汽轮机原理.docx

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汽轮机原理

汽轮机原理

1、汽轮机的组成

汽轮机又名蒸汽透平机（steamturbine），是将蒸汽的热能转换成机械能的一种旋转式原动机。

（1）汽轮机的组成：

转子和静子。

（2）转子：

转动部分的总称。

包括：

转轴、叶轮、叶片、联轴器及其附件。

（3）静子：

不转动部分的总称。

包括：

汽缸、进汽机构、排汽机构、汽封、滑销系统、轴承和盘车装置等。

汽轮机工艺图

2、汽轮机分类

汽轮机的分类

3、背压式汽轮机

排汽直接用于工业或供热，排汽压力高于大气压力，没有凝汽器。

当排汽作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时，称为前置式汽轮机,因此没有冷源损失，能量利用率高，但发电量完全由热负荷决定。

（凝汽式机组排汽在凝汽器中被冷却水带走的热量为2140-2220kJ/kg,称为冷源损失,而蒸汽带入汽轮机的热量3400kJ/kg左右）

背压式汽轮机

4、调节抽汽式汽轮机

从汽轮机某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热，其余排汽仍进入凝汽器。

由于热用户对供热压力有一定的要求，需要对抽汽压力进行自动调节（用于回热抽汽的压力无需调节），因而汽轮机装备有抽汽压力调节机构，以维持抽汽压力恒定故称为调节抽汽。

根据用户需要，有一次调节抽汽和两次调节抽汽。

揭去上汽缸的国产30万汽轮机汽缸和转子图

5、汽轮机的级、级内能量转换过程

（1）汽轮机的级：

静叶栅动叶栅是汽轮机作功的最小单元。

能量转换过程

（2）级内能量转换过程：

具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在喷嘴叶栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。

能量转换过程

（3）冲动级：

当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为冲动力。

这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽进、出动叶通道时其动能的变化量。

而这种级称为冲动级。

（4）反动级：

当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。

蒸汽通过这种级，两种力同时作功。

通常称这种级为反动级。

（5）反动度：

反动度表示级中反动力所占比例，即蒸汽在动叶中膨胀程度的大小。

级的热力过程线

（6）带反动度的冲动级

为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（Ω=0.05～0.20）、p1＞p2、Δhn*＞Δhb，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。

（7）反动级

通常把反动度Ω=0.5的级称为反动级。

对于反动级来说，蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是p1>p2，反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。

