汽轮机课件.ppt

汽轮机,别志,汽轮机,汽轮机是一种将蒸汽热能转化为机械能的回转式原动机。,汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。汽轮机是一种透平机械，又称蒸汽透平。透平turbine将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮、涡轮机。透平是英文turbine的音译，原意为旋转物体。透平最主要的部件是旋转元件（转子或称叶轮），被安装在透平轴上，具有沿圆周均匀排列的叶片。流体所具有的能量在流动中经过喷管时转换成动能，流过转子时流体冲击叶片，推动转子转动，从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。,汽轮机概念,20世纪初，汽轮机就已成为主要的火力发电设备，并作为船舶动力装置的主机，代替了部分蒸汽机。此后汽轮机的发展主要结合锅炉的改进，增加功率、提高热效率、降低材料消耗和造价。第二次世界大战后，为提高热效率，大型电站汽轮机一度趋向于采用超临界蒸汽参数，蒸汽压力达3035兆帕，温度达593650，但因需要昂贵的奥氏体不锈钢制造锅炉。后来选用的蒸汽参数有所下降。,汽轮机的出现推动了电力工业的发展，到20世纪初，电站汽轮机单机功率已达10兆瓦。随着电力应用的日益广泛，美国纽约等大城市的电站尖峰负荷在20年代已接近1000兆瓦，如果单机功率只有10兆瓦，则需要装机近百台，因此20年代时单机功率就已增大到60兆瓦，30年代初又出现了165兆瓦和208兆瓦的汽轮机。此后的经济衰退和第二次世界大战期间爆发，使汽轮机单机功率的增大处于停顿状态。50年代，随着战后经济发展，电力需求突飞猛进，单机功率又开始不断增大，陆续出现了325600兆瓦的大型汽轮机；60年代制成了1000兆瓦汽轮机；70年代，制成了1300兆瓦汽轮机。现在许多国家常用的单机功率为300600兆瓦。,汽轮机制造生产厂家,美国通用电气公司、西屋电气公司日本日立制作所、东芝电器会社、三菱重工株式会社瑞士BBC公司中国哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、东方汽轮机厂、北京重型电机厂、青岛汽轮厂、武汉汽轮发电机厂、杭州汽轮机厂、南京汽轮发电机厂,4、汽轮机生产厂家（1）国内（单位：MW）上海汽轮机厂哈尔滨汽轮机厂125、300、600、1000200、300、600、1000东方汽轮机厂200、300、600、1000北京重型电机厂100、200、350、600青岛汽轮机厂中小型汽轮机南京汽轮发电机厂中小型汽轮机、燃气轮机杭州汽轮机厂工业汽轮机,（2）国外美国：GE、WH德国：KWU（SIEMENS）瑞士：BBC、ABB法国：ALSTHOM日本：MHI、TOS、HIT英国：GEC俄罗斯：列宁格勒金属工厂、哈尔科夫汽轮机厂意大利：,汽轮机型号,NK（HG）25/29/25N进汽参数标记（N-外缸受常压、H-外缸受高压）K排汽段标记(K-凝汽式汽轮机、G-背压式汽轮机)25-外缸标识尺寸(外缸轮室内半径)29-转子标识尺寸(指末级转子根径)25-延长段标记，25代表延长段为25cm,1汽轮机的分类,1.1汽轮机的种类很多，目前石油化工在用的汽轮机，通常按其排气方式分类：1.1.1凝汽式汽轮机,汽轮机的排汽进入凝汽器，蒸汽在低于大气压情况下凝结。凝结水被引回作锅炉给水的一部分，排汽凝结放出热量不再利用。