论文部分内容阅读
[摘 要]汽轮机在我国电力工业生产中发挥着不可替代的作用，随着科技的发展，汽轮机的性能也越来越先进，与此同时汽轮机的结构也更为复杂，其运行环境也十分苛刻，这就使得汽轮机容易发生各类故障，给行业带来不少危害和不便，通过研究汽轮机技术的发展情况，积极提升我国的汽轮机发展技术，创新改革。文章阐述了汽轮机的技术原理，分析了汽轮机技术发展的历程和展望，希望可以为我国汽轮机事业发展做出更大贡献。
[关键词]汽轮机；技术现状；技术发展
中图分类号：TK261 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0155-02
1 汽轮机技术原理
汽轮机是把蒸汽热能转化为机械能，也就是说，锅炉产生的蒸汽进入汽轮机后，通过相关机械配置，动叶，将热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。转换方式不同，汽轮机的种类也各种，如按用途分电站汽轮机、船用汽轮机，按热力性质可分凝汽式、供热式。
2 汽轮机故障诊断技术简介
2.1 信息的采集和分析
汽轮机的工作环境比较复杂，因此可靠的故障诊断技术就显得尤为重要，传感器是故障诊断系统中的重要元件，对于传感器的可靠性要求也相对较高。目前，对于传感器的研究已经进入了一个新阶段，向提高可靠性的方向发展，新型传感器的研究和开发成为业内人士普遍关注的焦点。传感器故障诊断的性能，也是一个重要的研究方向，采用信息实现诊断融合，以达到降低漏诊率和减少诊断失误的目的。传感器故障诊断技术的应用并不广泛，其硬件的缺点较为明显。为提高传感器的可靠性，可以通过提高融合技术和传感器信号的可靠性来实现。对于振动信号的分析和处理是信号分析处理的主要内容，而快速傅里叶变换则是在汽轮机故障诊断系统中较为常用的方法。
2.2 汽轮机故障机理与诊断
对汽轮机故障发生的机理进行诊断有助于揭开故障发生的原因，通过对故障发生的一般规律和征兆等的分析，从而通过日常的维护来尽量避免发生故障，并能在发生故障后通过全面的分析后确定故障的类型，从而有的放矢地采取针对性较强的措施来消除故障。
3 汽轮机优化改造措施
3.1 调节系统改造
传统的汽轮机机组往往采用机械液压式调节系统，工作介质为透平油，主要是通过凸轮配气机构调节汽轮机荷载以及转速。在改造过程中，可以引入数字化技术，采用数字电液调节系统，保证其功能的多样性，实现对运行数据、相关参数的收集，还能够直接在显示频上显示。具有报警功能、超速保护功能、超速控制功能、制表输出功能等，有效的提升了汽轮机机组的运行控制能力，还实现了实时监控。
3.2 高中、低压缸通流部分改造
对于汽轮机高压缸通流部分进行改造的过程中，应该考虑各个方面的情况。如哈汽310MW亚临界机组的通流改造的改造原则：1）尽量降低改造成本的前提下最大化提高机组效率；2）基本设备不做变动，基础、轴承座和轴承跨距不变；3）汽缸和阀门布置不变；4）保持原机组设计的主蒸汽、再热蒸汽的压力不变，主蒸汽、再热蒸汽的温度不变，各外部接口参数基本不变；5）更换内部通流和必要的外部接口；6）高中压、低压外缸采用原件进行改造；7）更换高、中、低压通流内部静子部件及高中压转子、低压转子；8）优化运行模式，根据机组实际运行的负荷分布，优化设计通流。9）利用当代汽轮机先进技术设计理念，对高、中、低压通流部分进行技术改造，达到节能降耗、提高经济性的目的；10）安全可靠性第一，消除原汽轮机组部件的薄弱环节，提高机组的可用率、可靠性；11）设计、制造、检验符合现行的国际、国家及行业的标准和要求；12）对汽封形式进行优化，减少汽封漏汽，达到节能降耗、提高机组效率的目的；改造实施后，效果突出。
