第六章 汽轮机设备

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，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、汽缸汽缸内部：喷嘴、隔板、汽封；汽缸外部：进汽管、抽汽管、排汽管、疏水管。高压缸中压缸二、汽缸低压缸二、汽缸三、喷嘴与隔板喷嘴又称静叶片，每两片组成喷嘴流道调节级：第一级（4组或6组）控制蒸汽流量来调节功率压力级：以后各级安装于隔板内三、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、动叶片动叶片叶根叶型(叶身或称工作部分)连接件(围带或拉筋)五、动叶片动叶栅：一组动叶片以同样间隔和角度安装在叶轮或转鼓上叶型决定动叶流道的形状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）各种类型的叶根五、动叶片前几级叶片很短，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。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。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。推力轴承：用于承受转子上的轴向推力，并确定转子的轴向位置，以保持动、静之间合理的轴向间隙。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。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。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；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、联轴器及盘车装置八、联轴器及盘车装置八、联轴器及盘车装置漏汽损失：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。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。隔板汽封：隔板内孔与主轴间的汽封；叶片汽封：动叶片顶部、根部与静子间的径向、轴向汽封；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VCR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。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轮机的安全。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。

用户对电能的要求

一、调节系统量的要求电能不能储存用电负荷随时变化调整功率质的要求电压∝f(转速；励磁电流)频率∝f(转速)；50±0.5Hz调整转速3000±30r/min主要调整励磁电流基本原理一、调节系统不计摩擦力，平衡时：Mt=Me外界负荷由Me1降为Me2时，不改变蒸汽流量Mt1（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；不同负荷时的电磁阻力矩Me外界负荷由Me1降为Me2时，蒸汽流量由Mt1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。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调节系统类型一、调节系统液压调节系统电液调节系统功频电液调节系统数字电液调节系统一、调节系统液压调节系统一、调节系统汽轮机喷嘴配汽方式一、调节系统DEH数字电液调节系统(DigitalElectroHydraulicControlSystem)组成电子控制器：A/D转换器；计算机；单片机等执行机构：伺服放大器；电液转换器；油动机功能汽轮机启动过程自动化冷热态启动时汽轮机负荷自动调节事故工况下汽轮机自动保护机组监控（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、保护系统调节系统：快速可靠地响应外界负荷变化保护装置：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、供油系统供油系统作用供给轴承润滑油供给调节系统和保护装置控制油供油系统类型汽轮机油供油系统抗燃油供油系统三芳基磷酸脂合成油抗燃性、流体稳定性好价格昂贵、有腐蚀性三、供油系统主油泵汽轮机主轴驱动进口采用注油器1正压供油注油器主油泵来油经喷管加速吸入油箱内净油经扩压管升压供油注油器2负担润滑油供油三、供油系统高压交流油泵启动时使用正常时切换到主油泵供油交直流润滑油泵（低压油泵）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。N300—16.7／538／538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、汽轮机类型按工作原理分按进