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1、汽轮机设备与系统 -2013.1. 汽轮机：以水蒸汽为工质，将热能转变为机械能的高速旋转式原动机。 在汽轮机前端的前轴承座内，装有油泵组、危急 遮断器、轴向位移发动器、推力支持联合轴承以 及调节系统其它部套。前轴承座的前端装有保安 操纵箱，在前轴承座的壳体上方还装有调速器， 侧部装有调压器。 前轴承座由前架支承，在座架上沿汽轮机中心线 有纵向键，当机组受热膨胀时，可以沿此纵向键 向前滑动，前轴承座与前汽缸用猫爪相连，在横 向以及垂直方向抱歉有定位的膨胀滑销，以保证 汽轮机中心在膨胀时不不致变动。 汽轮机的分类及型号 汽轮机的分类: 1、按工作原理分 级是汽轮机中最基本的做功单元 （1）冲动式汽
2、轮机 各级按照冲动原理设计。蒸汽主要在喷嘴中膨胀或在动叶中只有少量膨胀 的汽轮机。 （2）反动式汽轮机 各级按冲动和反动原理设计。蒸汽在喷嘴中膨胀程度与在动叶中膨胀的程 度相等的汽轮机。调节级采用冲动级，其它级均为反动级。 汽轮机的工作原理 “级”是汽轮机中最基本的 工作单元。在结构上它是 由静叶（喷嘴）和对应的 动叶所组成；一列固定的 喷嘴和与它配合的动叶片 构成了汽轮机的基本作功 单元，称为汽轮机的“级” 单级冲动式汽轮机工作原理结构立体图 （1）冲动作用原理（Impulse turbines ） 冲动力的定义：根据力学知识 ，当一运动物体碰到另一个静 止的物体或者运动速度低于它 的物体时
3、，就会受到阻碍而改 变其速度的大小或方向，同时 给阻碍它的物体的一个作用力 特点：蒸汽仅把从喷嘴中获得 的动能转变为机械功，蒸汽在 动叶通道中不膨胀，动叶通道 不收缩 （2）反动作用原理（Reaction turbines ） 反动力定义：蒸汽在动叶汽道内膨胀时对 动叶的作用力。根据动量守恒定律，当气 体从容器中加速流出时，要对容器产生 个与流动方向相反的力。 基本特点：蒸汽在动叶流道中不仅要改变 方向，而且还要膨胀加速，从结构上看动 叶通道是逐渐收缩的。由于动叶片进出口 蒸汽存在较大压差，所以与冲动式汽轮机 相比，反动式汽轮机轴向推力较大。因此 一般都装平衡盘以平衡轴向推力。 汽轮机的冲动式
4、与反动 式图解 （见左图） 2、按热力特性分 （1）凝汽式汽轮机 汽轮机排汽排入凝汽器的汽轮机。作功能力大，效率比较低。背压真 空，有凝汽器。有些小汽轮机没有回热系统，称为纯 凝汽式汽轮机。 （2）背压式汽轮机 汽轮机排汽在高于大气压力下排出，排汽可供给工业或采暖热负荷的用 汽。无凝汽器。 （3）抽汽式汽轮机 从汽轮机中间某级后抽出一定的可调参数、流量的蒸汽对外供热，其余 气流排入凝汽器。 （4）抽汽背压式汽轮机 具有调整抽汽的背压式汽轮机，调节抽汽和排汽都分别供热用户。 （5）多压式汽轮机 汽轮机的进汽不止一个参数在汽轮机的某中间级前又引入其它来源的蒸 汽，与原来的蒸汽混合共同膨胀做功。中间
5、再热和无中间再热。 3、按主蒸汽压力分 汽轮机类别主蒸汽压力（MPa) 低压汽轮机0.121.5 中压汽轮机24 高压汽轮机610 超高压汽轮机1214 亚临界压力汽轮机1618 超临界压力汽轮机22.1 超超临界压力汽轮机32 4、按汽流方向分 1.轴流式汽轮机 组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列，汽 流方向的总趋势是轴向的，绝大多数汽 轮机 都是轴流式汽轮机 。 2.辐流式汽轮机 组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列 ，汽流方向的总趋势是半径方向的。 5、按用途可分 1.电站汽轮机 用于拖动发电机，汽轮发电机组需按供电频率定转速运行，故也称为定 转速汽轮机， 主 要采用凝汽式汽轮机。也采