3.3 汽轮机实行技术优化改造
汽轮机在安全运行过程中，为了实现节能降耗目的，应该从技术层面上进行不断优化，完善汽轮机机组，保证其运行功率的最佳化。在汽轮机节能层面上，必须加强改造，降低其发电的成本。在具体优化过程中，重点在于通过凝汽器优化汽轮机运行效率，提升系统运行的安全性、经济性，逐渐优化凝汽器操作机制；若汽轮机机组与凝汽器性能关联较大，则节能优化难度会增加，还需要通过凝汽器真空状态以及端差等改造来进行实现。
4 我国汽轮机技术水品现状和展望
我国在超高压、亚临界的技术水平已经达到国际同类机组的水平，新机型300MW～600MW的产化率达到95%以上。这些机型的保证热耗也达到国际先进水平，等效可用系数到2001年达到99.73%。300MW机组以及600MW机组都发展成功，也就把发展1000MW级机组设定为发展目标。大机组技术是发展的必然趋势，可以减低热耗，减少电厂燃料，也降低占地面积和人员聘用。对于1000MW汽轮机技术的实现，双轴比单轴更容易。当代技术发展趋势是发展更长叶片，增大单轴4缸结构的机组的单机容量，一个1200mm，1400mm长叶片的低压缸可替代原有的790，930mm长叶片构成的2个低压缸。超临界蒸汽采用的普遍参数是24.2Mpa/538℃/566℃。国外一直在研究技术改善热力循环，如采用二次中间再热，把初压提升，把蒸汽温度提高到580℃～650℃，广泛应用热不锈钢，调节叶片强度振动验证，轴系稳定性分析。蒸汽压力和温度的提高和采用二次再热，会使机组的热经济明显提高，机组容量明显增大，同时系统及布置复杂，结构设计试验分析，分阶段的坚持不懈实验，为超临界大功率汽轮机的发展推进努力。这是科学实验和开发新产品的更新换代的趋势和责任。热电联供汽轮机能显著降低凝汽损失，使汽轮机的排气热能用于生产和生活。提高热效率，比超临界大功率组还低很多。还能避免或代替小型、低参数的供热锅炉，减少大气污染，有利于环境保护，可谓优势很明显。
核电是安全绿色能源，在我国所占比重也逐渐增大，如秦山、大亚湾3套核电机组。核电的发展离不开汽轮机的发展，在火电站汽轮机基础上发展起来。我国核电站采用核电堆以压水堆为主，这就形成了核电站汽轮机的基本特点，核电站汽轮机的整个高压缸处于高压湿蒸汽中工作，提高末几级动叶的寿命和提高机組效率。核电站建设投资约为火电站的2倍以上，但是运行费用是火电的1/4甚至更小，这就决定了核电站汽轮机应用大功率机组并承担基本负荷，我国重点发展和开发600MW以及1000MW的核电汽轮机，技术的国产化，成本不断降低，不同国家的电网周波不同，采用的全速或者半速的汽轮机不同，全速比半速轻30%～40%，但是机组功率受到汽缸数目和加工条件的限制。我国发展核电1000MW级汽轮机，引进技术较为成熟的半速机组，采用全速机组有利于降低价钱，也有利于机组大件运输，促进核电事业的发展。 5 汽轮机节能技术应用
5.1 汽轮机启动环节的节能技术
汽轮机启动过程中，各类技术参数是否合理是保证其能够安全稳定、经济环保运行的关键。第一，启动过程中，需要对主汽温度进行严格的控制，保证主汽压力在规定的范围内。根据启动模式的不同，合理安排汽轮机暖管时间，启动前做好相关的实验，只有保证各项参数符合要求才能启动，避免造成蒸汽浪费。在暖管过程中，主汽温度不断升高，需要逐渐关小疏水阀开度，起到节约蒸汽的作用。第二，保证抽真空的时间合理，做好能源节约；第三，合理安排汽封气管路暖管的实践，避免由于暖管过早造成蒸汽浪费，或暖管国外导致抽真空时间延长，浪费能源；第四，转冲转前，需要事先做好并网工作，避免冲转到额定转速后，不能及时的并网。
