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1、第六章 汽轮机设备 第六章 汽轮机设备 汽轮机基本概念和基本结构 汽轮机内工作过程 汽轮机的主要辅助设备 锅 炉 汽轮机发 电 机 蒸 汽 化学能 (燃料) 热能机械能 电能 某厂汽轮机房 8300MW 汽轮机房三维模型 火力电厂生产过程 高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形 成机械能。 汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器 联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发 电机转子转动。 发电机把汽轮机的机械能转变为电能。电 能经变压器将电压升压后，由输电线送至 电用户。 火力电厂生产过程 释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的 排汽口排出，称为乏汽。 乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽 器的冷却水冷却，重新凝
2、结成水。 凝结水由凝结水泵送入低压加热器并 最终回到除氧器内，完成一个循环。 第一节 汽轮机的一般概念 一、汽轮机的级 汽轮机是由串联在同一轴上的多个级组合 而成的。 汽轮机的级是由一列周向布置的静叶栅和 与之相配合的动叶栅构成的。 静叶栅中每相邻的两个静叶片构 成一个喷嘴(即喷管); 动叶栅中每相邻两个动叶片则构 成一个动叶流道。 汽轮机的基本作功单元“级” 级：汽轮机的基本做功单元。 汽轮机内的能量转换 工作蒸汽先在喷管内进行膨胀，压力降 低而速度增大，形成一股高速汽流，此 高速汽流喷射到动叶上，推动转子转动 ，因而使蒸汽的热能转变为机械能。 蒸汽热能蒸汽热能汽流的动能汽流的动能机轴上的机
3、械能机轴上的机械能 喷管内喷管内 动叶内动叶内 蒸汽在喷嘴中 膨胀加速时， 压力、温度降 低、速度提高 ，蒸汽的热能 转变为汽流的 动能。 级内的汽流 14 一、汽轮机的级 蒸汽从汽轮机的进口开始，依次轴向通过 串联布置的各个级，在每一级内都将一部 分热能转变为机械功。 多级转换使得蒸汽在汽轮机中的整机焓降( 即各级焓降之和)很大，在进汽流量较大时 ，汽轮机可以获得很大的单机功率。 一、汽轮机的级 由于蒸汽离开动叶栅时仍具有一定的速度 ，其动能因不能被本级所利用而造成本级 的一项能量损失，称为余速损失。 在多级汽轮机中，一级的余速损失常可部 份或全部被下一级所利用。 一、汽轮机的级 一、汽轮机
4、的级 按照受力形式，汽轮机的级分为： 冲动级 反动级 国产汽轮机的型号 按工作原理分类 冲动式：由冲动级组成的汽轮机 。 反动式：由反动级组成的汽轮机 。 按进汽压力分类 超高压：13.2MPa 亚临界压力： 16.2MPa 超临界压力： 24.2，25.3， 26.4MPa 国产汽轮机的型号 按热力特性分类： 凝汽式：进入汽轮机的蒸汽除回热抽汽 及轴封漏汽外，全部排入凝汽器。 背压式：进入汽轮机的蒸汽做功后以高 于当地大气压的压力排出，并用于对外供热 。 调整抽汽式：汽轮机中间的某些级后抽 出部分蒸汽去对外供热，其余的蒸汽做功后 仍然排入凝汽器，且抽汽压力可以在一定范 围内调整。 国产汽轮机
5、的型号 汽轮机的型号用来表示汽轮机的热力特点、出力 及进汽参数规范等。 汽轮机类型 额定功率（MW) 蒸汽参数 类型设计次序 N30016.7538538 凝汽式汽轮机、额定功率300MW、新蒸汽压力 16.7MPa、温度538、再热蒸汽温度538。 国产汽轮机的型号 代号类型代号类型 N凝汽式G工业用 B背压式H船用 C一次调节抽汽式Y移动式 CC两次调节抽汽式 二、汽轮机设备的组成及工作概况 汽轮机：将蒸汽热能转变为机械功，借以 带动发电机旋转的原动机。 汽轮机辅助设备：凝汽设备、回热加热设 备、除氧器、调节保安装置、供油系统等 。 汽轮机设备：汽轮机本体及其辅助设备由 管道和阀门连成一个
