工业汽轮机讲义

1、工 业 汽 轮 机第一节 简介 汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式热能动力机械，具有效率高、功率大、转速容易控制、寿命长、运转安全可靠等优点，因此被广泛地应用在发电、冶金、石油化工、交通运输、轻工业等行业。随着技术的进步特别是国外先进设备技术的引进和消化吸收，工业汽轮机在我国得到了更为广泛的推广和应用。 工业汽轮机是指除中心电站汽轮机、船舶汽轮机以外的其他汽轮机，其中包括工矿企业采用的用于驱动泵、风机、压缩机等机械的汽轮机，以及用于工厂自备电站的汽轮机。在化工装置中应用的工业汽轮机，所需的蒸汽主要来自生产装置中的废热锅炉，不足部分才由辅助锅炉或快装锅炉补给，充分利用了化工生产中工艺反应的余热，另外选

2、用不同型式的工业汽轮机，可将不同压力等级的蒸汽供给工艺需要和热用户，实现了工厂热能的综合利用，提高了工厂的经济效益。化工装置中应用的工业汽轮机，具有数量多、品种杂、用途广、高参数、大容量、高转速、变转速、单系列运行自控联锁程度高的特点。1 基本概念和分类1.1 基本概念 (1）工业汽轮机装置工业汽轮机装置的基本组成如图31-1所示，工业汽轮机装置是以蒸汽为工作介质的旋转式热能动力机械，它必须与其他设备一起协调配合工作，图中表示了工业汽轮机装置的四个最主要的设备，即锅炉、汽轮机、冷凝器和给水泵。给水泵给锅炉提供产生蒸汽用的水，一旦发生故障，锅炉给水将中断，被迫停炉，无法继续生产。锅炉是产生高温高

3、压蒸汽的设备，有快装锅炉、辅助锅炉和废热锅炉等。过热器将锅炉汽包送来的饱和蒸汽继续加热，在原有的压力下再提高温度变为过热蒸汽，然后送人蒸汽管道使工业汽轮机作功。工业汽轮机是利用蒸汽对外作功的设备，从过热器过来的高温高压蒸汽，流经汽轮机后，压力和温度都要降低，产生膨胀作功，蒸汽的热能变为机械功，由工业汽轮机轴端输出，驱动压缩机、泵等工作机械。凝汽器又称冷凝器，是冷凝式工业汽轮机中工作介质的低温放热源。在工业汽轮机中作完功的蒸汽，排到冷凝器内，在一定压力下将汽化潜热释放给冷却水，蒸汽凝结成水，并在冷凝器中形成了真空。冷凝水由冷凝水泵抽出，经锅炉给水泵后再送给锅炉，作为锅炉给水。冷凝器有两个作用：一

4、是蒸汽回收，冷凝成水后再供给锅炉，循环使用，这样可降低运行成本，提高经济效益；二是建立并保持工业汽轮机排汽出口的高度真空，增大蒸汽的可用热焓降，从而提高工业气轮机的功率和循环热效率。但在背压式汽轮机的排气压力高于大气压力，可以直接供给其它设备使用，一般不需要冷凝器了。1.2 工作原理 汽轮机将蒸汽的热能转变为机械功通常是通过冲动作用原理和反动作用原理这两种方式实现的。 （1）冲动作用原理 冲动式汽轮机最简单的结构如图312所示，由一个喷嘴和一级装配有一圈动叶片的叶轮组成。从喷嘴1中喷出的高速汽流冲击在装于叶轮3上的动叶片4上，从而使叶轮转动。图313所示为一动叶片工作的示意，如果用一个直立的平

5、板，让高速汽流冲击到其表面上，平板由于受汽流的冲击作用而发生运动，但因在平板的表面附近产生了很大的扰动和涡流损失，如图313（a）所示，使蒸汽中大量的有用能量得不到很好的利用，以致造成浪费所以经过大量的实践改进，现在汽轮机的动叶片都做成弯曲形。要想使产生的作用力最大，就必须使蒸汽的喷射方向同动叶片的运动方向一致，然后以相反方向流出如图313（b）所示。 动叶片的受力析如图314所示汽流以c1 速度流向由动叶片构成的圆弧形流道后，便沿着内弧逐步改变其流动方向，最后以C2速度流出流道。当动叶片固定不动时，C1和C2大小相等方向相反。当汽体流经动叶片的曲面时，实际上在作匀速圆周运动，因此每一个蒸汽微

6、团都受到动叶片流道弧面作用的向心力作用，同时根据牛顿第三定律，动叶片也受蒸汽微团一个大小相等、方向相反的离心力作用。假设1点处蒸汽微团的离心力为F；，可分解为轴向分力F1z和运动方向的分力F1u。同样在2点处蒸汽微团的离心力为F2，可分解为轴向分力F2z和运动方向的分力F2u，其余各点力均可这样分解，如图所示。因F1z和F2z大小相等、方向相反，相互抵消，同样其余对称各点的轴向力也相互抵消，即在弯曲面运动方向分力之和为 F1u十F2u十=FiuF 在力F作用下动叶片右移，通过叶轮与轴产生旋转运动。力F称为冲动力，这就是汽轮机的冲动作用原理，采用冲动原理工作的汽轮机称冲动式汽轮机。 （2）反动作

7、用原理 火箭发射时，燃料燃烧产生的高压气体从火箭尾部快速排出，如图315所示。高压气体作用在火箭内侧壁的力互相抵消，而向上作用在未燃烧物质上的力却未抵消，此力推动火箭向上运动。气体高速从容器中流出时，给容器一个与气体流动方向相反的力Fre，此力称为反动力。用反动力作功的原理称为反动作用原理，采用反动原理工作的汽轮机称反动式汽轮机。 在实际汽轮机中，由于机械结构等方面的限制，使从喷嘴中流出来的汽流，不能与动叶片运动方向完全相同，而是有一定夹角。动叶片也不是一个简单的半圆弧，而是由好几段曲线组成，但其基本原理不变。在反动式汽轮机中，喷嘴和动叶片都做成截面逐渐收缩的汽流通道，蒸汽在喷嘴和动叶片中都要