,凝汽式汽轮机结构图1排汽缸；2上汽缸；3调节阀；4调速机构；5前轴承座；6危急保安器；7推力轴承；8前轴承；9高压端汽封；10转子；11下汽缸；12后轴承座；13联轴器；14后轴承；15油封；16低压端汽封；17喷嘴；1825隔板；26分流隔板；27动叶片；28隔板汽封；29叶轮；30挠性板,凝汽器是热力循环的冷源。其基本功能是接收汽轮机的排汽并将其凝结成水，使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械能。凝汽器是一个工作在真空条件下的表面式热交换器，其具体功能有：1）冷却汽轮机的排汽，使之凝结为水，使凝汽器形成机组安全、经济运行的真空。2）把排汽的凝结水循环使用。3）在正常运行时，凝汽器还可以起到一级真空除氧器的作用，能够除去凝结水中所含有的气体，从而提高水的质量，防止设备腐蚀。,凝汽式汽轮机设备组成,凝汽系统,凝汽系统包括：凝汽器抽空器凝结水泵疏水联箱,凝汽系统,凝汽器凝汽器在汽轮机装置中执行冷源的任务，系将凝汽式汽轮机的排汽凝结成水并带走蒸汽凝结时放出的热量，建立和维持汽轮机排汽口形成真空使进入汽轮机的蒸汽膨胀到尽可能低的有利压力，增加蒸汽的可用焓降；且将凝结水重新送往锅炉，作为锅炉的给水，循环使用，从而提高整个装置的热经济性。,凝汽系统,抽气器抽气器的任务是将通过处于负压的汽轮机凝汽器及管道的不严密处漏入凝汽器汽侧空间的空气不断地抽出，以保持凝汽器的真空和良好的传热。,汽轮机的主要辅助设备-抽气器,由于凝汽器或乏汽管等连接处的不严密，势必有空气从外界漏入。为了保持凝汽器中有较高的真空度，必须采用抽气设备将漏入的空气不断抽走，抽气器的作用就是将凝汽器中的空气不断抽出，保持凝汽器的良好真空。,凝汽系统,投用步骤：(1)供冷却水；(2)起动凝结水泵；(3)起动抽气设备；(4)向汽封送密封蒸汽。,凝汽系统,引起真空下降的原因：冷却水中断冷却水量不足凝汽器满水凝汽器冷却面积垢真空系统漏气量增多抽气器工作不正常,1.1.2背压式汽轮机,汽轮机的排汽压力常高于大气压，排汽进入蒸汽管网。,1.1.3抽汽式汽轮机,这种汽轮机中，当蒸汽经过若干个级的膨胀作功后，在汽缸上开有一个或多个抽汽口，将部分蒸汽抽出随即进入热管网，供热用户使用。未抽出的蒸汽在汽轮机中继续膨胀作功。,抽汽式汽轮机，当蒸汽经过若干个级的膨胀做功后，将部分蒸汽从汽缸上开的一个或多个抽汽口抽出，随即进入热管网，供热用户使用。未抽出的蒸汽继续在汽轮机中膨胀做功。,1.2按作用原理分类,1.2.1冲动式汽轮机,冲动式汽轮机：由冲动级组成，其基本工作原理为：在冲动式汽轮机中，蒸汽主要在喷嘴中膨胀，压力降低，速度增加，在流经动叶片时压力和速度保持不变，只是改变了汽流方向，因此，对动叶片产生了一个冲动力，叶轮在这个冲动力的作用下旋转做功。,1.2.2反动式汽轮机,反动式汽轮机由反动级组成，其基本工作原理为：在反动式汽轮机中，蒸汽不仅在喷嘴中膨胀加速，而且在流经动叶片通道时继续膨胀加速。因此，汽轮机动叶片不仅受到喷嘴出口高速汽流的冲动力作用，而且还受到蒸汽离开动叶片时的反作用力作用，叶轮在蒸汽的冲动力和反动力的联合作用下旋转做功。,混合式汽轮机：由冲动级和反动级共同组成，一般情况下，汽轮机的前几级为冲动级，后几级为反动级。近代常用的汽轮机，实际上用的大部分都是带反动度的冲动式汽轮机，动叶片中也有汽流膨胀，但比在喷嘴中膨胀的程度小些。反动度是指蒸汽在汽轮机动叶片中膨胀的程度，反动度常用来表示。,纯冲动级的=0，意思是指蒸汽只在喷嘴中膨胀。反动级的=0.5，意思是指蒸汽的膨胀有一半在喷嘴中进行。