5.2 汽轮机运行环节的节能技术
实现汽轮机运行的节能降耗，安全运行是基础和前提。在运行过程中，相关操作人员需要做好监控工作，精心进行调整，让汽轮机始终处于安全经济运行状态。同时按照巡回检查制度，对设备进行定期的巡视，如果发现异常情况，则需要及时的进行故障排除。对于设备的切换、实验等工作，必须严格按照相关规定进行，保证设备运行的安全，避免造成资源浪费。在运行过程中，必须保持主汽压力以及温度处于正常状态，同时其变化范围不能超过允许值。对于回热系统来说，必须保证加热器出口水温满足设计要求，如果水温过低，则需要及时的增加燃料的用量，但切忌不能造成浪费。对于机组变负荷运行过程中，操作必须按照有关规定，保证负荷能够平稳过渡。
5.3 汽轮机停机环节的节能技术
汽轮机正常停机主要包括滑参数停机以及定參数停机两种。其中，滑参数停机能够充分利用锅炉余热，同时加速相关部件的冷却，避免汽轮机汽缸上下温度差别过大，对于叶片具有一定的清洗作用，停机后汽缸温度相对较低，能够方便机组检修人员尽快安排检修工作。因此，通常汽轮机停机往往采用滑参数方式操作，通过锅炉燃烧调整降低主蒸汽参数，进而减少负荷，直到汽缸参数得到停机要求。这种停机方式，能够充分发挥余热，实现节能降耗。
6 结语
综上所述，我国汽轮机走过了六十多年的光辉历程，为电力事业做出巨大贡献，要继续发扬科学技术的创新，加大投入，建立自主的研发系统。发展市场要求的高参数，高效率，高可靠性低维护性的各种产品，为我国汽轮机事业发展做出更大贡献。
参考文献
[1] 张爽.浅析汽轮机技术的发展及其前景分析[J].现代工业经济和信息化，2014，13：107-108.
[2] ArminDrosdziok，张云.汽轮机技术发展的现状与未来[J].上海汽轮机，1998，03：46-50.
[3] 张素心.汽轮机技术的发展与前景[J].上海汽轮机，2002，04：1-6.
[4] 王美玉，汪洋.大功率核电汽轮机的技术发展[J].汽轮机技术，1995，04：210-214.
[关键词]汽轮机；技术现状；技术发展
中图分类号：TK261 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0155-02
1 汽轮机技术原理
汽轮机是把蒸汽热能转化为机械能，也就是说，锅炉产生的蒸汽进入汽轮机后，通过相关机械配置，动叶，将热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。转换方式不同，汽轮机的种类也各种，如按用途分电站汽轮机、船用汽轮机，按热力性质可分凝汽式、供热式。
2 汽轮机故障诊断技术简介
2.1 信息的采集和分析
汽轮机的工作环境比较复杂，因此可靠的故障诊断技术就显得尤为重要，传感器是故障诊断系统中的重要元件，对于传感器的可靠性要求也相对较高。目前，对于传感器的研究已经进入了一个新阶段，向提高可靠性的方向发展，新型传感器的研究和开发成为业内人士普遍关注的焦点。传感器故障诊断的性能，也是一个重要的研究方向，采用信息实现诊断融合，以达到降低漏诊率和减少诊断失误的目的。传感器故障诊断技术的应用并不广泛，其硬件的缺点较为明显。为提高传感器的可靠性，可以通过提高融合技术和传感器信号的可靠性来实现。对于振动信号的分析和处理是信号分析处理的主要内容，而快速傅里叶变换则是在汽轮机故障诊断系统中较为常用的方法。
2.2 汽轮机故障机理与诊断
对汽轮机故障发生的机理进行诊断有助于揭开故障发生的原因，通过对故障发生的一般规律和征兆等的分析，从而通过日常的维护来尽量避免发生故障，并能在发生故障后通过全面的分析后确定故障的类型，从而有的放矢地采取针对性较强的措施来消除故障。
