變成兩條幾乎平行的曲線。換句話說，必須使轉(zhuǎn)速多變化一定數(shù)值，將阻力、間隙克服后，調(diào)節(jié)汽門反方向動作才剛剛開始。同一負荷下可能的最大轉(zhuǎn)速變動Δn和額定轉(zhuǎn)速n0之比叫做遲緩率。通常用字母ε表示

即 ε＝Δn／n0×100%

18．調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率過大，對汽輪機運行有什么影響？

調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率過大造成對汽輪機運行的影響有：

⑴ 在汽輪機空負荷時，由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率過大，將引起汽輪機的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，從而使并列困難。

⑵ 汽輪機并網(wǎng)后，由于遲緩率過大，將會引起負荷的擺動。

⑶ 當機組負荷驟然甩至零時，因遲緩率過大，使調(diào)節(jié)汽門不能立即關(guān)閉，造成轉(zhuǎn)速突升，致使危急保安器（ETS保護）動作。如危急保安器有故障不動作，那就會造成超速飛車的惡性事故。

19．為什么調(diào)節(jié)系統(tǒng)要做動態(tài)、靜態(tài)特性試驗？

調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性試驗的目的是測定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線、速度變動率、遲緩率，全面了解調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作性能是否正確、可靠、靈活；分析調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生缺陷的原因，以正確地消除缺陷。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性試驗的目的是測取甩負荷時轉(zhuǎn)速飛升曲線，以便準確地評價過渡過程的品質(zhì)，改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)。

20．何謂調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性試驗？

調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性是指從一個穩(wěn)定工況過渡到另一個穩(wěn)定工況的過渡過程的特性，即過程中汽輪機組的功率、轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)汽門開度等參數(shù)隨時間的變化規(guī)律。汽輪機滿負荷運行時，突然甩去全負荷是最大的工況變化，這時汽輪機的功率、轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)汽門開度變化最大。只要這一工況變動時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)性能指標滿足要求，其他工況變動也就能滿足要求，所以動態(tài)特性試驗是以汽輪機甩全負荷為試驗工況。即甩全負荷試驗就是動態(tài)特性試驗。

21．電磁超速保護裝置的結(jié)構(gòu)是怎樣的？

電磁超速保護裝置結(jié)構(gòu)有兩種形式。

一種是上半部為電磁鐵，下半部為套筒和滑閥，在正常運行中滑閥將放大器來的二次油堵住，當電磁鐵動作時滑閥芯桿上移，將二次油從回油孔排掉。

另一種是電磁加速器控制閥（簡稱電磁閥）。上部為電磁鐵，下部為控制活塞，正常運行時活塞將校正器和放大器來油與高、中壓油動機油路接通。當電磁鐵動作時，活塞將校正器和放大器的來油口關(guān)閉，而將高、中壓油動機的油路與排油接通，使高、中壓調(diào)節(jié)汽門同時關(guān)閉。當電磁閥線圈電源中斷后，靠彈力和重力使活塞下落，校正油壓和二次油壓重又恢復，使高、中壓調(diào)節(jié)汽門恢復到較低位置的開度。

22．電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本工作原理是怎樣的？

電液調(diào)節(jié)裝置是一個以轉(zhuǎn)速訊號作為反饋的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速訊號來自安裝在汽輪機軸端的磁阻發(fā)送器（或測速發(fā)電機）。將被測軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率電訊號，線性地轉(zhuǎn)換成電壓輸出，通過運算放大器與轉(zhuǎn)速給定值綜合比較，并將其差值放大。這一代表轉(zhuǎn)速偏差的電量又在下一級運算放大器中與同步器給出的電壓偏量綜合，然后作為電調(diào)的總輸出。經(jīng)過電液轉(zhuǎn)換器將這一輸出電量線性地轉(zhuǎn)換成油壓量。最后由控制執(zhí)行機構(gòu)——高、中壓油動機來改變高、中壓調(diào)節(jié)汽門開度，對汽輪機轉(zhuǎn)速進行自動調(diào)節(jié)。

23．汽輪機為什么必須有保護裝置？

為了保證汽輪機設(shè)備的安全，防止設(shè)備損壞事故的發(fā)生，除了要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作可靠以外，還應(yīng)該具有必要的保護裝置，以便汽輪機遇到調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈或其他事故時，能及時動作，迅速停機，避免造成設(shè)備損壞等事故。

保護裝置本身應(yīng)特別可靠，并且汽輪機容量越大，造成事故的危害越嚴重，因此對保護裝置的可靠性要求就越高。

24．自動主汽門的作用是什么？

自動主汽門的作用是在汽輪機保護裝置動作后，迅速切斷汽輪機的進汽并使汽輪機停止運行。因此，它是保護裝置的執(zhí)行元件。

25．對自動主汽門有什么要求？

為了保證安全，要求自動主汽門動作迅速，并關(guān)閉嚴密，對于高壓汽輪機來說，在正常進汽參數(shù)和排汽壓力的情況下，自動主汽門關(guān)閉后（調(diào)節(jié)汽門全開），汽輪機轉(zhuǎn)速應(yīng)能夠降低到1000r／min以下。自汽輪機保護系統(tǒng)動作到主汽門完全關(guān)閉的時間，通常要求不大于0.5～0.8s。

26．為什么通常主汽門都是以油壓開啟，而以彈簧力來關(guān)閉？

這是因為在任何事故情況下，包括在油源斷絕時，自動主汽門仍應(yīng)能迅速關(guān)閉。所以一般主汽門都設(shè)計成以彈簧力來關(guān)閉。

27．危急保安器有哪兩種型式？

按結(jié)構(gòu)特點不同，危急保安可分為飛錘式和飛環(huán)式兩種。它們的工作原理完全相同。其基本原理是當汽輪機轉(zhuǎn)速達到危急保安器規(guī)定的動作轉(zhuǎn)速時，飛錘（或飛環(huán)）飛出，打擊脫扣桿件，使危急遮斷滑閥（危急遮油門）動作，關(guān)閉自動主汽門和調(diào)節(jié)汽門，使汽輪機迅速停機。

