汽轮机发展前景及常见故障有效解决措施

发布时间:2021-09-14 00:31:42 阅读11次 违规举报
汽轮机发展前景及常见故障有效解决措施

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汽轮机的出现推动了电力工业的发展,到20世纪初,电站汽轮机单机功率已达10兆瓦。随着电力应用的日益广泛,美国纽约等大城市的电站尖峰负荷在20年代已接近1000兆瓦,如果单机功率只有10兆瓦,则需要装机近百台,因此20年代时单机功率就已增大到60兆瓦,30年代初又出现了165兆瓦和208兆瓦的汽轮机。
此后的经济衰退和第二次世界大战期间爆发,使汽轮机单机功率的增大处于停顿状态。50年代,随着战后经济发展,电力需求突飞猛进,单机功率又开始不断增大,陆续出现了325~600兆瓦的大型汽轮机;60年代制成了1000兆瓦汽轮机;70年代,制成了1300兆瓦汽轮机。许多国家常用的单机功率为300~600兆瓦。
汽轮机在社会经济的各部门中都有广泛的应用。汽轮机种类很多,并有不同的分类方法。 汽轮机的蒸汽从进口膨胀到出口,单位质量蒸汽的容积增大几百倍,甚至上千倍,因此各级叶片高度必须逐级加长。大功率凝汽式汽轮机所需的排汽面积很大,末级叶片须做得很长。
大型汽轮机组的研制是汽轮机未来发展的一个重要方向,这其中研制更长的末级叶片,是进一步发展大型汽轮机的一个关键;研究提高热效率是汽轮机发展的另一方向,采用更高蒸汽参数和二次再热,研制调峰机组,推广供热汽轮机的应用则是这方面发展的重要趋势。
全世界利用地热的汽轮机的装机容量,1983年已有3190兆瓦,不过对熔岩等深层更高温度地热资源的利用尚待探索;利用太阳能的汽轮机电站已在建造,海洋温差发电也在研究之中。所有这些新能源方面的汽轮机尚待继续进行试验就、研究。
一座汽轮发电机总功率为1000兆瓦的电站,每年约需耗用标准煤230万吨。如果热效率绝对值能提高1%,每年可节约标准煤 6万吨。因此,汽轮机装置的热效率一直受到重视。为了提高汽轮机热效率,除了不断改进汽轮机本身的效率,包括改进各级叶片的叶型设计(以减少流动损失)和降低阀门及进排汽管损失以外,还可从热力学观点出发采取措施。
根据热力学原理,新蒸汽参数越高,热力循环的热效率也越高。早期汽轮机所用新蒸汽压力和温度都较低,热效率低于20%。随着单机功率的提高,30年代初新蒸汽压力已提高到3~4兆帕,温度为400~450℃。随着高温材料的不断改进,蒸汽温度逐步提高到535℃,压力也提高到6~12.5兆帕,个别的已达16兆帕,热效率达30%以上。50年代初,已有采用新蒸汽温度为600℃的汽轮机。以后又有新蒸汽温度为650℃的汽轮机。
现代大型汽轮机按照其输出功率的不同,采用的新蒸汽压力又可以分为各个压力等级,通常采用新蒸汽压力24.5~26兆帕,新蒸汽温度和再热温度为535~578℃的超临界参数,或新蒸汽压力为16.5兆帕、新蒸汽温度和再热温度为535℃的亚临界参数。使用这些汽轮机的热效率约为40%。
另外,汽轮机的排汽压力越低,蒸汽循环的热效率就越高。不过排汽压力主要取决凝汽器的真空度,真空度又取决于冷却水的温度和抽真空的设备(通常称为真空泵),如果采用过低的排汽压力,就需要增大冷却水流量、增大凝汽器冷却水和冷却介质的换热面、降低被使用的冷却水的温度和抽真空的设备,较长的末级叶片,但同时真空太低又会导致汽轮机汽缸(低压缸)的蒸汽流速加快,使汽轮机汽缸(低压缸)差胀加剧,危及汽轮机安全运转。凝汽式汽轮机常用的排汽压力为5~10千帕(一个标准大气压是101325帕斯卡)。船用汽轮机组为了减轻重量,减小尺寸,常用0.006~0.01兆帕的排汽压力。
此外,提高汽轮机热效率的措施还有,采用回热循环、采用再热循环、采用供热式汽轮机等。提高汽轮机的热效率,对节约能源有着重大的意义。
现代核电站汽轮机的数量正在快速增加,因此研究适用于不同反应堆型的、性能良好的汽轮机具有特别重要的意义。
另外,在汽轮机设计、制造和运行过程中,采用新的理论和技术,以改善汽轮机的性能,也是未来汽轮机研究的一个重要内容。例如:气体动力学方面的三维流动理论,湿蒸汽双相流动理论;强度方面的有限元法和断裂力学分析;振动方面的快速傅里叶转换、模态分析和激光技术;设计、制造工艺、试验测量和运行监测等方面的电子计算机技术;寿命监控方面的超声检查和耗损计算。此外,还将研制氟利昂等新工质的应用,以及新结构、新工艺和新材料等。
发展瓶颈主要在材料上,材料问题解决了,单片的功率就可以更大。MarketsandMarkets研究报告显示,2014年全球汽轮机市场规模约为148亿美元,预计到2020年将达到192.92亿美元(约合人民币1232亿元),以4.4%的年均复合增长率增长。