6、用同时供热供电的(抽汽式、 背压式)汽轮机，通常称它们为 热电汽轮机或供热式汽轮机。 2.工业汽轮机 用于拖动风机、水泵等转动机械，其运行速度经常是变动的，也称为变 转速汽轮机。 3.船用汽轮机 用于船舶推进动力装置，驱动螺旋桨。为适应倒车的需要，其转动方向 是可变的。 4.凝汽式供暖汽轮机 在中低压缸连通管上加装蝶阀来调节供暖抽汽量，抽汽压力不象调节抽 汽式汽轮机 那样维持规定的数值，而是随流量大小基本上按直线规律变化 的。 青汽的背压式汽轮机剖视图 青汽的全凝式汽轮机剖视图 青汽的抽气冷凝式汽轮机剖视图 代号型式代号型式 N凝汽式CB抽汽背压式 B背压式CY船用 C一次调整抽汽式Y移动式
7、CC两次调整抽汽式HN核电汽轮机 汽轮机类型蒸汽参数表示方法 凝汽式 中 间 再 热 式 一次调节抽汽式 两次调节抽汽式 背压式 抽 汽 背 压 式 主蒸汽压力N50-8.83 主蒸汽压力/主蒸汽温度/中间再热温度 N30016.7/538/538 主蒸汽压力/调节抽汽压力C12-3.43/0.1 主蒸汽压力/高压抽汽压力/低压抽汽压力 CC12-3.43/0.98/0.12 主蒸汽压力/背压B25-8.83/0.98 主蒸汽压力/抽汽压力/背压CB25- 8.83/1.47/0.49 第二部分：汽轮机机体结构 汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分， 即汽轮机本身。它与调节
8、保安系统、油系统、凝汽系统以及其他 辅助设备共同组成汽轮机组。 汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。 1、固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。 2、转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。 3、固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能 转换为机械能的通流部分。 4、汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封 系统。 汽轮机的级 1、汽轮机的级：由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构 成的工作单元。 2、在喷嘴通道内，蒸汽膨胀压力降低，温度降低，汽流速度 加快，可见蒸汽从喷嘴的进口到出口实现了由热能向动能的 转换。高速流动的蒸汽由喷
9、嘴出口进入动叶，给予动叶以冲 动力，通常汽流在动叶槽道中继续膨胀，并转变方向，当汽 流离开动叶槽道时，它给叶片以反动力，这两个力的合力， 推动动叶带动动叶轮和轴旋转，做出机械功。 3、对轴流式汽轮机来说，所采用的轴流级按照级内蒸汽能量 转换的特点，可分为纯冲动级、冲动级、反动级和复速级等 几种。 隔板和喷嘴 汽轮机中隔板的作用是将汽轮机各级隔离开来， 并固定喷嘴和阻止各级间的漏汽。 隔板是由隔板外缘、喷嘴和隔板体构成的圆形板 状组合体。隔板按照制造方法的不同可以分为铸 造隔板、焊接隔板和组合隔板三种。目前大型汽 轮机普遍采用焊接隔板。焊接隔板是将预先加工 好的喷嘴叶栅焊接在隔板体和外缘之间制成
10、。隔 板通常做成水平对分形式，汽轮机的主轴穿过其 内圆孔。 喷嘴的作用是对蒸汽进行加速，将热能转变为动 能。 动 叶 汽轮机动叶是固定在叶轮上的。动叶是完成将蒸汽动能 转变为机械能的重要部件。 按照动叶横截面积沿叶高的变化规律，将动叶分为等截 面叶片和变截面叶片。等截面叶片的截面积沿叶高是不 变的，变截面叶片的截面积沿叶高按照一定的规律减小 ，即叶片绕各截面形心连续发生扭转，通常又称为扭曲 叶片。 汽 缸 汽缸是汽轮机的外壳。按照承受压力的不同,可 以分为高压缸、中压缸和低压缸。汽缸内部装有 隔板、喷嘴等部件。汽缸都为上下两部分对分形 式，用螺栓将上下两部分连接起来。汽轮机转子 穿过汽缸，转子
11、上装有叶轮、动叶。每列喷嘴后 面都对应一列动叶。 大型汽轮机汽缸吊装 联轴器 联轴器也叫靠背轮或对轮。它的作用是连接汽轮机各转 子以及汽轮机转子与发电机转子，借以将蒸汽作用在汽 轮机转子上的扭矩传递给发电机转子，使发电机转子旋 转，从而产生电能。 汽轮发电机组中，常用的联轴器有刚性联轴器和半挠性 联轴器。 1、2-刚性联轴器（对轮）；3-螺栓； 4-垫圈；5-键；6、7-转子 推力轴承 推力轴承是用来承受转子的轴向推力，并确定转子的轴向位置， 从而保证动静件之间的轴向间隙在允许范围内。 大型汽轮机通常都采用高中压缸反向布置以及低压缸分流等措施 ，但由于高中压缸的轴向推力不可能做到完全平衡，故其
