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1、1,汽轮机培训教材,主讲人：赵锡金,2,目录,3,第一章 汽轮机的发展史,汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。汽轮机是一种透平机械，又称蒸汽透平。 汽轮机作为一种原动机，它是从1890年瑞典工程师拉法尔制造出第一台功率仅为5马力的汽轮机起，至今已有100多年的历史。,4,第一章 汽轮机的发展史,公元一世纪时，亚历山大的希罗记述了利用蒸汽反作用力而旋转的汽转球，又称为风神轮，这是最早的反动式汽轮机的雏形； 1629年意大利的布兰卡提出由一股蒸汽冲击叶片而旋转的转轮。 19世纪末，瑞典拉瓦尔和英国帕森斯分别创制了实用的汽轮机。拉瓦尔于1882年制成了第一
2、台5马力(3.67千瓦)的单级冲动式汽轮机，并解决了有关的喷嘴设计和强度设计问题。单级冲动式汽轮机功率很小，现在已很少采用。 20世纪初，法国拉托和瑞士佐莱分别制造了多级冲动式汽轮机。多级结构为增大汽轮机功率开拓了道路，已被广泛采用，机组功率不断增大。帕森斯在1884年取得英国专利，制成了第一台10马力的多级反动式汽轮机，这台汽轮机的功率和效率在当时都占领先地位。,5,第一章 汽轮机的发展史,与往复式蒸汽机相比，汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，单位面积中能通过的流量大，因而能发出较大的功率。大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，故热效率较高。19世纪以来，汽轮机的发展就是在不断提高安全
3、可靠性、耐用性和保证运行方便的基础上，增大单机功率和提高装置的热经济性。 汽轮机的出现推动了电力工业的发展，到20世纪初，电站汽轮机单机功率已达10兆瓦。随着电力应用的日益广泛，美国纽约等大城市的电站尖峰负荷在20年代已接近1000兆瓦，如果单机功率只有10兆瓦，则需要装机近百台，因此20年代时单机功率就已增大到60兆瓦，30年代初又出现了165兆瓦和208兆瓦的汽轮机。 此后的经济衰退和第二次世界大战期间爆发，使汽轮机单机功率的增大处于停顿状态。,6,第一章 汽轮机的发展史,50年代，随着战后经济发展，电力需求突飞猛进，单机功率又开始不断增大，陆续出现了325600兆瓦的大型汽轮机； 60年
4、代制成了1000兆瓦汽轮机； 70年代，制成了1300兆瓦汽轮机。现在许多国家常用的单机功率为300600兆瓦。,7,第二章 汽轮机本体,第一节 汽轮机的基本概念及分类 汽轮机是利用蒸汽热能来做功的旋转式原动机 1、工作原理：蒸汽进入汽轮机喷嘴膨胀降压增加流速按一定的方向喷射出来（将蒸汽的热能转变成动能），进入叶片推动叶轮旋转（蒸汽的动能转变成转子的旋转机械能）并拖动风机或发电机旋转。 2、特点 ：功率大、转速高、效率高、运行平稳、使用寿命长,8,第二章 汽轮机本体 第一节 汽轮机的基本概念及分类,一：汽轮机的分类 1、按工作原理分 a、冲动式：蒸汽的热能转变成动能的过程，仅在喷嘴中发生，而工
5、作叶片只是把蒸汽的动能转变成机械能的汽轮机，叫冲动式汽轮机。 b、反动式：蒸汽的热能变为动能的过程不仅在喷嘴中发生，而且在叶片中同样发生的汽轮机，叫反动式汽轮机 2、按汽轮机所具有的级数分单级汽轮机、复速级汽轮机和多级汽轮机。 所谓汽轮机的级：是由一段喷嘴与其后边的一级动叶片组成，用来完成蒸汽转变成机械功全过程的基本单元。 单级汽轮机用来拖动油泵或给水泵 复速级汽轮机即双列汽轮机 随着汽轮机越来越趋向高温、高压、大功率，单机汽轮机等已不能满足工业的需求，所以多级汽轮机就应运而生，下边所讲的汽轮机都是多级汽轮机。,9,第二章 汽轮机本体 第一节 汽轮机的基本概念及分类,3、按蒸汽在汽轮机内部流动
