【正文】 111 軸向位移保護(hù) 的作用是汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí) ， 動(dòng)靜兩部分必需保持一定的間隙 ， 當(dāng)軸向位移或差脹超過(guò)一定安全范圍時(shí) ，通過(guò)危急遮斷系統(tǒng)動(dòng)作 ， 實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī) 。 汽輪機(jī)的主要保護(hù)系統(tǒng)有超速保護(hù) 、 軸向位移保護(hù) 、 低油壓保護(hù)和低真空保護(hù)等 。 110 4，汽輪機(jī)的保護(hù)裝置 為了保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行 ， 汽輪機(jī)還必需具備保護(hù)系統(tǒng) 。 （ 3） 配汽機(jī)構(gòu) 其功能是接受放大信號(hào)，改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，調(diào)節(jié)進(jìn)汽量，即改變汽輪機(jī)的功率。 （ 2） 傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu) 由于轉(zhuǎn)速感受元件 輸出信號(hào)的功率小，不足以開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥，需要進(jìn)行放大。 109 3，調(diào)速系統(tǒng)的組成 汽輪機(jī)的液壓調(diào)速系統(tǒng)是由 轉(zhuǎn)速感受元件 、 傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu) 和 配汽機(jī)構(gòu) 所組成的。 ? 反饋 是調(diào)速系統(tǒng)不可缺少的組成部分，反饋的作用就在于使調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定。 圖 4—27 108 ? 在油動(dòng)機(jī)活塞上下移動(dòng)的同時(shí)，又通過(guò)杠桿帶動(dòng)滑閥回 到中間平衡位置，并堵住通往油動(dòng)機(jī)的油口 a、 b，油動(dòng)機(jī)停止移動(dòng)，調(diào)速系統(tǒng)達(dá)到新的平衡。 An BnBn An107 圖 4—27是一種最簡(jiǎn)單的具有一級(jí) 中間放大的間接調(diào)速系統(tǒng)示意圖 。 相對(duì)于 來(lái)說(shuō) ， 機(jī)組轉(zhuǎn)速變化就很小了 。 因此 ， 在外界負(fù)荷變化時(shí) ， 為了使機(jī)組轉(zhuǎn)速不變 ， 或者變化不大 ， 則應(yīng)減小進(jìn)汽量 ， 使工作曲線由 1變?yōu)?1’。 圖 4–26 106 ? 汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的作用 轉(zhuǎn)速由 A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 增加到 B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的 。曲線 1和 2的交點(diǎn) A是兩力矩 平衡狀態(tài)點(diǎn) 。 0??? fet MMM0?? et MM105 圖 4–26中，曲線 1和 1’ 和曲線 2和 2’表示主力矩、反力矩隨轉(zhuǎn)速的變化。 104 （二）汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本工作原理 1， 汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 汽輪機(jī)工作時(shí) ， 作用在轉(zhuǎn)子上的力矩有三個(gè)：蒸汽 主力矩 、發(fā)電機(jī) 反力矩 和 摩擦力矩 。 103 2，機(jī)組 自身的安全 所需要 汽輪機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子、葉輪、葉片自重產(chǎn)生巨大的離心力，一旦超速，是十分危險(xiǎn)的，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)產(chǎn)生安全事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。