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呼伦贝尔金新化工有限公司热电装置培训讲义 锅炉设备运行
呼伦贝尔金新化工有限公司热电装置培训教材

汽轮机设备运行

目 录

目 录 1
概述 5
1．火力发电厂的生产过程 5
2．汽轮机设备的组成情况 6
第一篇 汽轮机运行 7
第一章 汽轮机的工作原理 7
1．汽轮机的基本工作原理和类型 7
2．汽轮机的损失、效率和经济指标 9
3．汽轮发电机组的功率 10
第二章 汽轮机的调节系统 11
1．汽轮机调节系统的基本概念 11
2．汽轮机电液调节系统 11
3．调节系统的特性及其基本要求 13
4．汽轮机的保护系统 15
5．汽轮机的供油系统 15
第三章 汽轮机的热工仪表、保护和自动控制 18
1．热工检测和仪表 18
2．热力过程自动调节 20
3．热工信号和保护 22
第四章 汽轮机的启动和停止 25
1．汽轮机的合理启动方式 25
2．启动过程 28
3．冷态启动 29
4．热态启动 33
5．汽轮机停机 34
第五章 汽轮机运行中的维护 36
1．运行中的维护 36
2．运行中对安全、经济指标的监控和调整 39
第六章 汽轮机的事故处理和预防 42
1．汽轮机的事故处理原则和基本要求 42
2．汽轮机水冲击 43
3．汽轮机超速 44
4．汽轮机真空下降 45
5．汽轮机叶片脱落 45
6．油系统故障 46
第二篇 汽轮机附属设备的运行 49
第七章 凝汽设备 49
1．凝汽设备的作用 49
2．凝汽器真空的建立和维持 49
3．凝汽器的投运和停用 50
第八章 给水回热设备和除氧器 52
1．回热加热器的分类 52
2．给水回热加热器的保护与运行 52
3．除氧器 54
第三篇 水泵及运行 56
第九章 水泵的基础知识 56
1．水泵的主要性能参数 56
2．水泵的分类和型号 56
3．水泵的运行 58
4．离心泵常见的故障和处理方法 60
第四篇 事故预防 61
第十章 汽机运行反事故措施 61
1．防止汽轮机油系统着火事故技术措施 61
2．防止汽轮机超速事故技术措施 61
3．防止汽轮机轴系断裂事故技术措施 62
4．防止汽轮机大轴弯曲事故技术措施 62
5．防止汽轮机轴瓦烧损事故技术措施 63
6．防止分散控制系统（DCS）失灵、热工保护拒动事故技术措施 63
7．防止汽缸进冷汽、冷水的技术措施 64
8．防止汽轮机油中进水的技术措施 64
9．防止低压缸排大汽安全门动作的技术措施 65
10．防止辅机设备轴承烧损的技术措施 65
11．防止主油箱跑油的技术措施 66
12．防止电动机烧损事故技术措施 66
13．防止做给水泵措施时泵体超压的技术措施 67
14．防止辅助转机倒转的技术措施 67
15．防止高加满水造成汽轮机水击的技术措施 67
附 录 68
附录A：饱和蒸汽压力与温度对应表 68
附录B：饱和蒸汽温度与压力对应表 69

概述
1．火力发电厂的生产过程

上图是火力发电厂生产过程中的热力系统图。给水在锅炉中吸收燃料燃烧时所发出的热量，产生具有一定压力和温度的蒸汽，这种高温高压的蒸汽经管道送入汽轮机，在汽轮机内膨胀做功，使汽轮机转子旋转。汽轮机转子带动发电机转子一同高速旋转，从而发出电来。可以看出，火力发电厂生产过程的实质就是实现能量转变，即在锅炉设备中把燃料的化学能转变成蒸汽的热能；在汽轮机中把蒸汽的热能转变成汽轮机转子旋转的机械能；在发电机内把旋转的机械能转变成电能。
火力发电厂中蒸汽动力装置的基本热力循环设备是由蒸汽锅炉、汽轮机、凝汽器和给水泵组成的。工质在热力设备中不断地进行吸热、膨胀、放热、压缩等四个过程，使热能不断的转变为机械能，这就是火力发电厂的朗肯循环。它是最简单的火力发电厂的理论循环，是组成蒸汽动力装置的基本循环。
其循环过程为：作为工质的凝结水用凝结水泵和给水泵将其从凝汽器打入锅炉省煤器内，这个过程为工质的绝热压缩过程；水在省煤器内预热，然后进入炉膛水冷壁内，被加热汽化成饱和蒸汽，再进入过热器内过热变成过热蒸汽，这个过程是定压吸热过程；从锅炉出来的过热蒸汽导入汽轮机中，在其中膨胀做功（汽轮机带动发电机转动发出电能），这个过程是绝热膨胀过程；在汽轮机内作完功的乏汽，排入凝汽器内，在循环水的冷却下放出它的汽化潜热，定压凝结成饱和水，这个过程是定压放热过程凝汽器内的凝结水重又通过凝结水泵和给水泵送入锅炉加热蒸发从而完成了循环。
