汽轮机综述(非常实用非常全)

二、汽轮机设备的组成及工作概况
• 凝汽设备：凝汽器、抽气器、水泵。 • 主要作用： 造成汽轮机排汽口的高度真空 回收乏汽凝结水。
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3～4台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2～3台高压加热器加热后 送入锅炉。
一、汽轮机的级
一、汽轮机的级
• 按照受力形式，汽轮机的级分为：
冲动级 反动级
• 按照工作特点，汽轮机的级分为：
速度级
压力级
• 汽轮机第一级的通流面积随负荷而改变， 故该级又称为调节级。调节级以后的其他 级统称为压力级。
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。
三、汽轮机的分类和型号
代号 N B C 类型 凝汽式 背压式 一次调节抽汽式 代号 G H Y 类型 工业用 船用 移动式
CC
两次调节抽汽式
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。
• 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。
4.汽缸的支撑及滑销系统
• 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时，机组 的膨胀就会受到限制，当机组的膨胀受到 限制时就会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，从而 造成更大的破坏。
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。
• 由于大型汽轮机的初参数高、级数多，需要按工 作蒸汽压力的高低，将汽缸分成高压缸、中压缸 和低压缸。
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。
高压缸转子
高压外上缸扣缸
汽机高压缸测定
一、汽缸
• 汽缸是汽轮机的外壳
• 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
• 由于汽缸承受蒸汽的高温、高压，为了减少汽缸 壁的热应力及加快启停速度，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；
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， 经导向板分左右两路均衡分流进入对称布 置的低压缸，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
• 虽然流入低压缸蒸汽的温度不高，但进汽、排汽 间的温差大。为改善低压缸的热膨胀、低压缸仍 然采用双层或三层结构，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。
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，按一定的方向喷射出 来的推动动叶片而做功。 • 通过隔板固定在汽缸上。
喷嘴
• 调节级喷嘴叶片与喷嘴叶栅 压力级喷嘴、隔板
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重大事故。
• 低压缸的正常排汽温度为34～35℃，但在启动或 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。
• 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
三、汽轮机的分类和型号
• 按热力过程的特点：
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。
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
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。
三、汽轮机的分类和型号
• 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。 变型设计次序 蒸汽参数 额定功率（MW) 汽轮机类型 • N300－16.7／538／538 • 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℃。
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 化学能 (燃料)
炉 蒸汽
发电机 电能 机械能
热能
某厂汽轮机房 8×300MW
• 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。
三、转子Biblioteka Baidu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)
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。
三、汽轮机的分类和型号
• 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。
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。 • 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。
• 作用：连接汽轮机的高、中、低压转子， 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
• 采用刚性联轴器连接
优点：结构简单、轴向尺寸紧凑、传递扭 矩大、工作可靠，并能传通轴向推力，使 多个转子可共用一个推力轴承，机组结构 简化。 缺点：对被连接转子的同心度要求严格， 而且，某个转子振动会造成整个机组转子 的振动，使得查明振动原因困难。
叶片通过叶根安装在叶轮轮缘上，叶型则决定 动叶流道的形状。许许多多的动叶片以同样的 间隔和角度安装在叶轮的轮缘上，排列成动叶 栅，形成汽轮机的一级动叶流道。
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。
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。 高、底压加热器是为提高循环的热效率所 采用的装置，除氧器是为了除去水含的氧 气以减少对设备及管道的腐蚀。
级内的汽流
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•蒸汽在喷嘴 中膨胀加速 时，压力、 温度降低归 之为焓降低、 速度提高， 蒸汽的热能 转变为汽流 的动能。
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。
蒸汽热能
喷管内
汽流的动能
动叶内
机轴上的机械能
汽轮机的基本作功单元－“级”
• 级：汽轮机的基本做功单元。
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。
• 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。
汽轮机设备综述
蒸汽动力装置

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，又称为蒸汽 透平。 汽轮机使用的蒸汽由锅炉提供。
▲凝汽式汽轮机

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电厂设备照片
整体1 整体2 晾水塔 磨煤机 集控室1 集控室2 集控室3 变电站1 变电站2 吹灰器1 吹灰器2 吹灰器3 燃烧器1 燃烧器2 除尘设备 下降管 主蒸汽和再热蒸汽管 风压仪 汽包 汽包水位计 一次风机 送风机 汽轮机房 加热器1 加热器2 除氧器