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1、 毕业设计(论文) 题 目：柳城发电厂汽轮机运行学 生 姓 名： 教 学 系 部： 动 力 工 程 系 专 业： 火电厂集控运行 指 导 教 师： 指导教师职称： 20012年 5 月 摘 要柳州鑫能生物质发电厂位于广西柳城县境内,主要为投资、建设、运营生物质能发电厂；生产、加工生物质能燃料；对生物质燃烧废料进行综合加工、利用。借鉴国内秸秆发电项目的经验，选用215Mw凝汽式汽轮发电机组，配275t/h燃秸秆循环流化床锅炉，利用柳城当地大量的甘蔗叶、桑树枝等农林废弃物直接燃烧发电。项目于2009年月2月6日开工建设，计划2010年1月份并网发电。公司规划2010年新开工建设两台15MW生物发电
2、机组，中期规划努力在三年内实现上市，通过股东投资和资本市场募集资金加快公司发展，使投产和在建项目总装机达到114MW，总资产8亿元以上。2015年，基本实现公司在生物质能源产业各领域全方位发展的格局：秸秆直接燃烧发电、气化发电、生物质固体成型燃料生产、能源植物种植和能源林建设等都得到发展，公司资产规模达到20亿元以上，成为我国生物质能源产业的一支重要力量。 灯泡贯流式机组,具有适用水头低、过机流量大以及效率高等特点，广泛用于开发低水头水力资源。但由于机组转动惯量小，使得Tw/Ta值较大，相应水轮机水力振动对其影响也较大，文章就水力振动的形成以及对机组的影响进行了分析，对水轮机部分故障的现象、原
3、因及处理方式进行了论述。柳州鑫能生物质发电厂几个月的实习，使我对所学专业有了进一步的认识,加深了对相关技术基础课的理解,实现了理论教学和实践教学的紧密对接,充分锻炼了我的动手操作能力,强化了理论认知,为顺利踏上工作岗位奠定了坚实的基础。关键词：凝汽式汽轮机 振动 故障目 录第一章 引言3第二章 金牛坪电厂简介4 2.1 柳城电厂概况4 2.2 柳城电厂部门分值5第三章 机组主要参数63.1 发电机主要参数63.2 汽轮机设备技术规范、参数6第四章 凝汽式汽轮机主结构特点94.1 支撑方式94.2 轴承94.3 运行现象9第五章 凝汽式汽轮机的振动115.1 振动的原因115.2 涡带振动115
4、.3 由卡门涡引起的振动125.4 狭缝射流135.5 协联关系不正确引起的振动145.6 其它原因引起的振动14第六章 汽轮机部分故障166.1 导叶卡阻166.2 水导轴承温度升高176.3 机组严重事故18结论19致谢20第一章 引言时光荏苒，迈着前进的步伐，伴随着欢快的旋律，我们的大学生涯已接近尾声，大学是自学能力发展的阶段，学会学习，学会考试。本人所学的专业是水电站动力设备与管理。由于该专业的工作领域针对性很强，又覆盖机、炉、电 和计算机几个学科，要求有较强的实践能力，为了能更好掌握火电厂电气设备的安装、检修、调试等方面的基本理论和专业技能，达到相关工种中级工水平，掌握水电站动力设备
5、的基本知识，具有火电厂电气设备安装、检修、运行、维护能力和选择设计的初步能力；我到柳州鑫能生物质发电厂实习了几个月。了解并掌握了柳州鑫能生物质发电厂电气设备的安装、调试、运行、检修等技术与管理工作；通过电厂师傅边讲理论边实训，使我获得了设备的结构、检修、调整和预防性试验的知识和技能，培养了我的分析和解决问题的能力。下面就我在柳州鑫能生物质发电厂实习过程中，对柳州鑫能生物质发电厂了解到各方面的知识进行叙述，主要针对柳州鑫能生物质发电厂的概况及生产流程，对柳州鑫能生物质发电厂运行及可能出现问题进行阐述、分析。第二章 金牛坪电厂简介2.1 金牛坪电站概况金牛坪水电站为低水头径流式电站，厂房为河床式。
