汽轮发电机系统

汽轮发电机系统汽轮机在火电厂中的地位自然界中能够产生能量的资源称为能源。

电力工业是能源转换的工业，它把一次能源（如煤炭、石油、天然气、水能风能、核聚变能等）转化为电能，使之成为通用性更强的二次能源。

汽轮机是以水蒸汽为工质，将热能转变为机械能的外燃高速旋转式原动机。

它具有单机功率大、效率高、运转平稳、单位功率制造成本低和使用寿命长等优点。

在现代火电厂和核电站中，汽轮机是用来驱动发电机生产电能的，故汽轮机与发电机的组合称为汽轮发电机组，全世界由汽轮发电机组发出的电量约占各种形式发电总量的80%左右。

汽轮机还可用来驱动泵、风机、压气机和螺旋浆等。

所以汽轮机是现代化国家重要的动力机械设备。

汽轮机设备是火电厂的三大主要设备(汽轮机，发动机，电动机之一，汽轮机设备及系统包括汽轮机本体、调节保安油系统、辅助设备及热力系统等。

汽轮机本体是由汽轮机的转动部分（转子）和固定部分（静体或静子）组成；调节保安油系统主要包括调节汽阀、调速器、调速传动机构、主油泵、油箱、安全保护装置等；辅助设备主要包括凝汽器、抽气器（或水环真空泵）、高低压加热器、除氧器、给水泵、凝结水泵、凝升泵、循环水泵等；热力系统主要指主蒸汽系统、再热蒸汽系统、凝汽系统、给水回热系统、给水除氧系统等。

汽轮机的分类：一、按工作原理分类：①冲动式汽轮机。

主要由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴叶栅（或静叶栅）中膨胀，在动叶栅中只有少量膨胀。

②反动式汽轮机。

主要由反动级组成，蒸汽在喷嘴叶栅（或静叶栅）和动叶栅中都进行膨胀，且膨胀程度相同。

二、按热力特性分：①凝汽式汽轮机：蒸汽在汽轮机中膨胀作功后，进入高度真空状态下的凝汽器，凝结成水。

②背压式汽轮机：排汽压力高于大气压力，直接用于供热，无凝汽器。

当排汽作为其他中、低压汽轮机的工作蒸汽时，称为前置式汽轮机。

③调整抽汽式汽轮机：从汽轮机中间某几级后抽出一定参数、一定流量的蒸汽(在规定的压力下)对外供热，其排汽仍排入凝汽器。

根据供热需要，有一次调整抽汽和二次抽汽之分。

④中间再热式汽轮机：蒸汽在汽轮机内膨胀作功过程中被引出，再次加热后返回汽轮机继续膨胀作功。

背压式汽轮机和调整抽汽式汽轮机统称为供热式汽轮机。

目前凝汽式汽轮机均采用回热抽汽和中间再热。

三、按主蒸汽参数分进入汽轮机的蒸汽（初蒸汽或者主蒸汽）参数是指进汽的压力和温度，按不同的压力等级可分为：①低压汽轮机：主蒸器压力小于1.47Mpa;②中压汽轮机：主蒸器压力为1.96---3.92Mpa;③高压汽轮机：主蒸器压力为5.88---9.8Mpa;④超高压汽轮机：主蒸器压力为11.77---13.93Mpa;⑤亚临界压力汽轮机：主蒸器压力为15.69---17.65Mpa;⑥超临界压力汽轮机：主蒸器压力大于22.15Mpa;⑦超超临界压力汽轮机：主蒸器压力大于32Mpa。

此外按汽流方向分类可分为轴流式、辐流式、周流式汽轮机；按用途分类可分为电站汽轮机、工业汽轮机、船用汽轮机；按汽缸数目分类可分为单缸、双缸和多缸汽轮机；按机组转轴数目分类可分为单轴和双轴汽轮机；按工作状况分类可分为固定式和移动式汽轮机。

汽轮机本体汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分，它由转动部分（转子）和固定部分（静体或静子）组成。

转动部分包括动叶栅、叶轮（或转鼓）、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件；固定部件包括汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套（或静叶持环）、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。

