正文 第五章 工況變化對汽輪機安全經濟運行的影響(2 / 3)

通過前述分析知道,當蒸汽流量變化時,調節級和最末級的理想焓降也隨之發生變化。當流量超過設計值以後,調節級焓降減小,最末級焓降增加。級的理想焓降的變化,將引起速度三角形的變化。

這時由於噴嘴中理想焓降相應減小,假如忽略葉片頂部徑向間瞭漏汽,以及葉片根部的漏汽或吸汽,則噴嘴流出的汽流應全部進入葉片中。假定汽流流出噴嘴時不發生偏轉,為了使焓降變化前後,從噴嘴出來的蒸汽都能連續不斷地流過葉片,則必須滿足如下條件:的整個流道並保持連續不斷地流動,不可能出現流動中斷現象。因此隻有噴嘴後的壓力下降一些,使噴嘴出口速度增大而動葉片的進口速度減小,才能保持蒸汽在噴嘴和動葉中連續不斷地流動。這樣就使得動葉片的焓降減小而噴嘴中的焓降增大,也就是級的反動度減小了。由此可見,當級的理想焓降增大時,其反動度是減小的。

如果汽輪機原來設計為純衝動級或反動度甚小的衝動級,當工況變化使級的理想焓降增大時,級內就可能出現負的反動度(尤其是葉片的根部);負的反動度將使葉片出口壓力大於進口壓力,在葉片中出現壓縮流動,引起附加損失。最末幾級在濕蒸汽區工作的葉片,當其根部出現負的反動度時,將會造成蒸汽的回流,從而引起葉片根部的衝刷。某些機組的末級長葉片,由於葉片根部反動度設計偏小,而使其根部受到嚴重的水蝕。當增大了葉片根部的反動度以後,才使根部水蝕現象得到改善。

五、蒸汽流量變化時軸向推力的變化

汽輪機的軸向推力是由蒸汽的壓力差,作用在葉片、葉輪、平衡活塞和軸封套等處而產生的,其中主要是由葉片和葉輪前後靜壓差作用產生的。當汽輪機的蒸汽量改變時,級和平衡活塞前後的壓差都有所變化,各級的反動度也有變化,因此軸向推力也必然要發生變化。另外,當汽輪機初參數和排汽壓力發生變化以及通流部分結垢時,也會引起軸向推力的變化。

眾所周知,汽輪機軸向推力的變化,直接影響著推力軸承的工作。為了防止推力軸承由於過負荷而損壞,以致造成機組的嚴重事故,運行人員必須了解工況變動時,軸向推力的變化規律。

汽輪機進汽量改變時,其軸向推力的變化比較複雜。對於凝汽式汽輪機,焓降的變化主要發生在調節級和最末級。當負荷增大時,由於蒸汽流量增加,調節級焓量減小,最末級焓降增大,而中間各級焓降近似保持不變。對於調節級來說,由於焓降減小反動度增大,將會使軸向推力增加,對於最末級來說,由於焓降增大反動度減小,將會使軸向推力減小,但由於末級葉輪前後的壓差和壓差的變化都很小,所以末級軸向推力的變化對整台機組的軸向推力影響不大,對於中間各級來說,雖然級前後的壓力比保持不變,但隨著調節級後壓力的升離,各級前後的絕對壓差是增大的,而級的軸向推力隻取決於各級前後壓差的絕對值,而不取決於兩者的比值,所以當蒸汽流量增加時,中間各級的軸向推力也是增大的>隨著流量壜加,調節級後壓力升高,平衡活塞和軸封套的壓差都將會增大,從而抵消一部分軸向推力-對整個機組來說,需綜合考慮以上因素,因此軸向推力的變化比較複雜,每台機組的變化規律也不盡1同,具體數值需經詳細的計算才能最後確定。但一般來說,軸向推力是隨著機組蒸汽流量加而增大的。因為當蒸汽流量增加時,雖然末級的反動度減小,由於調節級的反動度增大,中間各級的前後壓差增大以及蒸汽作用在葉片上的軸向分力增大,故整台機組的軸向推力增大。反之,當蒸汽流量減小時,機組的軸向推力也減小。

通流部分積了鹽垢時,將使噴嘴和葉片通流截麵發生變化。這樣蒸汽通過噴嘴和葉片時,不但要增加級的壓力降,而且當葉片通流麵積減少得比噴嘴多時,還要增大反動度。因此在通流部分結垢時,將會導致軸向推力的增大。此外,噴嘴和葉片的腐蝕,尤其是出口邊緣的腐蝕,都會使通流麵積增大,從而引起軸向推力的變化。