反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。

6、汽轮机工艺简介

汽机工艺简介

（1）电厂基本汽水系统流程（朗肯循环）：

给水→锅炉→过热蒸汽→汽轮机→凝汽器→给水泵→给水送入锅炉。

（2）主蒸汽系统及再热蒸汽系统：

（主蒸汽）锅炉主汽门（或集汽联箱）→主蒸汽管→汽机自动主汽门之前；（再热蒸汽）汽机高压缸出口→再热器冷段管→再热器→再热器热段管→汽机中压缸进口。

（3）主凝结水系统：

凝汽器→凝结水泵→轴封冷却器→低加→除氧器。

（4）除氧器系统：

除氧器及其相连的所有管路和附件（安全门，水位计等）。

（5）主给水系统：

除氧水箱下水管→低压给水管→给水泵→高压给水管→高加→主给水管。

（6）回热抽汽系统和加热器疏水系统：

汽机抽汽管路→各回热加热器（高加、低加、除氧器）→疏水管路→疏水回收设备。

（7）抽空气系统：

（低压加热器、凝结水泵）→凝汽器→抽真空设备和系统 

（8）循环冷却水系统：

循环水进水管→凝汽器→循环水出水管（汽机车间范围内）

（9）排污利用系统：

锅炉汽包→连续排污管→连续排污扩容器→（汽）除氧器，下联箱→定排污管→↳→（水）定期排污扩容器。

（10）辅助蒸汽系统及补充水系统：

1）辅助蒸汽联箱及其相连接的管路和设备。

2）化学车间除盐水箱→补水箱→补水泵→凝汽器（或除氧器或疏水箱）。

7、发电厂的主要经济指标

（1）汽轮发电机组的汽耗率d0：

机组每发1KW.h的电所消耗的蒸汽量；200MW机组在3kg/kw.h左右。

（2）汽轮发电机组的热耗率q：

机组每发1KW.h的电所消耗的蒸汽量；200MW机组在8400kJ/kw.h左右。

（3）发电厂总效率ŋPL：

电厂发出的电能与所消耗的燃料总能量；200MW机组在34%左右。

（4）发电煤耗率：

发电厂每发1KW.h的电所需的煤耗量。

（5）标准煤耗率：

发电厂每发1KW.h的电所需的标准煤耗量；我国在300-420g标煤/（kw.h）。

（6）厂用电率：

厂用电占总发电量的百分率，大约在5%--10%之内。

（7）供电标准煤耗率：

扣除厂用电的标准煤耗率。

二、汽轮机的设备介绍

1、汽轮机本体

汽轮机包括汽轮机本体，调节、保安系统及辅助设备三大部分。

蒸汽轮机本体包括：

（1）静体（固定部位）——汽缸、喷嘴、隔板、汽封等。

（2）转子（转动部分）——轴、叶轮、叶片等。

（3）轴承（支承部分）——径向和止推。

2、汽缸

（1）汽缸的组成：

汽缸是汽轮机的外壳，汽轮机本体的主要零部件几乎包含在汽缸内。

汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板、隔板套和汽封等零部件。

汽缸外部装有调节汽阀及进汽、排汽和回热抽汽管道等。

（2）汽缸作用：

汽缸是汽轮机的外壳。

其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成其能量转换过程。

低压缸

3、汽缸内部构件

（1）喷嘴、隔板

喷嘴

隔板

喷嘴和隔板的作用和特点：

喷嘴是组成汽轮机的主要部件之一。

它的作用是把蒸汽的热能转变为高速汽流的动能，使高速汽流以一定的方向从喷嘴喷出，进入动叶栅，推动叶轮旋转做功。

隔板由外缘，喷嘴和板体三部分组成，为便于安装，隔板一般都做成对分的，上半隔板装在汽缸上盖内，下半隔板装在下汽缸内。

第一级喷嘴直接安装在汽缸高压端专门的喷嘴室上。

第二级及以后各级喷嘴安装在各级隔板上，隔板用来安装喷嘴，并将各级叶轮分隔开。

冲动式汽轮机每一级由一个隔板和一个叶轮组成。

冲动式汽轮机的隔板可分为焊接隔板和铸造隔板。

反动式汽轮机不采用隔板式结构，各级喷嘴片（也叫静叶栅）直接安装在汽缸上。

（2）汽封

汽封

1）汽轮机汽缸两端轴孔处与转轴间有一定间隙，这样在工作时，汽缸内进汽端将发生高压蒸汽大量外漏，进入前轴承箱污染润滑油。

此外凝汽式汽轮机的排汽压力在0.05公斤/平方厘米（绝对）左右，即排汽端处于高真空状态，这样大气中的空气将沿边后轴孔大量漏入排汽管和凝汽器，就会破坏汽轮机的真空。