带反动度的冲动级00.5。带有不大反动度的冲动级使用最为广泛，它可以提高冲动式汽轮机的效率。,1.3按结构形式分类,按汽轮机的结构形式可分为单级汽轮机和多级汽轮机两种。（1）单级汽轮机通流部分只有一级叶轮，通常为背压式汽轮机。多用于驱动泵、风机等小型设备。（2）多级汽轮机通流部分有两级以上的叶轮。可为凝汽式、背压式、抽汽凝汽式、多压式汽轮机等。多用于驱动离心压缩机、发电机等大型设备。,2汽轮机的原理,汽轮机是一种利用蒸汽带动的原动机。利用蒸汽的膨胀，使其一部分热能转变为具有高速的气流，推动叶轮旋转而转变为动能。通过喷嘴以后，蒸汽焓降很大，此热量转变为流出后蒸汽的动能。,汽轮机的叶轮,汽轮机的叶轮由轮缘部分、轮毂部分和轮体部分组成。轮缘部分：是安装叶片的部分，具有与叶根相配合的形状，大多数轮缘具有比轮体大的截面。轮毂部分：将叶轮套在主轴上的配合部分。只有套装转子才有。轮体部分：轮缘与轮毂的连接部分，其断面根据不同的受力情况而确定。轮体断面型线主要有：等厚度叶轮、锥形叶轮、双曲线叶轮及等强度叶轮。,汽轮机动叶片的结构特点,汽轮机动叶片又称动叶栅，它一般由叶型、叶根和叶顶三部分组成。动叶片是汽轮机最重要的零件之一，其形状对汽轮机的效率有直接的影响。调节级动叶片由于要承受很高的离心力，所以，通常把动叶片加工成有跨状叶根和整体铣成的围带的结构。,汽轮机高压部分动叶片的顶部通常装有围带，围带的作用主要是增加叶片的刚性、减少蒸汽从叶顶处损失、改变叶片的自振频率从而避开共振。,凝汽式汽轮机低压部分的动叶片通常采用自由状态的扭曲和变截面的叶片。,轴向力产生的原因,一般情况下，汽轮机转子的轴向推力主要来源于蒸汽作用于动叶片上的轴向分力、动叶片和叶轮的前后压差、轴变径产生的压差等。,1作用于动叶片上的轴向分力汽轮机转子工作时，蒸汽作用在动叶片上的力除沿圆周方向的力外，还有一个沿轴向的分力，这使转子产生一定的轴向力。现代应用的汽轮机大都带有一定的反动度，动叶片前后存在一定的压差，该压差也会使动叶片产生轴向力。2作用在叶轮上的轴向力在冲动式汽轮机(带有一定反动度)中，叶轮前后存在一定的压差，由于叶轮面积较大。所以，它产生一定的轴向推力。3由于轴变径产生的轴向力由于汽轮机主轴变径形成的阶梯形、锥面、凸肩等也存在一定的压差。所以，也会使转子产生轴向推力。,轴向力的平衡方法,汽轮机正常工作时，转子上受到很大的轴向推力，其中的大部分由平衡装置平衡掉，小部分由止推轴承承受。在汽轮机中，平衡轴向力的常用方法有平衡活塞、开平衡孔、采用相反流动的布置方法等。,1平衡活塞在大型反动式多级汽轮机中，通常在转子前端设有平衡活塞。靠汽缸侧为高压蒸汽，另一侧为低压蒸汽。这样，在平衡活塞上就产生了一个与转子轴向力方向相反的轴向推力，以抵消转子大部分的轴向力。2开平衡孔在冲动式汽轮机中，通常在叶轮上开几个孔，这样叶轮两侧的蒸汽可相互流动，使轮盘两侧的蒸汽压力差减少，从而减少轮盘的轴向推力。平衡孔一般为奇数，通常开5个或7个（也有开偶数的），这样可避免在同一径向截面上开设两个平衡孔，从而使叶轮截面强度不过分削弱。3用相反流动的布置方法把蒸汽在汽轮机内的流动方向布置成相反的，使产生的轴向推力方向相反，相互抵消达到平衡轴向力的目的。也可以让蒸汽在高压缸和低压缸中的流动方向相反，使轴向力自动平衡。,汽轮机的级,汽轮机的级是汽轮机作功的最基本的单元，在级中蒸汽的热能转换为转子旋转的动能。它由喷嘴和叶片组成。,级内能量转换过程：,具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。,冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级。,反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸汽通过这种级，两种力同时作功。通常称这种级为反动级。,三，冲动级和反动级,冲动级有三种不同的形式：1，纯冲动级：通常把反动度等于零的级称为纯冲动级。对于纯冲动级来说，=、=0、=，蒸汽流出动叶的速度C,具有一定的动能C未被利用而损失，称这种损失为余速损失，用表示。2，带反动度的冲动级为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（=0.050.20)，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。,3.复速级由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级，称为复速级。第一列动叶栅通道流出汽流，其流速还相当大，为了利用这一部分动能，在第一列动叶栅之后装上一列导向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶栅通道继续作功。复速级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大的特点。4.反动级通常把反动度=0.5的级称为反动级。对于反动级来说，蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是，。反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。,3工业汽轮机主要运行经济指标,3.1汽耗量汽轮机每小时消耗的蒸汽量叫汽耗量，也就是流过汽轮机的蒸汽流量，它是表明汽轮机经济性的一个指标。,3.2汽耗率,驱动发电机的汽轮机组，每发出1度电（1kWh）所需要的蒸汽量叫汽耗率（d），这是常用的重要经济指标，也叫“汽耗”。,3.3热耗率,汽轮机发电机组，每生产1度电（1kWh）所需要的热量叫热耗率（q），它是汽轮机另一经济指标。,4汽轮机的结构：,转动部分静止部分调速部分,4.2径向轴承：,作用：在工业汽轮机上常用的径向轴承有圆瓦轴承、椭圆瓦轴承、多油楔固定轴承和可倾瓦轴承，并且以可倾瓦轴承使用最多。可倾瓦轴承与上述轴承相比其优点是每一块瓦均能自由摆动，在任何情况下都能形成最佳油楔，高速稳定性好，不易发生油膜振荡，应用广泛。,4.3推力轴承：,积木块系列工业汽轮机属于冲动级与反动级相结合的汽轮机，因而轴向推力较大，所以采用了平衡活塞来平衡大部分轴向推力。其余少量的力由推力轴承承担，并传递给轴承座。,米楔尔止推轴承止推块同基环直接接触，是单层的；金斯伯雷止推轴承是止推块下还有上、下水准块，然后才是基环，是三层结构。,汽轮机推力轴承磨损或发生烧坏事故的原因：,1、水冲击2、叶片积盐垢3、隔板汽封间隙太大，或隔板接合面间隙太大4、油不清洁、油质劣化或夹杂污物，或油中带水5、缺油6、推力瓦浇注、安装质量差,7、推力盘不平正光滑，或推力盘紧力不够，转时松弛8、推力盘紧力过大9、轴承进油发生故障10、机组膨胀不均匀11、特殊原因使得瞬时推力增大,4.1前支座：,1汽缸；2上汽缸前猫爪；3前座架；4汽缸调整组件；5前轴承座；6轴承座调整组件；7拉杆；8螺栓,拉杆的一端固定在上汽缸，另一端固定在前轴承座上，当汽缸膨胀或收缩时，拉杆推着前轴承座一起移动，使汽轮机动静部分的轴向间隙保持不变。