目前，国内大多数火力发电厂都是燃煤发电厂，在燃煤发电厂中，煤经输煤系统送入锅炉炉膛内燃烧放花簇热量，燃烧产生的烟气经除尘后排入大气，灰渣排到灰场。
发电机发出的电能，除电厂消耗外，都经变压器升高电压后通过高压配电装置和输电线路向外送出。
2．汽轮机设备的组成情况
汽轮机设备主要由汽轮机主机及其辅助设备组成。汽轮机是火力发电厂的关键设备之一，它的任务是将蒸汽的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。汽轮机的功率用kW或MW表示，目前，国内应用的汽轮机单机功率已达1000MW。
汽轮机的辅助设备主要有凝汽器、高低压加热器、除氧器、给水泵、循环水泵、凝结水泵等。凝汽器的作用是把汽轮机排出的乏汽凝结成水，在汽轮机排汽口建立并保持高度的真空。高、低压加热器的用汽轮机中间不同压力的抽汽来加热供给锅炉的给水，以避免部分蒸汽在凝汽器中的热量损失，提高机组的效率。除氧器的任务是将送给过来内的水进行除氧，除去溶解在给水中的气体，以防止氧气对锅炉、汽轮机及其管道的腐蚀。给水泵的作用是把除氧器内除过氧的给水送入锅炉。循环水泵的作用是向凝汽器提供冷却汽轮机排汽的冷却水。而凝结水泵的作用是抽出凝汽器中的凝结水，并将其输到除氧器。凝结水在除氧器中经过除氧后，用做锅炉的给水。

第一篇 汽轮机运行
第一章 汽轮机的工作原理
1．汽轮机的基本工作原理和类型
汽轮机是一种以具有一定温度和压力的水蒸气为工质，将热能转变为机械能的回转式原动机。它在工作时先把蒸汽的热能转变为动能，然后再使蒸汽的动能转变为机械能。汽轮机是火力及原子能发电厂的主要设备之一，主要用于拖动发电机发电。汽轮机的转速可以设计成定速或变速，变速汽轮机还可用于拖动风机、压气机、泵和船舶的螺旋桨等，在大型火电机组中，还常用于拖动锅炉给水泵。
1．1 汽轮机的结构
汽轮机本体由汽缸和转子两大部分组成，转子位于汽缸内，汽缸一般分上下两半。汽缸内部有若干级隔板，隔板上镶有静叶（导叶），或将静叶直接安装在汽缸内持环上，转子与汽缸保持同心，转子中心部分为主轴，主轴上有叶轮，叶轮上装有动叶，或将动叶直接装在转鼓上。每圈动叶都置于每圈静叶之后，共同组成汽轮机的级。转子由轴承支承，每个转子之间用联轴器连接成一个轴系。汽缸一般支持在基础台板上，高、中压蒸汽缸前后通常用猫爪搭在轴承座上，轴承座下设有台板，基础台板和轴承座架之间设有滑销系统，以保证汽轮机受热膨胀时保持必要的动静间隙，避免转子和汽缸发生碰磨。
1．2 汽轮机的型式与分类
汽轮机的型式和类别可以从工作原理、功能、蒸汽参数、级数、汽缸数、轴数、转速和汽流方向等进行分类。
1．2．1 按工作原理分类
汽轮机可分为冲动式和反动式两大类。蒸汽主要在喷嘴和静叶中膨胀的汽轮机称为冲动式汽轮机。蒸汽在静叶和动叶中都膨胀且各占1/2 左右的汽轮机称为反动式汽轮机。
1．2．2 按汽轮机功能分类
汽轮机可分为凝汽式、抽汽式和背压式三大类。凝汽式汽轮机是指工作的蒸汽除中途抽出供给水回热加热之外，全部进入凝汽器的汽轮机，包括具有中间再热的凝汽机组。这种机组在火力发电厂中只带电力负荷。抽汽式汽轮机是指蒸汽在汽轮机内工作的中途尚未进入凝汽器之前抽出部分蒸汽供热力用户使用的汽轮机。抽汽式汽轮机可同时带电力负荷和热力负荷。背压式汽轮机是指进入汽轮机工作的蒸汽不进入凝汽器，排汽保持较高的压力，可用于供热或进入压力较低的汽轮机继续做功的汽轮机，用于中低压汽轮机供汽发电的背压式汽轮机又称为前置式汽轮机。
1．2．3 按蒸汽参数分类
可分为低压（2.4 MPa以下）汽轮机、中压（3.5 MPa左右）汽轮机、高压（9.0 MPa左右）汽轮机、超高压（13 MPa左右）汽轮机、亚临界压力（17 MPa左右）汽轮机、超临界压力（24 MPa左右）汽轮机和超超临界压力（＞31 MPa）汽轮机。
1．2．4 按级数分类
可分为单级汽轮机和多级汽轮机。只有一个叶轮的汽轮机称为单级汽轮机，通常用于拖动小功率的油泵，如中小型汽轮机多配备汽动启动油泵。发电用的都是多级汽轮机。
1．2．5 按汽缸数分类
