汽轮发电机的工作原理及故障处理

汽轮发电机的工作原理及故障处理一、汽轮机的基本概念及工作原理汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机。

由于其具有热效率高、运转平稳、输出功率大、事故率低等优点，广泛应用于拖动发电机、大型风机水泵及船舶的动力设备。

依其做功原理的不同，可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机两种类型。

两种类型各具特点，各有其发展的空间。

冲动式汽轮机：蒸汽的热能转变为动能的过程，仅在喷嘴中发生，而工作叶片只是把蒸汽的动能转变成机械能的汽轮机。

即蒸汽仅在喷嘴中产生压力降，而在叶片中不产生压力降。

反动式汽轮机：蒸汽的热能转变为动能的过程，不仅在喷嘴中发生，而且在叶片中也同样发生的汽轮机。

即蒸汽不仅在喷嘴中进行膨胀，产生压力降，而且在叶片中也进行膨胀，产生压力降。

冲动式与反动式在构造上的主要区别在于：冲动式：动叶片出、入口侧的横截面相对比较匀称，汽流通道从入口到出口其面积基本不变。

反动式：动叶片出、入口侧的横截面不对称，叶型入口较肥大，而出口侧较薄，汽流通道从入口到出口呈渐缩状。

最简单的汽轮机单级汽轮机结构由轴、转轮、叶片和喷嘴组成，工作原理为：具有一定压力和温度的蒸汽通入喷嘴膨胀加速，此时蒸汽压力、温度降低，速度增加，蒸汽热能转变为动能，然后，具有较高速度的蒸汽由喷嘴流出，进入动叶片流道，在弯曲的动叶片流道内，改变汽流方向，给动叶片以冲动力，产生了使叶轮旋转的力矩，带动主轴旋转，输出机械功，完成动能到机械能的转换。

热能→动能→机械能，这样一个能量转换的过程，便构成了汽轮机做功的基本单部分元，通常称这个做功单元为汽轮机的级。

由于单级汽轮机的功率较小，且损失大，故使汽轮机发出更大功率，需要将许多级串联起来，制成多级汽轮机。

多级汽轮机的第一级又称为调节级，该级在机组负荷变化时，是通过改变部分进汽量来调节汽轮机负荷，而其它级任何工况下都为全周进汽，称为非调节级。

汽轮机分类按热力过程可分为：1、凝汽式汽轮机：进入汽轮机做功的蒸汽，除少量漏汽外，全部或大部分排入凝汽器，形成凝结水。

2、背压式汽轮机：蒸汽在汽轮机内做功后，以高于大气压力被排入排汽室，以供热用户采暖和工业用汽。

3、调整抽汽式汽轮机：将部分做过功的蒸汽以某种压力下抽出，供工业用或采暖用。

4、中间再热式汽轮机：将在汽轮机高压缸做完功的蒸汽，再送回锅炉过热器加热到新蒸汽温度，回中、低压缸继续做功。

按蒸汽初蒸汽分类：1、低压汽轮机：新汽压力为1.2～1.5MPa；2、中压汽轮机：新汽压力为2.0～4.0MPa；3、次高压汽轮机：新汽压力为5.0～6.0MPa；4、高压汽轮机：新汽压力为6.0～10.0MPa；还有超高压、亚临界压力、超临界压力汽轮机等等。

汽轮机型号表达方式：我国采用汉字拼音和数字来表示汽轮机的型号。

型号中第一组符号的汉字拼音，表示汽轮机的热力特性或用途，数字表示汽轮机的额定功率，第二组符号由数字组成，表示汽轮机主蒸汽参数。

例如 N6-2.35 凝汽式，额定功率6MW，初压2.35MPaB3-3.43/0.49 背压式，额定功率3MW，初压3.43MPa背压0.49MPa针对水泥余热资源品位低、流量大的特点,在满足水泥工艺要求前提下,为充分利用余热热能，宁国一线采用多级冲动混压凝汽式带减速机型汽轮机。

利用参数较低的主蒸汽和来自闪蒸器的饱和蒸汽发电,汽轮机额定功率6480kW,排气压力-95.6kPa, 转速5829rpm，级数9级,工作状态下额定蒸汽条件:入口蒸汽压力主蒸汽高压混汽低压混汽2.45Mpa 0.31Mpa 0.006Mpa入口蒸汽温度 335℃饱和饱和入口蒸汽流量 31.93t/h 2.24t/h 0.93t/h汽轮机为减速式汽轮机，通过速比为5829/1500rpm的减速机减速至1500rpm，这样汽轮机的整体尺寸较小，暖机和冲转所需的时间较短，便于汽轮机停机后能够在短时间内迅速再投入，适应窑系统工况的波动。