,4.4后支座：,作用：后支座是支承汽缸和转子，并用于这些部件相互位置的调整。,1排缸；2后轴承座；3排缸立销组件；4调整组件；5汽缸立销；6定位销；7基础底板；8排缸猫爪,凝汽式与背压式汽轮机后机座有较大的区别，背压式汽轮机的后机座没有排缸。凝汽式汽轮机后机座的结构如图所示，其通常由排缸、后轴承座、汽缸立销组件等组成。后机座固定在汽轮机的基础底板上，用于支承汽缸和转子，使它们在各个方向保持正确位置并构成汽轮机热膨胀的基准点（即死点）。,1排缸；2后轴承座；3排缸立销组件；4调整组件；5汽缸立销；6定位销；7基础底板；8排缸猫爪,4.5盘车装置：,约180地盘动转子。在汽轮机冲转前和停机后使转子转动，以避免转子受热和冷却不均而产生热弯曲。启动前盘动转子，可以检查动静部件间是否有摩擦、润滑油系统工作是否正常及主轴弯曲是否过大等。用来检查汽轮机是否具备正常启动条件。另外对较大机组，为使液压盘车装置不必设计得很大，常配置手动盘车装置作为辅助设施用。,（1）手动盘车装置：,借拉杆的摇动可以上下移动，拉杆下端通过一销轴与框架相连，拉杆上下移动带动框架，框架下端销轴拨动红套在转子上的棘轮，使转子盘动。,4.6汽轮机的汽缸,汽缸是汽轮机的外壳。汽轮机本体的主要零部件几乎都包含在汽缸内。它把通流部分与大气隔开，形成密闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成能量转换过程。汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板、隔板套和汽封等部件，并对它们进行支承；汽缸外部装有调节汽阀、进、排汽管和抽汽管等。,汽缸的工作条件，及受力分析：,1）因为汽缸的内外有压力差，汽缸受到沿轴向逐渐减小的周向应力。在前区段缸内的压力高于大气压，缸壁便受着由内向外压差。然而凝汽式汽轮机的后区段受到由外向内的近于大气压的压强。作用在汽缸壁各部分的力方向不同，大小也不同。因为蒸汽在缸内逐级膨胀，压强逐级降低，同时压强随工况的不同而变化着，尤其是在起动，停机时候变化更剧烈。2）喷咀和导叶持环加给汽缸的力：当蒸汽流过喷咀组和导叶持环上的导向叶片时，产生的反作用力使汽缸受到一个与转动方向相反的力矩。此力矩也随工况的变化不同而变化着。,3）由蒸汽压力所产生汽缸的轴向拉应力。4）承受汽缸本身以及固定在汽缸上的另部件的重力。5）在大多数汽轮机的结构中，后轴承是支持在排汽缸上的，因此汽缸还要承受转子的部分重量及由后轴承传来的振动。6）小型工业汽轮机的速关阀及蒸汽管道与汽缸直接连接，因此汽缸受到速关阀及蒸汽管道的牵制，特别是启动，停机时产生很大应力。,7）在运行时，汽缸除了受到上述各种力的作用外，还有因温差而引起的热应力：A、由汽缸内外的温度差产生的热应力。B、由于汽缸高压段采用部分进汽，使汽缸横断面上、下半出现温度差，汽缸周向产生了热应力。C、在汽轮机工况变化时，各级的温度，压力都在变化，也引起汽缸沿轴向上温度差，产生了轴向热应力。D、起动、停机时，因为热蒸汽重度小，向上温度较高的蒸汽移动致使上汽缸比下汽缸温升速度快，而散热速度慢，形成上下汽缸温差，造成了汽缸横断面上、下半的热应力和热变形。特别是工作在湿蒸汽段的汽缸，其凝结水滴沉积在下半汽缸吸收大量的热造成上半，下半很大温差。另外在暖机不够充分时，急速起动或紧急停机等情况下，汽缸的热应力及热变形也会很大。所以，在运行中应当充分暖机，及时疏水，加强盘车等，严格规程是完全必要的。