第六章 汽輪機(jī)設(shè)備

第六章汽輪機(jī)設(shè)備

概述汽輪機(jī)工作原理汽輪機(jī)構(gòu)造汽輪機(jī)調(diào)節(jié)、保護(hù)和供油系統(tǒng)汽輪機(jī)分類和型號(hào)汽輪機(jī)是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。英文：Turbine（透平）廣義范疇：葉輪機(jī)械汽輪機(jī)設(shè)備汽輪機(jī)本體靜止部分（氣缸、噴嘴、隔板）轉(zhuǎn)動(dòng)部分（轉(zhuǎn)子、葉輪、葉片）軸承、盤車裝置、汽封汽輪機(jī)輔助設(shè)備汽輪機(jī)調(diào)節(jié)（主汽門、調(diào)節(jié)汽門）

汽輪機(jī)保護(hù)

汽輪機(jī)供油系統(tǒng)等。※汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的組合稱為汽輪發(fā)電機(jī)組。第一節(jié)汽輪機(jī)的工作原理VCR一、汽輪機(jī)的級(jí)級(jí)——汽輪機(jī)作功的基本單元噴嘴葉柵（靜葉柵）：熱能—?jiǎng)幽軇?dòng)葉柵：動(dòng)能—機(jī)械能沖動(dòng)力：當(dāng)一運(yùn)動(dòng)物體碰到一靜止的或運(yùn)動(dòng)速度比它低的物體時(shí)，就會(huì)受到阻礙而改變速度，同時(shí)給阻礙其運(yùn)動(dòng)的物體一作用力，稱這個(gè)力為沖動(dòng)力。反動(dòng)力：原來靜止或運(yùn)動(dòng)速度較小的物體，在離開或通過另一物體時(shí)，突然獲得一個(gè)較大的速度增加而給另一個(gè)物體的作用力，稱這個(gè)力為反動(dòng)力。一、汽輪機(jī)的級(jí)單級(jí)汽輪機(jī)只有一級(jí)的汽輪機(jī)。

蒸汽焓降小、功率小、效率低。多級(jí)汽輪機(jī)

串聯(lián)在同一軸上的若干個(gè)級(jí)組合而成。

進(jìn)汽參數(shù)高、排汽壓力低，蒸汽流量大；

功率和效率遠(yuǎn)高于單級(jí)汽輪機(jī)。一、汽輪機(jī)的級(jí)一、汽輪機(jī)的級(jí)多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)一、汽輪機(jī)的級(jí)純沖動(dòng)級(jí)：蒸汽在動(dòng)葉流道內(nèi)僅改變方向而不膨脹加速，動(dòng)葉所受到的作用力僅為沖擊力，級(jí)內(nèi)蒸汽的焓降全部發(fā)生在噴嘴中。反動(dòng)級(jí)：蒸汽在動(dòng)葉流道內(nèi)膨脹加速，動(dòng)葉所受到的作用力為沖擊力和反擊力的合力，級(jí)內(nèi)蒸汽焓降中有一半發(fā)生在噴嘴中，另一半發(fā)生在動(dòng)葉流道內(nèi)。沖動(dòng)級(jí)：介于上述兩種級(jí)之間的一種級(jí)，級(jí)的大部分焓降發(fā)生在噴嘴中，只有一小部分焓降發(fā)生在動(dòng)葉流道內(nèi)。二、級(jí)的分類純沖動(dòng)級(jí)反動(dòng)級(jí)純沖動(dòng)級(jí)：做功能力大；級(jí)效率低；反動(dòng)級(jí)：做功能力?。患?jí)效率高；沖動(dòng)級(jí)：介于兩者之間。