12、轴向推 力仍具有较大的数值。 例如国产200MW汽轮机额定工况下的轴向推力为13.25吨， 300MW汽轮机为14吨，而且运行工况变化时还可能出现更大的 瞬时轴向推力或反向推力。所以，推力轴承的工作是十分重要的 。 调节系统的任务 为了保证装置生产平稳，确保机组安全运行，汽轮 机必须装有调节系统。 其基本任务是：在外界负荷变化时，及时地调节汽 轮机功率，以满足装置生产变化的需要，同时保证 汽轮压缩机组的工作转速在正常允许变化范围内。 凝结水泵：由于凝汽器热井内处于真空状态，水不会自动流出来 。凝结水泵的作用就是将热井内的凝结水抽吸出来，经过低压加 热器加热后送到除氧器。 低压加热器：低压加热器
13、的作用是利用在汽轮机内做过部分功的 蒸汽，抽至加热器内部加热由凝结水泵来的凝结水。低压加热器 通常都采用表面式加热器，即抽汽与凝结水不直接接触，凝结水 在管内流动，抽汽在管外流动。这种低压加热器的结构比较简单 ，运行可靠性高。 由于加热器内部水侧压力近似为凝结水泵出口的压力，故将其称 为低压加热器。 汽轮机本体安装步骤： 台板就位及水泥垫块制作 低压外缸安装 低压内缸安装 前、中轴承座安装 低压缸半 缸找中心 高中压缸下半安装 高中压缸半缸找 中心 汽缸负荷分配 与凝汽器焊接 转子找 中心 轴承调整、隔板、轴封找中心 高中压 缸通流测量、调整 二次灌浆 汽机扣缸 轴系精找中、靠背轮连接 附件安
14、装 一 蒸汽品质 汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式热能动力机械，因此， 进入汽轮机蒸汽的品质不仅影响汽轮机的经济性，而且 也与汽轮机运行的安全性、寿命有关，如果蒸汽品质不 佳，蒸汽中携带的杂质在汽轮机蒸汽流道中结垢，随着 蒸汽通流面积的减少小，汽轮机出力下降，效率降低， 同时轴向推力增加，叶片上的积垢会使叶片应力增大并 对叶片产生腐蚀引起叶片断裂，积垢也会致使速关阀、 调节汽阀阀杆出现卡涩等故障。 油系统冲洗 机组安装结束后，在试运行前须先进行油系统冲洗（油循环）， 清除油系统中的固体污染物，使清洁度符合要求。 油冲洗时，主、辅电动油泵交替运转，事故油泵也可同时投入运 行，冲洗油压尽可能接近系统工
15、作压力。 为提高冲洗效果，缩短冲洗时间，除加大冲洗油量外还应使 油温冷、热交替变化，温度与时间关系如图所示，以8 小时为一 个循环周期，期间低温约25。高温约75，油加热时一定要注 意：油温不得超过80，以免油变质。在油升温时所有与油接触 的管路都应热起来，如其中有的管路仍是冷的应查明原因并予以 排除。 冲洗过程中对管道，尤其是焊口部位，不时用木锤或铜锤敲 击，以使杂质易于脱落。 四 汽轮机起动 起动过程中，汽轮机主要构件（汽缸、转子等）的工作条件和受力发 生剧烈、复杂的变化，其主要原因和突出的特征是受热，起动时，进入汽轮 机的高温蒸汽通过凝结放热和对流放热形式向与其接触的构件传热，构件被 加
16、热而温度升高，因此受热构件必然要产生热膨胀，而热膨胀受到约束就会 出现热变形、热应力。尽管在起动过程中热膨胀、热变形、热应力以及汽缸 与转子的差胀是不可避免的，但只要清楚了它们产生的原因及变化的特点， 通过正确操作可将它们控制在允许范围内，就能确保机组顺利起动，安全运 行而不造成危害。 蒸汽进入汽轮机，首先是流经速关阀，阀壳受热后温度分布得不均匀 ，会在阀壳中产生很大的热应力，为改善阀壳的受力状态，起动时阀壳需要 有一定的预热时间，通常阀壳预热是配合低速暖机一起进行。 五 正常运行时的维护 汽轮机在运行中应监视蒸汽的温度和压力、冷凝器真空 ，水、气、油的温度、压力和流量，机组的振动和轴位 移等。 1当蒸汽温度继续缓慢下降或急剧下降时，应及时打开主 蒸汽管道和汽缸的疏水阀，按制造厂或有关规定减负荷 或停机。般当急
