汽轮机的基本概念及工作原理.docx

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1、汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机。由于其具有热效率高、运转平稳、输出功率大、事故率低等优点，广泛应用于拖动发电机、大型风机水泵及船舶的动力设备。依其做功原理的不同，可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机两种类型。两种类型各具特点，各有其发展的空间。冲动式汽轮机：蒸汽的热能转变为动能的过程，仅在喷嘴中发生，而工作叶片只是把蒸汽的动能转变成机械能的汽轮机。即蒸汽仅在喷嘴中产生压力降，而在叶片中不产生压力降。反动式汽轮机：蒸汽的热能转变为动能的过程，不仅在喷嘴中发生，而且在叶片中也同样发生的汽轮机。即蒸汽不仅在喷嘴中进行膨胀，产生压力降，而且在叶片中也进行膨胀，产生压力降。冲动式与反

2、动式在构造上的主要区别在于：冲动式：动叶片出、入口侧的横截面相对比较匀称，汽流通道从入口到出口其面积基本不变。反动式：动叶片出、入口侧的横截面不对称，叶型入口较肥大，而出口侧较薄，汽流通道从入口到出口呈渐缩状。最简单的汽轮机单级汽轮机结构由轴、转轮、叶片和喷嘴组成，工作原理为：具有一定压力和温度的蒸汽通入喷嘴膨胀加速，此时蒸汽压力、温度降低，速度增加，蒸汽热能转变为动能，然后，具有较高速度的蒸汽由喷嘴流出，进入动叶片流道，在弯曲的动叶片流道内，改变汽流方向，给动叶片以冲动力，产生了使叶轮旋转的力矩，带动主轴旋转，输出机械功，完成动能到机械能的转换。热能动能机械能，这样一个能量转换的过程，便构成

3、了汽轮机做功的基本单部分元，通常称这个做功单元为汽轮机的级。由于单级汽轮机的功率较小，且损失大，故使汽轮机发出更大功率，需要将许多级串联起来，制成多级汽轮机。多级汽轮机的第一级又称为调节级，该级在机组负荷变化时，是通过改变部分进汽量来调节汽轮机负荷，而其它级任何工况下都为全周进汽，称为非调节级。 汽轮机分类按热力过程可分为：1、凝汽式汽轮机：进入汽轮机做功的蒸汽，除少量漏汽外，全部或大部分排入凝汽器，形成凝结水。2、背压式汽轮机：蒸汽在汽轮机内做功后，以高于大气压力被排入排汽室，以供热用户采暖和工业用汽。3、调整抽汽式汽轮机：将部分做过功的蒸汽以某种压力下抽出，供工业用或采暖用。4、中间再热式

4、汽轮机：将在汽轮机高压缸做完功的蒸汽，再送回锅炉过热器加热到新蒸汽温度，回中、低压缸继续做功。按蒸汽初蒸汽分类：低压汽轮机：新汽压力为1.21.5MPa；中压汽轮机：新汽压力为2.04.0MPa；次高压汽轮机：新汽压力为5.06.0MPa；高压汽轮机：新汽压力为6.010.0MPa；还有超高压、亚临界压力、超临界压力汽轮机等等。汽轮机型号表达方式：我国采用汉字拼音和数字来表示汽轮机的型号。型号中第一组符号的汉字拼音，表示汽轮机的热力特性或用途，数字表示汽轮机的额定功率，第二组符号由数字组成，表示汽轮机主蒸汽参数。例如 N6-2.35凝汽式，额定功率6MW，初压2.35MPa B3-3.43/0

5、.49背压式，额定功率3MW，初压3.43MPa背压0.49MPa针对水泥余热资源品位低、流量大的特点,在满足水泥工艺要求前提下,为充分利用余热热能，宁一线采用多级冲动混压凝汽式带减速机型汽轮机。利用参数较低的主蒸汽和来自闪蒸器的饱和蒸汽发电,汽轮机额定功率6480kW,排气压力-95.6kPa, 转速5829rpm，级数9级,工作状态下额定蒸汽条件:入口蒸汽压力主蒸汽高压混汽低压混汽2.45Mpa0.31Mpa0.006Mpa入口蒸汽温度335饱和饱和入口蒸汽流量31.93t/h2.24t/h0.93t/h汽轮机为减速式汽轮机，通过减速机后转速为1500rpm，这样汽轮机的整体尺寸较小，暖机