8、降压、膨胀和加速，如图316所示为反动式汽轮机的一个级的断面示意，蒸汽在喷嘴中膨胀升速，以较高的速度C1进人动叶片流道，动叶片就受到由于冲动原理产生的冲动力F冲。又由于汽流在动叶片流道中压力由P1降至P2，继续膨胀加速（相对于动叶片），蒸汽以更高的速度C2由动叶片中排出，根据反动作用原理动叶片又受到反动力F反。F冲与F反的合力为Fu。此外，动叶片前后有压差，也在动叶片上引起一个轴向力 F轴，Fu与 F轴的合力为 F总，这就是作用在动叶片上的总力，F总沿叶片运动方向的分力，使动叶片向左运动，推动转子转动对外作功。由此可见，反动式汽轮机同时利用了冲动和反动两种作用原理。第二节 汽轮机的特点与结构一

9、、汽轮机的特点： 泵和压缩机都需要原动机来驱动，没有原动机输出功，泵和压缩机就不可能运转，因此，泵和压缩机的操作运行的好坏与原动机有着密切的关系。原动机有电动机、蒸汽机，内燃机、汽轮机等。目前炼油、化工装置中常用的是电动机和汽轮机。汽轮机的投资比电动机高，结构和维修都比电动机复杂，但汽轮机有如下优点： 1汽轮机转速高，高速汽轮机的转速在10000rmin以上，可直接与离心泵或离心压缩机联结；电动机的最高转速只能达到3000rmin,与离心泵或离心压缩机联结时，还必须有增速设备。 2汽轮机的转速可在一定范围内变动，增加了调节手段和操作的灵活性，而电动机的转速是固定的，调速也需增加调速设备。 3汽

10、轮机驱动适应输送或压缩易燃易爆介质，即使有泄漏，也不会由原动机引起事故，而电动机驱动必须采取有效地防爆措施。 4汽轮机用蒸汽，可由炼油化工厂自备热电厂提供，动力来源比较稳定，而电动机要受电力网的影响。正由于汽轮机可直接驱动较大型的高速炼油、化工生产机器（高速旋转的各类泵、压缩机等）。而且具有启动扭矩大，容易实现转速调节，无易燃易爆危险、能较好地利用工厂余热、操作可靠等特点，所以在炼油化工行业得到广泛应用。 炼油、化工厂汽轮机的蒸汽系统与生产用汽常常联成一体。二、汽轮机的分类汽轮机有各种分类方法，大体归纳如：表61三、汽轮机的结构 汽轮机的结构一般由静止部分和转子部分所组成。静止部份包括：基础、

11、机座、汽缸、喷咀、隔板、汽封及轴承等部件。转动部分是指转动部件的组合称为转子。它由主轴、叶轮、动叶栅、联轴器及装在轴上的其它零件组成。如图6l1.调速阀 2.油动机 3.外缸 4.轴封 5.喷嘴 6.内缸 7.伺服油泵 8.轴瓦 9.前瓦 10.前支撑体 11.油封 12.轴封 13.高压轴封 14.低压轴封 15.联轴器 16.后瓦 17.油封 18.保护气套 19.二级叶轮 20.一级叶轮 21.排出端为保证汽轮机的安全运行，汽轮机还有供油系统，调节系统和保护系统。第三节 汽轮机主要零部件的结构与作用一、基础与机座基础是由钢筋混凝土构成的整体结构。其型式根据机组的结构特点及大小而定。基础主

12、要承受着汽轮机、凝汽器、工作机（及冷却器）等的重量，此外还承受着由于机组的转动部分质量不平衡所引起的离心力。机座（台板）是用来支承机组并使其牢固地固定在基础上的部件。小型机组采用整块式台板，是用铸铁浇铸的空心结构。台板与基础之间置有垫铁，汽缸找平后，拧紧地脚螺栓，然后在空心台板内灌入混凝土，使台板牢固地固定在基础上。连接台板与基础的地脚螺栓一般有双头螺栓和带钩式螺栓两种型式。二、汽 缸1汽缸的作用及受力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。汽缸内部装有喷咀室、喷咀、隔板套、隔板和汽封等零部件，汽缸外部装有调节汽阀及进汽、

13、排汽和回热抽汽管路。汽缸的受力情况比较复杂，而且随着汽轮机的运行工况改变而变化，为了掌握正确地运行方式，保证机组的安全，必须了解汽缸在工作时的受力情况。汽缸在工作时承受的作用力主要有：（1）汽缸内外的压力差，使汽缸壁承受一定的作用力。（2）隔板和喷咀作用在汽缸上的力，这是由隔板前后的压力差及汽流流过喷咀时的反作用所引起的。（3）汽缸本身和安装在汽缸上零部件的重量。（4）轴承座与汽缸铸成一体或轴承座螺栓连接下汽缸的机组，汽缸还承受着转子的重量及转子转动时产生的不平衡力。（5）进排汽管道作用在汽缸上的力。（6）汽轮机在运行中，汽缸各部分存在着温度差引起的热应力。因此，在考虑汽缸结构时，必须保证汽缸

14、有足够的强度和刚度，保证各部分受热时自由膨胀，根据汽流压力、温度和容积的变化要求通流部分有比较大地流通特性；在满足强度和刚度的情况下，尽量减薄汽缸和法兰壁的厚度，力求汽缸形状简单、对称。在汽轮机运行时，必须合理地控制汽缸的温度变化速度，以避免汽缸产生过大的热应力和热变形及由此引起的汽缸结合面不严密或汽缸裂纹。2汽缸的结构根据机组的功率不同，汽轮机有单缸和多缸结构。我国生产的功率10万千瓦以下的汽轮机多采用单缸结构。汽缸从高压向低压方向看，大体呈圆筒形或园锥形。为了便于加工、安装及检修，汽缸一般做成水平剖分式，即分为上、下汽缸，水平结合面通常用法兰螺栓连接。3汽缸的支承及滑销系统（1）气缸是支撑