※沖動(dòng)級(jí)在國產(chǎn)汽輪機(jī)(尤其是中小型機(jī)組)中應(yīng)用廣泛；但近年側(cè)重于級(jí)效率，在300MW以上大型汽輪機(jī)中較多采用反動(dòng)級(jí)。二、級(jí)的分類三、汽輪機(jī)做功流程第二節(jié)汽輪機(jī)構(gòu)造VCR一、汽輪機(jī)本體靜子汽缸、噴嘴、隔板、軸承轉(zhuǎn)子主軸、葉輪、動(dòng)葉、聯(lián)軸器汽封二、汽缸二、汽缸汽缸內(nèi)部：噴嘴、隔板、汽封；汽缸外部：進(jìn)汽管、抽汽管、排汽管、疏水管。高壓缸中壓缸二、汽缸低壓缸二、汽缸三、噴嘴與隔板噴嘴又稱靜葉片，每?jī)善M成噴嘴流道調(diào)節(jié)級(jí)：第一級(jí)（4組或6組）控制蒸汽流量來調(diào)節(jié)功率壓力級(jí)：以后各級(jí)安裝于隔板內(nèi)三、噴嘴與隔板三、噴嘴與隔板三、噴嘴與隔板四、轉(zhuǎn)子套裝轉(zhuǎn)子：主軸和葉輪分別加工，工藝簡(jiǎn)單造價(jià)低；高溫下葉輪易松脫，可用于沖動(dòng)式汽輪機(jī)中、低壓轉(zhuǎn)子。焊接轉(zhuǎn)子：采用合金鋼整鍛轉(zhuǎn)子或軸向分段、整體鍛造再組合焊接在一起的轉(zhuǎn)子。整鍛轉(zhuǎn)子：主軸和葉輪或轉(zhuǎn)鼓整體鍛造而成，工藝復(fù)雜造價(jià)高；高溫下葉輪不易松脫。（目前，300MW、600MW汽輪機(jī)的高、中、低壓轉(zhuǎn)子均為整鍛轉(zhuǎn)子）四、轉(zhuǎn)子套裝轉(zhuǎn)子整鍛轉(zhuǎn)子焊接轉(zhuǎn)子四、轉(zhuǎn)子四、轉(zhuǎn)子沖動(dòng)式汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為葉輪式結(jié)構(gòu)，由主軸、葉輪、動(dòng)葉片等組成；反動(dòng)式汽輪機(jī)因在動(dòng)葉中有較大的焓降，動(dòng)葉兩側(cè)有較大的壓力差，不宜采用葉輪式轉(zhuǎn)子而為轉(zhuǎn)鼓式結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)鼓和動(dòng)葉片等組成，沒有葉輪。四、轉(zhuǎn)子四、轉(zhuǎn)子安裝中的600MW汽輪機(jī)（中壓轉(zhuǎn)子）四、轉(zhuǎn)子安裝中的600MW汽輪機(jī)(就位低壓轉(zhuǎn)子)四、轉(zhuǎn)子五、動(dòng)葉片動(dòng)葉片葉根葉型(葉身或稱工作部分)連接件(圍帶或拉筋)五、動(dòng)葉片動(dòng)葉柵：一組動(dòng)葉片以同樣間隔和角度安裝在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上葉型決定動(dòng)葉流道的形狀沖動(dòng)式葉型之間構(gòu)成的流道截面變化較小。葉頂+附帶結(jié)構(gòu)（圍帶、拉金）葉身（葉片型線部分、做功場(chǎng)所）葉根（葉片固結(jié)于葉輪）各種類型的葉根五、動(dòng)葉片前幾級(jí)葉片很短，末幾級(jí)葉片很長(zhǎng)，通流部分呈漸擴(kuò)形。

由于蒸汽比容隨其壓力的逐漸降低而迅速增大，蒸汽的容積流量也將逐漸增大，因而要求動(dòng)葉長(zhǎng)度也隨之逐級(jí)增大。長(zhǎng)葉片均按等強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)成變截面扭曲葉片。