6、和冲转所需的时间较短，便于汽轮机停机后能够在短时间内迅速再投入，适应窑系统工况的波动。针对汽轮机后几级叶片水份较多、易发生水蚀现象的特点，在低压部分特别设计了集水槽和疏水孔，充分利用转子转动的离心力分离水珠，避免水蚀。另在末两级叶片前部覆盖了一层特殊合金，以减轻水击产生的损伤。汽轮机的调节系统采用电、液（压）调节方式，感应机构为电磁式，执行机构为液压传动式。调节系统稳定可靠，保证了汽轮机在设计范围内的任何工况下稳定运行。为保障汽轮机安全运行,我厂汽轮机设置保护有:1、主蒸汽进汽阀门丧失油压而自动关闭；2、超速保护(电气、机械保护)；3、润滑油、跳闸油压力低保护；4、推力轴承磨损保护；5、排汽压

7、力保护。汽轮机油系统组成有:油箱装置、油雾排气扇、油净化器、油冷却器、润滑油过滤器、调节油过滤器、主油泵、辅助油泵、紧急油泵、控制（润滑）油压调节阀、油温调节阀及相应的管道等。润滑油主要作用是为保证各轴承部位的润滑、冷却、清洗及防止氧化等，另外,汽轮机的调节、保护系统均采用油作为工质。我厂汽轮机使用的是美孚(Mobil)46#透平油。 主油泵作用：是汽轮机正常运行时，向汽轮机发电系统供油。为轴驱动齿轮泵，转速1025rpm，能力55m3/h。辅助油泵作用：汽轮机组启动与停止时向汽轮机系统供油。为电机驱动齿轮泵，能力54m3/h，电机额定功率37kW。紧急油泵作用：当汽轮机系统主油泵及辅助油泵无

8、法启动时，该泵启动向系统供油。为直流电机驱动齿轮泵，能力17m3/h，电机额定功率2.2kW。盘车装置：在机组升温启动与机组停车降温时带动转子，使汽机转子均匀受热。型式：手动啮合电机驱动自动分离式。真空泵作用：将凝汽器内的不凝结气体抽出以保持较高的真空度，使做过功的蒸汽能充分冷凝，设计真空-95.6kPa。汽封蒸汽凝汽器：使汽封部蒸汽凝结成水重新参加系统循环，并回收蒸汽所携带热能。冷却水为凝结水，热交换加热。三、汽轮机静止部分的结构汽轮机静止部分的结构由汽缸、隔板和喷嘴组、轴封及隔板汽封、轴承组成。1、汽缸汽轮机的汽缸是将调节汽室及喷嘴、隔板、轴封、滑销等连成一体，与汽轮机转子组成通流部分，从

9、而保证蒸汽在汽轮机内做功过程的基础部件。中小型汽轮机都是单层汽缸，整体呈圆柱形，由中分面将汽缸分为上下两部分，上半部分叫上汽缸，又称为汽缸盖，下半部叫下汽缸。上下汽缸在接合面处用大螺栓连成一体。每半汽缸又分为高压缸（前汽缸）、低压缸（后汽缸）两部分。汽缸滑销系统：无论汽轮机汽缸怎么前后左右膨胀，有个点的相对位置却不变，这个点称为汽缸膨胀的死点。 2、隔板和喷嘴组隔板是由隔板外缘、喷嘴、隔板体构成的圆形板状组合件，通常将装在调节汽室上的喷嘴组合体简称为喷嘴组，汽轮机通过各个调速汽阀，控制各自的喷嘴，达到控制汽轮机进汽量的目的，从而使机组启动时能平稳地控制转速，并入电网后稳定地调整负荷。3、轴封及

10、隔板汽封轴封与隔板汽封统称为汽封。轴封又称为轴端汽封，即转子穿出汽缸两端处的汽封。汽轮机高压端轴封称为高压轴封，在单缸汽轮机中又称为前轴封，它的作用是防止高压蒸汽漏出汽缸，造成工质损失，汽轮机效率降低，并可使轴颈处被加热或蒸汽冲进轴承造成润滑油质恶化。低压端轴封称为低压轴封，用来防止空气漏进汽缸，造成真空度下降，使真空恶化。在单缸汽轮机中又称为后轴封。我厂为密封迷宫填料，分成4或6段在填料盒内用圈弹簧压紧。装在隔板汽封槽中的汽封称为隔板汽封，用来阻碍蒸汽绕过喷嘴而造成的能量损失，并使叶轮上的轴向推力增大。采用曲径式汽封，一方面漏汽间隙减小，另一方面汽封片较多，每一个汽封片形成一个缩孔，产生一次