6、整体。 汽轮发电机组：汽轮机与发电机的组合。 二、汽轮机设备的组成及工作概况 高温高压的蒸汽流经主汽阀、调节阀进入汽轮机 ，因进汽压力远远高于汽轮机排汽口处的压力， 此压力差促使蒸汽依次通过各级向排汽口处流动 。 在流动中，蒸汽的压力、温度逐级降低，逐级将 热能转变为机械功。从最末级出来的蒸汽，即汽 轮机的排汽(或称乏汽)，其压力、温度己很低， 己无动力利用的价值，需使其进入凝汽设备，被 冷凝成凝结水后循环使用。 二、汽轮机设备的组成及工作概况 汇集于凝汽器热井中的乏汽凝结水(称为主 凝结水)，由凝结水泵不断抽出，顺序送往 由若干表面式加热器和除氧器所构成的回 热加热系统中。 主凝结水经34台
7、低压加热器被抽汽逐级 加热后送入除氧器。除过氧的水作为锅炉 给水由给水泵经23台高压加热器加热后 送入锅炉。 二、汽轮机设备的组成及工作概况 汽轮机的调节系统：调节进汽量，以适应 外界负荷的变化，保证供电的数量和质量 。 保护装置：用于监测汽轮机的运行，在危 急情况下保证汽轮机的安全。 油系统：调节系统和保护装置中用来传递 信号和操纵有关部件的压力油，以及用来 润滑和冷却汽轮机各轴承的用油。 第二节 汽轮机本体主要结构 汽轮机本体主要结构 汽轮机本体可分为固定和转动两大部分，它 们分别称为汽轮机的静子和转子。 静子：汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承等； 转子：主轴、叶轮、动叶、联轴器等。 高压缸转
8、子 一、汽缸 汽缸：汽轮机的外壳 作用：将工作蒸汽与大气隔开。 内壁：支撑喷嘴静叶片、隔板、汽封环等零 部件； 外部：与进汽管、抽汽管、排汽管、疏水管 等相接。 汽缸截面沿轴向由高压到低压随之扩大。 一、汽缸 特大型汽轮机的汽缸做成分层结构，形成 内缸和外缸； 为了安装、检修等方便，汽缸一般从水平 中分面处分开。形成上缸和下缸、上下缸 之间通过法兰用螺栓连接； 按工作蒸汽压力的高低，将汽缸分成高压 缸、中压缸和低压缸。 高压外上缸扣缸 1.高压缸 新蒸汽分两路经置于高压缸两侧的一个主汽阀和 二或三个调节阀后，进入高压缸调节级的四或六 个喷嘴室，并从调节级开始依次流经各压力级绝 热膨胀做功。 高
9、压缸均采用双层缸 目的：使由一层汽缸承受的巨大压差和温差改为 由两层汽缸来承受，使每层汽缸的厚度及法兰厚 度大为减薄，相应连接上下缸法兰的螺栓尺寸减 小。 汽机高压缸测定 2.中压缸 再热蒸汽经布置于中压缸两侧的再热主汽 门和再热调节汽门进入中压缸的进汽室， 并逐级流向排汽口。 进入中压缸的蒸汽压力虽不高，但温度却 很高。为减少中压缸的热应力，仍采用双 层汽缸。 3.低压缸 低压缸全部采用对称分流结构，除了适应 低压时容积流量增大的要求外，还可平衡 轴向推力。 中压缸的排汽经联通管进入低压缸中部， 逐级做功后通过排汽口进入凝汽器。 低压缸(尤其是排汽处)体积庞大。 3.低压缸 低压缸采用双层或
10、三层结构，使体积较小 的内缸承受温度变化，而外缸及庞大的排 汽缸均处于低温状态。 低压缸的正常排汽温度为3435，在启 动或低负荷(小于15额定工况)时，因蒸汽 流量过小，不足以将摩擦等损失变成的热 量带走，致使排汽温度升高至80以上。 3.低压缸 排汽温度过高的危害 造成排汽缸热膨胀较大。造成固定在 排汽缸上的低压缸轴承位置抬升，使轴系 中心线改变而引起机组振动， 使凝汽器铜管管口因膨胀过大而损坏 ，造成泄漏。 在排汽缸导流板上装有自动投入的喷水减 温装置，以降低排汽温度。 二、喷嘴与隔板 喷嘴：是汽轮机通流部分的重要部件。 把蒸汽的热能转变成动能，使蒸 汽膨胀降压，增加流速，按一定的方 向
