汽轮机基础知识课件

• 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。
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。
一个级组成的汽轮机叫单级汽轮机。喷嘴又 叫静叶片。它是一个截面形状特殊且不断变 化的通道。蒸汽进入喷嘴后发生膨胀、消耗 了蒸汽的压力能，即消耗了蒸汽的热能，蒸 汽的压力及温度都下降了，而蒸汽的流速却 增加了，获得了高速气流。喷嘴用就是将蒸 汽的热能转变为动能。

• 动叶片又称工作叶片。在叶轮的外圆周 上装满的一整圈叶片，常叫动叶栅。由喷 嘴流出的高速气流流至动叶片时，其速度 的大小及方向是一定的，之后气流由于受 到动叶片的阻碍（作用力），改变其原来 的速度的大小及方向，这时候气流必然给 动叶片一个反作用力，推动叶片运动，将 一部分动能转换成叶轮旋转的机械功。 由上述可知，在汽轮机连续工作过程中 有两次能量转换，即:蒸汽热能→蒸汽动能 →转子机械能。
栅中再使这部分动能转变为机械能。
冲动作用原理
特点：蒸汽仅把从喷嘴中获得的 动能转变为动力的定义：据力 学知识，当一运动物体碰到另冲 一个静止的物体或者运动速度低 于它的物体时，就会受到阻碍而 改变其速度的大小或方向，同时 给阻碍它的物体的一个作用力
机械功，蒸汽在动叶通道中不膨 胀，动叶通道不收缩。
• 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 。
• 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。
• 因此，在汽轮机冲转前要用盘车装置带 动转子作低速转动，使转子受热均匀，以 利机组顺利启动。 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 静部分是否存在摩擦，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， 转子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。
• 六、 盘车装置
• 在汽轮机启动冲转前和停机后，使转子以 一定的转速连续地转动，保证转子均匀受热和 冷却的装置称为盘车装置。汽封的结构形式有 曲径式、碳精式和水封式等 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， 甚至引起动静部分的摩擦。
• 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。
• （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。
• 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。
• 注油器亦称射油器，它实质上是一只以 油为工质的喷射泵，由喷嘴、滤网和扩散管 组成。压力油经喷嘴高速喷出，利用自由射 流的吸卷作用将油箱中的油经滤网带入扩散 管，此具有一定速度的混合油流经扩散管减 速升压后从扩散管的出口送出，向主油泵供 油。注油器一般均采用低位布置，使其混合 室浸在油中，直接从油箱吸油。
• 油系统的主要设备有主油泵、辅助油泵、 油箱及冷油器、顶轴油泵等。
一、主油泵
主油泵是调节、保护及轴承润滑油系统的 主要供油设备。常用的主油泵有齿轮泵、离心 泵、螺杆泵三种形式。现汽轮机广泛采用离心 式油泵。
离心式油泵的优点：
(1)因离心式油泵进出口腔相连，所以其出 口压力不可能高于叶轮圆周速度值所决定的极 限数值，因而系统中可不设安全阀；
嘴出口处：喷蒸汽以相对速 度w1进入动叶通道，由于受 到动叶的阻碍，汽流方向不 断改变，最后以相对速度w2 流出动叶通道，
在流道中蒸汽对动叶产生一 个轮周方向的冲动力F1，该 力对动叶作功使动叶转动
冲动式汽轮机的最简单的结构就是叶轮 上装配一圈动叶片与喷嘴配合在一起，构成 一个做功的简单机械。我们把由喷嘴和与其 配合的动叶片构成的汽轮机作功的单元，由
汽轮机基础知识
2012年6月
第一节、汽轮机本体
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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。
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• 第一类称为通流部分汽封，包括叶顶径向 汽封，叶顶轴向汽封，叶根径向汽封，叶根轴 向汽封。这些汽封的作用主要是防止通流部分 漏汽，影响汽轮机效率。
• 第二类称为隔板汽封，主要作用是防止级 间漏汽。 第三类称为轴端汽封，简称轴封，因为此
汽封安装在转子穿出汽缸的部分，即使装有汽 封装置，泄漏现象也不能完全消除，所以我们 又设置了轴封系统，用于阻止低压缸两轴端空 气漏入和防止高中压缸两端蒸汽漏出。
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第二节、汽轮机的工作原理
• 工作原理就是一个能量转换过程，即热能-动能--机械能。将来自锅炉的具有一定温度、 压力的蒸汽经主汽阀和调节汽阀进入汽轮机内， 依次流过一系列环形安装的喷嘴栅和动叶栅而 膨胀做功，将其热能转换成推动汽轮机转子旋 转的机械能，通过联轴器驱动发电机发电。膨 胀做功后的蒸汽由汽轮机排汽部分排出，排汽 至凝汽器凝结成水，再送至加热器、经给水送 往锅炉加热成蒸汽，如此循环。也就是蒸汽的 热能在喷嘴栅中首先转变为动能，然后在动叶
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三、辅助油泵
• 为了在汽轮机启动、停机过程中以及主油 泵故障时，保证调节、润滑用油，在油系统中 均设有备用的辅助油泵。其型式有电动油泵 （电动辅助油泵、电动润滑油泵、直流油泵）、 汽动油泵、以及手摇油泵。
• 四、 冷油器
• 供油系统中的油在汽轮发电机组的运行中 温度不断升高，油温升高后润滑油的粘度减小， 当温度升高到一定数值时，将使油膜破坏，造 成设备损坏事故，因此需要对油进行冷却。油
汽轮机
蒸汽热能
气流的动能
轴的机械能
喷嘴
动叶片
发电机
电能
第三节、 汽轮机的供油系统
• 汽轮机的调节和保护装置的动作都是以 油作为工作介质的，同时支持轴承和推力 轴承也需要大量的油来润滑和冷却，因此 汽轮机必须有供油系统用以保证上述装置 的正常工作。两种用油中，用于轴承润滑 的用油量基本上是恒定的，而起调节作用 的用油量是变化的。在汽轮机稳定运行时 调节系统不动作，耗油量很少，而在调节 系统动作特别是在机组甩负荷时，短时间 内耗油量甚大。
• 其实我们平时也有人将轴封系统称为汽封 系统。这里并没有错，因为加了系统两个字。 轴封是汽封的一种 。