3 汽轮机优化改造措施
3.1 调节系统改造
传统的汽轮机机组往往采用机械液压式调节系统，工作介质为透平油，主要是通过凸轮配气机构调节汽轮机荷载以及转速。在改造过程中，可以引入数字化技术，采用数字电液调节系统，保证其功能的多样性，实现对运行数据、相关参数的收集，还能够直接在显示频上显示。具有报警功能、超速保护功能、超速控制功能、制表输出功能等，有效的提升了汽轮机机组的运行控制能力，还实现了实时监控。
3.2 高中、低压缸通流部分改造
对于汽轮机高压缸通流部分进行改造的过程中，应该考虑各个方面的情况。如哈汽310MW亚临界机组的通流改造的改造原则：1）尽量降低改造成本的前提下最大化提高机组效率；2）基本设备不做变动，基础、轴承座和轴承跨距不变；3）汽缸和阀门布置不变；4）保持原机组设计的主蒸汽、再热蒸汽的压力不变，主蒸汽、再热蒸汽的温度不变，各外部接口参数基本不变；5）更换内部通流和必要的外部接口；6）高中压、低压外缸采用原件进行改造；7）更换高、中、低压通流内部静子部件及高中压转子、低压转子；8）优化运行模式，根据机组实际运行的负荷分布，优化设计通流。9）利用当代汽轮机先进技术设计理念，对高、中、低压通流部分进行技术改造，达到节能降耗、提高经济性的目的；10）安全可靠性第一，消除原汽轮机组部件的薄弱环节，提高机组的可用率、可靠性；11）设计、制造、检验符合现行的国际、国家及行业的标准和要求；12）对汽封形式进行优化，减少汽封漏汽，达到节能降耗、提高机组效率的目的；改造实施后，效果突出。
3.3 汽轮机实行技术优化改造
汽轮机在安全运行过程中，为了实现节能降耗目的，应该从技术层面上进行不断优化，完善汽轮机机组，保证其运行功率的最佳化。在汽轮机节能层面上，必须加强改造，降低其发电的成本。在具体优化过程中，重点在于通过凝汽器优化汽轮机运行效率，提升系统运行的安全性、经济性，逐渐优化凝汽器操作机制；若汽轮机机组与凝汽器性能关联较大，则节能优化难度会增加，还需要通过凝汽器真空状态以及端差等改造来进行实现。
4 我国汽轮机技术水品现状和展望
我国在超高压、亚临界的技术水平已经达到国际同类机组的水平，新机型300MW～600MW的产化率达到95%以上。这些机型的保证热耗也达到国际先进水平，等效可用系数到2001年达到99.73%。300MW机组以及600MW机组都发展成功，也就把发展1000MW级机组设定为发展目标。大机组技术是发展的必然趋势，可以减低热耗，减少电厂燃料，也降低占地面积和人员聘用。对于1000MW汽轮机技术的实现，双轴比单轴更容易。当代技术发展趋势是发展更长叶片，增大单轴4缸结构的机组的单机容量，一个1200mm，1400mm长叶片的低压缸可替代原有的790，930mm长叶片构成的2个低压缸。超临界蒸汽采用的普遍参数是24.2Mpa/538℃/566℃。国外一直在研究技术改善热力循环，如采用二次中间再热，把初压提升，把蒸汽温度提高到580℃～650℃，广泛应用热不锈钢，调节叶片强度振动验证，轴系稳定性分析。蒸汽压力和温度的提高和采用二次再热，会使机组的热经济明显提高，机组容量明显增大，同时系统及布置复杂，结构设计试验分析，分阶段的坚持不懈实验，为超临界大功率汽轮机的发展推进努力。这是科学实验和开发新产品的更新换代的趋势和责任。热电联供汽轮机能显著降低凝汽损失，使汽轮机的排气热能用于生产和生活。提高热效率，比超临界大功率组还低很多。还能避免或代替小型、低参数的供热锅炉，减少大气污染，有利于环境保护，可谓优势很明显。