可分为单缸汽轮机和多缸汽轮机。只有一个汽缸的称为单缸汽轮机，具有两个或两个以上的汽缸的称为多缸汽轮机。单缸汽轮机只能用于中小型汽轮机，大容量汽轮机都采用多缸结构。多缸汽轮机的汽缸通常分为高压缸、中压缸和低压缸三种。由于受到离心力等因素的制约，末级叶片的长度受到限制，现代大型汽轮机每一个排汽口所通过的蒸汽约可发电10～15万KW，故单机容量为300MW的汽轮机多采用两个排汽口，而600MW的汽轮机则需要4个排汽口。
1．2．6 按汽轮机轴数分类
可分为单轴汽轮机和多轴汽轮机。这里所说的轴是指汽轮机和发电机通过联轴器连成一个对中的轴系，只有一个轴系的称为单轴汽轮机，具有两个轴系的称为双轴汽轮机。
1．2．7 按旋转速度分类
可分为全速汽轮机和半速汽轮机。在世界范围内只有50Hz和60Hz两种电力频率，中国和俄罗斯等国家采用50Hz，美国等西方国家多采用60Hz，故发电机转速为3000r/min（50Hz）或3600r/min（60Hz）的为全速汽轮机，2500r/min或1800r/min的为半速汽轮机。
1．2．8 按汽流方向分类
可分为轴流式汽轮机和辐流式汽轮机。蒸汽沿大轴自前至后流动的称为轴流式汽轮机；蒸汽由转子中心部位沿辐向流动的称为辐流式汽轮机。辐流式汽轮机仅用于早期的小型汽轮机。
1．3 汽轮机的型号
表示汽轮机基本特性的符号叫汽轮机的型号。我国目前采用汉语拼音和数字来表示汽轮机的型号，其表示方法由三段组成：
X XX—XXX/XXX/XXX—X
第一段 第二段 第三段
第一段表示汽轮机型式及额定功率（见表1-1）
第二段表示蒸汽参数（见表1-2）
第三段表示改型序号。
表1-1 汽轮机型号表示其形式的代号
汽轮机型式
第一个拼音字母
凝汽式
N
一次调整抽汽式
C
二次调整抽汽式
CC
背压式
B
调整抽汽背压式
CB

表1-2 汽轮机型号中蒸汽参数的表示方法
压力：MPa（绝对压力） 温度：℃
凝汽式
进汽压力/进汽温度
中间再热式
进汽压力/进汽温度/中间再热温度
一次调整抽汽式
进汽压力/调整抽汽压力
二次调整抽汽式
进汽压力/高压调整抽汽压力/低压调整抽汽压力
背压式
进汽压力/排汽压力
如N300—16.7/537/537—3型汽轮机，指的是凝汽式、额定功率300MW，主蒸汽压力16.7MPa，主、再热蒸汽温度537℃，第三次改型设计；CC25—8.82/0.98/0.118型汽轮机，表示二次调整抽汽，额定功率25MW，主汽压力为8.82MPa，高压调整抽汽压力0.98 MPa，低压调整抽汽压力0.118 MPa。
2．汽轮机的损失、效率和经济指标
汽轮机运行中，不可能使蒸汽的热降全部变成机械功，除了不可避免的也是最大的热力循环冷端损失以外，也还存在着多项损失，现代大型汽轮机也只能将蒸汽热降的90%左右变为机械功，其余的热降都损失掉了。
汽轮机的损失可分为内部损失和外部损失两大类。对蒸汽的热力过程和状态发生影响的叫做内部损失，包括进汽机构的节流损失、排汽管压力损失和级内损失三种。对蒸汽的热力过程和状态不发生影响的叫做外部损失，包括机械损失和外部漏汽损失两种。
由于汽轮机会产生多种形式的损失，势必会影响到汽轮发电机组的效率，衡量汽轮发电机组效率（即经济性）的指标有汽耗率（汽轮发电机组每发1KW/h 的电所消耗的蒸汽量）和热耗率（汽轮发电机组每发1KW/h 的电所消耗的热量）两种。
作为汽轮发电机组的经济指标汽耗率，对于具有回热抽汽的机组，只有当回热系统设备全部投入并运行正常时才有意义，如果回热系统部分或全部停运，虽然汽耗下降，但对整个机组和全厂而言显然是不经济的。
汽轮发电机组的热耗率是衡量其经济性能的最重要的指标。机组通流部分和热力系统的任何缺陷都将导致机组热耗率的增加。
3．汽轮发电机组的功率
3．1 额定功率
额定功率通常是指在额定蒸汽参数、额定排汽压力、系统补水率为0%时的保证功率。汽轮发电机组的各种保证条件如热耗率等都是在额定工况下做出的。因此，在进行热力性能考核试验时，必须在额定功率、额定工况下进行，当偏离额定工况时（在规定的范围内）必须按规定进行修正。
3．2 经济功率
经济功率是指设计计算工况，在此工况下汽轮机的经济性能最好。中小型汽轮机经济功率通常略低于额定功率，主要考虑汽轮机在经济工况下运行的时间较长。现代的大功率汽轮机组，通常设计考虑带基本负荷，机组经常在额定负荷下运行，故经济负荷等于额定负荷。
3．3 最大负荷
