《汽轮机设备及系统》学习知识点

《汽轮机设备及系统》学习知识点

常用的工质状态参数有温度、压力、比容、焓、熵、内能等。

过热蒸汽的温度与饱和蒸汽的温度之差叫蒸汽的过热度。

焓的物理意义为:在某一状态下汽体所具有的总能量,它等于内能和压力势能之和。

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。汽轮机本体由转子和静子组成。

按工作原理分类：冲动式和反动式汽轮机。蒸汽主要在各级喷嘴(或静叶)中膨胀为冲动式汽轮机；蒸汽在静叶和动叶中都膨胀为反动式汽轮机。汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。

按热力特性分：凝汽式汽轮机、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）、调整抽汽式汽轮机（抽汽供热）、中间再热式汽轮机。

主蒸汽压力5.88～9.8Mpa属高压、15.69～17.65Mpa属亚临界汽轮机。

国产中间再热式汽轮机型号表示方法：主蒸汽压力/主蒸汽温度/中间再热温度，如N300-16.7/538/538

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（静子）组成。转动部分包括动叶栅、冲动式汽轮机的叶轮（或反动式汽轮机的转鼓）、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、滑销系统以及有关坚固零件等。

叶片是汽轮机中数量和种类最多的关键零件，其结构型线、工作状态将直接影响能量转换效率，因此其加工精度要求高。

转子按主轴与其他部件间的结合方式，可分为套装转子、整锻转子、焊接转子和组合转子四大类。组合转子在高温段采用整锻结构，而在中、低温段采用套装结构，形成组合转子，以减小锻件尺寸。

联轴器一般可分为刚性、半挠性、挠性三类。刚性联轴器结构简单、连接刚性强，可传递较大的扭矩和轴向、径向力，但对两轴的同心度要求严格，对振动的传递比较敏感。

转子的临界转速：转子不可避免地会存在局部的质心偏移。当转子转动时，这些质心偏移产生的离心力就成为一种周期性的激振力作用在转子上，使转子产生受迫振动。当激振力的频率与转子系统在转动条件下的自振频率相接近时，转子就会发生共振，振幅急剧增大，产生剧烈振动，此时的转速就称为转子的临界转速。它在运行中表现为：汽轮机启动升速过程中，在某个特定的转速下，机组振动急剧增大，超过这一转速后，振动便迅速减小。

汽缸的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。大容量中间再热式汽轮机一般采用多缸，汽缸数目取决于机组的容量和单个低压汽缸所能达到的通流能力。

双层缸结构的优点是把原单层缸承受的巨大蒸汽压力分摊给内外缸，减少了每层缸的压差与温差，缸壁和法兰可以相应减薄，在机组启停及变工况时，其热应力也相应减小，有利于缩短启动时间和提高负荷的适应性，内缸主要承受高温及部分蒸汽压力作用，且其尺寸小，可做得较薄，而外缸因设计有蒸汽内部冷却，运行温度较低，可用较便宜的合金制造。外缸的内外压差比单层汽缸时降低了许多，减少了漏汽的可能，汽缸结合面的严密性能够得到保障。

分缸与合缸布置各有优缺点，合缸可以减少1-2个轴承，缩短了高、中压转子的长度，制造成本和维修工作量降低。缺点是使机组的胀差不易控制，合缸后汽缸形状复杂，转子和汽缸的几何尺寸相对单缸而言较大，管道布置困难。

调节汽轮机的功率主要是通过改变进汽量进行，因此，汽轮机均设置有一个控制进汽量的机构，此机构称为配汽机构。汽轮机的配汽方式主要有节流配汽、喷嘴配汽两种。

高压自动主汽阀具有危急状态时快速关闭截断进汽和启动时调节汽轮机转速两个功能。

对低压缸而言，缸体强度不是主要矛盾，而足够的刚度、良好的气动特性则是其结构设计的主要问题，即排汽通道应有合理的导流形状，使末级排汽的余速损失尽量减小，并便于回收排汽动能，以提高机组效率。