28．飛錘式危急保安器的結(jié)構(gòu)和動作過程是怎樣的？

飛錘式的危急保安器裝在主軸前端縱向孔內(nèi)，由飛錘、外殼、彈簧和調(diào)整螺母等組成。飛錘的重心和旋轉(zhuǎn)中心偏離6.5mm，所以又稱偏心飛錘。飛錘被彈簧壓住，在轉(zhuǎn)速低于動作轉(zhuǎn)速時，彈簧力大于離心力，飛錘不動。當轉(zhuǎn)速高于飛出轉(zhuǎn)速時，飛錘離心力大于彈簧力，飛錘向外飛出。飛錘一旦動作，偏心距將隨之增大，離心力隨之增加，所以飛錘必然加速走完全部行程。飛錘的行程由限位襯套的凸肩限制，正常情況下，全行程為6mm。飛錘飛出后打擊脫扣杠桿，使危急遮斷油門動作，關(guān)閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門，切斷汽輪機進汽，使汽輪機迅速停機。

在汽輪機轉(zhuǎn)速降至某一轉(zhuǎn)速時，飛錘離心力小于彈簧力，飛錘在彈簧力的作用下，回到原來位置，這個轉(zhuǎn)速稱為復位轉(zhuǎn)速，一般復位轉(zhuǎn)速在3050r／min左右。

飛錘的動作轉(zhuǎn)速，可通過改變彈簧的初緊力加以調(diào)整，轉(zhuǎn)動調(diào)整螺母使導向襯套移動，就能改變彈簧的初緊力。

29．飛環(huán)式危急保安器與飛錘式危急保安器結(jié)構(gòu)上有什么不同？

飛環(huán)式危急保安器和飛錘式危急保安器主要不同之處，，就是用一個套在汽輪機主軸上的具有偏心重量的飛環(huán)式代替偏心飛錘。當汽輪機轉(zhuǎn)速升高到動作轉(zhuǎn)速時，偏心環(huán)的離心力克服彈簧力而向外飛出。飛環(huán)的飛出轉(zhuǎn)速也可以通過調(diào)整螺母改變彈簧力來調(diào)整。

30．危急遮斷器滑閥的結(jié)構(gòu)和動作原理是怎樣的？

危急保安器的飛錘或飛環(huán)飛出后，都通過撞擊危急遮斷油門上的拉鉤來實現(xiàn)關(guān)閉主汽門和調(diào)節(jié)汽門。因此說，是危急保安器和危急遮斷油門共同組成超速保護裝置。

危急遮斷滑閥的結(jié)構(gòu)型式很多，它主要由活塞、拉鉤、導銷、壓彈簧、扭彈簧及外殼組成。每只危急保安器配用一只危急遮斷滑閥。

在正常運行中，活塞被拉鉤頂住，活塞所處位置，使二次油室、安全油室均不與任何油路相通。當轉(zhuǎn)速升高到危急保安器動作后，飛環(huán)打擊在拉鉤上，使拉鉤逆時針方向旋轉(zhuǎn)而脫鉤，活塞在下部彈簧的作用下抬起，使二次油和安全油分別與回油管接通，同時泄掉安全油和二次油，自動主汽門和調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉停機。若需危急遮斷滑閥重新掛鉤，可操作復位裝置使復位油進入活塞上部，在復位油壓的作用下，活塞下行，拉鉤借扭彈簧的作用順時針轉(zhuǎn)回原位重新頂住活塞，復位油隨即切斷，危急遮斷滑閥處于工作位置。

31．汽輪機軸向位移保護裝置起什么作用？

汽輪機轉(zhuǎn)子與靜子之間的軸向間隙很小，當轉(zhuǎn)子的軸向推力過大，致使推力軸承烏金熔化時，轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生不允許的軸向位移，造成動靜部分摩擦，導致設(shè)備嚴重損壞事故，因此汽輪機都裝有軸向位移保護裝置。其作用是：當軸向位移達到一定數(shù)值時，發(fā)出報警信號；當軸向位移達到危險值時，保護裝置動作，切斷汽輪機進汽，停機。

32．低油壓保護裝置的作用是什么？

潤滑油油壓過低，將導致潤滑油膜破壞，不但要損壞軸瓦，而且造成動靜之間摩擦等惡性事故，因此，在汽輪機的油系統(tǒng)中都裝有潤滑油低油壓保護裝置。

低油壓保護裝置一般具有以下作用：

⑴ 潤滑油壓低于正常要求數(shù)值時，首先發(fā)出信號，提醒運行人員注意并及時采取措施。

⑵ 油壓繼續(xù)下降到某數(shù)值時，自動投入備用油泵（備用交流潤滑油泵和直流油泵），以提高油壓。

⑶ 備用油泵投入后，仍繼續(xù)跌到某一數(shù)值應(yīng)掉閘停機。

33．低真空保護裝置的作用是什么？

汽輪機運行中真空降低，不僅會影響汽輪機的出力和降低熱經(jīng)濟性，而且真空降低過多還會因排汽溫度過高和軸向推力增加影響汽輪機安全。因此大功率的汽輪機均裝有低真空保護裝置。

當真空降低到一定數(shù)值時，發(fā)出報警信號，真空降至規(guī)定的極限時，能自動停機。以保護汽輪機免受損壞。