,对汽缸结构的要求：,为了保证汽轮机汽缸在运行中的安全，使用方便以及节约金属材料等，一般对汽缸的结构有如下要求：1）应有足够的强度，刚度和良好的气动特性、气密性和尽可能均匀的变形，汽缸外形、结构力求简单，对称，直径变化，缸壁厚变化，及其它尺寸应缓缓过渡，以避免尖角，锐边引起的应力集中。2）为了避免产生过大的热应力，除汽缸形状力求对称、壁厚均匀以外，还要保证汽缸能自由地热膨胀，有完全可靠的定位以及滑销系统来保证转子与汽缸的同轴度，和最小的膨胀差。,3）为合理使用金属材料，汽缸通过前区段，中间段、后区段垂直中分面拼接。一般后区段可用较便宜的铸铁件。4）力求加工制造，安装、检修及运输方便，也采用垂直中分面。为方便于装配和拆卸汽轮机，多数汽缸都做成水平剖分式，但要尽量避现平壁。5）在下汽缸最低处开有疏水孔，以便排除凝结水。,汽缸结构介绍：,由于工业汽轮机的用户要求各异，所以汽缸的结构几乎各不相同：1）整体型汽缸：2）钟罩型汽缸：3）双喇叭型汽缸：,4.7蒸汽轮机汽封的作用,汽轮机通汽部分的动、静部分之间，为了防止碰擦，必须留有一定的间隙。而间隙的存在必将导致漏汽，使汽轮机的经济性下降。为了解决这一矛盾，在汽轮机动、静部件的有关部位设有密封装置，通常称为汽封。,蒸汽轮机汽封的类型及结构特点：,汽封装置有曲径式、碳精式和水封式三种。目前汽轮机所采用的一般都是曲径式汽封，又称迷宫式汽封。较广泛采用的是梳齿形曲径汽封。,汽轮机轴封系统的作用,汽轮机高压端的轴封可以减少汽缸内的高压蒸汽外漏，但总是会有少量蒸汽外漏，不仅造成能量损失，而且也影响安全。凝汽式汽轮机低压端轴封的作用是阻止外界空气漏人汽缸，从而破坏凝汽器的真空，使汽轮机的排汽压力提高，降低机组的经济性。为了回收高压端漏出的蒸汽和阻止外界空气由低压端漏人，汽轮机均设置有汽封系统。,汽轮机轴封系统的工作原理如下:,汽封：,（1）前后汽封：按其安装位置分有前汽封，后汽封。按用途分有内汽封、外汽封、负压汽封汽封环上嵌有汽封齿，它与轴上的轴封齿（或曲径）一起组成互不接触的汽封结构，在转动的轴与外缸间起密封作用。依次排列的汽封齿构成迷宫式汽封，其密封原理是通过压力能转换成流动速度，继而把动能以涡流而耗散，但是在互不接触的汽封齿间隙中小量漏泄仍是不可避免的。,（2）正压汽封：,在正压段汽封环中，绝大部分漏汽从其中间区域被抽出，只有少量的蒸汽通过汽封环从汽封冒汽管排向大气。在装汽封冒汽管的位置处，转子上车有一薄薄的园盘，在旋转时由于离心作用，它会把汽封环末端的空气及泄漏的蒸汽甩向汽封冒汽管，从而可防止汽封内漏出的汽，冲进对面的轴承座中去，污染润滑油。,（3）负压汽封：,负压汽封环的作用在于阻止空气进入汽缸，在其抽吸蒸汽口处须输入一股比大气压稍高的蒸汽流，这股密封蒸汽可分为两部分，一部分流入汽缸，另一部分通过汽封管逸入大气中，从而阻止空气进入排汽缸。排水：在汽封体的最低处开有一孔，从而有效地排除汽封体中的积水。,（4）内汽封：,用于抽汽汽轮机中的两个膨胀段之间的密封，该汽封前后的压差，将平衡蒸汽力在叶片通道上所产生的轴向推力，因此汽封齿的中径根据这一推力大小来确定。,4.8进汽室,4.9蒸汽室,1进汽；2蒸汽室上半；3角形环装配孔；4喷嘴组；5定位槽；6中分面螺栓孔；7蒸汽室下半；8平衡活塞汽封；9定位销；,蒸汽室前端外圆上的定位槽（5）与汽缸凸环相配合，既用于蒸汽室轴向定位又是蒸汽室轴向热膨胀的基准（即死点）。,蒸汽室内的汽封分为两部分，一是在蒸汽室上半后端内圆上嵌装的汽封片，其作用是减少调节级漏汽损失；二是蒸汽室前端内圆上的汽封片，它与转子平衡活塞构成平衡活塞汽封。