長(zhǎng)葉片所受到的離心力較大且葉根與葉頂?shù)膱A周速度相差大，要保證動(dòng)葉強(qiáng)度以及蒸汽沿葉高各處有良好的流動(dòng)。短葉片可采用直葉片即等截面葉片，當(dāng)然所有葉片都采用扭葉片最合理。五、動(dòng)葉片安裝中的600MW汽輪機(jī)（末級(jí)葉片）五、動(dòng)葉片七、軸承支持軸承：用于支持整個(gè)轉(zhuǎn)子的重量以及由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡所引起的離心力，并固定轉(zhuǎn)子的徑向位置，使轉(zhuǎn)子中心與汽缸中心保持一致。推力軸承：用于承受轉(zhuǎn)子上的軸向推力，并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置，以保持動(dòng)、靜之間合理的軸向間隙。由于汽輪機(jī)的重量及軸向推力很大、轉(zhuǎn)速很高，故其軸承不是通常的滾珠軸承而采用油膜潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承，依靠油膜壓力來平衡作用力。七、軸承七、軸承八、聯(lián)軸器及盤車裝置八、聯(lián)軸器及盤車裝置聯(lián)軸器（靠背輪）：將汽輪機(jī)高、中、低壓轉(zhuǎn)子以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接成一個(gè)整體。盤車裝置：能夠人為盤動(dòng)轉(zhuǎn)子的一套裝置，一般由電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿及減速齒輪組、離合器等部件組成。汽輪機(jī)啟動(dòng)前，需通過轉(zhuǎn)子的低速轉(zhuǎn)動(dòng)以檢查動(dòng)、靜部件是否存在碰撞和摩擦；汽輪機(jī)停機(jī)后，為使轉(zhuǎn)子在上下溫度不同的汽缸內(nèi)受熱均勻，避免轉(zhuǎn)子冷卻不均而產(chǎn)生大軸彎曲，也要保持轉(zhuǎn)子的低速轉(zhuǎn)動(dòng)。八、聯(lián)軸器及盤車裝置八、聯(lián)軸器及盤車裝置八、聯(lián)軸器及盤車裝置漏汽損失：汽輪機(jī)動(dòng)、靜之間必須留有一定的間隙，在壓力差的作用下會(huì)形成漏汽。汽封：動(dòng)、靜間隙處裝設(shè)的密封裝置，由很多薄金屬片與主軸的凹凸處形成多個(gè)曲折間隙，以減少漏汽。隔板汽封：隔板內(nèi)孔與主軸間的汽封；葉片汽封：動(dòng)葉片頂部、根部與靜子間的徑向、軸向汽封；軸端汽封(軸封)：轉(zhuǎn)子穿出汽缸兩端處的汽封。高壓端軸封防止蒸汽外漏，低壓缸排汽端軸封防止空氣漏入汽輪機(jī)。六、汽封軸封示意圖第三節(jié)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)、保護(hù)和供油系統(tǒng)VCR汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用來調(diào)節(jié)進(jìn)汽量，以適應(yīng)外界負(fù)荷的變化，保證供電的數(shù)量和質(zhì)量。汽輪機(jī)保護(hù)裝置用于監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)的運(yùn)行，在危急情況下保證汽輪機(jī)的安全。汽輪機(jī)供油系統(tǒng)：調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護(hù)裝置中用來傳遞信號(hào)和操縱有關(guān)部件的壓力油，以及用來潤(rùn)滑和冷卻汽輪發(fā)電機(jī)組機(jī)各軸承的用油，都是來自汽輪機(jī)的油系統(tǒng)。

用戶對(duì)電能的要求

一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)量的要求電能不能儲(chǔ)存用電負(fù)荷隨時(shí)變化調(diào)整功率質(zhì)的要求電壓∝f(轉(zhuǎn)速；勵(lì)磁電流)頻率∝f(轉(zhuǎn)速)；50±0.5Hz調(diào)整轉(zhuǎn)速3000±30r/min主要調(diào)整勵(lì)磁電流基本原理一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)不計(jì)摩擦力，平衡時(shí)：Mt=Me外界負(fù)荷由Me1降為Me2時(shí)，不改變蒸汽流量Mt1（汽輪機(jī)功率不變）