最大负荷又称最大连续出力，是指汽轮机设计允许的最大负荷。在允许的新蒸汽参数、排汽压力偏高的设计工况，甚至停用某些回热系统时，仍允许带额定负荷，这样在正常的工况或者在最有利的工况下（如蒸汽参数高限、排汽压力最低等），汽轮机的出力就会大于额定出力但不会超过汽轮机各部件设计工况下的允许强度，而危及汽轮机的安全运行。
3．4 汽门全开工况
汽门全开工况指调速汽门完全开启时的工况，又称为过负荷工况，通常设计为调速汽门全开时的最大蒸汽流量达到最大连续出力工况进汽量的3%左右。在此工况下汽轮机的强度应是能够承受的，但属于非正常工况，应尽量避免在此工况下运行

第二章 汽轮机的调节系统
1．汽轮机调节系统的基本概念
1．1 汽轮机调节系统的任务
由于电能发供用在同一瞬间完成，电网应随时满足用户对电能质和量的需要。为满足电网有功负荷和频率的要求，汽轮机设有调节系统。其主要任务是：既要保证机组能及时满足电网对电能需量的要求，又要使机组的转速维持在规定范围内，以保证供电频率和机组自身的安全。汽轮机调节系统的型式很多，有机械调速系统、液动调节系统、电液调节系统等，但它的被调量不外乎是转速、功率及压力等信号，目前应用最广泛的电液调节系统是一个具有最佳的调节规律的控制系统，对这些调节变量进行运算和修正，保证汽轮机在各种工况下稳定运行，协调汽轮机和锅炉之间的控制，并能满足电力系统的要求。
1．2 汽轮机调节系统的组成
一个完整的调节系统由转速感应机构、传动放大机构、执行机构与反馈机构四大部分组成。
转速感应机构由称调速器，它的作用是感应转速的变化并将其转变为物理量的变化，其工作原理可分为液压式、机械式和电子式三大类；液压式和机械式调速器都已有多年的运行历史，目前应用非常广泛。随着机组容量增长，电子式调速器目前也得到广泛的应用。
由于转速感应机构产生的信号往往功率太小，不足以直接带动执行机构，需要经过中间环节将其幅度和能量加以放大，再去控制执行机构。因此，需要一个传动放大机构，其作用是接受转速感应机构的信号，并加以放大，然后传递给执行机构，使其动作。在调节系统中，传动放大机构是中间环节的统称。传动放大机构一般分贯流式及断流式两大类型。不同类型、不同容量及不同控制油压等级的调节系统具有不同的放大级数。一般来讲，贯流式放大机构用于中间放大级，而断流式放大机构由滑阀与油动机组成，用于直接控制调节汽门动作。常用的贯流式放大机构有波纹筒放大器、随动滑阀、压力变换器等几种。
执行机构包括调节汽门及其传动装置。传动装置通常有两种：凸轮传动装置与直接传动装置；此外在小机组上还有提板式传动装置，目前已较少见。执行机构又被称为配汽机构。
调节系统中起反馈作用的装置反馈机构，它是调节系统稳定工作不可缺少的组成部分，常用的反馈机构有杠杆反馈机构、油口反馈机构及弹簧反馈机构等。
2．汽轮机电液调节系统
电力系统要求大功率汽轮机的调节系统，不但反应迅速而且要保证很高的精度，对于整个机组则要求在各种工况下均能保证机组可以安全，高效地运行。在启停过程中则要求既安全可靠又可顺利地进行自动启停。这样的调节系统必须满足以下要求：
(1)机组在电网中接带基本负荷时，能自动保持发电机的输出功率，使它不受外界直接负荷扰动和热力循环内部参数波动的影响。
(2)能严格按照机组频率一功率线性静特性参加一次调频。
(3)调节系统应具有很高的正确性、灵敏性和快速性，保证机组甩负荷后能迅速稳定在额定转速，而且要求有尽可能小的超调量。
(4)在负荷变化时能保证汽轮机和锅炉不过载。
(5)调节系统能综合各种参数，能根据运行方式简单地改变系统结构及参数，能实现机、炉、电协调控制。
(6)在电力系统发生故障时，能快速增减汽轮机的出力，确保电力系统稳定。
(7)能与其他热工自动系统通信，数据共享。
为了监视和改善机组启动和运行中的负荷变化，不使锅炉和汽轮机的热应力太大，大功率汽轮机一般需要采用热应力估算装置及自启动装置ATC等，提高整台机组的自动化。
但是，以转速为信号的机械液压式调节系统很难满足电厂综合自动控制的要求，因此在二三十年前出现了电液调节系统。由于操纵调节汽阀需克服达数吨的蒸汽作用力和弹簧力，因而仍然保留了液压执行元件，充分发挥其作功能力大、惯性小的优点。而调节系统调节变量的测量，调节器及控制信号的输出则由电气元件组成。特别是固态集成电路与计算机出现后，更使电子控制装置趋于完善。以模拟电路组成的控制系统则称模拟式电液调节系统(AnalogElectro—HydraulicSystem，简称AEH)，以微处理器为核心组成的控制系统，则称为数字式电液调节系统(Digital—El～tro—HydrulicSystem，简称DEH)。电液调节系统以电子计算机为脑，以液压元件为手足，充分发挥了它们各自的长处，因此具有如下的优点：