,蒸汽室通过其两侧法兰支撑在下汽缸，蒸汽室上下中心可通过配作垫板的厚度来调整，垫板用螺钉固定在下半汽室法兰支承面上。蒸汽室连同垫板一起可在径向方向水平滑移，径向方向的中心可以通过调节安装在蒸汽室下部的偏心导柱来调整。,喷咀室（蒸汽室）：,（1）喷咀室（蒸汽室）的作用：喷咀室包括喷咀组以及与汽轮机转子平衡活塞相对应的汽封环。蒸汽通过外缸阀门进入喷咀室，通过能活动的角形密封环用来隔绝汽流直接进入汽缸内部。汽封体包括镶入的汽封片，组成迷宫式汽封，喷咀室固定在外缸内的相应支承面上，通过汽封体上凹槽与喷咀室内的槽道相配，使喷咀室既能轴向又能径向地保持其必需位置。,（2）调节级喷咀的作用：,喷嘴是组成汽轮机的主要部件之一。它的作用是把蒸汽的热能转变为高速汽流的动能，使高速汽流以一定的方向从喷嘴喷出，进入动叶栅，推动叶轮旋转作功。,调节级喷咀的结构：,调节级喷咀，是直接安装在高压缸喷咀室上，调节级的喷咀根据需要分成几个弧段，每一个喷咀弧段由一个调节汽阀控制。把单独铣制的喷咀块，依次地镶入喷咀室的槽道里，形成为整个喷咀弧，在喷咀弧上用隔块与把喷咀弧分成几个弧段，各弧段之间因有隔块而互不相通，最后把首块、末块与喷咀室焊牢。,4.10转子：,转子是用来安装叶片和其他元件，并作高速旋转，传递力矩，向外输出机械功以驱动各种机械的部件。,整锻式转子的优点：轮鼓、受力优于套装轮盘。在运行中无轮盘与轴间松脱的问题，强度好，结构紧凑，省去了轮盘套装的工艺过程。,（1）转子的工作条件：,转子的工作条件较为复杂，沿着轴的长度，转子各部分的工作温度变化很大，因此对转子因温度骤变而产生的热应力，应当给予极大的重视。同时转子还受到频率很高，方向大小周期性改变的交变应力。当每次起动和停机时，挠性转子都要通过第一临界转速，所以还要受到短期的较大振幅的振动。,（2）转子的受力分析：,转子在工作时受到叶片传来的蒸汽作用力，而转动。并驱动被拖动机械，对外作功。全园周进汽的级，蒸汽作用在轴的圆周上是均匀分布的，则该级对轴作用了一个力偶如下图所示：若是部分进汽的级，例如采用喷咀调节法对轴产生一个转矩，也可以用一个力偶及一个垂直作用在轴心线上的力代替，如图示中（a）=（b）。a）部分进汽对轴产生的力矩（PR）b）力矩（PR）可分解为一个力偶（PR）和一个垂直于轴心线的力（P）力偶使轴产生转矩，而垂直作用在轴心线上的力则使轴产生弯曲。此外，轴还受到本身和叶轮重力的作用，也产生弯曲。,汽轮机轴承受的扭矩，由前向后逐级加大，扭矩的最大值在最后一级之后，最大扭矩与最大弯矩并不一定在同一截面内，最大剪切应力所在的截面是最危险的截面，应经过强度计算和校核。汽轮机轴由前向后压力逐渐下降。因此转子受到轴向拉应力作用，且前断面大于后断面，但只要平衡活塞面积选择适当，此拉应力数值可设计得相对较小，甚至可不计。,在推力盘处，轴的横截面常有较大的变化，便有应力集中现象，而且，若推力轴承瓦块安装得不好，使各推力瓦块受力不匀，于是使轴受到一个很大的交变弯矩，甚至发生折断事故，所以对该截面的应力应进行一次认真的校核。在一般的情况下考虑到轴的挠度，使轴的直径较强度所需要的值大些。轴径一般都按刚度设计，只进行强度校核，由合金钢做的轴，其允许的最大剪切应力一般不超过600800牛顿毫米2。,4.11调速阀,调节汽阀：,数个阀碟松动地悬挂在蒸汽室内的横梁上，横梁由两拉杆通过铰链与杠杆相接，杠杆由压力弹簧及调节系统的油动机支持在支板上，在停机时压力弹簧及蒸汽室中残留蒸汽将横梁处于最下位置，且将阀碟压合在阀座上。油动机活塞上下移动，拉动杠杆的前端，杠杆后端上下，提拉拉杆及横梁，横梁带动阀碟开、闭汽阀。