第六章 汽轮机设备

1、第六章 汽轮机设备 概述 汽轮机工作原理 汽轮机构造 汽轮机调节、保护和供油系统 汽轮机分类和型号汽轮机是将蒸汽的热能转换为机械功的旋转机械。英文：Turbine（透平）广义范畴：叶轮机械汽轮机设备汽轮机本体 静止部分（气缸、喷嘴、隔板） 转动部分（转子、叶轮、叶片） 轴承、盘车装置、汽封汽轮机辅助设备 汽轮机调节（主汽门、调节汽门） 汽轮机保护 汽轮机供油系统等。 汽轮机与发电机的组合称为汽轮发电机组。第一节 汽轮机的工作原理VCR一、汽轮机的级级汽轮机作功的基本单元喷嘴叶栅（静叶栅）：热能动能动叶栅：动能机械能冲动力：当一运动物体碰到一静止的或运动速度比它低的物体时，就会受到阻碍而改变速度

2、，同时给阻碍其运动的物体一作用力，称这个力为冲动力。反动力：原来静止或运动速度较小的物体，在离开或通过另一物体时，突然获得一个较大的速度增加而给另一个物体的作用力，称这个力为反动力。一、汽轮机的级单级汽轮机 只有一级的汽轮机。 蒸汽焓降小、功率小、效率低。多级汽轮机 串联在同一轴上的若干个级组合而成。 进汽参数高、排汽压力低，蒸汽流量大； 功率和效率远高于单级汽轮机。一、汽轮机的级一、汽轮机的级多级冲动式汽轮机一、汽轮机的级纯冲动级：蒸汽在动叶流道内仅改变方向而不膨胀加速，动叶所受到的作用力仅为冲击力，级内蒸汽的焓降全部发生在喷嘴中。反动级：蒸汽在动叶流道内膨胀加速，动叶所受到的作用力为冲击力

3、和反击力的合力，级内蒸汽焓降中有一半发生在喷嘴中，另一半发生在动叶流道内。冲动级：介于上述两种级之间的一种级，级的大部分焓降发生在喷嘴中，只有一小部分焓降发生在动叶流道内。二、级的分类纯冲动级反动级纯冲动级：做功能力大；级效率低；反动级：做功能力小；级效率高；冲动级：介于两者之间。 冲动级在国产汽轮机(尤其是中小型机组)中应用广泛；但近年侧重于级效率，在300MW以上大型汽轮机中较多采用反动级。二、级的分类三、汽轮机做功流程第二节 汽轮机构造VCR一、汽轮机本体静子汽缸、喷嘴、隔板、轴承转子主轴、叶轮、动叶、联轴器汽封二、汽缸二、汽缸l汽缸内部：喷嘴、隔板、汽封；l汽缸外部：进汽管、抽汽管、排

4、汽管、疏水管。高压缸中压缸二、汽缸低压缸二、汽缸三、喷嘴与隔板喷嘴l又称静叶片，每两片组成喷嘴流道l调节级：第一级（4组或6组）控制蒸汽流量来调节功率l压力级：以后各级l安装于隔板内三、喷嘴与隔板三、喷嘴与隔板三、喷嘴与隔板四、 转子套装转子：主轴和叶轮分别加工，工艺简单造价低；高温下叶轮易松脱，可用于冲动式汽轮机中、低压转子。焊接转子：采用合金钢整锻转子或轴向分段、整体锻造再组合焊接在一起的转子。整锻转子：主轴和叶轮或转鼓整体锻造而成，工艺复杂造价高；高温下叶轮不易松脱。（目前，300MW、600MW汽轮机的高、中、低压转子均为整锻转子）四、 转子套装转子整锻转子焊接转子四、 转子四、 转子

5、冲动式汽轮机转子为叶轮式结构，由主轴、叶轮、动叶片等组成；反动式汽轮机因在动叶中有较大的焓降，动叶两侧有较大的压力差，不宜采用叶轮式转子而为转鼓式结构，由转鼓和动叶片等组成，没有叶轮。 四、 转子四、 转子安装中的600MW汽轮机（中压转子）四、 转子安装中的600MW汽轮机(就位低压转子)四、 转子五、动叶片动叶片n叶根n叶型(叶身或称工作部分)n连接件(围带或拉筋)五、动叶片l动叶栅：一组动叶片以同样间隔和角度安装在叶轮或转鼓上l叶型决定动叶流道的形状l冲动式叶型之间构成的流道截面变化较小。叶顶+附带结构（围带、拉金）叶身（叶片型线部分、做功场所）叶根（叶片固结于叶轮）v各种类型的叶根五、

6、动叶片l前几级叶片很短，末几级叶片很长，通流部分呈渐扩形。 由于蒸汽比容随其压力的逐渐降低而迅速增大，蒸汽的容积流量也将逐渐增大，因而要求动叶长度也随之逐级增大。l长叶片均按等强度原理设计成变截面扭曲叶片。 长叶片所受到的离心力较大且叶根与叶顶的圆周速度相差大，要保证动叶强度以及蒸汽沿叶高各处有良好的流动。l短叶片可采用直叶片即等截面叶片，当然所有叶片都采用扭叶片最合理。五、动叶片安装中的600MW汽轮机（末级叶片）五、动叶片七、轴承l支持轴承：用于支持整个转子的重量以及由于转子质量不平衡所引起的离心力，并固定转子的径向位置，使转子中心与汽缸中心保持一致。l推力轴承：用于承受转子上的轴向推力，

