第三章汽轮机配汽系统

第三章 汽轮机配汽系统 汽轮机的配汽方式对汽轮机的运行性能、结构，特别是汽缸高中压部分的布置和结构有很大的影响。汽轮机最常采用的配汽方式为喷嘴配汽和节流配汽。在一般情况下,节流配汽的汽轮机在设计工况下的效率稍高于喷嘴配汽的汽轮机，而在部分负荷工况下，前者的效率则低于后者。图3－1表示了这两种汽轮机的热耗（h ）随流量（G ，即机组功率）而变化的曲线。在设计工况下节流配汽的汽轮机效率高的原因在于，节流配汽的汽轮机没有调节级，不存在调节级中的部分进汽损失，另外，它的第一级的余速可被下一级利用。而在部分负荷下效率的降低，则是由于节流损失的增大引起的。

节流损失的大小与机组流量（功率）变化的程度有关，也和机组总理想焓降的大小有关。流量变化越大，阀门节流程度越大，节流损失就越大，机组的总理想焓降越大，即初压/背压比越大，节流损失则越小（占总焓降的比例越小）。

对于中间再热机组,节流损失仅存在于中间再热之前的高压级内。由于高压机组的背压远大于凝汽机组的背压，所以，对高压

缸来讲，节流损失是相当大的。中低压缸的焓降一般要占机组总焓降的2/3～3/4,而这

一部分不受节流损失的影响，因此对整个汽

轮机来讲，节流损失将大为减小。对于中间再热机组，节流损失的大小随初压力的提高

而有所降低。这是因为初压力的提高对高压

级组的初压/背压影响不大（随着初压力的提

高，高压级组的背压也将按比例增长），但

却会扩大中低压级组焓降在汽轮机总焓降中所占的比例，从而使整个机组的节流损失

有所减少。喷嘴配汽汽轮机在部分负载下的经济性优于节流配汽汽轮机，但它的高压级组在变工况下的蒸汽温度变化比较大，从而会引起较大的材料热应力，因此调节级汽缸壁可能产生的热应力常成为限制这种汽轮机迅速改变负荷的重要因素之一。而节流配汽汽轮机的情况则与此不同，各级温度随负荷变化的幅度大体相等，而且都很小。所以节流配汽的汽轮机 虽然部分负荷下的效率较低，但它适应工况变化的能力却高于喷嘴配汽的汽轮机。大功率汽轮机从安全着眼，控制机组在运行中的热应力具有很大意义，所以带基本负荷的大功率汽轮机目前倾向于采用节流配汽方式。节流配汽汽轮机在部分负荷下效率低这一缺点，可通过采用滑压运行的方式在一定程度上予以克服。 最为优越的配汽方式是采用了所谓双重配汽方式。兼顾喷嘴和节流两种配汽方式的优点，将汽轮机设计成高负荷段为喷嘴配汽，低负荷段转为节流配汽的节流－喷嘴混合配汽方式。

国外实践表明，随着蒸汽参数的提高，汽轮机结构的柔性应相应提高。特别是汽轮机的进汽部分，不管是高压进汽部分还是中压进汽部分，这点都尤为重要，因为该部位是汽轮机的高温区域，尽可能地减小其在变动工况下所固有的热应力，对适应高温运行有很重要的意义。经验表明，和高参数机组相比，在进汽部分采取一些新的结构方式，增强相互膨胀，防止汽缸与喷嘴室之间产生裂纹等。这些新的结构方式包括：蒸汽室和汽缸分离并铰接在基础上，蒸汽室和汽缸采用柔性很大的导汽管连接，喷嘴汽室与汽缸采用装配式联接等。

高参数大功率汽轮机多采用喷嘴配汽。习惯做法是，蒸汽室与喷嘴室单独铸出，然后再分别汽轮机的热耗曲线及其比较图3-1 喷嘴配汽和节流配汽节流配汽

喷嘴配汽

热耗

K G 流量

与高压缸焊接，调节汽阀布置在汽缸上（图3－2）。这种结构方式，布置紧凑，调节汽阀的传动控制集中，从调节阀到汽轮机之间的中间容积小，有利于提高调节系统的稳定性，特别是防止甩负荷后的动态超速。但这种结构使高压缸结构复杂化，特别是会使汽缸在运行中由于温度不均匀而产生过大的热应力，不能很好适应蒸汽参数提高和单机功率增大对高温运行提出的要求。

目前应用较多的是将喷嘴配汽汽轮机的蒸

汽室及其调节阀从高压缸缸体上分离出来，成为

单独的汽阀体。其实节流配汽的汽轮机一向就采

用这种进汽部分的布置方式。需要说明的是，再

热机组高压部分不论采用何种配汽方式, 中压

进汽部分一般均采用全周进汽的节流配汽方式

（仅低负荷时参加调节）。大功率汽轮机的主蒸

汽进汽管和再热蒸汽进汽管多为双路布置，这样

较有利于对称布置。所以独立的汽阀体通常总是

与主汽阀（或再热主汽阀）制成一体，而且一般

总是制造成同样结构和大小的两个或四个。对称

布置并固定在汽缸的两侧，阀体与汽缸之间用较

长的并按大曲率半径弯成的管道连接，以避免结

合部分受到过大的应力。图3－2 进汽室、喷嘴室与汽缸的焊接连接

阀体与汽缸分离并固定在基础上的布置方式，增加了导汽管中贮存新汽的容积，在甩负荷时容易引起机组超速，对调节系统稳定性有不利影响。为了克服这一缺点，采用使阀体尽量靠近汽缸但又不单独固定的方法，同时将主汽阀和调节阀合装在一个壳体内来简化汽阀体的结构。这种布置方式也同样有一些缺点，主要是由于汽阀体不单独固定在基础上，主蒸汽管道的不对称推力可能传到汽缸上，这就要求汽缸能承受这部分额外的力量。

下面就本机组配汽系统的布置方式作一介绍，本汽轮机在选择进汽部分的布置方式时，主要考虑了一下几个方面：

蒸汽管道对汽缸的推力在允许的范围内，任何工况下管道对汽缸的总推力不得大于汽缸总重量的5％。

1）管道和阀门在任何工况下的热应力和热变形在允许的范围内，同时也不会使之与连接的汽缸产生不允许的热应力和热变形。

2）调节阀后至配汽室的容积应尽可能小，避免调节阀快关后，阀后有过多的“余汽”进入汽轮机，造成汽轮机组超速。

3）安装、运行操作、检修方便，结构紧凑、整齐、美观。

图3—3是本汽轮机组配汽系统的布置方式。主蒸汽管道位于汽轮机运行层下部，经过2个高压主汽阀和4个高压调节汽阀，分四路进入高压缸。2个高压主汽阀的出口与4个调节汽阀的进口对接焊成一体，4个高压调节汽阀合用一个壳体。

4根高压导汽管的一端与高压调节阀出口焊接，另一端则采用法兰、螺栓与高压缸上4根进汽短管的垂直法兰相连接。高压缸上的4根进汽短管以钟罩型结构与高压外缸焊接在一起，它们与喷嘴室的短管采用插入式连接。高压缸共有4个喷嘴室（喷嘴组），对称地布置于高压缸上下汽缸上。

再热蒸汽经过位于高、中压缸中部两侧的中压主汽联合调节汽阀（布置在运转层），进入中