6、电站总装机容量60 MW，装置3台机主转轮直径为5.5m，额定容量25MVA的灯泡贯流式水轮发电机组。水轮机是水电厂主设备之一，它担负着将水流机械能转化成旋转机械能的重要任务，其运行质量或损伤都将关系着整个水力发电厂的经济性、安全性及机组的使用寿命。在水轮机实际运行中，振动对机组损害影响较大，如缩短机组检修周期，增加维护工作量。金牛坪水电站工程位于昭平县境内，是桂江干流综合利用规划(平乐以下河段)6个梯级中的第四个梯级，是桂江流域综合利用规划的重要组成部分。坝址位于桂江中下游昭平县马江镇上游约7处，上游36为下福水利枢纽工程坝址，下游31为已完建的京南水利枢纽，距昭平县城距离约49.5，距梧州
7、市距离约95。坝址以上流域面积157512,占桂江流域面积的84.1，多年平均流量507m3/s,多年平均年径流量160亿m3。根据桂江流域开发方针，结合金牛坪水电站的实际情况，金牛坪水电站的工程任务是：以发电为主，兼顾航运及其他综合利用。根据金牛坪水电厂总布置，厂房布置于河右岸，安装间位于厂房右端。厂房左端接大坝，右端接船闸，船闸右端接重力坝，四部分通过坝顶公路相连接。开关站布置于右岸重力坝右侧。厂房进水渠上至桩号上0158.00m，尾水渠下至桩号下0260.00m。厂房内布置3台单机容量为20MW的灯泡贯流式水轮发电机组。厂房段全长77.48m，其中主机间长47.98m、宽68.948m；
8、安装间长29.5m、宽48.448m，厂房自机组流道建基面至厂房顶面高度40.2m。 金牛坪水电站工程正常蓄水位42.00m，装机容量为32060MW，船闸一次通2100吨拖带船队或300t级单船。坝前设计洪水位（P=2,Q=17900m3/s）44.47m，下游水位43.78m；坝前校核洪水位(P=0.2,Q=25000m3/s)48.39m，下游水位47.50m。枢纽主要建筑物包括拦河坝、河床式厂房、船闸及开关站等，坝轴线全长424.17m。溢流坝全长244.00m，设14孔净宽为14m的溢流表孔。厂房坝轴线全长77.48m，安装三台直径5.50m的贯流式水轮发电机组，单机容量20MW，船
9、闸25.0m，坝顶高程51.10m。 左、右岸混凝土接头坝坝顶高程与泄水闸相同，为51.10m。其中左岸重力坝长24.67m,坝顶宽度为4.7m，坝高29.1m，坝坡上游面垂直，下游坝坡为1：0.53。右岸接头坝长53.02m，其中闸检室坝段长26.7m，门库尺寸分别为418.515.2m（宽长深度）；右重力坝段长18.0m，坝顶宽度为4.7m，坝高17.2m，坝坡上游面垂直，下游坝坡为1：0.53；右岸刺墙坝段长8.32m。左右坝头均设有回车场。2.2 金牛坪电厂的部门分值金牛坪电站主要分：运维部、综合部、工程部、监理部、生技部。其中运维部主要负责电站设备的维护、电站的运行、船闸的管理和水位
10、的监测。是最主要的部门之一，由于现阶段正处于电站的建设阶段，运维部主要是对设备的原理及使用方法进行初步的了解，并且对已经安装完成的船闸进行管理以及查看水位的工作，其中船闸分为3个班进行轮班，当天没有工作安排的班级对厂房的设备进行学习。水位的安排为五值四班倒，24小时对上下游水位进行查看，并按时时把集水井的水排至下游水位。第三章 机组的主要参数3.1 发电机主要参数：型号：灯泡贯流式发电机 额定转速：3000r/min额定容量：20MW/25MVA额定电压：10.5KV额定频率：50HZ功率因数：0.93.2汽轮机设备技术规范、参数:名 称参 数单 位型 号GZ(K241)-WP-560水轮机中