11、喷射出来的推动动叶片而做功。 通过隔板固定在汽缸上。 三、转子和动叶片 汽轮机的转动部分总称为转子。 从径向上分：主轴、叶轮、叶片。 从轴向上分：高压转子、中压转子和低压 转子。 各转子之间一般采用刚性连轴器连接，并通 过轴承箱内的推力轴承轴向定位、径向轴承 支撑。 某汽轮机高压转子 三、转子和动叶片 临界转速：在汽轮发电机组的启动或停机过程中 ，当转速达到某一数值时，机组出现剧烈振动， 而越过这一转速后，振动又减少到正常值。 共振现象：临界转速下的转子剧烈振动现象。 轻则使转子振动加剧 重则产生动、静体的摩擦、碰撞事故 特别是当转子动平衡没有校好时，振 动将更大，可能导致主轴弯曲甚至断裂等
12、重大事故。 三、转子和动叶片 汽轮机转子按其工作转速是否高于它的临 界转速，又可分为 刚性转子：工作转速小于临界转 速。 柔性转子：工作转速大于临界转 速，在启动或停机时，应尽快越过其 临界转速，以免引起转子的强烈振动 。 三、转子和动叶片 动叶流道：相邻的两个动叶片构成。 动叶片：叶根、叶型(或称工作部分、通流 部分)、连接件(围带或拉筋) 变截面扭曲叶片 等截面直叶片 四、汽封及轴封系统 漏汽损失：为了防止运行中发生碰摩，汽 轮机的动、静体之间必须留有间隙。这样 ，部分蒸汽就会在压力差的作用下从间隙 中漏过，造成损失。 汽封装置：在汽轮机的各动、静间隙处设 置。减少漏气损失、避免加热轴承。
13、 问题：哪些部位需安装汽封？ 四、汽封及轴封系统 叶顶汽封：装在动叶栅顶部围带处的汽封。 隔板汽封：装在隔板内圆与主轴间的汽封。 轴端汽封：装在各转子两端与汽缸之间的汽 封。 低压缸排汽端轴封用于防止外界空 气漏入汽轮机 其他处的轴封用于防止蒸汽外漏。 五、轴承 采用油膜润滑的滑动轴承，而非滚动轴承 。 支持轴承：用于支持转子的重量以及 由于转子振动所引起的冲击力等，并固定 转子的径向位置，保证转子与静子同心。 推力轴承：用于承受转子上的轴向推 力，确定转子的轴向位置，以保持通流部 分动、静部件间合理的轴向间隙。 六、联轴器及盘车装置 联轴器：俗称靠背轮 作用：连接汽轮机的高、中、低压转子，
14、及汽轮机与发电机转子。 现代大功率汽轮机的各转子之间，采用刚 性联轴器连接，联轴器法兰直接用螺栓连 接。 六、联轴器及盘车装置 盘车装置功能： 在汽轮机启动冲转前，以检查汽轮机的动、静部 件是否存在碰接和摩擦，主轴弯曲度是否正常等 。 汽轮机停机后，为使转子在上下温度不同的汽缸 内受热均匀，避免转子冷却不均而产生过大弯曲 ，也要启动盘车，保持转子的低速转动。 u盘车装置可在汽轮机停机后自动投入，并可在冲 转过程中转子转速高于盘车转速时自动解列。 七、滑销系统 滑销系统：为了正确引导汽缸部件的热胀冷 缩，以保持动、静部件间合理的轴向间隙， 保证汽缸和转子中心的一致。 当由于某种原因使滑销系统卡涩
15、时： 机组的膨胀就会受到限制 引起机组较大的振动 严重时以至于不能开机或者引起动 静碰磨 第五节 汽轮机的主要辅助设备 一、凝汽设备 作用： 建立并维持高度真空，使进入汽轮 机的蒸汽充分膨胀到尽可能低的背压， 从而使汽轮机的理想焓降增大，提高循 环效率； 将汽轮机的排汽凝结为水，以便回 收工质，重新送回锅炉作为给水使用。 一、凝汽设备 凝汽设备主要包括：凝汽器、抽气器、凝 结水泵等。 汽轮机的排汽(即乏汽)引入凝汽器后，被循 环水泵输入的冷却水冷却。乏汽变成凝结 水并汇集于凝汽器底部的热井内，然后被 凝结水泵抽出送往回热加热设备。 凝汽设备 凝汽器：汽水两相共存 ，凝汽器压力为乏汽凝 结温度所对应的饱和压 力。 在通常的循环冷却水温 下，蒸汽的凝结温度若 为30，所对应的饱和 压力则为4.2kPa，远远 低于大气压力，在凝汽 器内形成了高度真空。 凝汽设备 由抽气器不断抽出 从不严密处漏入凝 汽器的空气，以保 持这一真空。 1.凝汽器 1.凝汽器 凝汽器管板