轉(zhuǎn)速高，則頻率高；轉(zhuǎn)速低，則頻率低。 除了 數(shù)量之外 ， 還必須保證一定的 質(zhì)量 (頻率 和 電壓 )要求 。 7，為什么說(shuō)供熱式汽輪機(jī)的熱效率比凝汽式汽輪機(jī)高？ 102 第四節(jié) 汽輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié) 一 、 汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理 (一 )汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù) 1， 保證供電數(shù)量 、 質(zhì)量的要求 由于電網(wǎng)中各用戶的電負(fù)荷隨時(shí)間是變化的 。 6, 畫出最簡(jiǎn)單的凝汽系統(tǒng)圖。 ? 循環(huán)水泵： 把冷卻水送入凝汽器的銅管中 ， 帶走凝結(jié) 汽化潛熱； ? 凝結(jié)水泵： 是把凝結(jié)水抽出 ， 送給水回?zé)? 系統(tǒng)； ? 抽氣器 ：是把漏入空氣抽出 ， 維持高度真空 。 圖 4—25凝汽系統(tǒng) 100 3，凝汽設(shè)備原則性系統(tǒng)圖 （圖 4—25） 及 其 主 要 設(shè) 備 其主要設(shè)備有 凝汽器 、 凝結(jié)水泵 、 抽氣器 、 循環(huán)水泵 等 。但并不是排汽壓力 越低越好。 這就是凝汽設(shè)備的工作原理 99 ? 凝汽設(shè)備的任務(wù) ： （ 1） 在汽輪機(jī)的排汽口 建立并維持高度真空 ； （ 2） 將排汽凝結(jié)成潔凈的凝結(jié)水 ， 作為 鍋爐的給水 。 同時(shí) ， 再用抽氣器或者真空泵不斷地將漏入機(jī)內(nèi)的空氣抽出 ， 以 維持凝汽器內(nèi)的高度真空 。 2， 凝汽設(shè)備的工作原理 降低排汽壓力 最有效的辦法 是將汽輪機(jī)的乏汽送入凝汽器中 ， 用水或者空氣作為冷卻工質(zhì) ， 將排汽凝結(jié)成水 。 一般來(lái)說(shuō) ， 排汽壓力每降低 2kpa， 循環(huán)熱效率就可以提高約 %。 提高 新蒸汽的參數(shù) 和降低 排汽壓力 可以 增大理想焓降。 從本章第二節(jié)知道 ，汽輪機(jī)裝置的 循環(huán)熱效率 為： (4–70) 其中， 整機(jī)理想焓降； 蒸汽初焓； 凝結(jié)水（飽和水）焓值； ( — )為每 kg蒸汽在鍋爐中的吸熱量。 ce DDD ??011iii PPP ???ce DDD 、0111 iii PPP 、3， 流量和功率 97 八、汽輪機(jī)的凝汽系統(tǒng)及設(shè)備 1， 凝汽系統(tǒng)的作用 凝汽系統(tǒng)及設(shè)備是汽輪機(jī)組的重要組成部分 。一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)有 高、低壓兩個(gè)調(diào)節(jié)閥 （有的機(jī)組的低壓調(diào)節(jié)裝置是旋轉(zhuǎn)隔版），由機(jī)組本身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的 調(diào)速器和調(diào)壓器控制。從鍋爐出來(lái)的蒸汽，經(jīng)主汽閥、調(diào)節(jié)閥后先在高壓缸膨脹作功。 圖4–24 一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)的工作原理和熱力過(guò)程曲線 95 圖 4–24為一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)的 工作原理 和 熱力過(guò)程曲線 示意圖。 94 （三）調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī) 1，調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)的特點(diǎn) 調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)同時(shí)發(fā)電和對(duì)外供熱，并能 同時(shí)滿足熱、電兩負(fù)荷的要求 。凝汽式汽輪機(jī) 2承擔(dān)電負(fù)荷的變化。 