11、心安装高程22.0m水 头额定水头90m最高水头120m最低水头65m设 计 流 量253.7m3/s额定出力20830KW最大出力20830KW额定效率93.1最大效率95.1吸出高度-10.23m尾水管最大真空度-6.0m 水柱机组支撑方式主支撑管形座辅助支撑发电机水平支撑、垂直支撑转速额 定100r/min飞 逸（非协联）310r/min飞逸时间5min转轮转轮操作机构形式无操作架动缸式转轮浆叶数4片浆叶材料ZG06Cr13Ni4Mo转轮体材料ZG20SiMn转轮直径5600mm转轮重量35t转轮中心高程22m浆叶最大转角-30-34转轮接力器行程854mm转轮与转轮室间隙3.8mm导叶
12、活动导叶数16片导叶最大转角 74导叶最大开口值890mm材 料ZG20SiMn主轴轴直径875mm总 长6515mm重 量33t材 料锻20SiMn旋转方向面向下游顺时针主轴密封运行密封结构形式动水型、聚四氟乙烯耐磨复合材料用水量60L/min磨损量定期检查mm检修密封结构形式空气围带空气压力0.5-0.7MPa水导轴承冷却方式强制油润滑方式轴承直径875mm轴承间隙0.56mm温度故障温度65事故温度70润滑油流量20L/min转 轮 室分瓣数量2块重 量13t材 料0Cr18Ni9Ti45.7m轴承高位油箱高油位报警+100.0mm低油位报警-100.0mm事故油位-800.0mm气系统
13、低 压0.7MPa高 压6.57.0MPa冷却水系统0.2MPa压力油系统6.3MPa高压顶起油泵16MPa第四章 灯泡贯流式水轮机的结构特点4.1 支撑方式整个灯泡是一个大型薄壳外压容器，除承受机组本身的自重外，还要承受水压力、浮力、正向水推力、反向水推力、振动力矩、电磁力矩等荷载，因此灯泡机组的支撑体起着举足轻重的作用。主支撑由管型座（俗称座环）承担。金牛坪水电站的管型座由内外两部分组成上下支柱为管型座的主要组成部分，各种荷载主要通过管型座传递给，基础，支柱中为空心（竖井），作为运行检修人员的上下通道。在灯泡头的低部设有一个支墩支撑，其特点是允许灯泡头（即轴向和径向）有微小的变形，并可减少
14、振动。另外的灯泡头的两侧还装有两个横向支撑，它与管型座、球支撑共同对灯泡形成一个稳定的支撑结构。4.2 轴承机组转动部分为二支点双悬臂结构，设有发电机组合轴承和水导轴承，两套轴承共用一套轴承润滑油装置。组合轴承位于发电机的下游侧，由正推力轴承、反推力轴承和发导轴承组成；水导轴承在水轮机大轴密封的上游侧。在金牛坪水电站设计要求正推可承受4500KN的连续荷载，反推力轴承可承受5400KN的瞬时负荷；发导和水导轴承作为支撑发电机转子、水轮机以及大轴等重量，可承受1180KN的连续荷载。4.3 运行现象灯泡贯流式机组由于其结构的特殊性，它靠管型座、灯泡头底部的主支撑以及两根斜支撑固定整个机组，机组稳
15、定性有其先天不足，故相对其它形式的机组而言，振动对其质量的影响更为严重，在金牛坪水力发电厂就有可能出现齿盘测速探头被磨损，造成其更换频繁，备品消耗严重；由于振动，就有可能多次出现导叶、轮叶位置传感器电气连接插把松动脱落而引起机组停机或甩负荷；另外，在水轮机室的噪音也特别大（有时高达110db），对运行人员身心健康不利。下一章就灯泡贯流式水轮机水力振动的形成、危害、运行注意事项进行简单分析。第五章 灯泡贯流式水轮机水力振动51 水力振动的原因水力振动是机组振动的重要干扰源，就灯泡贯流式水轮机而言，水力振动主要由以下原因引起，即：涡带振动、卡门涡列、狭缝射流、协联关系不正确等52 涡带振动根据速度