本节将主要介绍国产优化引进型300MW 汽轮机组（指阳逻电厂机组，简称本机组）本体部分各主要零部件的作用、构造特点及有关系统，并同国内外同类型机组作一简要比较。

一、叶片1、叶片的分类叶片按用途可分为动叶片（又称工作叶片，简称叶片）和静叶片（又称喷嘴叶片）两种。

动叶片安装在转子叶轮（冲动式汽轮机）或转鼓（反动式汽轮机）上，接受喷嘴叶栅射出的高速汽流，把蒸汽的动能转换为机械能，使转子旋转。

静叶片安装在隔板或汽缸上，在反动式汽轮机中，起喷嘴作用；在速度级中，作导向叶片，使汽流改变方向，引导蒸汽进入下一列动叶片。

2、叶片的结构：叶片一般由叶根、工作部分（或称叶身、叶型部分）、叶顶连接件（围带或拉金）组成。

（1）叶根叶片通过叶根安装在叶轮或转鼓上。

叶根的作用是紧固动叶，使其在经受汽流的推力和旋转离心力作用下，不至于从轮缘沟槽里拔出来。

因此要求它与轮缘配合部分要有足够的强度且应力集中要小。

它的结构型式取决于转子的结构型式、叶片的强度、制造和安装工艺要求和传统等。

常用的结构型式有T型、叉树型和枞树型等。

（2）工作部分（或称叶身、叶型部分）叶型部分是叶片的基本部分，它构成汽流通道。

叶型部分的横截面形状称为叶型，其周线称为型线。

为了提高能量转换效率，叶型部分应符合气体动力学要求，同时还要满足结构强度和加工工艺的要求。

由于工作原理的差别，冲动式叶片与反动式叶片的叶型不同。

二、转子汽轮机的转动部分总称转子，它是汽轮机最重要的部件之一，担负着工质能量转换及扭矩传递的重任。

转子的工作条件相当复杂，它处在高温工质中，并以高速旋转，因此它承受着叶片、叶轮、主轴本身质量离心力所引起的巨大应力以及由于温度分布不均匀引起的热应力（不平衡质量的离心力还将引起转子震动）。

另一方面，蒸汽作用在动叶栅上的力矩，通过转子的叶轮、主轴和联轴节传递给发电机或其它工作机。

所以转子要有很高的强度和均匀的质量，以保证它安全工作。

运行中要特别注意转子的工作状况。

任何设计、制造、安装、运行等方面的工作上的疏忽，均会造成重大事故。

按主轴与其它部件间的组合方式，转子可分为套装转子、整锻转子、焊接转子和组合转子四大类。

一台机组采用何种类型转子，由转子所处的温度条件及各国的锻冶技术来确定。

三、汽缸与滑销系统1、汽缸汽缸即汽轮机的外壳。

其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，以形成蒸汽热能转换为机械能的封闭汽室。

汽缸内装有喷嘴室、喷嘴（静叶）、隔板套（静叶持环）、汽封等部件。

在汽缸外连接有进汽、排汽、回热抽汽等管道以及支承座架等。

为了便于制造、安装和检修，汽缸一般沿水平中分面分为上、下两个半缸。

两者通过水平法兰用螺栓装配紧固。

另外为了合理利用材料以及加工、运输方便，汽缸也常以垂直结合面分为两或三段，各段通过法兰螺栓连接紧固。

汽缸工作时受力情况复杂，它除了承受缸内外汽（气）体的压差以及汽缸本身和装在其中的各零部件的重量等静载负荷外，还要承受蒸汽流出静叶时对静止部分的反作用力，以及各种连接管道冷热状态下，对汽缸的作用力以及沿汽缸轴向、径向温度分布不均匀所引起的热应力。