15、在台板上，台板通过垫铁用地脚螺栓固定在基础上。汽缸的支承方式一般有两种:一种是气缸通过轴承座支撑;另一种是通过其外伸的撑脚直接放置在台板上。汽缸与轴承座的连接方式有：（1）汽缸与轴承座作成一体。（2）汽缸与轴承座采用半法兰连接。（3）汽缸与轴承座采用猫爪连接。这种方式能保证汽缸自由膨胀和不会使轴承座温度升高过多，因此得到广泛应用。（2）滑销系统汽轮机在启动、停机和运行中，汽缸温度变化很大，随着汽缸各部温度的变化，各部件将产生膨胀和收缩。为了保证汽轮机自由地膨胀，并保持汽缸与转子中心一致，均装有滑销系统。根据滑销的构造、安装位置和不同的作用可分为（1）纵销：其作用是允许汽缸沿纵向中心线自由膨胀，

16、限制汽缸向中心线的横向移动。（2）横销：其作用是允许汽缸在横向能自由膨胀。一般装在低压缸排汽室的横向中心线上。（3）立销：其作用是保证汽缸在垂直方向能自由膨胀，并与纵销共同保持机组的纵向中心不变。（4）猫爪横销：其作用是保证汽缸能横向膨胀，同时随着汽缸在轴向的膨胀和收缩，推动轴承座向前或向后移动，以保持转子和汽缸的轴向相对位置。猫爪横销和立销共同保持汽缸中心与轴承座中心的一致。三、喷咀及隔板 1喷咀组 汽轮机第一级的喷咀通常由若干个喷咀组成喷咀组固定在单独设置的喷咀室上，第二级以后的各级喷咀装在隔板上。第一级喷咀分成数目不同的弧段，直接受各调速汽门的控制，用它来调整汽轮机进汽量的多少，因此，第

17、一级喷咀又称调节级喷咀。 2隔板 隔板是用来固定喷咀汽片，并将整个汽缸内间隔成若干个汽室，隔板在汽缸壳体内与汽缸壳体或内机壳组成气道，即形成扩压器、弯道及回流器。隔板由隔板体、喷咀汽片和隔板外缘等部分组成。隔板通过外缘直接安装在汽缸或隔板套内专门的凹槽中，为了检修方便，隔板沿水平分剖为上、下两半。四、汽封汽轮机通汽部分的动、静机件之间，为了避免碰磨，必须留有一定的间隙。而间隙的存在又要导致漏汽，使汽轮机的效率降低。为解决这一矛盾，在汽轮机动、静机件的有关部位设有密封装置，通常称为汽封。汽封的结构形式一般用迷宫汽封。迷宫汽封由若干个依次排列的环形密封齿组成，与轴形成一系列节流间隙和膨胀空腔，对通

18、过的汽体产生节流效应而起密封作用。五、轴承（1）分类 根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类，每一类轴承按其所能承受的载荷方向的不同，又可分为支持轴承（承受径向载荷）、止推轴承（承受轴向载荷）和支持止推轴承（同时承受径向载荷和轴向载荷）等。滑动轴承按其摩擦状态可分为非流体滑动轴承（干摩擦和半干摩擦）和流体润滑轴承（流体摩擦），按照获得流体摩擦状态的方法不同，流体润滑轴承又分为动压轴承和静压轴承两种。动压轴承就是依靠本身轴颈（或止推盘）的回转，把润滑油带人轴（或止推盘）与轴承之间，建立起油压而把轴支撑起来（或承受转子的轴向推力）的轴承。静压轴承就是用泵向轴与轴承之间输人压

19、力油，把轴支撑起来的轴承。 对于工业透平机械（汽轮机、离心压缩机），从承受载荷的角度来说，常用的是支持轴承和止推轴承两类。支持轴承的作用是承受转子重量和其他附加径向力，保持转子转动中心与汽缸中心一致，并在一定的转速下正常运行。止推轴承的作用是承受转子的轴向力，限制转于的轴向窜动，保持转子在汽缸中的轴向位置。从轴承的工作原理角度来说，普遍采用动压轴承。 汽轮机、离心压缩机转速很高，它们的支持轴承线速度一般在50m/s以上，止推轴承线速度一般在 80m/s以上，均属于高速滑动轴承，所以对轴承的要求是安全可靠、运行稳定、抗振性好、使用寿命长，尤其突出的是要求高度可靠。与其他轴承相比，动压轴承能够更好

20、地满足这些要求。 （2）动压轴承的工作原理 动压轴承在运行过程中，轴承与轴颈之间会形成一层薄薄的油膜，这层油膜可以使轴浮起来。对于止推轴承，在止推轴承和瓦块之间形成楔状间隙，止推盘旋转，由于润滑油有一定的黏性，止推盘把油带进这个间隙中，进油口大，出油口小，便在油楔中形成油模压力，承受转子的轴向推力。同样，在径向轴承运行过程中，由于轴颈不停地回转，轴颈便把润滑油带人轴颈与轴承之间，从而形成了一层薄薄的油膜。由于轴颈与轴承中心并不同心，而是有一个偏心，这种楔形油膜可使沉重的轴浮起来。 概括来说，动压轴承为了获得液体润滑，在结构上必须满足有楔形间隙的要求，使进油口大与出油口小。轴承油膜的形成以及产生

21、油膜压力的大小受轴的转速、润滑油的黏度、轴承间隙和轴承承受的负荷等因素的影响。一般来说，轴的转速越高，油的黏度越大，被带进的油就越多，油膜压力就越大承受的载荷也就越大但是，油的黏度过大，会使油分布不均匀，增加摩擦损失，不能保持良好的润滑效果。轴承间隙过大，对油膜形成不利，并增加油的消耗量；轴承间隙过小，又会使油量不足，不能满足轴冷却的要求。一定的轴承结构，在一定的转速下，只能承受相当的负荷，如果负荷过大，油膜形成会很困难，当超过轴承的承载能力时，轴瓦就会被烧坏。 （3）常用的径向轴承 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为最多。圆