(1)系统灵敏度高，稳态精度高，动态响应快。
(2)可采用各种调节规律，如PID、最佳控制规律等。
(3)容易综合各种信号。
(4)容易实现各种逻辑电路。
(5)容易满足各种运行方式要求。
(6)便于与系统连接，实现进—步自动化。
由于整个调节系统中的大部分元件均已采用了电子元什，它的灵敏度大为提高，所剩下的液压执行元件——油动机的灵敏度和动态响应就显得更为突出，成了调节系统的关键元件。另外，也由于单机功率的增长，蒸汽参数的提高，致使调节汽阀的直径愈来愈大。为了克服蒸汽作用力，就要增加油动机活塞直径或提高动力油的油压。前者就会导致油动机尺寸增大，要求选用大流量的油泵，否则就会增大油动机的时间常数；后者会增加失火的危险性。一般液压调节系统的油压为1.2MPa的透平油，对于2.OMPa的透平油就常引起漏油，容易引起火灾。所以为了彻底解决这一问题，目前一般采用高压抗燃油系统，压力可达14MPa，采用高压系统后，大大地减少了油动机尺寸和油量，缩小了油动机的时间常数，高压油动机的时间常数可达0．15s以下。目前，电站汽轮机已普遍采用由电子元件和抗燃油液压兀件组成的电液调节系统。
为了保证有良好的供电质量和经济性，必须改善大机组的一次调频能力和负荷适应性，为此必须提高机组的自动化水平。实践证明，采用机械液动调节系统已不能满足这个要求，采用模拟式电液调节系统也有一定困难。随着电子数字计算机的发展，高速多功能的小型计算机和微型汁算机的出现及普遍应用，汽轮机控制系统已普遍采用数字技术，用汁算机作为过程控制机应用于汽轮机控制，把计算机数字控制系统与液压传动系统结合在一起，组成数字式电液调节系统。数字电液调节系统具有可以灵活改变的软设备及可靠的数据处理中心，因而可适应广泛的运行要求，是汽轮机普遍采用的调节系统，数字电液调节系统逐步成为汽轮机配套的调节系统。
3．调节系统的特性及其基本要求
3．1 调节系统的特性
汽轮机从一个稳定工况过渡到另一个稳定工况的过渡过程的特性叫做调节系统的动态特性，是指在过渡过程中机组的功率、转速、调节气门的开度等参数随时间的变化规律。在稳定工况下，汽轮机的转速n与功率P之间的关系称为调节系统的静态特性。表示这个特性的曲线叫调节系统的静态特性曲线。它由转速感受机构、传动放大机构和执行机构的静态特性决定。

静态特性的四象限图
如图所示：其中转速感受机构的静态特性表示在第二象限，传动放大机构的静态特性表示在第三象限；执行机构的静态特性表示在第四象限；这样就可以在第一象限中求得调节系统的静态特性曲线。图中可以看出改变任一环节的静态特性，均可以改变调节系统的静态特性。
汽轮机空负荷时的稳定转速n2与满负荷时的稳定转速n1之间的差值与额定转速n0比值的百分数叫调节系统的速度变动率，以符号δ来表示，即
δ=×100%
速度变动率对汽轮机运行有较大影响，速度变动率过小时，调节系统表现过于灵敏，电网频率的较小变化边可以使机组负荷产生较大的变化，导致机组运行的稳定性差；反之，速度变动率大，调节系统工作稳定，但机组甩负荷时的动态性能差。一般应取δ=3%～6%。
由于调节系统各个机构中存在着摩擦、间隙以及错油门过封度的影响，致使调节系统的动作出现迟缓。在同一功率下，转速上升过程的静态特性曲线和转速下降过程中的静态特性曲线之间的转速差Δn 与额定转速n之比的百分数，称为调节系统的迟缓率，用符号ε表示，即
ε=×100%
迟缓率是反映调节系统品质的重要指标之一，迟缓率太大会引起调节系统摆动、经不起甩负荷考验。因此，设计和制造过程中要尽量提高元件的灵敏度，采用合理的调节系统，运行部门要保证检修质量，消除增加迟缓率的不利因素。一般要求ε＜0.5%，对于大型新装机组ε＜0.2%。需要注意的是当调节系统存在缺陷及设计特性不良时，会引起功率或转速大幅度摆动，或者油动机会因阀门卡涩不能移动，这些异常情况应具体问题具体分析解决，不能简单地认为迟缓率大。
3．2 对调节系统特性的要求
3．2．1 对静态特性的要求