针对汽轮机后几级叶片水份较多、易发生水蚀现象的特点，在低压部分特别设计了集水槽和疏水孔，充分利用转子转动的离心力分离水珠，避免水蚀。

另在末两级叶片前部覆盖了一层特殊合金，以减轻水击产生的损伤。

汽轮机的调节系统采用电、液（压）调节方式，感应机构为电磁式，执行机构为液压传动式。

调节系统稳定可靠，保证了汽轮机在设计范围内的任何工况下稳定运行。

为保障汽轮机安全运行,宁国工厂的汽轮机设置下列保护装置:1、主蒸汽进汽阀门丧失油压而自动关闭；2、超速保护(电气、机械保护)；3、润滑油、跳闸油压力低保护；4、推力轴承磨损保护；5、排汽压力保护。

汽轮机油系统组成有:油箱装置、油雾排气扇、油净化器、油冷却器、润滑油过滤器、调节油过滤器、主油泵、辅助油泵、紧急油泵、控制（润滑）油压调节阀、油温调节阀、储能器及相应的管道和现场仪表等。

润滑油主要作用是为保证各轴承部位的润滑、冷却、清洗及防止氧化等。

另外,汽轮机的控制及调节、保护系统均采用油作为工质，使用同一油箱。

具体见《油管系统线图—83Y08-5001》，油品为美孚(Mobil)46#透平油。

主油泵：为汽轮机的减速机一根轴驱动齿轮泵，转速1025rpm，能力55m3/h。

当汽轮机正常运行时，向汽轮机、发电机润滑油系统和向汽轮机控制油系统供油。

辅助油泵：为电机驱动齿轮泵，能力54m3/h，电机额定功率37kW。

汽轮机组启动与停止时向汽轮机系统供油。

紧急油泵：为直流电机驱动齿轮泵，能力17m3/h，电机额定功率2.2kW。

当汽轮机系统主油泵及辅助油泵无法启动时，该油泵自动启动向油系统供油。

盘车装置：型式：手动啮合电机驱动自动分离式。

在机组升温启动与机组停车降温时带动转子，使汽轮机和发电机的轴与轴瓦间形成油膜，同时使汽机转子均匀受热。

真空泵：将凝汽器内的不凝结气体抽出以保持较高的真空度，使做过功的蒸汽能充分冷凝，设计真空-95.6kPa。

汽封蒸汽凝汽器：使汽封部蒸汽凝结成水重新参加系统循环，并回收蒸汽所携带热能。

冷却水为凝结水，热交换加热。

二、汽轮机典型事故处理汽轮机动静部分摩擦及大轴弯曲㈠、事故原因1、动静部分发生摩擦的原因1）动静间隙安装、检修调整不当2）动静部套加热或冷却时，膨胀或冷却不均匀3）受力部分机械变形超过允许值4）推力轴承或主轴瓦损坏5）机组强烈振动6）转子装套部件松动有位移7）通流部分的部件损坏或硬质杂物进入通流部分8）在转子弯曲或汽缸严重变形的情况下强行盘车2、引起大轴弯曲的主要原因1）动静部分摩擦使转子局部过热2）停机后在汽缸温度较高时，由于某种原因使冷水进入汽缸，引起高温状态下的转子下侧接触到冷水，局部骤然冷却，出现很大的上下温差而产生热变形，造成大轴弯曲。

据计算结果，当转子上下温差达到105～200℃时，就会造成大轴弯曲。

转子金属温度越高，越容易造成大轴弯曲。

3）转子的原材料存在过大的内应力，在较高的温度下经过一段时间运转后，内应力逐渐得到释放，从而使转子产生弯曲变形。

㈡、事故现象由于这种事故发生在汽缸内，无法直接观察，因而只能根据事故的原因、现象进行判断。

一般具有下列特征：1）机组振动增大，甚至强烈振动。

2）前后汽封处可能产生火花。

3）汽缸内部有金属摩擦声音。

4）有大轴挠度指示表计的机组，指示值将增大或超限。

5）若是推力轴承损坏，则推力瓦温度将升高，轴向位移指示值可能超标并发出信号。

6）上下汽缸温差可能急速增加。

三、事故处理办法通过各种特征，如机组振动增大、汽缸内有金属摩擦声或汽封处产生火花等，结合有关表计指示值变化判断是这种事故，应果断的故障停机，不要采取将负荷或降转速继续暖机，以致延误了停机时间而扩大事故，加剧设备的损坏。