因此为了减少高压端的向外漏汽和排汽端往里漏空气，要求在汽缸两端轴孔处配备气封。

2）汽封的作用

汽轮机通汽部分的动静部分之间，为了防止碰擦，必须留有一定的间隙。

而间隙的存在必将导致漏汽，使汽轮机的经济性下降。

为了解决这一矛盾，在汽轮机动、静部件的有关部位设有密封装置，通常称为汽封。

可分为轴端汽封（又称轴封）、隔板汽封和围带汽封三种。

（3）转子

汽轮机中所有转动部件的组合体称作转子。

包括：

主轴、轴封、动叶片、止推盘、危急保安器、联轴器总承、测量盘等。

转子

（4）叶片

叶片分为动叶片和静叶片两种：

叶片

4、轴承

轴承是汽轮机一个重要的组成部分，分为径向支撑轴承和推力轴承两种类型，它们用来承受转子的全部重力并且确定转子在汽缸中的正确位置。

根据轴承中所能承受的载荷方向的不同，又可分为支撑轴承（承受径向载荷）、止推轴承（承受轴向载荷）和支撑止推轴承（同时承受径向载荷和轴向载荷）等。

在工业汽轮机上常用的径向轴承有圆瓦轴承、椭圆瓦轴承、多油楔固定轴承和可倾瓦轴承，并且以可倾瓦轴承使用最多。

可倾瓦轴承与上述轴承相比其优点是每一块瓦均能自由摆动，在任何情况下都能形成最佳油楔，高速稳定性好，不易发生油膜振荡，应用广泛。

径向可倾瓦轴承

5、联轴器

联轴器又称对轮或靠背轮。

作用是传递扭矩。

1）刚性联轴器：

结构简单，能够承受相邻转子分配来的重量，，减少支撑轴承数，并缩短机组长度。

缺点是传递振动和轴向位移，对找中心要求高

2）半挠性联轴器：

两半联轴器之间加了一段波形圆筒。

他在传递扭矩时是呈刚性的，还能传递一定轴向推力，部分吸收转子之间传递的振动。

它也允许相邻两轴端之间有少许的不同心度和端面瓢偏度。

3）挠性联轴器：

一般有齿轮式和弹簧式两种。

这类联轴器不传递轴向推力，基本不传递振动，对中要求低，但易磨损，需要润滑，造价高。

多用于小型汽轮机。

联轴器

6、自动主汽阀

自动主汽阀的作用是在汽轮机保护装置动作后，迅速切断汽源使汽轮机停止运行。

因此它是保护装置共有的执行元件。

自动主汽阀的结构可分为主汽阀和操纵座两部分，操纵座是控制自动主汽阀开启或关闭的机构。

为了保证安全，要求自动主汽阀动作迅速，关闭严密，对高压汽轮机，在正常的进、排汽参数情况下，自动主汽阀关闭后（调节阀全开），汽轮机的转速应能迅速降到1000rpm以下，自汽轮机保护装置动作至主汽阀全关的时间，通常要求不大于0.5～0.8s。

速关阀内部结构

7、超速保护装置

为了防止调节系统因故障失灵和突然甩负荷时引起超速危险，每台汽轮机都装有超速保护装置，它由感应机构、放大机构组成，其发讯装置通常称为危急遮断器或危急保安器，一般当汽轮机的转速升高到额定转速的1.10～1.12倍时它就动作，迅速切断汽轮机的供汽，使汽轮机停止运转。

（1）危急保安器

危急保安器是超速保护装置的转速感应机构，它实际上是一个静态不稳定的调速器，按其结构可分为飞锤式和飞环式两类，但它们的工作原理完全相同。

（2）危急断路滑阀

在近代汽轮机中，危急保安器动作后，飞锤飞出作为超速信号，再通过以危急断路滑阀作为传动放大机构去动作主汽阀。

因此危急保安器和危急断路滑阀两者共同组成超速保护装置。

（3）轴向位移保护

在汽轮机运行中，如果由于某种原因造成汽轮机轴向推力过大时，将导致推力瓦的乌金熔化，转子就会产生不允许的轴向位移，致使汽轮机的动、静部分发生摩擦，造成严重的设备损坏事故。

因此汽轮机都装有轴向位移测量、报警和自动保护装置。

（4）低油压保护

润滑油压过低将使汽轮机轴承不能维持正常工作，情况严重时，还会造成轴瓦损坏以及动、静部分摩擦等恶性事故。

因此润滑系统中都设有低油压保护装置。

低油压保护装置一般应具有下述功能：

1）润滑油压低于正常值时，首先发出信号，提醒运行人员注意并及时采取措施。

2）油压继续降低至某一数值时，自动投入辅助油泵以提高油压。

3）辅助油泵启动后油压若继续下降至某一数值时，应掉闸停机，再继续降低至另一数值时，应停止盘车。

8、油系统的主要设备

（1）油箱

作用：

储油，分离油中空气、水分和机械杂物。

油箱分为污段和净段，中间隔着过滤网。

回油管路布置在污段，油泵的吸油口布置在净段。

为了将沉淀下来的水分和杂物排出，油箱底部一般做成斜坡形。