22、瓦轴承的优点是结构简单，但高速稳定性差，只能用于中、小型和低速汽轮机中。椭圆瓦轴承同圆瓦轴承相比，其优点一是运行中形成上、下两个油膜，垂直方向稳定性好，二是油量大，轴承散热性好；缺点是功耗稍大，多应用于中型、轴承比压较高的汽轮机。多油楔固定轴承的优点是轴承的各方向抗振性均好、轴承温升低、不易发生油膜振荡，多用于高速工业汽轮机。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（旋转的轴颈在滑动轴承中，带动润滑油高速流动，在一定条件下高速油流反过来激励轴颈，产生一种强烈的自激振动现象）问题。多应用于高速轻载工业汽轮机。 近年来在高

23、速透平机械上主要采用了可倾瓦轴承。可倾瓦轴承主要由轴承壳、两侧油封和可以自由摆动的瓦块构成。这种轴承由三个或更多个瓦块所组成，一般是五块瓦。轴瓦可以摆动。图3119所示是五块瓦的可倾瓦轴承。沿轴颈的周围均匀分布五个瓦块，各自可以绕自身的一个支点摆动。在轴颈的正下方有一个瓦块，以便停机时支撑轴颈及冷态时用于找正。瓦块与轴颈有正常轴承间隙量，一般取相对间隙的12220。每块瓦的外径都小于轴承壳体的内径。瓦背圆弧与壳体孔是线接触，它相当于一个支点。当机组转速、负荷等运行条件变化时，瓦块能在壳体的支撑面上自由地摆动，自动调节瓦块位置，形成最佳润滑油楔。为了防止轴瓦随轴颈沿圆周方向一起转动，每个瓦块上都

24、用一个装在壳体上并与轴瓦松配的销钉或螺钉来定位，图3119中的定位销在瓦块中间，也有不在中间的，进油道至定位销的距离比出口边至定位销的距离大。为了防止轴瓦沿轴向和径向窜动，把瓦块装在壳体内的T形槽中。瓦块浇注有巴氏合金，巴氏合金厚度为0825mm。为了保证巴氏合金与瓦块紧密贴合，在瓦块上预制出沟槽。轴承壳体上下水平剖分，安装在轴承座内，并用螺栓和定位销钉定位以保证对中，为了防止轴承壳体转动，装有一个径向定位销钉。一般情况下，轴承壳体外径紧配在轴承座内。也可以把轴承的外壳做成凸球面，装在轴承座的凹球面的支承上与其相吻合，从而轴孔壳体可以自动调位，以适应轴的弯曲和轴颈不对中时所产生的偏斜。轴承的进

25、油口数各不一样，有的轴承只有一个进油孔，有的轴承采用瓦块与瓦块间都有进油孔，但总是布置在不破坏油膜的地方。润滑油沿轴向排出去。在轴承两端的壳体上有一个凹槽相通的排油孔，润滑油集中到凹槽中，经过排油孔流回油箱，也有的从上方排油孔排出。可倾瓦轴承与其他轴承相比，其特点是由多块瓦组成，每一瓦块可以摆动，因而使可倾瓦轴承在任何情况下有利于形成最佳油膜，不易产生油膜振荡。 （4）常用的止推轴承 在工业汽轮机上常用的止推轴承有米楔尔止推轴承和金斯伯雷止推轴承，这些轴承的共同特点是有多个活动的止推瓦块，在瓦块后有承力点，止推瓦块可以绕支点摆动，以形成最佳状态的润滑油膜。米楔尔止推轴承止推块同基环直接接触，是

26、单层的；金斯伯雷止推轴承是止推块下还有上、下水准块，然后才是基环，是三层结构，分别如图3l20和图3121所示。米楔尔止推轴承的优点是结构简单，轴向尺寸小；缺点是当瓦块厚度稍有差别或轴承基环同止推盘平行度有误差时，每瓦块间负荷不能调节，会造成部分瓦块过载。米楔尔轴承主要包括轴向剖分的上下轴承壳体以及两个瓦环。若干块可倾瓦组成一个瓦环，瓦环直接通过止推轴承壳体和村环，将透平转子的轴向推力传给轴承壳体。可倾瓦块与转子止推盘接触的一面材有巴氏合金，其厚度应小于汽轮机动、静部分间的最小轴向间隙，目的是一旦巴氏合金熔化后，止推盘尚有钢圈支撑着，短时间内不致引起汽轮机内动、静部分碰伤，一般巴氏合金厚度为1

27、15mm。向旋转方向倾斜，这样，通过转子止推盘和可倾瓦表面的相对运动，止推盘和可倾瓦之间便形成油楔。由于可倾瓦这种布置方式，可出现最佳的润滑间隙。通过安装径向圆销防止了可倾瓦向切线方向移动。止推轴承包括两个相同的、对称安装的可倾瓦环，分别承受两个轴向方向的推力，一个作主推力轴承用，它应迎着转子的轴向推力方向，一个作副推力轴承用，它承受由于启动或甩负荷时可能出现的反向轴向推力。金斯伯雷止推轴承的优点是瓦块间载荷分布均匀，调节灵活，能自动补偿转子不对中、偏斜；缺点是结构复杂，需要轴向安装尺寸较长。金斯伯雷止推轴承的结构中，止推瓦块下垫有上水准块，下水准块和基环。它们之间用球面支点接触，保证止推瓦块

28、，水准块可以自由摆动，使载荷分布均匀六、转子 转子的组成及作用：汽轮机中所有转动部件的组合体称作转子。包括：主轴、轴封、平衡毂、转毂、动叶片、止推盘、危急保安器、联轴器总承、测量盘等1转子的结构 转子的结构基本上有三种类型： （1）套装转子： 套装转子的结构如图64。这种转子是将主轴及叶轮分别加工制造，然后将叶轮热套（过盈配合）在主轴上。主轴加工成阶梯形，中间直径大、两端直径小，这样不仅有利于减少转子的挠度，而且便于叶轮的套装和定位，套装转子的优点是叶轮和主轴可以单独制造，故锻件小，加工方便，节省材料，容易保证质量、转子部分零件损坏后也容易拆换。其缺点是轮孔处应力较大，转子的刚性较差，特别是在