停机时要记录转子惰走时间，静止后进行手动盘车。

如果盘车不动，不要强行盘动，必须全面分析研究，采取适当措施，直至揭缸检查。

汽轮机水击汽轮机水击事故是一种恶性事故，如处理不及时，易损坏汽轮机本体。

汽轮机运行中突然发生水击，将使高温下工作的蒸汽室、汽缸、转子等金属件骤然冷却，而产生很大的热应力和热变形，导致汽缸发生拱背变形，产生裂纹，并能使汽缸法栏结合面漏汽，胀差负值增大，汽轮机动静部分发生碰摩损伤；转子发生大轴弯曲，同样也使动静部分发生碰摩，这些都将引起机组发生强烈振动。

水击发生时，因蒸汽中携带大量水分，水的速度比蒸汽的速度低，将形成水赛汽道现象，使叶轮前后压差增大，导致轴向推力急剧增加，如果不及时紧急停机，推力轴承将过载而被烧毁，从而使汽轮机发生剧烈的动静碰摩而损坏。

另外发生水击时，进入汽轮机的水将对高速旋转的动叶片起着制动作用，特别是低压级的长叶片，其叶顶线速度可高达300～400m/s以上，水滴对其打击力相当大，严重时将把叶片打弯或打断。

总之，水击将导致汽轮机严重损坏。

一、水击发生的原因1）锅炉的蒸发量过大或蒸发不均引起汽水共腾。

2）运行人员误操作或给水自动调节失灵造成锅炉满水。

3）汽轮机汽动过程中没有充分暖管或疏水排泄不畅，主蒸汽管道或锅炉过热器疏水系统不完善，可能把积水带入汽轮机内。

4）机组停机时，降温降的过快，使汽温低于当时大气压下的包和温度而成为带水的湿蒸汽。

5）汽轮机启动时，汽封供汽系统暖管不充分或排水不畅，使汽水混合物被送入汽封。

6）停机后，忽视对凝汽器水位的监督，发生凝汽器满水，倒入汽缸。

二、水击现象1）主蒸汽温度急速下降，主汽阀和调节汽阀的阀杆、法兰、轴封处可能冒白汽。

2）机组振动逐渐增大，直到剧烈振动。

3）推力轴承乌金温度迅速上升，机组转动声音异常。

4）汽缸上下温差变大，下缸温度要降低很多。

三、处理方法汽轮机水击事故是汽轮机运行中最危险的事故之一，运行人员必须迅速、准确的判断是否发生水击，一般应以主蒸汽温度是否急剧下降作为依据，同时应检查汽缸上下温差变化，因为汽轮机进水时，下缸温度必然下降较大。

待确认发生水击事故时，应立即破坏真空紧急故障停机。

1）破坏真空紧急故障停机。

2）开启汽缸缸体和主蒸汽管道上的所有疏水阀门，进行充分排水。

3）正确记录转子惰走时间及真空数值。

4）惰走中仔细倾听汽缸内声音。

5）检查记录推力瓦乌金温度和轴向位移数值。

6）注意惰走过程中机组转动声音和推力轴承工作情况，如惰走时间正常，经过充分排出疏水，主蒸汽温度恢复后，可以重新启动机组，但这时要特别小心仔细倾听汽缸内是否有异音，并观察机组振动是否增大，如果发生异常，应立即停止启动，揭缸检查。

汽轮机叶片损坏与脱落一、事故原因造成叶片断裂或脱落的原因很多，它与设计、制造、材质、安装、检修工艺和运行维护等因素均有关系，归纳起来有以下几个方面：1、机械损伤1）外来的机械杂质随蒸汽进入汽轮机内打伤叶片。

2）汽缸内部固定零部件脱落，如阻汽片、导流环等，造成叶片严重损伤。

3）因轴承或推力瓦损坏、大轴弯曲、胀差超限以及机组强烈振动，造成通流部分动静摩擦，使叶片损坏。