11、节流作用，漏汽量逐级减少。减少隔板汽封闭损失方法：加装隔板汽封片，减少漏汽量；在动叶片根部安装径向汽封片；在叶轮上开平衡孔，使隔板漏汽经平衡孔漏向级后。通流部分汽封是动叶柵顶部和根部处的汽封，用来阻碍蒸汽从动叶柵两端散逸，使做功能力降低。4、轴承 汽轮机的轴承按受力方式分为支持轴承和推力轴承两种。（1）支持轴承用来支承汽轮机转子的重力，保持动静件中心一致，从而保证动静件之间的径向间隙在规定范围内。（2）推力轴承用来平衡转子的轴向推力，确定转子膨胀的死点，从而保证动静件之间的轴向间隙在设计范围内。四、汽轮机转子的结构汽轮机转子是汽轮机最重要的部件，由主轴、叶轮、叶片、推力盘、轴套、联轴器等组成。

12、按其结构分为套装式转子、整体锻造转子、组合式转子和焊接转子。1、套装式转子是将叶轮热装在加工好外径尺寸的主轴上构成的，叶轮与主轴用键连接。优点是加工方便。不利因素是适应高温条件较差，在高温下过大温差会使热装过盈消失，致使叶轮松动。2、整体锻造转子转子是由一块钢料整体锻造而成，因此不存在高温下的松弛现象，整体锻造转子，轴向尺寸较小，结构紧凑，适应于高温区域运行，缺点是加工难度大，锻件较大，质量难保证，转子材料须由耐高温的好材料制作。汽轮机的转子因材料内部的质量不均匀、加工精度等原因，造成转子的重心与其旋转中心存在一定的偏差，因而使转子转动时产生离心力，这个离心力周期性地作用在转子上，就成为引起转

13、子强迫振动的扰动力，这个扰动力的频率与汽轮机转速相等。当转子的转速和它的本身自由振动频率相等时，转子就会发生共振现象，振幅将要不断的加大，这时汽轮机若在这个转速下长时间工作，转子将会因强烈的振动而遭到破坏。汽轮机产生共振时的转速，叫做临界转速。在进行汽轮机设计时，要求其临界转速比工作转速高或低30%左右。工作转速低于临界转速的汽轮机转子称为刚性转子。刚性转子在启动过程中没有共振现象产生。工作转速高于临界转速的汽轮机转子称为挠性转子，这种转子在启动过程中有临界转速的出现。 汽轮机叶片在汽轮机中，动叶片是形状复杂、工作条件恶劣、受力情况复杂、数目最多的一种零件。它在汽轮机中的重要任务是把蒸汽的动能

14、转变为机械能，并通过叶轮传给主轴。叶片由叶顶、叶片型线部分和叶根三部分组成。叶顶是为了改变叶片的振动特性，增加其强度，而由围带及拉筋连接成的。短叶片的叶顶都有围带，其围带连接有两种形式，一种是在叶片顶部铣出铆钉头，然后用特制带有孔眼的围带与其铆在一起。另一种是将叶片顶部的围带与叶片一起铣出，在叶轮上组装叶片后，在将每组叶片的围带采用亚弧焊焊在一起。叶顶均有较薄的汽封刃，可以大大减少叶片顶部的漏汽。叶型部分是动叶片进行能量转换的工作部分，蒸汽的动能转变为机械能的过程就在这里发生。因此，叶型部分应具有良好的空气动力特性，以减少蒸汽做功的能量损失。叶型按从根部到顶部截面变化的情况，可分为等截面叶片和变截面叶片两种。等截面叶片从叶跟到叶顶，不但叶片型线相同，而且其截面积也相等。变截面从根部到顶部的截面积逐渐减小，且线型扭转改变，它能较好的保证空气动力特性，减少叶片根部所承受的离心力，提高叶片强度。叶根是用来将叶片和叶轮结合在一起而采用的一种连接结构。叶片在工作