29、高温下，金属的里面蠕变容易使叶轮与主轴套装产生松动现象。因此，它适用于工作温度小于400转速较低的中、低压汽轮机。图 64 套装转子1油封 2汽封环（平衡毂） 3轴 4叶片 5叶轮整锻转子的结构如图65，这种转子的叶轮和主轴及其它主要零部件是用整体毛坯加工制成。主轴的中心通常钻有中心孔。其作用是用来检查整锻转子的质量，减轻转子的重量。整锻转子的优点是：叶轮与主轴作成整体，因此不会产生松动，能适应高温工作和快速启动的要求；装配零件少，结构紧凑，刚性较大。其缺点是：要求有生产大型锻件的专用设备，工艺、质量检验比较复杂、转子上零件损坏更换困难，甚至造成整个转子报废。汽轮机的高温转子均采用整锻转子。

30、（3）组合转子 组合转子是在同一转子上，高压部分采用整锻结构，中、低压部分采用套装结构，这种结构兼顾了整锻转子和套装转子的优点，因此，广泛用于高、中等功率的汽轮机上。如图66 还有焊接转子等。2叶轮结构 叶轮一般由轮缘、轮体和轮毂三部分组成。轮缘用来固定叶片，其结构根据叶片受力情况及叶根形状确定，大多数轮缘具有比轮体大的截面。轮毂是将叶轮套在主轴上的配合部分，故只有套装转子才有，其结构取决于叶轮在主轴上的套装方式。轮体是轮缘与轮毂连接的部分，其断面根据受力情况确定。轮体断面型线有等厚度叶轮、锥形叶轮、双曲线叶轮等。为了减少叶轮前的压力差，通常在叶轮的轮体上开有平衡孔。七、叶片 叶片是汽轮机最重

31、要的零件之一，这是因为： （1）叶片的结构型线对汽轮机效率有直接影响；（2）叶片的工作条件恶劣，受力情况复杂，故其事故较高、数量较大、加工量大。因此，要求叶片具有良好的流动特性，足够的强度及满意的转动特性，合理的结构和良好的工艺性能。叶片的类型与结构叶片的类型很多，按工作原理可分为冲动式和反动式两大类，按叶片的截面形状还可分为等截面和变截面（扭曲）叶片，按制造工艺可分为铣制、轧制、模锻等类型。叶片由叶型、叶根和叶顶三部分组成。图67所示为轧制叶片和铣制叶片的结构。 （1）叶型部分 叶型部分是工作部分，相邻叶片的叶型部分组成蒸汽的流道。 （2）叶根部分 叶片通过叶根固定在叶轮上，叶根与叶轮的连接

32、应该牢固可靠，而且应保证叶片在任何运行条件下不会松动。叶根有T型、菌型、叉型、枞树型等。 （3）叶顶部分 汽轮机的叶顶部分通常装有围带，它将若干个叶片联成叶片组。第四节 汽轮机的调节及油系统当汽轮机轴直接与泵、鼓风机、压缩机等机器相连结时，这些机器的负荷变化会引起汽轮机轴功率的变化。我们要求汽轮机能在各种可能遇到的运行情况下，安全可靠。又有较好的运行特性，在长期正常运行时要求有好的经济性。对于一般汽轮机要求在维持额定转速的条件下调变功率，以满足负荷需要。也就是汽轮机的功率应满足外界负荷的要求，才能维持转速的稳定。即N汽N负。否则，就不能维持转速稳定。如果发出的功率N汽高于N负。那么转速便要升高

33、。由此可见，要维持汽轮机的转数稳定的基本条件，仍是汽轮机的功率与负荷需要的功率取得平衡。 由于汽轮机的功率与蒸汽消耗量之间有一定的关系，负荷的变化就要引起汽轮机蒸汽消耗量的对应变化。所以，汽轮机的调节，可以通过一些机构来改变汽轮机的进汽量，以达到汽轮机功率的改变。调节系统的任务是：调节汽轮机的转速使之在稳定工况下的规定值维持不变，当负荷变化时，保证转速的偏差不超过所规定的范围。一 简单的调节系统（原理）如图68所示是最简单的调节系统简图。调速器1是离心飞锤式调速器，它的作用是感受转速变化的信号，它是由两个调速器轴旋转的飞锤和弹簧组成。它通过一组减速齿轮或蜗轮蜗杆传动，由汽轮机主轴带动。汽轮机转

34、动后，调速器跟着一起转动。飞锤由于绕调速器旋转而产生离心力。离心力的大小和它的旋转半径成正比又和它的转速平方成正比。当汽轮机在某一转速稳定进行时，飞锤由于离心力飞到一定位置，刚好使离心力同弹簧的收缩力以及滑环套筒等的总重量相平衡。当汽轮机转速有变化时，假如变高了，离心力就增加了，超过弹簧的收缩力，使飞锤向外飞出一些，在新的位置上重新平衡。这样汽轮机每一个不同的转速，调速器的飞锤就相应地有一个不同的位置。飞锤的位置由滑环a的位移变成调速器的行程。所以当转速变化时使a点上下移动。a点移动就是讯号。由于滑环的位移，使连杆ab以b点为支点作逆时针转动，并带动了错油门2的活塞向上移动，于是打开了通向油动

35、机去的油路，使从油泵来的高压油，经错油门流入油动机活塞3上部油室，而油动机活塞下部的油将被油动机活塞压向油箱。当油进人油动机上部时，此时调速阀4就关小了一些，减少了汽轮机的进气量，以满足负荷减小的需要。在调速阀门逐步关小，油动机活塞向下移动的同时，通过杠杆的作用使错油门活塞下移，至错油门活塞重新切断通往油动机的油口时油动机停止运动。调节汽阀达到负荷相适应的开度后，调节系统又重新达到稳定。当负荷增加时调节系统动作相反。图69为简单调节系统原理方块图。由上述过程看出，油动机活塞的动作是由错油门活塞动作所致，油动机活塞动作后又反过来影响错油门的动作，这种油动机活塞位移反过来影响错油门活塞位移的作用，