則轉(zhuǎn)速升高，a至b，轉(zhuǎn)速na與nb相差較大。不同蒸汽流量時(shí)的動(dòng)力矩Mt蒸汽動(dòng)力矩Mt；電磁阻力矩Me；不同負(fù)荷時(shí)的電磁阻力矩Me外界負(fù)荷由Me1降為Me2時(shí)，蒸汽流量由Mt1減小至Mt2

則轉(zhuǎn)速升高，a至c，轉(zhuǎn)速na與nc相差較小。汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)就是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，其基本原理是利用轉(zhuǎn)速的變化作為調(diào)節(jié)信號(hào)，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部件的一系列連鎖反應(yīng)，最終改變汽輪機(jī)進(jìn)汽量，以適應(yīng)外負(fù)荷的變化。調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)用電負(fù)荷增大減小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速減小增大調(diào)節(jié)系統(tǒng)類型一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)汽輪機(jī)噴嘴配汽方式一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DigitalElectroHydraulicControlSystem)組成電子控制器：A/D轉(zhuǎn)換器；計(jì)算機(jī)；單片機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)：伺服放大器；電液轉(zhuǎn)換器；油動(dòng)機(jī)功能汽輪機(jī)啟動(dòng)過程自動(dòng)化冷熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)汽輪機(jī)負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)事故工況下汽輪機(jī)自動(dòng)保護(hù)機(jī)組監(jiān)控（CRT軟手操）一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般機(jī)組轉(zhuǎn)子超速保護(hù)(110％-120％額定轉(zhuǎn)速)轉(zhuǎn)子軸向位移保護(hù)軸承油壓和油溫保護(hù)凝汽器低真空保護(hù)二、保護(hù)系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：快速可靠地響應(yīng)外界負(fù)荷變化保護(hù)裝置：事故和危急工況下，可靠地切斷汽源，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)采用DEH系統(tǒng)機(jī)組高壓保護(hù)部分接口裝置低壓保護(hù)部分三、供油系統(tǒng)供油系統(tǒng)作用供給軸承潤(rùn)滑油供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護(hù)裝置控制油供油系統(tǒng)類型汽輪機(jī)油供油系統(tǒng)抗燃油供油系統(tǒng)三芳基磷酸脂合成油抗燃性、流體穩(wěn)定性好價(jià)格昂貴、有腐蝕性三、供油系統(tǒng)主油泵汽輪機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)進(jìn)口采用注油器1正壓供油注油器主油泵來油經(jīng)噴管加速吸入油箱內(nèi)凈油經(jīng)擴(kuò)壓管升壓供油注油器2負(fù)擔(dān)潤(rùn)滑油供油三、供油系統(tǒng)高壓交流油泵啟動(dòng)時(shí)使用正常時(shí)切換到主油泵供油交直流潤(rùn)滑油泵（低壓油泵）高壓交流油泵啟動(dòng)前使用，以便在低油壓下將油路中空氣排盡主油泵冷油器油箱第四節(jié)汽輪機(jī)分類和型號(hào)凝汽式汽輪機(jī)；額定功率300MW；新蒸汽壓力16.7MPa、溫度538℃；再熱蒸汽溫度538℃。一、汽輪機(jī)型號(hào)用來表示汽輪機(jī)的熱力特點(diǎn)、輸出功率及進(jìn)汽參數(shù)規(guī)范等。N300—16.7／538／538沖動(dòng)式汽輪機(jī)：大多數(shù)級(jí)是沖動(dòng)級(jí)的汽輪機(jī)反動(dòng)式汽輪機(jī)：大多數(shù)級(jí)是反動(dòng)級(jí)的汽輪機(jī)（一般反動(dòng)式汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級(jí)仍為沖動(dòng)級(jí)）二、汽輪機(jī)類型按工作原理分按進(jìn)