背壓式汽輪機(jī)不能同時(shí)滿足熱、電兩負(fù)荷的要求 。由于背壓機(jī)無(wú)回?zé)岢槠?，進(jìn)汽量等于排汽量。 工業(yè)用汽 ， 其排汽壓力一般為 ~； 采暖用汽 ， 排汽壓力一般為 ~。 ? 背壓機(jī)的 初參數(shù)一般不高 ， 多為中參數(shù) 。 調(diào)節(jié)級(jí)形式多為雙列級(jí) 。 圖 4—23 92 ? 背壓機(jī)由于 排汽參數(shù)高 ， 故整機(jī)理想焓降小 。排汽全部送到熱用戶。 ?wQ91 （二）背壓式汽輪機(jī) 背壓式汽輪機(jī)的 主要任務(wù) 是給熱用戶提供一定參數(shù)的蒸汽量，并發(fā)出一定的電能。因此，熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱日益廣泛地得到推廣應(yīng)用。而調(diào)節(jié)抽汽機(jī)組，由于保留了冷源損失裝置，其熱效率高于凝汽機(jī)而低于背壓機(jī)組，約為（ 40~85） %之間。但實(shí)行 熱電聯(lián)產(chǎn)后 ，由于（ )0，熱效率提高。由于（ 1+ )1，因此， 這就表明， 供熱機(jī)的熱效率比凝汽機(jī)高 。 ? 凝汽式汽輪機(jī)的 循環(huán)熱效率為： (4–66) 其中， W為汽輪機(jī)發(fā)出的電能， 為蒸汽在鍋爐中的吸熱量。如國(guó)產(chǎn) 200MW汽輪機(jī) ， 整機(jī)理想焓降為 ， 小于冷源損失 。 為 1kg蒸汽的凝結(jié)放熱量 ， 一般有2200kJ/kg（ 小機(jī)組有 2300kJ/kg)。 89 在動(dòng)力循環(huán)中 ， 不可避免地有 冷源損失 ， 使 循環(huán)熱效率 降低 。 ? 采暖用汽 。 有 : 背壓式汽輪機(jī) 和 調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī) 兩大類 。 87 88 七、供熱式汽輪機(jī) 能同時(shí)對(duì)外 供電 、 供熱 的汽輪機(jī)稱為供熱式汽輪機(jī) (或者稱 熱電聯(lián)產(chǎn) 汽輪機(jī) )。根據(jù)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，取中間再熱壓力初壓的 (20~30)%范圍內(nèi)，使中間再熱循環(huán)的熱效率提高最多，一般約為 (4~5)%。 ? 如果再熱循環(huán)壓力 太高 ，附加循環(huán)的吸熱量占整個(gè)循環(huán)吸熱量的 份額 將減少，這樣對(duì)整個(gè)循環(huán)的作用不大。反之，則下降。 ? 采用中間再熱循環(huán) ，是解決這一問(wèn)題的最好辦法 85 中間再熱對(duì)循環(huán)熱效率是有影響的。 84 六、中間再熱式汽輪機(jī) 中間再熱循環(huán)的采用： 為了提高機(jī)組容量、效率，應(yīng)提高蒸汽初參數(shù)。 以上是提高汽輪機(jī)單機(jī)容量的主要辦法。 83 從汽輪機(jī)中逐級(jí)抽出部分蒸汽用來(lái)加熱給水 ， ? 一方面可以 減少排汽量 ， ? 同時(shí) 可增大進(jìn)汽量 ， 增大高壓部分幾何尺寸 （ 進(jìn)汽度和葉高 ） 。這是當(dāng)前提高汽輪機(jī)單機(jī)功率最有效的辦法。 反過(guò)來(lái)說(shuō) ， 就可以在保證葉片強(qiáng)度的條件下 ， 采用 高強(qiáng)度低重度 的合金材料 ， 則可以增長(zhǎng)末級(jí)葉片的高度 ， 即增大通流面積 ， 從而達(dá)到增加進(jìn)汽量 、增大汽輪機(jī)單機(jī)功率的目的 。 81 （二）提高汽輪機(jī)單機(jī)功率的措施 由于單缸單排汽汽輪機(jī)受到極限功率的限制，為了得到更大的功率，就必須采取其他措施，常用的辦法有： 1. 提高新蒸汽的參數(shù) 提高新蒸汽的參數(shù)可以增大整機(jī)的理想焓降，再加上中間再熱，就能較大地提高單機(jī)功率； 82 由于汽輪機(jī)單機(jī)功率受到末級(jí)葉片材料強(qiáng)度的限制 （ 離心力太大 ） ， 故末級(jí)葉片不可能做得很長(zhǎng) ， 通流面積有限 。這就是說(shuō)，單缸單排汽的汽輪機(jī)的功率是有限的，其最大功率稱為汽輪機(jī)的 極限功率 。 ? 由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)，長(zhǎng)葉片將產(chǎn)生 巨大的離心力 。