16、三角形可以知道，由转轮流出的水流方向，在最优工况时，大致为轴向，但是，机组负荷不可能总是在设计工况运行，当负荷大于最优工况时，水流就具有与转轮旋转方向相反的旋转分量；而负荷比最优工况小时，就具有与旋转方向同向的旋转分量，这样，在尾水管中心附近就产生具有某个边界层的旋转涡带。涡带中心压力较低，在尾水位低时，其中心部分压力更低，形成汽蚀，这就是一般称为的“空腔汽蚀”。在高负荷运行时（水轮机额定出力周围），涡带往往比较稳定；而在低负荷运行时，涡带成为龙卷状，在尾水管内旋转摆动，从而在尾水管内引起压力脉动，在水轮机运行层可以听到“空空”的声响。其压力脉动频率为：f=n /（60Z）式中f 压力脉动频率
17、（Hz）n 水轮机转速（r/min）Z 经验值，一般取34（有时也接近于15）压力脉动的频率和幅值是随机组工况的变化而变化的。假若与过水系统水压脉动频率共振时，就造成水轮机整个过流系统的强烈水压脉动，即尾水管、管型座和电站水工建筑物等的振动。并且会引起机组转速不稳定，造成并网困难，这在其它水电站已经出现过。例如，当飞来峡电站机组处于“飞逸”泄水工况时，尾水管进口出的压力脉动值更大，有时达到净水头的14%左右；此时机组的振动增大，引起的噪音也随之增加（高大110分贝左右）。其它水电站也不例外。5.3 由卡门涡引起的振动卡门涡是一种涡列，当流体流过一圆柱体或板（包括一般不绕流体）时，在物体后面就会
18、沿着两条互相平行的直线产生一系列相隔一定距离的单涡。这一系列单涡称之为卡门涡列。各个单涡以相反的旋转的形式交替在物体两后侧释放出来，与此同时，物体就受到与来流方向垂直的很强的交变力。这种交变力与旋涡频率相同。其振动频率为： f=St*V/式中f 振动频率(Hz) St 斯特雷哈系数（一般取0.15-0.2）V 绕流流速(m/s) 圆柱体直径或板厚(m)这种涡列在水轮机运行中也经常出现，导叶和轮叶在具有钝尾时，就会在叶片后面出现卡门涡列，产生作用在叶片尾部的交变力。假若交变力的频率与叶片固有频率相等时，就会产生共振，发出叶片振动的啸叫声，使叶片与转轮轮毂连接处（或导叶与外配、内配连接处）产生疲劳
19、裂纹，因此，在机组安装或检修过程中，应特别注意疲劳裂纹的检查。这种涡的发生与否，与水流中物体的形状有关，其频率受水流流速的影响。因此，流速达到某一值，共振条件一成立，就会发生强烈的振动。所以实际水轮机在运转时，卡门涡列引起的振动是在一定的工况下发生。下面列出卡门涡列与涡带的区别（见表1），以供运行人员在水轮机实际运行中参考。表1 涡带与卡门涡列的区别项目类别 数学模型形成部位与水轮机工况的关系引起的后果作用在物体上的力声音涡带f=n/（60Z）尾水管中部附近压力脉动的频率和幅值随工况而变化引起机组转速不稳，难以并网压力脉动“空空”的声音卡门涡列f=st*v/导叶、叶片处一定工况下产生疲劳裂纹交
20、变力啸叫声5.4 狭缝射流在灯泡贯流式水轮机中，由于转轮叶片的工作面和背面存在着压力差，在轮叶外缘和转轮室之间的狭窄缝隙（金牛坪水电站叶片与转轮室的间隙是7mm）中，形成一股射流，其速度很高而压力非常低。在转轮旋转过程中，转轮室壁的某一部分在叶片达到的瞬间处于低压；而在轮叶离去后又处于高压，如此循环，形成了对转轮室壁的周期性压力脉动，从而产生振动，导致疲劳破坏。这种振动的频率为： f=（Z1n）/60式中f 压力脉动频率（Hz）n 水轮机转速（r/min）Z1 叶片数目(金牛坪水电站4片)5.5 协联关系不正确引起的振动根据运行经验，当转桨式水轮机中协联关系不正确时，一方面会引起调速器系统持续