（1）静态特性曲线应连续、平滑，不应有突变点。静态特性曲线初始段及额定功率附近，特性线要陡一些，从提高空载稳定性、便于并网和提高机组运行经济性考虑，预防过载。
（2）机组速度变动率一般应在3%～6%范围内，局部速度变动率不小于平均速度变动率的40%。
（3）调节系统迟缓率不大于0.2%～0.5%，3 45 推荐不大于0.06%。
（4）同步器工作范围符合要求。
（5）在额定参数下，汽轮机应能维持空负荷稳定运行。
（6）在并列运行时，由调速系统引起的功率摆动值不得超过（1.1εP0/δ1）×100%的数值，单机运行时，相应转速摆动不应超过1.1εn0。
3．2．2 对动态特性的要求
（1）甩掉额定负荷后，机组应能维持空转，机组转速升高的最高值在8%～9%额定转速范围内，最高转速不应超过危急保安器的动作转速。
（2）从甩负荷至恢复到稳定转速的过渡时间，不得超过5～50s。
（3）甩负荷后转速在过渡过程中，振荡是衰减的，明显的振荡次数不超过3～5次。
（4）调节系统的超调量与最后稳定值的偏差不大于静态特性偏差1/15～1/20。
4．汽轮机的保护系统
为了保证汽轮机设备的安全，防止设备损坏事故的发生，除了要求调节系统动作可靠之外，还应具有必要的保护装置，以便在汽轮机调节系统失灵或发生其它事故时，能及时动作，迅速停机，避免事故的扩大和设备的损坏。
大功率汽轮机保护装置要求齐全、可靠，为此采用多种保护系统，保护系统和调节系统一样，由感应、传动放大和执行机构三部分组成。当某一保护动作时，感应机构给出信号，通过传动放大机构即危急保安器滑阀放大信号，执行机构动作，达到停机目的。除前述液压保护外，还有多种电气信号保护装置，对汽轮机的各个重要方面进行保护。
汽轮机的主要保护有：
① 机械超速保护，机组超速时，由飞锤或飞环在离心力的作用下出击触动危急保安器实现停机；
② 电气超速保护；
③ 轴向位移大保护；
④ 润滑油压低保护；
⑤ EH油压低保护；
⑥ 低真空保护；
⑦ 胀差保护；
⑧ 轴承振动保护；
⑨ 轴瓦温度保护。
5．汽轮机的供油系统
5．1 供油系统的类型
汽轮机的供油系统主要用来供给汽轮发电机组润滑和冷却用油以及调节保安系统用的压力油。供油系统设备和管道布置方式不同，可分为集装供油系统和分散供油系统两类。
集装供油系统将高低压交流油泵和支流油泵集中布置在油箱顶上且油管路采用套装管路即系统回油作为外管，其他供油管安装在该管内部，这种系统的主要优、缺点如下：
① 油管集中布置，便于检查维护及现场设备管理；
② 套装油管可防止压力油管跑油，发生火灾事故和造成损失；
③ 套装油管检修困难。
由于集装供油系统具有以上特点，因此被广泛应用在大机组上。
分散供油系统与集装供油系统相反，系统内各设备分别安装在各自的基础上，管路分散安装。由于该系统布置分散，占地面积大，且压力油管外露，容易发生漏油着火事故，故在现代大机组中已很少使用这种供油系统。
5．2 供油系统的组成
润滑油供油系统必须满足机组正常运行要求，因而其所属设备除考虑供油量外，还要保证供油质量及满足其它一些机组安全运行的要求。
润滑油供油系统主要由油箱、射油器、主油泵、交流润滑油泵、直流润滑油泵、高压启动油泵、冷油器、油净化器、排烟风机、溢油阀及油管等组成。
5．2．1 油箱
油箱在油系统中除了用来储油外，还起着分离油中水分、沉淀物及气泡的作用。油箱用钢板焊成，底部倾斜以便能很快地将已分离开来的水、沉淀物或其它杂质由最低部放出，油箱上还带有油位计、滤网等附件。
为保证油箱内以及轴承箱油烟顺利排出，设有排油烟风机。排油烟风机使油箱内形成微负压，一方面防止可燃烟气的聚积，另一方面可使各瓦顺利回油。
5．2．2 油泵
供油系统设有主油泵、启动油泵、辅助润滑油泵、直流事故油泵等。其工作原理与水泵相同。主油泵多数与汽轮机转子同轴安装，它应具有流量大、出口压头稳定的特点。即扬程——流量特性平缓，以保证在不同工矿下向汽轮机调节系统和轴瓦稳定供油。
主油泵不能自吸，因此在主油泵正常运行中，需要有射油器提供0.05～0.1MPa的压力油，供给主油泵入口。
在转子静止或启动过程中，启动油泵是主油泵的替代泵。在机组启动前应首先启动自动油泵，供给调节系统用油。待机组进入工作转速后，停止启动油泵作为备用。
