汽机设备及系统教学讲义资料

第三章汽机设备及其热力系统

(一) 汽轮机的基本工作原理

1．1、汽轮机的分类及型号

1．1．1汽轮机的分类

汽轮机用途广泛，类型繁多，可以从不同角度将汽机进行分类。1）工作原理分：冲动式、反动式、冲动反动联合式等

2）热力特性分：凝汽式（纯凝汽式和回热凝汽式）——排汽在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水。

背压式——排汽直接用于供热，没有凝汽器。

调整抽汽式——从蒸汽某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热，其余排汽仍进入凝汽器。抽出的供热蒸汽需进行调节，以适应用户的需要。

抽汽背压式——具有调节抽汽的背压式汽轮机

中间再热式——进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被全部抽出送往锅炉的再热器进行再热后，再返回汽轮机膨胀做功

混压式——利用其它来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级。

3）按蒸汽参数高低分：低压汽轮机（新蒸汽压力小于 1.5Mpa）、中压（2~4MPa）、高压（6~10MPa）、超高压（12~14MPa）、亚临界压力（16~18MPa）、超临界压力（大于22.8MPa）

4) 按汽缸数目分：单缸、双缸、多缸

5) 按转子轴线数分：单轴、双轴

6) 按用途分：电站汽轮机、工业汽轮机、船用汽轮机、凝汽式供暖

汽轮机

7) 按功率分：大功率汽轮机——200MW以上的汽轮机小功率汽轮机

8) 按汽流方向分：轴流式、辐流式

1．1．2 国产汽轮机的型号

国产汽轮机的表示方法是：

N—代表凝汽式 B—背压式 C—一次调节抽汽式

CC—两次调节抽汽式 CB—抽汽背压式 H—船用式

如：N300-16.7/537/537型汽轮机

300—代表300MW的额定功率

16.7—主蒸汽压力16.7Mpa

537—主蒸汽温度537℃

537—再热蒸汽温度537℃

1．2 汽轮机的作功原理

汽轮机是一种把蒸汽的热能转换成机械能（机械功）的旋转机械。

在汽轮机中一列喷嘴和一圈动叶组成基本单元——级。在一级中蒸汽的热能转变为机械能分两步完成：

（1）在喷嘴中，蒸汽的热能转变为蒸汽汽流的动能；

（2）在动叶流道中，蒸汽汽流的动能转变为机轴上的机械能。

多级汽轮机就是有一定数量的喷嘴和动叶组成。

1．3汽轮发电机的损失和效率

内部损失——蒸汽在汽轮机通流部分做功时产生的能量损失。包括叶栅损失、扇形损失、余速损失、撞击损失、部分进汽损失、湿汽损失、叶轮摩擦损失、漏汽损失。

外部损失——包括进、排汽机构的节流损失，前后端轴封漏汽损失及功率传递过程中克服轴承摩擦及带动主油泵、调速器等的功率消耗的机械损失等。

发电机损失——发电机在将机械能转换成电能过程中产生的机械损失和电气损失。

冷源热损失——凝汽器内冷却水带走的热量。

这些损失中，以冷源热损失比例最大。

(二) 汽轮机本体设备

汽轮机主要由静止部分和转动部分组成。静止部分有喷嘴、隔板、汽缸、轴封和轴承座等部件。转动部分有动叶片、叶轮、主轴和联轴节等部件。

2．1汽缸的结构

汽缸是汽轮机的外壳，它的作用是将汽轮机通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，使蒸汽能在其中流动做功。汽缸大体呈圆筒形或近似圆锥形，它一般做成水平对分式，即分为上、下汽缸。汽缸内部装有喷嘴室、隔板，隔板套等，外部连接进汽管、抽汽管、排汽管。