設計具有平衡活塞和兼有平衡活塞作用的前軸封時,通常選擇在設計工況下,作用在推力軸承上的推力總和為零。但製造誤差仍然會帶來相當大的軸向推力,即使噴嘴和葉片通流麵積的精度保持在容許的±2%的範圍內,反動度也將會有土3%的變化。現場實測結果表明,不少機組通流麵積的製造誤差都超過了±2%的允許範圍。蘇聯3K-100型汽輪機計算結果表明,反動度變化土3%時,軸向推力的變化可達20噸。

軸向推力的變化在很大程度上,取決於通流部分間瞭(包括前軸封、隔板以及葉片頂部間瞭)的變化。如果在安裝和檢修時調整不當,或由於在機組啟、停中的熱變形等原因使動靜部分發生磨損,間瞭增大(尤其是高壓部分間瞭增大)時,將會導致軸向推力增大。

第二節 蒸汽參數變化對汽輪機運行的影響

一、主蒸汽壓力變化的影響

當主蒸汽溫度不變,而其壓力變化時,汽輪機運行的經濟性和安全情況都將受到影響。

(1)調速級葉片過負荷,尤其是噴嘴調節進汽的機組,當其處於第一個調速汽門全開,而第二個調速汽門將要開啟的時候,調節級葉片焓降最大,而動葉片的彎曲應力是與通過葉片的蒸汽量和調節級焓降的乘積成正比。所以,即使汽輪機進汽量不超過設計值,但因焓降增大很多,同樣會導致調速級動葉片過負荷。

(2)蒸汽溫度不變而壓力升高時,機組末幾級的蒸汽濕度增大。當進汽壓力由P。在排汽壓力戶,保持不變的情況下,排汽幹度由A減小到蒸汽濕度增大,使末幾級動葉片的工作條件惡化,水衝刷加劇。對於高溫高壓機組來說,主蒸汽壓力升高0.5MP,最末級蒸汽濕度大約增加2%。目前大型機組末幾級的蒸汽濕度一般限製在10%-12%以內。

(3)主蒸汽壓力過高,還會引起主蒸汽管道、主汽門、調節汽門箱、汽缸法蘭及內的應力增大。這些承壓部件及緊固件在應力增大的情況下運行,會縮短使用壽命,甚至會造成這些部件的變形,以至於損壞。

基於上述理由,主蒸汽壓力超過允許值運行是不容許的。如出現這種情況,必須采取捎施,如通知鍋爐降低汽壓或用電動主閘門節流降壓。如措施無效則應按故障停機處理。

對於單元製機組來說,降低汽壓比較容易,隻要減少鍋爐燃料即可。如果機組沒有帶到滿負荷,可暫時地用增加進汽量的方法來降低汽壓,必要時還可以開啟旁路係統以達到降壓目當主蒸汽溫度不變而汽壓降低時,汽輪機的可用熱降減少,這時耗汽置要增加,使機組運行的經濟性降低。如國產200MW汽輪機,主蒸汽壓力降低0.1MP時,其熱耗增加0.572%。若調速汽門開度不變,則汽輪機進汽置將隨壓力成比例地減少。汽壓降低過多則帶不到滿負荷。當汽壓降低超過允許值時,應聯係鍋爐恢複汽壓。必要時可用降低負荷減少進汽最的方法來恢複正常汽壓。對於用抽汽供給水泵,用小汽輪機和除氧器等設備用汽的機組,要考慮這些設備的用汽需要,不能使負荷降得過低而影響這些設備的正常運行。

二、主蒸汽溫度變化的影響

在實際運行中,主蒸汽溫度變化的可能性較大。而氣溫變化對汽輪機安全、經濟運行的影響比壓力變化時更為嚴重。因此對氣溫的監視要特別注意。對於高溫高壓機組,通常隻允許主蒸汽溫度比額定值最多高5攝氏度氣溫升高,汽輪機的熱降和功率會有所升高。

主蒸汽溫度過高的危害如下:

(1)主蒸汽溫度升高過多,首先在調節級內焓降增加,在負荷不變的情況下,調節級動葉片有可能過負荷。

(2)主蒸汽溫度過高,會使金屬材料的機械強度降低,蠕變速度加快。主蒸汽管道和汽缸等高溫部件,工作溫度超過允許值以後,會使汽缸、汽門、高壓軸封等緊固件發生鬆弛,導致設備損壞或部件使用壽命縮短。這種應力鬆弛現象是隨著在高溫下工作時間的增長而加劇的。