辅助润滑油泵是由交流电机驱动的离心泵。机组正常运行时，机组润滑油通过射油器供给。在机组启动或射油器故障时，辅助润滑油泵投入运行，确保汽轮机润滑油的正常供给。直流事故油泵是在失去厂用电或辅助润滑油泵故障时投入运行，以保证机组顺利停机。此外还有些小型机组有汽动油泵、手摇油泵等，都是作为事故油泵使用。
5．2．3 冷油器
由于转子的导热和轴瓦摩擦发热，油温会逐渐升高。油温过高对机组的危害有：
① 润滑油温过高，油黏度降低，黏度过低会使油膜破坏，起不到润滑冷却作用，导致轴瓦温度升高，轴振动也可能会增大。
② 润滑油温过高，润滑油对轴承的吸热量减少，会造成轴瓦温度升高。
③ 润滑油温过高，油黏度降低，黏度的改变影响轴颈在轴承中的位置，轴承振动可能增大。
因此，为保证轴瓦的正常工作，必须保持一定的供油温度，冷油器就是为满足这一要求而设置的。
冷油器多为管式或板式换热器，一般用循环水作为冷却水，运行中要求冷却水压力低于润滑油压力，防止管路一旦破裂后水进入油中使油质变差。冷油器出口油温可通过受动或自动调节冷却水量来控制。
5．3 润滑油供油系统的运行
润滑油系统正常运行是汽轮机安全稳定运行的前提，所以必须保证系统各部正常，以保质保量地向汽轮机供油。
机组启动前，先启动交流润滑油泵向机组各轴瓦供油，同时向调节系统供油排空。投入顶轴油系统（若有）后，机组进入盘车状态，启动高压启动油泵正常后，机组具备启动条件。机组定速后，汽轮机主油泵投入工作，向机组供调速油，且通过射油器向机组供润滑油，这时可停止高压启动油泵和交流润滑油泵，由主油泵维持正常运行。当机组停机完毕时，应启动交流润滑油泵和高压启动油泵，直至机组停机完毕进入盘车状态后，维持交流润滑油泵运行。在正常运行和停机过程中，直流润滑油泵均做备用，以保证汽轮机安全停机。

第三章 汽轮机的热工仪表、保护和自动控制
大型机组热力过程自动化一般由热工检测、自动调节、程序控制、热工信号、及自动保护等几部分组成。实现热力过程自动化，不仅有利于改善劳动条件，而且能保证机组安全、经济、可靠运行。因此，为了保证热控设备准确可靠运行，除了要求热工人员加强维护、监督以外，汽轮机运行人员也必须熟悉掌握热工设备的基本原理和主要功能，以便正确操作使用。
1．热工检测和仪表
1.1 热工检测的一般知识
火电厂的热工检测通常是指热力生产过程的各种热工参数（温度、压力、流量、水位）的测量方法。用来测量热工参数的仪表叫做热工仪表。
1.1.1 热工检测在生产中的作用
运行人员或自动控制装置要对热力设备进行准确的控制或自动调节，首先必须具有准确可靠反映热力设备运行参数的测量信号。热工检测的任务就是给运行人员和自动控制装置提供必要的准确可靠的热力设备运行参数的测量信号，所以，常把热工检测比喻为运行人员或自动装置的耳目。
1.1.2 热工检测仪表的组成
虽然各热工仪表的具体结构、原理不相同，但热工仪表一般是由一次元件、变送器及二次仪表三部分组成。
一次元件又称为传感器或发送器。它的作用是感受被测参数的变化，并将被测量参数变化转换成为一个相应的信号输出。例如，热电偶、差压流量计的孔板和喷嘴都是一次元件。
变送器的作用是将一次元件输出的信号按一定的关系转换成电量后传送给二次仪表。例如，压力变送器、温度变送器等。
二次仪表的作用是直接显示或记录测量结果。例如，动圈表、记录仪等。
1.1.3 热工检测仪表的分类
按被测量参数的种类分：热工仪表可分为压力表、流量表、水位表、温度表、振动表、转速表等几种仪表。
按用途分：热工仪表可分为标准室使用仪表和工业使用仪表。
按原理分：热工仪表可分为机械式、数字显示式和化学分析等几种仪表。
1.1.4 热工检测仪表的质量指标
通常用准确度、灵敏度和反应时间三项指标来衡量热工仪表的好坏。
准确度：仪表的准确度是用测量误差来表示的，误差有以下几种：
① 绝对误差：绝对误差=被校表读数-标准读数表；
② 相对误差：相对误差=绝对误差/仪表量程×100%；
③ 允许误差：仪表的最大允许绝对误差/仪表量程×100%；
④ 精度等级：允许误差去掉百分号以后的绝对值叫做仪表的精度等级.各种仪表的刻度盘或面板上都标有精度等级。
灵敏度：仪表的灵敏度=仪表指针的位移量/被测量的变化量。
反应时间：反应时间是从被测量开始变化到仪表反应出这一变化所经历的时间，反应时间越小越好。
1．2 温度测量仪表
温度测量仪表按其测量方法可分为如下几种：
玻璃管液体温度计
玻璃管液体温度计基本上由装有工作液体的感温包、毛细管和刻度标尺等三部分组成。按其结构型式可分为棒式温度计、内标式温度计和外标式温度计。