6、的方向分： 轴流式汽轮机、辐流式汽轮机、周流式汽轮机 轴流式汽轮机：蒸汽在汽轮机内流动的方向和轴平行，现各电厂运行着的汽轮机多是这种气轮机。 4、按汽缸的数目分 单缸汽轮机、双缸汽轮机、多缸汽轮机 5、按汽轮机的热力特性分 凝汽式汽轮机、调整抽气式汽轮机、背压式汽轮机、抽背式汽轮机、补汽式汽轮机及中间再热式汽轮机,10,第二章 汽轮机本体 第一节 汽轮机的基本概念及分类,6、按汽轮机的用途分 电站汽轮机：用来发电或热电联产的汽轮机 工业汽轮机：用来带动水泵、油泵、鼓风机等的汽轮机 船用汽轮机：作为船舶的动力装置，用以推动螺旋桨 7、按进气压力分 低压气轮机：新蒸汽压力 1.21.5Mpa 中压
7、汽轮机：新蒸汽压力 24Mpa 次高压汽轮机：新蒸汽压力 56Mpa 高压汽轮机：新蒸汽压力 610Mpa 超高压汽轮机：新蒸汽压力 1214Mpa 亚临界汽轮机 ：新蒸汽压力 1618Mpa 超亚临界汽轮机：新蒸汽压力 大于22.17Mpa,11,第二章 汽轮机本体 第二节 国产汽轮机的型号,1.国产汽轮机类型的代号 N: 凝汽式 C: 一次调节抽汽式 CC: 两次调节抽汽式 B: 背压式 CB: 抽汽背压式 H: 船用 Y: 移动式 k: 空冷式 2.国产汽轮机的型号表示方法 变型设计序数 蒸汽参数 额定功率（MW） 汽轮机型式（代号）,12,第二章 汽轮机本体,第三节 汽缸及热膨胀 一、
8、汽缸的用途和构造 1、作用： a、将汽轮机的通流部分与大气隔开，保证蒸汽在汽轮机内完成其做工过程。 b、承受汽轮机目些静止部件的重量（隔板、喷嘴、汽封套等） 2、构造：中小型汽轮机采用单层缸，呈圆筒结构，具有水平中分面，分成上、下缸，用螺栓连接：汽缸为减少优质材料的消耗，还将汽缸分为高、低压缸。高压缸内蒸汽压力、温度较高，使用较好的铸钢，低压缸内的压力、温度相对较低，用一般铸钢制造，高低压缸之间用螺丝连接并加以密封焊。汽缸水平面的严密性要求严格，结合面处用0.05mm的塞尺不能塞入。上汽缸的高压端设有进气室，下缸设有抽气口、疏水口，上下缸均车有放置隔板用的隔板槽，汽缸两端中心孔处车有放置汽封套
9、的凹槽。,13,第二章 汽轮机本体,二、汽缸受力分析 1、由于汽缸内外的压力差，是汽缸壁上承受一定的作用力 2、隔板和喷嘴加于汽缸的力 3、汽缸及汽缸上固定部件的重量 4、轴承座与汽缸铸为一体或轴承座与螺栓连接下汽缸的机组，转子的重量和转子转动是得不平衡力 5、小型机组的主气门、新蒸汽管道与汽缸连接，对汽缸盖的作用力 6、汽缸在运行中存在温度差引起的热应力,14,第二章 汽轮机本体,三、汽缸所承受的热应力 1、当负荷变化，机组各级温度、压力都要变化，于是汽缸沿长度方向产生温度差，使汽缸材料的热应力增大 2、由于汽缸内外的温度差，造成汽缸壁上的热应力 3、由于汽机高压端采用部分进气，使汽缸壁沿横
10、断面方向的温度不同，从而造成材料内部的热应力 4、启动、停机，上下汽缸存在温差，形成汽缸沿横断面方向的热应力和热变形 5、汽机的热应力和热变形，在负荷剧烈波动时最大，也最危险，如迅速停机、急速启动、暖机不良等,15,第二章 汽轮机本体,四、汽缸的热膨胀及滑销系统 1、汽缸膨胀不合理的进行，造成问题 a、汽缸热应力过大，引起汽缸变形和裂纹，造成汽轮机振动加剧，汽缸漏气，严重时使汽缸无法工作 b、汽缸内轴向和径向间隙改变，有时会造成汽封和动、静叶碰撞的严重事故 2、为满足运行要求，汽缸的热膨胀应满足以下 a、温度变化，汽缸和转子的中心必须始终保持一致，不能引起振动和动静部件的摩擦 b、温度变化，不
11、会引起汽缸、轴承座等有关部件的变形、裂纹 c、汽轮机转子和静止部分的轴向间隙合乎要求，保证运行的安全、经济。,16,第二章 汽轮机本体,为满足以上要求，所以设置了滑销系统 横销：引导汽缸沿横向膨胀 纵销：引导汽缸沿轴向膨胀并推动前轴承座轴向移动，并保持轴承座与汽缸中心线一致 立销：引导汽缸沿垂直向膨胀，并保持汽缸和轴承中心一致 悬臂横销（猫爪）：保证汽缸在横向方向自由而正确的膨胀，同时随着汽缸在轴向的膨胀和收缩推动前轴承座前后移动，保持转子与汽缸的轴向相对位移 角销：代替连接前轴承箱与基础台版的螺丝，它还有和纵销相同的作用 斜销：一种辅助滑销，能起纵向和横向的双重作用 死点：位于横销与纵销中心