汽轮发电机组从启动过程到正常运行状态，由于汽缸和转子在使用材料、几何尺寸不同，汽缸和转子、内外缸之间膨胀量不完全相同，必然产生膨胀差，为了保证汽轮机在启停过程中，汽缸、转子能按照设计要求定位和对中，保证其膨胀不受阻碍，汽轮机配置了一套完善的滑销系统。其主要有横销、纵销，立销、猫爪横梢、斜销、角销等部件。

转子对汽缸的相对膨胀：当汽轮机启动加热或停机冷却以及负荷变化时，汽缸和转子都会产生热膨胀或冷却收缩。由于转子的受热表面积比汽缸大，且转子的质量比汽缸小，蒸汽对转子表面的放热系数较大，因此在相同的条件下，转子的温度变化比汽缸快，转子与汽缸之间存在膨胀差，这差值是转子相对于汽缸而言的，称为相对膨胀差、简称胀差（汽缸与转子间的相对膨胀之差）。在机组启动加热时，转子的膨胀大于汽缸，其相对膨胀差值被称为正胀差。而当汽轮机停机冷却时，转子冷却较快，其收缩亦比汽缸快，产生负胀差。胀差值应小于高压部分各级轴向间隙值。若超过了安装时的冷态轴向间隙值，就会导致动、静部件之间发生摩擦，造成事故，因此在启停和运行中必须严密控制胀差的变化。

推力轴承的位置是转子相对于汽缸膨胀的死点，汽缸死点在低压缸纵销和横销中心线的交点上，在汽轮机上设置有胀差（DE）监测表，用来连续监测转子相对于汽缸的膨胀量。

汽封是装设在汽轮机动静部分之间、防止或减少蒸汽外泄及空气漏入汽轮机的装置，根据汽封装设的位置不同，汽封分为叶片汽封、隔板汽封、轴端汽封。汽轮机的通流部分汽封主要作用是减少蒸汽从高压区段通过非做功区段漏向低压区段，保证尽可能多的蒸汽在通道内做功。

300MW机组轴封系统是由轴端汽封、轴封供汽母管压力调整机构、轴封冷却器、减温器以及有关管道组成闭式轴封系统。

轴承分为推力轴承和支持轴承两种。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与汽缸中心一致，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，以保证通流部分动静间正确的轴向间隙。各支持轴承应设满足运行监视要求的温度测点。

建立油膜的条件是：（1）两平面之间必须形成楔形间隙；（2）两平面之间有一定速度的相对运动，并承受载荷，平板移动方向必须由楔形间隙的宽口移向窄口；（3）润滑油必须具有一定的粘性和充足的油量。油的粘性与油的种类和温度有关。

径向支持轴承按轴瓦可分为圆筒形轴承、椭圆形轴承、多油楔轴承及可倾瓦轴承等。

多级汽轮机在工作时产生轴向推力的原因有：蒸汽作用在动叶上、叶轮两侧存在压差以及轴封凸肩处前后压差等，这些力的和即为汽轮机的轴向推力。为了减少轴向推力，在设计制造时就采取许多平衡措施，如：高中压汽缸的逆向布置，低压缸双分流对称结构等。平衡后剩余的轴向推力由推力轴承承担。推力轴承也是根据油膜润滑原理工作的。

盘车装置的作用: (1) 防止汽机转子受热不均产生的热弯曲；(2) 启动前进行盘车以检查汽轮机是否具备运行条件；(3)在冲动转子时可减少惯性力。盘车装置可以分为低速盘车（3-5r/min）和高速盘车（40-70r/min）两种。

汽轮机设置本体疏水系统的原因：汽轮机组在启动、停机和变负荷工况时，蒸汽与本体和管道接触时受冷凝结成水，若不及时排出，它会存积在某些管段和汽缸中，引起管道发生水冲击，造成管道振动甚至破裂。一旦积水进入汽轮机，将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。