7、并确定转子的轴向位置，以保持动、静之间合理的轴向间隙。l由于汽轮机的重量及轴向推力很大、转速很高，故其轴承不是通常的滚珠轴承而采用油膜润滑的滑动轴承，依靠油膜压力来平衡作用力。七、轴承七、轴承八、联轴器及盘车装置八、联轴器及盘车装置l联轴器（靠背轮）：将汽轮机高、中、低压转子以及发电机转子连接成一个整体。l盘车装置：能够人为盘动转子的一套装置，一般由电动机、蜗轮蜗杆及减速齿轮组、离合器等部件组成。p汽轮机启动前，需通过转子的低速转动以检查动、静部件是否存在碰撞和摩擦；p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大轴弯曲，也要保持转子的低速转动。八、联轴器及盘车

8、装置八、联轴器及盘车装置八、联轴器及盘车装置l漏汽损失：汽轮机动、静之间必须留有一定的间隙，在压力差的作用下会形成漏汽。l汽封：动、静间隙处装设的密封装置，由很多薄金属片与主轴的凹凸处形成多个曲折间隙，以减少漏汽。u隔板汽封：隔板内孔与主轴间的汽封；u叶片汽封：动叶片顶部、根部与静子间的径向、轴向汽封；u轴端汽封(轴封)：转子穿出汽缸两端处的汽封。高压端轴封防止蒸汽外漏，低压缸排汽端轴封防止空气漏入汽轮机。六、汽封轴封示意图第三节 汽轮机调节、保护和供油系统VCRu汽轮机调节系统用来调节进汽量，以适应外界负荷的变化，保证供电的数量和质量。u汽轮机保护装置用于监测汽轮机的运行，在危急情况下保证汽

9、轮机的安全。u汽轮机供油系统：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发电机组机各轴承的用油，都是来自汽轮机的油系统。 v用户对电能的要求 一、调节系统量的要求l电能不能储存l用电负荷随时变化调整功率质的要求l电压f(转速；励磁电流)l频率f(转速)；500.5Hz调整转速300030r/min主要调整励磁电流v基本原理一、调节系统不计摩擦力，平衡时： Mt = Mel外界负荷由Me1降为Me2时，不改变蒸汽流量Mt 1（汽轮机功率不变） 则转速升高，a至b，转速na与nb相差较大。不同蒸汽流量时的动力矩Mt蒸汽动力矩Mt；电磁阻力矩Me；不同负荷时的电磁

10、阻力矩Mel外界负荷由Me1降为Me2时，蒸汽流量由Mt 1减小至Mt2 则转速升高，a至c，转速na与nc相差较小。 汽轮机的调节系统的实质就是转速调节，其基本原理是利用转速的变化作为调节信号，通过调节系统各部件的一系列连锁反应，最终改变汽轮机进汽量，以适应外负荷的变化。v调节系统工作原理一、调节系统用电负荷增大减小汽轮机转速减小增大v调节系统类型一、调节系统l液压调节系统l电液调节系统l功频电液调节系统l数字电液调节系统一、调节系统v液压调节系统一、调节系统v汽轮机喷嘴配汽方式一、调节系统vDEH数字电液调节系统(Digital Electro Hydraulic Control Syst

11、em)组成l电子控制器：A/D转换器；计算机；单片机等l执行机构：伺服放大器；电液转换器；油动机功能l汽轮机启动过程自动化l冷热态启动时汽轮机负荷自动调节l事故工况下汽轮机自动保护l机组监控（CRT软手操）一、调节系统一般机组转子超速保护(110-120额定转速)转子轴向位移保护轴承油压和油温保护凝汽器低真空保护二、保护系统l调节系统：快速可靠地响应外界负荷变化l保护装置：事故和危急工况下，可靠地切断汽源，实现紧急停机采用DEH系统机组高压保护部分接口装置低压保护部分三、供油系统v供油系统作用l供给轴承润滑油l供给调节系统和保护装置控制油v供油系统类型l汽轮机油供油系统l抗燃油供油系统三芳基磷

12、酸脂合成油抗燃性、流体稳定性好价格昂贵、有腐蚀性三、供油系统主油泵l汽轮机主轴驱动l进口采用注油器1正压供油注油器l主油泵来油经喷管加速l吸入油箱内净油l经扩压管升压供油l注油器2负担润滑油供油三、供油系统高压交流油泵l启动时使用l正常时切换到主油泵供油交直流润滑油泵（低压油泵）l高压交流油泵启动前使用，以便在低油压下将油路中空气排尽主油泵冷油器油箱第四节 汽轮机分类和型号凝汽式汽轮机；额定功率300MW；新蒸汽压力16.7MPa、温度538 ；再热蒸汽温度538 。一、汽轮机型号用来表示汽轮机的热力特点、输出功率及进汽参数规范等。N30016.7538538冲动式汽轮机：大多数级是冲动级的汽轮机反动式汽轮机：大多数级是反动级的汽轮机（一般反动式汽轮机的调节级仍为冲动级）二、汽轮机类型