常见问题
在汽轮机运行过程中,汽轮机渗漏和汽缸变形是最为常见的设备问题,汽缸结合面的严密性直接影响机组的安全经济运行,检修研刮汽缸的结合面,使其达到严密,是汽缸检修的重要工作,在处理结合面漏汽的过程中,要仔细分析形成的原因,根据变形的程度和间隙的大小,可以综合的运用各种方法,以达到结合面严密的要求。

汽缸漏气原因
1.汽缸是铸造而成的,汽缸出厂后都要经过时效处理,就是要存放一些时间,使汽缸在住铸造过程中所产生的内应力完全消除。如果时效时间短,那么加工好的汽缸在以后的运行中还会变形,这就是为什么有的汽缸在第一次泄漏处理后还会在以后的运行中还有漏汽发生。因为汽缸还在不断的变形。
2.汽缸在运行时受力的情况很复杂,除了受汽缸内外气体的压力差和装在其中的各零部件的重量等静载荷外,还要承受蒸汽流出静叶时对静止部分的反作用力,以及各种连接管道冷热状态下对汽缸的作用力,在这些力的相互作用下,汽缸发生塑性变形造成泄漏。
3.汽缸的负荷增减过快,特别是快速的启动、停机和工况变化时温度变化大、暖缸的方式不正确、停机检修时打开保温层过早等,在汽缸中和法兰上产生很大的热应力和热变形。
4.汽缸在机械加工的过程中或经过补焊后产生了应力,但没有对汽缸进行回火处理加以消除,致使汽缸存在较大的残余应力,在运行中产生永久的变形。
5.在安装或检修的过程中,由于检修工艺和检修技术的原因,使内缸、汽缸隔板、隔板套及汽封套的膨胀间隙不合适,或是挂耳压板的膨胀间隙不合适,运行后产生巨大的膨胀力使汽缸变形。
6.使用的汽缸密封剂质量不好、杂质过多或是型号不对;汽缸密封剂内若有坚硬的杂质颗粒就会使密封面难以紧密的结合。
7.汽缸螺栓的紧力不足或是螺栓的材质不合格。汽缸结合面的严密性主要靠螺栓的紧力来实现的。机组的起停或是增减负荷时产生的热应力和高温会造成螺栓的应力松弛,如果应力不足,螺栓的预紧力就会逐渐减小。如果汽缸的螺栓材质不好,螺栓在长时间的运行当中,在热应力和汽缸膨胀力的作用下被拉长,发生塑性变形或断裂,紧力就会不足,使汽缸发生泄漏的现象。
8.汽缸螺栓紧固的顺序不正确。一般的汽缸螺栓在紧固时是从中间向两边同时紧固,也就是从垂弧最大处或是受力变形最大的地方紧固,这样就会把变形最大的处的间隙向汽缸前后的自由端转移,最后间隙渐渐消失。如果是从两边向中间紧,间隙就会集中于中部,汽缸结合面形成弓型间隙,引起蒸汽泄漏。 [3] 
漏油
在现代工业的连续生产中,由于介质腐蚀、冲刷、温度、压力、震动等因素的影响,设备、管道、阀门及容器等都不可避免的出现泄露问题。带压堵漏技术是在不影响正常生产的前提下,带温、带压修复渗漏部位,达到重新密封的一种特殊技术手段。由于这种技术有事是在工艺介质、压力、流量均不降低,且有介质外泄的情况下实施的,因此它与传统的停车堵漏具有本质的区别,其经济价值更加显著。

常见故障

裂纹渗漏
汽轮机的油动机等液压设备,在工作过程中承受较大的压力及振动力。由于设备材质为铸铁,铸造过程中难免存在不易发现的铸造缺陷,加上长时间满负荷运行,在壳体的薄弱部位极容易出现砂眼渗漏或裂纹渗漏,使设备无法正常工作,液压油的泄漏同时给现场工作环境造成极大的安全隐患,严重威胁企业的安全连续化生产。 
在出现此类问题后,企业往往没有及时有效的解决手段,由于铸铁的焊接性能非常差,加上液压设备的密封性要求较高,传统的焊补工艺根本无法实现修复。而现场一般没有此类设备的备品备件,购买更换需要大量的停机时间。上述问题已可以使用高分子复合材料进行现场修复,其优良的机械性能及良好的粘接力、耐压性,使得该问题得以有效解决。施工过程简单快速可满足现场施工之要求,并可延长设备使用寿命、提高生产率。

气缸变形
气缸变形的原因与汽缸壁及法兰金属的厚度和结构尺寸有关,与启停工况时投入法兰、螺栓加热的操作有关,与汽缸保温情况也有一定的关系,还与制造过程有关。由于汽缸铸造时的时效问题,以及复杂的受力情况,汽缸变形是不可避免的问题,通常会表现为汽缸出现内张口或外张口的情况,而且低压缸更容易出现这个问题。出现此问题后,应避免采用开槽等破坏性的修复手法,西方国家应用比较成熟的技术是采用德国西门子能源事业部采用的高温平面密封剂修复技术对变形的结合面间隙进行直接修复。
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