小容量机组一般为单缸，大容量机组一般为双缸或多缸，即高压缸、中压缸和低压缸。

2．1．1 高压缸

大功率汽轮机高压缸的工作特点是缸内承受的压力和温度都很高，一般采用双层缸的结构。

（1）高压内缸

高压内缸由其下缸中分面处四个猫爪搭在外缸下半中分面的凹槽中，每个猫爪的上下两面各有一块调整垫片，在安装中配准猫爪下的垫片，使内缸中心轴线与外缸中心轴线的同轴。配准猫爪上部垫片，使猫爪与外缸上半之间有热胀间隙。内缸前后两端上、下各装一个导向键，当汽缸温度变化时，使内外缸保持同心。

(2) 高压外缸

高压外缸固定和支承了高压内缸、隔板套、汽封套等高压部分静止部件，构成蒸汽导入和排出腔室。外缸的支承方式一般采用猫爪结构。所谓猫爪就是从下（或上）汽缸两侧水平法兰向前延伸出两个爪子（或前后伸出四个爪子），搭在轴承箱上，轴承箱坐落在基础台板上。在猫爪的下部装有横销，以保持汽缸与轴承箱轴向距离一定，同时不妨碍汽缸的横向热膨胀。汽缸猫爪的形式有上猫爪支承和下猫爪支承两种。上猫爪支承是汽轮机正常工作时由上缸伸出的猫爪来支承，称为工作猫爪，下汽缸由水平法兰螺栓拧紧在上汽缸上。所谓下猫爪支承方式，是用下猫爪支承整个缸体的重量，采用下猫爪倒挂的支承方式对于检修与安装工作较为方便，同时汽缸中分面连接螺栓的受力状态和汽缸的密封性都较好。

(3) 高压进汽管

由于高压缸采用了双层缸结构，所以高压进汽管既不能同时固定在内缸和外缸上，又不能让大量高温高压蒸汽外泄，因此采用了滑动密封式的联接结构。一般高压汽缸设置有4（或6）个进汽管，上下缸各2（或3）个，分别通过弹性法兰固定在外缸上。因外缸材料的要求，进汽管法兰处的温度不允许太高，因此采用双层套管式结构。内套管插入内缸喷嘴室内，用活塞环密封，内套管可在喷嘴室内滑动，以补偿内外缸热膨胀和进汽管与外缸的胀差，并允许有少许轴向及径向移动。

2．1．2 中压缸

大容量中间再热机组中压缸的运行参数，压力不是很高，但温度一般与初参数相同。从回热系统的设计考虑，中压缸一般为单层缸隔板套结构，隔板套之间即为回热抽汽口。缸体也是猫爪支承结构，下缸前后设有立销，使汽缸中心线与两个轴承箱中心线保持一致。2．1．3 高中压汽缸结构

采用高中压合缸布置，高压高温蒸汽由汽缸中部进入（如引进型300MW汽轮机），在调节级为正向流动，然后汽流折向180度，进入高压内缸做功，汽流呈反向流动。这种布置的优点是高温部分集中在汽缸中部，加之双层缸结构，汽缸热应力较小。高中压缸的两端分别是高、中压缸排汽，压力温度较低，因而两端外轴封漏汽较少，轴承受汽封温度的影响较小。加之有平衡活塞，轴向推力也较易平衡。推力轴承负荷减小，推力轴承的尺寸减小，有利于轴承座的布置。另外高中压合缸还可缩短主轴长度，减少轴承数。高中压双层结构，可将巨大的压差分摊给内外两层缸，从而使每层汽缸的壁厚和法兰尺寸大为减小。在正常运行时，内外缸之间有蒸汽流动，使外缸得到冷却。在启动过程中，内外缸夹层间的蒸汽可使汽缸迅速加热。有利于缩短启动时间。双层缸内外缸的应力比单层缸小得多。

高中压内外缸均由上下缸组成，具有法兰中分面。高中压内缸用挂耳支承在外下缸上，外下缸用猫爪支承在前轴承座和低压缸前端轴承上。猫爪支承面与汽缸中分面标高相同，保证了汽缸热膨胀时不致破坏汽缸与转子的相对中心位置。在外缸下部用工字梁结构与两端轴承