21、振荡过程变长，机组出力、转速发生振荡，转动部分扭矩就会引起大轴变形，从而使转子产生扭转振动；另一方面，由于水流情况恶化，在水导轴承、组合轴承处引起轴向振动。同时，协联关系不正确时，转轮叶片不再具有无撞击进口，水流对叶片就会产生冲击，在不断的调节过程中，由于冲角随时在变化，作用在叶片上的负荷及由此而产生的叶片扭矩、变形等也相应变化，这些变化过程就反映了振动的进程。5.6 其它原因引起的振动 当水轮机汽蚀严重时，同时产生机械振动和噪音，特别是在低水头低负荷时，转轮叶片冲角变化较大，使叶片产生强烈的脱流旋涡，一方面恶化汽蚀现象，另一方面引起转动部分和尾水管的振动，这种振动频率没有一定规律。这种振动称
22、之为由汽蚀引起的振动。另外，在停机或甩负荷导叶快关时的反水锤，也会引起机组振动我国国土辽阔，低水头资源相当丰富，灯泡贯流式机组作为开发低水头资源的既经济又适用的主导机型，已在国内外广泛应用，但其水力振动和噪音普遍偏大，如何减少机组振动和噪音，是设计人员、科研工作者以及我们现场运行人员应当综合考虑的问题。第六章 水轮机部分故障处理6.1 导叶卡阻1）现象上位机简报信息有 “#机组导叶弯曲连杆弯曲（导叶卡阻）”信息，故障音响报警。上位机“光字一览表”中“#机组导叶弯曲连杆弯曲（导叶卡阻）”显示黄底红字。机组LCU单元触摸屏开入信号监视 “导叶弯曲连杆弯曲（导叶卡阻）”状态指示“ON”。现场导叶弯曲
23、连杆压弯曲，信号装置动作。2）原因导叶被杂物卡住3）处理翻阅上位机“光字一览表”光字画面，确认该机组“导叶弯曲连杆弯曲（导叶卡阻）”。现场检查该导叶弯曲连杆是否压弯曲，是否是信号误发。确认弯曲连杆压弯曲时，监视杂物因导叶开口变化是否已被水冲走，弯曲连杆是否能恢复正常。汇报值长及有关领导，必要时转移负荷，联系维护处理。停机过程中由于导叶发生卡阻引起弯曲连杆压弯曲时，应监视机组转速下降情况，当转速降至30%额定转速时检查制动风闸自动投入停机；若转速太高不能停机，则机组开至空转运行，迅速通知厂部或维护人员关机组进水口(或尾水)闸门停机。 故障消除后复归“#机组导叶弯曲连杆弯曲（导叶卡阻）”故障信号。
24、 6.2 水导轴承温度升高1）现象上位机简报信息有 “#机组水导轴承温度升高”信息，故障音响报警。上位机“光字一览表”“#机组水导轴承温度升高” 显示黄底红字。机组LCU单元触摸屏开入信号监视 “水导轴瓦温度升高”状态指示“ON”。测温装置显示水导轴承温度60。2）原因水导瓦润滑油中断（上位机有简报信息）。油冷器冷却水中断（上位机有简报信息）。润滑油油质变质。轴承摆度增大,或有轴电压、轴电流存在。3）处理翻阅上位机“光字一览表”，确认该机组“水导轴承温度升高”。翻阅上位机机组温度监视图查看水导轴承温度。现场检查机组各部轴承实际温度是否同样升高，并做好记录。检查是否测温装置误发信，或机组LCU单
25、元PLC死机等原因引起。检查水导轴承回油流量测量装置指示是否正常，否则，必须采取措施使油流恢复正常。检查机组冷却水、油冷器工作是否正常；检查轴承高位油箱油温是否正常。检查轴承高位油箱油位、油色是否良好，必要时联系检修(维护)人员取油样化验。若不是上述情况，则测量轴承摆度、轴电压、轴电流，听轴承内有无异音，判明水导轴承运行情况是否良好。经检查确认，机组无法继续保持运行时，汇报值长，做好移负荷停机检查处理准备。机组全停后做好检修安全措施，并联系检修(维护)人员检查处理。6.3 机组严重事故1）现象：上位机简报信息有 “#机组过速155%Ne”信息，故障、事故音响报警。上位机“光字一览表”中有“#机