36、称为反馈。由于这种反馈使错油门活塞产生与原来方向相反的位移，称为负反馈，负反馈能使调节系统稳定。调节系统要处于稳定状态，错油门活塞就必须处在断开油路的位置，对于图69所示调节系统，则错油门活塞的支点o必须处在原来的断开位置，使错油门活塞回到原来断开位置这一任务是由反馈装置来完成的。 在上述简单的调节系统中，调节汽阀是由油动机操纵的，油动机的提升是由压力油的油压和油动机活塞的面积决定的，只要提高压力油的油压或增大油动机活塞的面积，就可获得足够大的提升力。而调速器只是用来操纵错油门的活塞可以做得较小，因而比较灵敏。由此可知，任何一个调节系统都是由感应机构（调速器）、传动或传动放大机构（如：简单调节

37、中的错油门、油动机及反馈装置）及配汽机构（调节气阀）等三部分组成二、全液压调节系统径向离心式泵调速器调节系统和旋转阻尼调速器调节系统都是全液压调节系统其原理如第一章第七节中液压传动工作原理。图为汽轮机调速器调节系统1.径向泵 2.压力变换器 3.错油门 4.油动机 5.调节汽阀 6.反馈油口液压传动原理示意图。它主要由径向泵1、压力变换器2、错油门3、油动机4和反馈油口6等组成。径向泵1在入口油压为一定时，其出口油压仅随转速改变而变化，故用来作为汽轮机调节系统的调速机构。当外界负荷减少时，汽轮机转速上升，装在汽轮机主轴上的径向泵出口油压Pl升高，压力变换器2的活塞上移，压力变换器的泄油口A面积

38、减小，二次脉冲油压Px升高。错油门3的活塞上移，压力油进人油动机活塞的下侧（上侧排油）油动机活塞上移，关小调节汽阀， 汽轮机功率减小，使机组功率与外界负荷相适应。在油动机活塞上移的同时，反馈油口6的泄油面积增大，二次脉冲油压Pr降低，当二次脉冲油压Px恢复到原来数值时，错油门活塞处于断开位置，调节系统重新稳定。外界负荷增加时，调节系统动作过程与上相反。三、液压传动系统的组成： 1驱动元件：为液压泵，它是供给液压系统动力和流量的元件。 2控制元件：为压力变换器，错油门，是控制液体流向的元件。还有控制压力的元件。 3执行元件：为油动机（液压缸） 4辅助元件：有油箱、滤油器、蓄能器，冷却器及阀门、连

39、接件等。四、液压传动的优点： （1）液压传动易获得较大的力或力矩，并易于控制。 （2）在输出同等功率的条件下采用液压传动，其体积小和重量轻，因此惯性小，动作灵敏，便于实现频繁的换向。 （3）液压传动可实现较大的调速范围，能较方便地实现无级调速。 （4）液压传动易于实现过载保护。 （5）液压传动因采用油液作为工作介质，对元件具有防锈性和自润滑能力，使用寿命长。 （6）液压传动便于布局，可较远距离操纵。 （7）液压传动易于实现系列化、标准化、通用化及自动化。五、液压传递的应用： 液压传动在机泵运行中是重要组成部分机泵的供油系统。 l. 油系统的组成：（以离心式压缩机组为例） 离心式压缩机组的油系统

40、是根据压缩机的结构、工作压力、输送介质及机组驱动方式的不同，设计的不同系统和供油方式。按油的作用，一般有润滑油系统、密封油系统、调节油系统和动力油系统。 （一）润滑油系统润滑油系统的作用是在轴承中及摩擦表面上形成油膜，对轴承、增速箱、齿轮联轴节起润滑作用，并带走这些部件在运转中所产生的热量。因此，油系统必须提供一定流量并具有一定压力的润滑油。由于离心式压缩机组转速很高，油中若含有杂质、污物，将严重损坏轴瓦，轴颈、齿轮等。因此，对润滑油的清洁度有严格的严求。（二）密封油系统高压离心式压缩机或工作介质是有毒、易燃、易爆气体的离心式压缩机，往往采用浮环密封或机械密封等轴封结构。在这些机构中，密封油将

41、通过轴与浮环、动环与静环的间隙，而这些间隙都是处在相对运动的动、静部件之间，不清洁的油将会磨损这些部件。所以，对密封油除了要求一定的油压外，对油的清洁度也有较高的要求。（三）调节油系统采用汽轮机驱动的压缩机，汽轮机的调速保安装置都是用油压进行控制的，它除了要求油压稳定外，还要求油质十分洁净。因为油中的杂质可能堵死错油门及起反馈或稳压作用的各细小油孔而使调节失灵。（四）动力油系统动力油是作为各动力缸的能源，如汽轮机的主汽门、调速汽门等，都是依靠动力油的压力推动缸活塞，通过连杆而动作的。上述各油系统的油，在正常运转时由主油泵（或备用油泵）将油箱的油吸入、加压、输进系统中，经过油冷却器、油过滤器，通

42、过各系统的调节间分别供给，如图1一53所示。2、主要设备（一）油泵图153 油系统示意图油系统一般有主油泵、备用油泵和事故油泵。对于高压的压缩机，由于有高压密封油系统，所以还有高压密封油泵。主油泵常用小型蒸汽透平驱动，备用油泵由电动机驱动。当主油泵万一停车或出口压力降低到一定值时，备用油泵即可自动启动。当主油泵和备用油泵因故障全停时，事故油泵自动启动，供给润滑油系统用油，以防止轴承等转动部件烧损。事故油泵的电动机用电由事故电源单独供给。目前，大机组的油系统已不设事故油泵。油系统停运，则主机停运。油泵的型式，根据油系统对油压和流量所需的高低和大小，以及对稳定性能的要求，可选用离心泵、螺杆泵或齿轮

43、泵。（二）油冷却器油冷却器常为不锈钢列管卧式热交换器，用以降低油温。一般设置两台，每台都可以单独运行，两台也可并联运行。通过调节冷却水量，使出油温度保持在 4045 C。（三）油过滤器由于压缩机组对油系统的清洁度要求很高，因此，除了油泵进口设有粗过滤网外，经冷却以后的油还要经过精细的过滤器。过滤器的网眼一般在1040um之间。（四）油箱油箱主要用作贮存油，保证油系统循环的需要，油箱的有效容积一般为油系统供油量的56倍。为守保持需要的油温，在油箱内设有加热装置。（五）油蓄压器在油系统中设有油蓄压（或蓄能）器（充氮气），其作用：一是微调稳定油系统的压力；二是当主油泵停车备用油泵启动瞬间，能够维持油