要求通流面積也最大。 th?gmri ??? 、03600t r i m gelDhP? ? ???80 ? 而最大流量又決定于 末級(jí)葉片的幾何尺寸 。 79 五、提高汽輪機(jī)單機(jī)容量 （一）單缸單排汽汽輪機(jī)的極限功率 一般來(lái)說(shuō)，凝汽式汽輪機(jī)的功率可用下式表示： 其中， 整機(jī)的焓降 取決于 初終參數(shù) 。 （ 3）采用多缸反向布置 對(duì)于多缸汽輪機(jī)，可以 采用多缸反向布置，汽流 作反向流動(dòng) ,其軸向力方向 相反，達(dá)到了相互平衡的 目的。在壓力差作用下，就產(chǎn)生了一個(gè)向左的作用力。 ?常見(jiàn)的軸向推力平衡辦法有： （ 1）采用平衡孔平衡軸向推力 在葉輪上開(kāi)設(shè)平衡孔可以 減少 葉輪兩側(cè)的壓力差 ，從而可以減 少作用在葉輪上的軸向力。 這樣大的軸向推力是推力軸承所不能承受的 。 即 1 2 3 4z z z z zF F F F F? ? ? ?? ? ? ?76 2， 軸向推力平衡辦法 在多級(jí)汽輪機(jī)中 ， 總的軸向推力是很大的 。 軸向推力由 4部分所組成： 動(dòng)葉片上 的軸向力； 葉輪面上 的軸向力； 輪轂上 或者 轉(zhuǎn)子凸肩 上的軸向力； 軸封凸肩 上的軸向力 。 elrtgmritge ffelhDhDPP.003 6 0 03 6 0 0 ??????????gmrielr ???? ?.4， 電功率 g?75 四、多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力 1， 軸向推力的組成 蒸汽對(duì)葉片的作用力由 圓周分力 和 軸向分力 所組成 。用 表示發(fā)電機(jī)的效率，則在發(fā)電機(jī)的出線端所獲得的電功率為： 其中， ，稱為 相對(duì)電效率 。 它是整機(jī)的 有效焓降 與理想焓降 之比 ， 即 tiir HH???.?73 汽輪機(jī)的 內(nèi)功率 等于汽輪機(jī)的 進(jìn)汽量 與 有效焓降 之乘積 。 在這些轉(zhuǎn)換過(guò)程中 ， 要用各種效率來(lái)描述整個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的完善成度 。這樣， 式中， ___分別為汽輪機(jī)的軸端功率、內(nèi)功率； ___為機(jī)械損失。考慮了機(jī)械損失之后，汽輪機(jī)聯(lián)軸節(jié)端的輸出功率將小于汽輪機(jī)的內(nèi)功率。 cexccc pCppp )1 0 0( ?????71 （三）機(jī)械損失 汽輪機(jī)在工作時(shí)，要克服支持軸承、推力軸承的 摩擦 ，帶動(dòng) 主油泵 和 調(diào)速系統(tǒng) 工作，要 消耗功率 。 圖 4–21 69 進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中由于 節(jié)流 所引起的 壓力損失 ? 對(duì)于大型汽輪機(jī) （ 如國(guó)產(chǎn) 200MW、 300MW汽輪機(jī) ） ， 中 、 低壓缸之間有 低壓導(dǎo)汽管 ， 其壓力損失為： 0 000 )~( pppp ????ssss pppp )~( ????70 2． 排汽管道中的壓力損失 作過(guò)功的乏汽由汽輪機(jī)的末級(jí)動(dòng)葉排出，經(jīng)排汽管到凝汽器或者供熱管道。 1．進(jìn)汽機(jī)構(gòu)中的壓力損失 由于摩擦和渦流，蒸汽 通過(guò) 進(jìn)汽管道 有壓降。汽輪機(jī)的 排汽機(jī)構(gòu) 是一個(gè)擴(kuò)散形的排汽管所構(gòu)成。而在汽輪機(jī)中作過(guò)功的蒸汽，又必須從排汽管中排出。 這就是齒形軸封的 工作原理 。 所以 ， 軸封的作用 是讓蒸汽通過(guò)時(shí) ， 逐級(jí)節(jié)流到最低的壓力 ， 將一個(gè)較大的壓力差 ， 分割為許多較小的壓力差 。 也就是說(shuō) ， 蒸汽通過(guò)軸封的熱力過(guò)程為 一 節(jié)流過(guò)程 。 但進(jìn)入小汽室時(shí) ， 通道面積突然增加 ， 汽流速度大為減小 。 C取決于軸封齒兩側(cè)的壓力差。間隙 ?不能太?。ㄒ话闳??=~ ），太小可能摩擦，大軸彎曲，機(jī)組振動(dòng)。但， ? 比容 是由蒸汽流動(dòng)狀態(tài)來(lái)決定，不可任意改變。漏汽依次通過(guò)各 齒隙 和 環(huán)形汽室 。其