12、线的交叉点。这个点在机组运行中是始终不动的，所以称为死点。,17,第二章 汽轮机本体,五、怎样在运行中发现汽缸变形 1、汽缸变形，可能造成汽缸水平或垂直接合面不严密而漏气，多发生在高、低压端轴封附近，有时因蒸汽漏入轴承而破坏润滑 2、低压缸变形严重，空气会漏入凝结器破坏真空 3、汽缸变形严重时，会造成轴封的磨损和气缸内动、静部分的碰撞，并是震动加大 六、造成汽缸变形的原因 1、运行中，汽缸温度长时间超过材料允许的温度 2、汽缸隔板与汽缸壁间隙过小，使隔板膨胀时抵住汽缸壁 3、汽缸外部的保温不好或部分脱落，造成汽缸各部温度偏差过大 4、滑销系统卡涩，不能保证机组正常膨胀,18,第二章 汽轮机本体
13、,七、怎样发现汽缸裂纹 汽缸出现裂纹时，首先是汽缸保温材料局部潮湿、渗水，然后是逐渐漏气，低压缸裂纹会漏入空气，破坏真空 八、汽缸裂纹的原因 1、汽缸材料质量不好 2、机组运行方式不合理，如暖及不良开机，负荷剧烈波动，汽机长受水击、排气温度过高、汽缸突然遇冷 3、汽轮机长时间剧烈震动 4、转动部件损伤后，强力冲击汽缸,19,第二章 汽轮机本体,九、运行中怎样预防汽缸裂纹和变形 1、根据汽缸材料和特点，科学的制定其工作最高点，运行中严格注意，不允许长时间超过此温度 2、尽量防止汽轮机运行方式剧烈变化 3、定期监视汽缸各处的热膨胀值 4、保持滑销的清洁 5、监视汽缸接合面有无漏气、渗水现象 6、保
14、持汽缸保温的完好 7、注意机组各处的振动和异音，发现异常及时分析处理,20,第二章 汽轮机本体,第四节 喷嘴和隔板 喷嘴分为：减缩喷嘴、渐放喷嘴 作用：把蒸汽的热能转变成动能，也说是说使蒸汽膨胀降压，增加流速，按一定的方向喷射出来，进入动叶片做功。 调节级喷嘴：喷嘴通常根据调速气门的个数成组布置，这成组布置的喷嘴又叫喷嘴弧段 每一调速气门控制一组喷嘴组的进气量，用它来调节汽轮机的进气量，所以又称调节级喷嘴,21,第二章 汽轮机本体,二、隔板 作用：隔开相邻的压力级，组成若干汽室，保持各级前后的压力差和装设静叶 组成：隔板体、静叶、隔板外缘和隔板轴封 隔板上的静叶可采用全周进气，也可采用部分进气
15、方式，隔板制成上下两部，在水平结合处连接，各装在上下缸的凹槽内，为保证开大缸时不掉下来，在上汽缸左右水平结合面处用销钉和埋头螺栓紧固在汽缸上，同时还能防止工作时隔板转动,22,第二章 汽轮机本体,三、为什么小型机组喷嘴多采用部分进气 因高压蒸汽的比容小，在满足汽轮机所需蒸汽量的情况下，需要的蒸汽通流面积较小，故在保证喷嘴和叶片一定高度的情况下，减少喷嘴的数目和弧段 四、隔板的受力 1、隔板前后有压力差，产生的有隔板中心向四周的弯曲力，这个力很大，如：外径1000mm、中心孔内径250mm的隔板，当压力差等于0.1Mpa，隔板的受力是75t 2、隔板上的静叶喷射蒸汽的反作用力，这个作用力与汽轮机
16、的转向相反,23,第二章 汽轮机本体,第五节 动叶片 1、作用：把蒸汽的动能转变成旋转机械能 组成：叶根、工作部份、叶顶 2、拉筋、围带 作用：改变叶片的刚度，改善叶片的震动性能，避开危险的共振 3、高压段采用部分进气： a、当叶片转到有喷嘴的地方才能工作，在没有喷嘴的地方，叶片间仅有少量滞流的蒸汽，这样有喷嘴中的蒸汽，首先要将滞留在叶片中的蒸汽排除后，才能进入动叶片做工，因此消耗部分工作蒸汽的动能，即为，斥汽损失 另外，在喷嘴附近还要发生抽吸作用，也要消耗工作蒸汽的动能， b、当动叶转至无喷嘴的地方，动叶片也要出现鼓风现象，造成轮轴上的机械功消耗这种损失叫鼓风损失，进气度越小时，鼓风损失越大,24,第二章 汽轮机本体,4、为减少鼓风损失，在部分进气级上没有喷嘴的地方设置护罩 5、导向叶片：热焓降很小，主要改变汽流的方向。装在导