44、系统一定压力，不至造成压缩机组误停。（六）高位油槽常用的有密封高位油槽和润滑高位油槽。其作用：一是使轴封油具有稳定的压差。轴封油压与轴封气压的压差由高位油槽到轴中心油位差所决定。二是当遇到突然停止供油的情况时，密封油高位槽的油能自动供给轴封用，润滑油高位槽的油能自动供给轴承等机件润滑用，以保证压缩机安全停车。（七）密封油排放系统分离器（浮子分离器）通过装置将浮环密封、机械密封的漏油排放，将泄漏气通过装有孔板的管道放空或返回压缩机进口，以保证密封系统的正常运行。油分离器中装有一个浮球自排阀，当器内存油升到一定位置时，排放阀受浮球浮力作用自动打开排油，当油位降到一定位置，排放阀受浮球自重则关闭。

45、PGPL型调速器一调节系统的组成 感应机构 PGPL型调速器通过减速齿轮与汽轮机主轴相连，感受机组的转速信号。当转速变化时，调速器通过油动机活塞输出位移变化。通过控制风压信号或手动旋钮也可以使油动机活塞输出位移变化。把调速器看做一感应机构，油动机活塞的输出位移当做感应机构的输出信号。 信号转换机构 其任务是将PGPL型调速器输出的位移变化信号转换为二次油压的变化信号，主要部件是压力变换器。压力变换器的工作原理如图3144所示。该信号转换机构实际上是一通流放大机构，对感应机构输出的信号进行第一次放大。由控制油路来的高压油经限流孔板后分为两路，一路作为二次油压信号输出，另一路经压力变换器的阀套窗口

46、与随动活塞窗口的重叠部分流出。当工况稳定时，压力变换器排油量稳定二次油压也就保持不变。当阀套位置发生变化时，就改变了阀套同随动活塞的相对位置，即改变了排油面积，改变了排油量，输出的二次油压也随之改变。当阀套上移时排油面积增加，二次油压减小。而阀套向下移动时，排油面积减少，二次油压增加。当滑阀运动时，随动活塞也随之运动，直至使作用在随动活塞上的油压力与弹簧力达到一个新的平衡状态为止。 调速器的输出位移与压力变换器输出的二次油压之间存在着一定的比例关系。二次油压的变化取决于随动活塞的位置和弹簧的特性，所以可以通过调整弹簧的预紧力来调整二次油压与调速器油动机活塞输出位移之间的关系，若弹簧紧力增大，则

47、作用在随动活塞上的弹簧拉紧力大于油压作用力，随动活塞上移，排油量减少，二次油压升高。反之若弹簧紧力减小，则二次油压下降。 放大机构 由错油门和油动机组成，把二次油压的变化信号转化、放大后传到调节阀，改变调节阀的开度，调节机组转速。错油门和油动机的结构如图3145和图3l46所示，由滑阀、滑阀套筒、复位弹簧、油动机活塞、反馈斜铁和肘形架等组成。在错油门滑阀套筒上开有上、中、下三排窗口，上、下两排窗口分别通向油动机活塞的上部和下部，在中间的窗口则与高压调节油相通。在稳定工况下，错油门滑阀处于中间位置，将压力油通向油动机活塞上侧和下侧的窗口挡死，油动机活塞处于平衡状态，位置不变。当二次油压发生变化时

48、，错油门滑阀离开中间位置，如二次油压增加，错油门滑阀向上移动，高压调节油经滑阀套筒上侧窗口进人油动机上部，而油动机活塞下部则与排油相通，油动机活塞在压差作用下向下运动，通过杠杆使调节阀开大，机组转速升高。在油动机活塞下移的同时，反馈斜铁向下移动，由于反馈斜铁有一定斜度，推动肘形架逆时针转动，增加复位弹簧的压力，使错油门滑阀向下移动，回到中间位置，挡住向油动机的通油口，机组便在一个新的转速下稳定运行。为使错油门滑阀工作灵敏，不产生卡涩，而采取了旋转式滑阀，滑阀中心通人高压油。高压油经滑阀中心孔通到上部轮盘，轮盘上开有径向和切向通道，高压油沿切线方向向外喷射，油流的反作用力使滑阀产生旋转，如图31

49、47所示。由于滑阀有一定的旋转速度，因而在滑阀的测表面上出现了较大的侧压力，这种力可以抵抗住使滑阀发生偏斜的歪斜力和偏压力，使错油门滑阀上、下移动灵活。可以通过调节螺钉8（见图3146）来增加或减少通入滑阀中心孔的油量，调节错油门滑阀的旋转速度。另外，错油门滑阀除转动外还有微小的振动，在滑阀的导向活塞下部设有一油孔，在滑阀每转动一转时，此小孔瞬时与壳体上的排油孔相通，二次油流出，二次油压暂时降低，使滑阀产生一微小的向下位移，当小孔与排油孔错开后，二次油压上升，滑阀又回到正常工作位置。滑阀的微小振动使它和阀套经常处于轴向相对运动状态，故能改善滑阀的润滑，将静摩擦转化为动摩擦，并能及时清除一些杂质

50、，因此提高了滑阀的灵敏度。在滑阀每次短暂运动时，都有少量的压力油流入油动机活塞的上侧或下侧，这就引起油动机活塞和调节阀阀杆的脉动，避免了油动机活塞或调节阀阀杆的卡涩，保证了这些部件对调速器信号的迅速响应。滑阀的振幅可用调节螺钉6（见图 3146）来进行调节。 调节阀及其传动机构 最终完成改变汽轮机进汽量、控制机组转速的任务。汽轮机调节阀采用提板式结构五个调节阀分别安装在提板上，控制着五组喷嘴，提板通过两提升杆和传动机构由油动机驱动。调节阀是按顺序依次开启的，前四个调节阀全开时，即可保证发出全部功率，第五个调节阀是为了有超负荷能力或在蒸汽参数较低（如初压、初温低，循环水温度高造成排汽温度高等）时