特别是在快速启动、停机和工况变化时，温度变化大，将在汽缸和法兰中产生很大的热应力和热变形。

2、汽缸的支承、膨胀和滑销系统汽缸的支承要平稳，因其自重而产生的挠度应与转子的挠度近似相等，同时要保证汽缸受热后能自由膨胀，而其动、静部分对中不变或变动很小。

汽缸的支承定位包括外缸在轴承座和基础台板（座架、机架）上的支持定位；内缸在外缸的支持定位；以及滑销系统的布置等。

四、汽封与汽封系统汽轮机运转时，转子高速旋转，汽缸、隔板等静体固定不动，因此转子和静体之间需要留有适当的间隙，从而不相互碰磨。

然而间隙的存在就要导致漏气，这样不仅会降低机组效率，还会影响机组安全。

为了减少蒸汽泄露和防止空气漏入，需要有密封装置，通常称为汽封。

汽封按其安装位置的不同，可分为通流部分汽封、隔板（或静叶环）汽封、轴端汽封。

反动式汽轮机还装有高、中压平衡活塞汽封和低压平衡活塞汽封。

汽封的结构形式有曲径式、碳精式和水封式等。

现代汽轮机均采用曲径式汽封，或称迷宫汽封，它有以下几种结构形式：梳齿形、J形（又叫伞柄形）、枞树形。

五、轴承汽轮机采用的轴承有径向支持轴承和推力轴承两种。

径向支持轴承用来承担转子的重量和旋转的不平衡力，并确定转子的径向位置，以保持转子旋转中心一致，从而保证转子与汽缸、汽封、隔板等静止部分的径向间隙正确。

推力轴承承受蒸汽作用在转子上的轴向推力，并确定转子的轴向位置，以确保通流部分动静之间正确的轴向间隙。

所以推力轴承被看成转子的定位点，或称汽轮机转子对静子的相对死点。

六、盘车装置在汽轮机启动冲转前和停机后，使转于以一定的转速连续地转动，以保证转子均匀受热和冷却的装置称为盘车装置。

汽轮机启动时，为了迅速提高真空，常需在冲动转子以前向轴封供汽。

这些蒸汽进人汽缸后大部分滞留在汽缸上部，造成汽缸与转子上下受热不均匀，如果转子静止不动，便会因自身上下温差而产生向上弯曲变形。

弯曲后转子重心与旋转中心不相重合，机组冲转后势必产生很大的离心力，引起振动，甚至引起动静部分的摩擦。

因此，在汽轮机冲转前要用盘车装置带动转于作低速转动，使转子受热均匀，以利机组顺利启动。

对于中间再热机组，为减少启动时的汽水损失，在锅炉点火后，蒸汽经旁路系统排入凝汽器，这样低压缸将产生受热不均匀现象。

为此，在投入旁路系统前也应投入盘车装置，以保证机组顺利启动。

启动前盘动转子，可以用来检查汽轮机是否具备运行条件，如动静部分是否存在康擦，主轴弯曲度是否正常等。

汽轮机停机后，汽缸和转子等部件由热态逐渐冷却，其下部冷却快，上部冷却慢，转于因上下温差而产生弯曲，弯曲程度随着停机后的时间而增加，对于大型汽轮机，这种热弯曲可以达到很大的数值，并且需要经过几十个小时才能逐渐消失，在热弯曲减小到规定数值以前，是不允许重新启动汽轮机的。

因此，停机后，应投入盘车装置，盘车可搅合汽缸内的汽流，以利于消除汽缸上、下温差，防止转子变形，有助于消除温度较高的轴颈对轴瓦的损伤。

七、汽轮机本体疏水系统汽轮机组在启动、停机和变负荷工况下运行时，蒸汽与汽轮机本体和蒸汽管道接触时受热或被冷却，蒸汽被冷却后，当蒸汽温度低于与蒸汽压力相对应的饱和温度时，凝结成水，若不及时排出凝结水，它会存积在某些管段和汽缸中。

运行中，由于蒸汽和水的密度、流速都不同，管道对它们的阻力也不同，这些积水可能引起管道发生水冲击，轻者使管道振动，产生噪声，噪声污染环境；重者使管道产生裂纹，甚至破裂。

更为严重的是，一旦部分积水进入汽轮机，将会使动叶片受到水的冲击而损伤，甚至断裂，使金属部件急剧冷却而造成永久变形，甚至使大轴弯曲。

为了有效地防止汽轮机进水事故和管道中积水而引起的水冲击，必须及时地把汽缸中和蒸汽管道中存积的凝结水排出，以确保机组安全运行。

同时还可回收洁净的凝结水，这对提高机组的经济性是有利的。

为此，汽轮机都设置有本体疏水系统，它包括汽轮机的高、中压自动主汽阀前后、各调节汽阀前后、内外缸及抽汽逆止阀前后、轴封供汽母管、阀杆漏汽管以及汽缸法兰螺栓加热联箱等的疏水管道、阀门和容器等。

汽轮机控制的内容1、监视系统监视系统是保证汽轮机安全运行的必不可少的设备，它能够连续监测汽轮机运行中各参数的变化。