26、组过速155%Ne” 显示红底黑字。机组LCU单元触摸屏开入信号监视 “机组过速155%Ne”状态指示“ON”。测速装置155%Ne指示灯亮。机组有高速回转声音，转速表、频率指示显示高。2）原因：机组甩负荷。调速器系统失灵。油压装置油压达最低许用油压。3）处理：翻阅上位机“光字一览表”，确认该机组“#机组过速155%Ne”。翻阅上位机#单元监视图机组开、停机查看机组转速。现场检查导叶是否能关闭，若不能关闭，检查调速器失灵水车保护装置(重锤关机)是否起动，若不起动，应手动立即操作重锤手动换向阀停机，现场监视机组事故停机过程，如制动自动动作不正常，应改手动加闸。若上述方法仍不能停机，则迅速通知厂部
27、或维护人员关机组进水口(或尾水)闸门。停机后，打印事故追忆表态，并联系有关人员进入机组内部检查。结 论 通过实习，我在水轮机运行方面积累了一些实际的工作经验，巩固并检验了自己三年来学习的知识水平，我了解并参与了水力发电厂生产第一线水电站动力设备安装、调试、检修、运行、维护等方面的施工、工艺、技术和管理工作。在此期间，我进一步学习了水电站动力设备的理论知识体系，对水电站动力设备有了更深的理解，将理论和实践有机结合起来。我的工作得到了金牛坪水电站领导充分的肯定和较好的评价。 实习期间，我利用此次难得的机会，努力工作，严格要求自己，虚心向领导和师傅求教，为以后真正走上工作岗位打下坚实的基础。但在短暂
28、的实习过程中，我也深深的感觉到自己所学知识的肤浅和实际运用中专业知识的匮乏。在今后的工作岗位上，我除了要做好本职工作外，应更加努力，还要学好水电站各个系统、各部件等知识，把书本上的知识变成自己的知识，把所学的知识应用到现场中。学会学习，学会吃苦，学会做人，学会创造。致 谢十几年的学生生活即将划上一个句号，在金牛坪水电站实习期间，我懂了不少东西，大人们都说刚毕业的学生身上总存在着许多的让领导头痛的“特点”，现在我终于亲身体会到了。以前，我作为一名学生，主要的工作是学习；现在即将踏上社会，显然，自己的身份就有所变化，自然重心也随之而改变，现在我的主要任务是应从学习逐步转移到工作上，这几个月是一个过
29、渡期从学生过渡到上班族，是十分关键的阶段。实习期间我努力将自己在学校所学的理论知识向实践方面转化，尽量做到理论与实践相结合，在实习期间能够遵守工作纪律，不迟到、早退，认真完成领导交办的工作。回想自己在这期间的工作，有收获，也有不足之处，但是，在以后的日子我会更努力，将工作做得更好。感谢大学三年来所有的老师，为我们打下水电站动力设备与管理专业知识的基础；同时还要感谢李主任和所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业论文才会顺利完成；最后，感谢电厂各位师傅们在这段时间里对我的指导和教诲，我从中受益匪浅。参 考 文 献1 陈存祖，水力机组辅助设备，中国水利水电出版社，20052 沈祖诒，水轮机调节，中国水利水电出版社，19913 刘大恺，水轮机中国水利水电出版社，20034 金牛坪电厂运行规程5 魏守平，水轮机控制工程，华中科技大学出版社，20056 袁蕊等编，水轮机检修，中国电力出版社，20047 刘国选，灯泡贯流式水轮发电机组运行与检修，中国水利水电出版社，20068 肖志怀、蔡天富，中小型水电站辅助设备及自动化，中国电力出版社，2006-21-