51、用。调节阀的结构如图3148所示。启动器 在开启汽轮机时，首先用启动器将蒸汽主汽阀全开，再用启动器逐步提高二次油压，慢慢打开蒸汽调节间，汽轮机转速随之升高，当转速达调速器工作转速后，再下旋启动器，汽轮机转速也不再升高，这时将启动器下旋到底并锁死，继续用调速器升速。启动器结构如图3149所示。二保安系统1电磁阀：电磁间是一种电动保护装置，它装在危急遮断器前面的控制油油路上，当机组出现异常情况或其他原因要求立即停车时，在控制室可按停车按钮使电磁阀动作，将电磁阀后面的压力油泄掉，关闭主汽阀，使汽轮机停止运转。另外，机组的各联锁信号动作，也是通过电磁阀将跳闸油泄压，使汽轮机停止运转。电磁阀工作原理如图

52、3153所示。 在正常工作状态下，滑阀I在弹簧力的作用下使旁路I堵住，这时操作油只能向滑阀II与阀体所构成的油腔进油。滑阀II上端活塞的下面在油压力的作用下，因旁路油口I被堵住，因此滑阀II上端活塞的上面几乎无油压作用，所以在油压的作用下，滑阀II上移到最上端。在这种情况下，滑阀II的下端将泄油路C堵住，于是控制油便通过油路b进入保安油系统若有切断信号送入电磁阀时（一般情况下，电磁阀通电为正常工作状态，断电为切断状态），滑阀I被提起，于是旁路I的压力油进人到滑阀H上面活塞的上面，由于该活塞上面与下面的面积不同，在油压差的作用下滑阀11下移到底，切断控制油通往跳闸油的通道，同时跳闸油口b与泄油口

53、C相通，于是跳闸油泄压，关闭主汽阀，汽轮机停止运转。2主汽阀主汽阀（紧急切断阀、紧急停车阀）的结构如图3154所示，它水平地安装在汽轮机缸体外部的汽室上。 汽轮机停车时，筒形活塞7和盘状活塞4不在一起，因此在开车过程中，首先将启动器上旋，建立开车油，使筒形活塞克服弹簧力和盘状活塞扣合在一起，成为一个整体。再下旋开车手轮，建立跳闸油，继续下旋转开车手轮，开车油则逐渐泄压，于是筒形活塞和盘状活塞一起朝开阀方向移动，带动阀杆2和预启阀向开阀方向移动，预启阀先开，主蒸汽经预启间进入汽轮机的蒸汽室。预启间全开后，阀杆2便带动主阀开启，直到主阀全开为止。主汽阀全开后，跳闸油一直处于充压状态，一旦发生紧急情

54、况，则保安系统使跳闸油突然泄压，主汽间在弹簧力的作用下迅速关闭。 主汽阀长期不动，为防止阀杆和填料卡涩，主汽阀有一试验装置，定期进行试验使阀杆活动。试验时向试验活塞外侧通跳闸油，由于试验活塞的受压面积大于盘状活塞的受压面积，所以试验活塞和筒形活塞一起向主汽阀关闭方向移动一小段距离，主汽阀也关闭一小段距离，由于量小，不会造成进汽量的波动。 3危急保安器危急保安器结构如图3155所示，偏心飞锤在旋转时产生离心力，该离心力企图使飞锤向外飞出。在正常转速时，压在偏心飞锤上的弹簧力大于偏心飞锤产生离心力，偏心飞锤被弹簧压在导向环上。转速越高，偏心飞锤产生的离心力越大，当转速升到最大允许连续转速的约110

55、（10741rmin）时，偏心飞锤受的离心力超过弹簧力，偏心飞锤向外飞出，并走完全行程。偏心飞锤打在危急遮断器杠杆上，使危急遮断器动作，切断前面控制油供应，并使跳闸油泄压，主汽阀迅速关闭。汽轮机在新安装和运行规定时间间隔后都应进行脱扣试验，检查跳车转速。超速试验做三次，实际脱扣值应在10741rmin士1范围内。若跳车转速不合适，可采取调整调节螺钉6，改变飞锤偏心量的方法调整跳车转速，直到试验合格为止。 4危急遮断器 危急遮断器（快速跳车装置）的结构示意如图3156所示，开车时首先抬起复位手柄，使滑阀处于右端（图中位置），滑阀上的右凸台堵上了泄油通道，控制油进油口3同出油口4相通，建立起控制油

56、，这时作用在滑阀上向右的油压力大于作用在滑阀上向左的弹簧力，松开复位手柄后滑阀仍保持在右端位置。当机组超速，造成危急保安器动作后，跳车杆被抬起，通过机械传动，滑阀左移，在弹簧力作用下滑阀左移到头，滑阀上的左凸台堵住了控制油进油通道，同时危急遮断器的原出油口4同泄油通道5相通，使跳闸油回流泄压，主汽阀关闭。 当转子轴位移过大时，汽轮机轴上的凸台也会将跳车杆抬起，使跳闸油泄压。另外出现紧急情况时，人工打下复位手柄或控制油油压不足，作用在滑阀上的油压力小于弹簧力时， 都可使危急遮断器滑阀动作，跳闸油泄压，主汽阀关闭。 伍德沃德 PGPL型调速器结构如图 611。 （1）油泵 油泵为齿轮泵，它通过齿轮与工业汽轮机主轴连接。油泵将高压油打入高压油系统，同时高压油通过蓄能器，蓄能器活塞上部有弹簧、当高压油作用在活塞上的力与弹簧的力相等时，活塞就被推上，侧边的油口打开，高压油通过油口，一部分反回到盛油器，使压力油系统中油压不能过高。蓄能器的另一个作用是当油泵短时间不能供给足够的油时，蓄压器可暂时供油。油泵的吸油端和排油端各设二个弹子阀，它是单向阀，用以防止油的倒流。这种弹子阀的作用不受油泵的旋转方向的影响，当油泵做顺时针或逆时针转动时，