核电是安全绿色能源，在我国所占比重也逐渐增大，如秦山、大亚湾3套核电机组。核电的发展离不开汽轮机的发展，在火电站汽轮机基础上发展起来。我国核电站采用核电堆以压水堆为主，这就形成了核电站汽轮机的基本特点，核电站汽轮机的整个高压缸处于高压湿蒸汽中工作，提高末几级动叶的寿命和提高机組效率。核电站建设投资约为火电站的2倍以上，但是运行费用是火电的1/4甚至更小，这就决定了核电站汽轮机应用大功率机组并承担基本负荷，我国重点发展和开发600MW以及1000MW的核电汽轮机，技术的国产化，成本不断降低，不同国家的电网周波不同，采用的全速或者半速的汽轮机不同，全速比半速轻30%～40%，但是机组功率受到汽缸数目和加工条件的限制。我国发展核电1000MW级汽轮机，引进技术较为成熟的半速机组，采用全速机组有利于降低价钱，也有利于机组大件运输，促进核电事业的发展。 5 汽轮机节能技术应用
5.1 汽轮机启动环节的节能技术
汽轮机启动过程中，各类技术参数是否合理是保证其能够安全稳定、经济环保运行的关键。第一，启动过程中，需要对主汽温度进行严格的控制，保证主汽压力在规定的范围内。根据启动模式的不同，合理安排汽轮机暖管时间，启动前做好相关的实验，只有保证各项参数符合要求才能启动，避免造成蒸汽浪费。在暖管过程中，主汽温度不断升高，需要逐渐关小疏水阀开度，起到节约蒸汽的作用。第二，保证抽真空的时间合理，做好能源节约；第三，合理安排汽封气管路暖管的实践，避免由于暖管过早造成蒸汽浪费，或暖管国外导致抽真空时间延长，浪费能源；第四，转冲转前，需要事先做好并网工作，避免冲转到额定转速后，不能及时的并网。
5.2 汽轮机运行环节的节能技术
实现汽轮机运行的节能降耗，安全运行是基础和前提。在运行过程中，相关操作人员需要做好监控工作，精心进行调整，让汽轮机始终处于安全经济运行状态。同时按照巡回检查制度，对设备进行定期的巡视，如果发现异常情况，则需要及时的进行故障排除。对于设备的切换、实验等工作，必须严格按照相关规定进行，保证设备运行的安全，避免造成资源浪费。在运行过程中，必须保持主汽压力以及温度处于正常状态，同时其变化范围不能超过允许值。对于回热系统来说，必须保证加热器出口水温满足设计要求，如果水温过低，则需要及时的增加燃料的用量，但切忌不能造成浪费。对于机组变负荷运行过程中，操作必须按照有关规定，保证负荷能够平稳过渡。
5.3 汽轮机停机环节的节能技术
汽轮机正常停机主要包括滑参数停机以及定參数停机两种。其中，滑参数停机能够充分利用锅炉余热，同时加速相关部件的冷却，避免汽轮机汽缸上下温度差别过大，对于叶片具有一定的清洗作用，停机后汽缸温度相对较低，能够方便机组检修人员尽快安排检修工作。因此，通常汽轮机停机往往采用滑参数方式操作，通过锅炉燃烧调整降低主蒸汽参数，进而减少负荷，直到汽缸参数得到停机要求。这种停机方式，能够充分发挥余热，实现节能降耗。
6 结语
综上所述，我国汽轮机走过了六十多年的光辉历程，为电力事业做出巨大贡献，要继续发扬科学技术的创新，加大投入，建立自主的研发系统。发展市场要求的高参数，高效率，高可靠性低维护性的各种产品，为我国汽轮机事业发展做出更大贡献。
参考文献
[1] 张爽.浅析汽轮机技术的发展及其前景分析[J].现代工业经济和信息化，2014，13：107-108.
[2] ArminDrosdziok，张云.汽轮机技术发展的现状与未来[J].上海汽轮机，1998，03：46-50.
[3] 张素心.汽轮机技术的发展与前景[J].上海汽轮机，2002，04：1-6.
[4] 王美玉，汪洋.大功率核电汽轮机的技术发展[J].汽轮机技术，1995，04：210-214.