压力温度计
压力式温度计的工作原理是当被测温度改变时感温包中工质的压力随着改变，通过毛细管传到压力表头，根据压力表的指示就可确定温度的数值。根据感温包中的工质性质不同，压力温度计可分为充液式、充气式和充蒸汽式三种。
双金属温度计
双金属温度计是用绕成螺旋状的双金属片作为感温元件，将其放在保护箱内，一端固定在保护管底部（故顶端），另一端连接在一细轴上（自由端），轴端装有指针，当温度变化时，感温元件的自由端带动指针一起转动，指针在刻度盘上指示出相应的被测温度。双金属温度计有轴向型、径向型和135°角型三种型式。
热电阻测温
热电阻测温的工作原理是根据物质的电阻随温度的变化而变化的特性制作的。热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和测量电阻的二次仪表所组成。
热电偶测温
热电偶测温是利用两种金属之间的热电现象来测温的。在两种不同金属导体焊成的闭合回路中，若两焊接点的温度不同时，就会产生热点势，这种由两种金属导体组成的回路就称为热电偶。
热电偶测温系统，一般是由热电偶、补偿导线、冷端补偿器、连接导线及二次仪表等组成。
1．3 压力测量仪表
测量压力的仪表叫做压力表。大型机组根据生产过程的要求，常见的压力测量仪表分为就地弹簧管压力仪表和远传式压力变送器两种。
弹簧管压力仪表
弹簧管压力仪表是弹簧管压力表、真空表、压力真空表及电接点压力表的统称。弹簧管压力表是根据弹性元件的变形性能来测量压力的
压力变送器
随着机组自动化水平的不断提高，远传式压力变送器应用也越来越广泛。目前压力变送器的种类很多：应变式压力变送器、电容式压力变送器、电感式压力变送器。不论哪一种的压力变送器，它将检测出来的压力信号转换成电量信号，此电量信号传送给显示仪表，显示出相应被测压力值。
1．4 流量测量仪表
单位时间内通过管道某一截面积的流体体积或质量称为瞬时流量；在某一段时间内通过管道某一截面积的流体体积或质量称为累计流量。
电厂中的蒸汽和水的流量常用差压式流量计来测量。
2．热力过程自动调节
2．1 自动调节的一般知识
机组在正常运行中，有许多热工参数需要进行调节和控制，热工参数的调节和控制一般有两种形式，即人工调节方式和自动调节方式。运行人员依靠眼睛来观察被调参数的数值及变化情况，经过大脑分析判断，再用手去操作有关调节机构，使被调参数稳定在规定值附近，整个过程中从参数的监视、分析判断到操作完全依靠人工进行，这种操作方式称作人工调节方式。随着自动化水平的不断发展，采用自动控制装置，即无人直接参与的条件下，由自动化装置进行调节，这种调节称为自动调节方式。在自动调节系统中，测量仪表相当于人的眼睛，调节器相当于人的大脑，执行器相当于人的手。
2．1．1 常用术语
① 调节对象：被调节的生产设备称为调节对象，例如除氧器。
② 调节系统：调节设备和调节对象构成的具有调节功能的统一体叫调节系统，例如除氧器水位调节系统。
③ 被调量：调节对象中需要控制和调节的物理量，例如除氧器水位。
④ 扰动：引起被调量变化的各种因素称为扰动。调节系统由于内部原因引起的扰动叫做内部扰动；由于外来因素引起的扰动叫做外部扰动。
⑤ 给定值：希望被调量达到并保持的规定值，称为被调量的给定值。
2．1．2 调节过程的品质指标
稳定性：若调节系统受到扰动后，经过自动调节能达到的新的稳定的数值，则称这种调节系统是稳定的调节系统，否则称为不稳定的调节系统。
准确性：调节系统稳定以后，被调量的实际值与给定值之间的偏差程度。
快速性：调节过程经历的时间越短越好。
2．2 自动调节设备
2．2．1 自动调节设备的分类
自动调节设备的常见分类方式有以下几种
按设备结构形式分类
调节设备按其结构形式可分为基地式和单元组装式两类。基地式仪表是以指示、记录仪表为主题，附加调节机构而组成。现代大型机组自动化水平高，控制设备多。一般次要的调节系统中采用基地式调节设备。单元组装仪表的各种功能部件自成一个独立的单元，使用时可根据需要组成各种复杂的自动调节系统。各单元之间采用统一的标准信号，为使用提供方便。
按设备使用的能源分类
调节设备按使用能源可分为电动式、气动式、液动式、电液式等形式。电动调节设备以电能为能源，其特点是动作快、可远距离传送；气动调节设备以压缩空气为