,4.12速关阀,图1141全自动式速关阀1主阀锥；2卸荷阀锥；3滤网；4阀杆套；5阀盖；6螺栓；7弓形环；8压环；9阀杆；10隔热板；11挡油圈；12活塞杆；13支座；14压力表接口；15试验活塞；16活塞；1弹簧；18弹簧痤；19活塞盘；20油缸；21阀杆联节器；22密封环；23阀座；D蒸汽入口；E速关油；F启动油；H试验油；K泄漏蒸汽排出口；T1回油口；T2漏油排出口,速关阀的作用及要求：,自动主汽阀的作用是：当任一保护装置动作后，迅速地切断进入汽轮机的蒸汽，停止机组运行。对自动主汽阀的要求是：(1)在任何紧急情况，特别是在油源断绝时，自动主汽阀仍能迅速关闭。因此，自动主汽阀一般都是利用弹簧力来关闭的。为了可靠起见，一般采用双弹簧结构(2)有足够大的关闭力和快速性，一般要求在主汽阀全关以后，弹簧对汽阀的压紧力留有500800公斤的裕量，从保护装置动作到主汽阀全关的时间应小于0508秒。,(3)有隔热防火措施。由于速关阀一般是由压力油开启的，而主汽阀的温度很高，因此，自动主汽阀的油压操作机构必须有良好的密封装置，操作机构与主汽阀之间应有隔热措施。(4)主汽阀应具有足够的严密性。在高压汽轮机中，要保证主汽阀完全严密不漏是困难的，一般要求在额定参数时，主汽阀全关后(调节汽阀全开)，机组转速能降到1000转分以下。此外，还要求主汽阀具有良好的型线以减少节流损失，采用有预启阀的阀芯，以减少开启时需要的提升力，使操纵装置结构紧凑,它的开启和关闭过程如下:启动油由F入口流入桶形活塞后的腔室内，油的压力克服弹簧力，推动桶形活塞向活塞盘方向移动，最终贴紧在活塞盘上，形成密封腔，通过启动装置控制，在活塞盘前建立跳闸油压E，当跳闸油压增大时，桶形活塞后面压力慢慢下降，使活塞盘和桶形活塞一起向后移动，由于油动机的活塞杆与截止阀的阀杆是相连的。所以，截止阀的阀锥也跟着向后移动，这样阀门就被打开了。,当活塞盘、桶形活塞和试验活塞被跳闸油压紧在油动机缸盖上时，截止阀就全开了，跳闸油压也最终被建立起来。当由于某种原因使跳闸油压泄掉时，活塞盘在弹簧力的作用下，迅速向截止阀方向移动，截止阀的阀锥在活塞杆和阀杆的推动下与阀座贴合，蒸汽被切断。其结构如图1141所示。,4.13超速保护系统的结构特点及安装汽轮机的超速保护装置由危急保安器和危急遮断油门两部分组成。它的作用是当汽轮机的转速超过额定转速的911时，迅速关闭汽轮机的速关阀，切断汽轮机进汽，使机组快速停下来，防止机组发生严重的设备事故。,1.危急保安器汽轮机危急保安器有飞锤式和飞环式两种。常见的偏心飞锤式危急保安器主要由飞锤、弹簧、衬套及调节套筒等组成，其通常安装在汽轮机的轴头上。在大型汽轮机中，危急保安还增设了注油试验装置。汽轮机危急保安器动作转速可以通过改变飞锤压紧弹簧的预紧力来调整，弹簧压紧力越大，危急保安器动作时的转速就越高。也可通过改变飞锤（也称跳闸螺栓）的重心来调整。其结构如图1143所示。,图1143危急保安器1沉头螺钉；2沉头螺钉；3调整螺帽；4螺帽；5导向环;6飞锤；7调整螺钉；8弹簧；9固定螺栓；10导向片,危机遮断器超速试验时不动作，或动作转速高低不稳，这可能是因为：（1）弹簧预紧力太大。（2）危机遮断器锈蚀卡涩。（3）撞击子间隙太大，撞击子偏斜。,危急遮断油门危急遮断油门是接受危急保安器的动作来控制速关阀及调节阀关闭的机构。不同厂家设计的结构形式不尽相同，但它的工作原理基本相同。其主要由滑阀、活塞、弹簧、脱扣栓、手动杆以及节流元件等组成。危急遮断油门结构如图1144所示。,图1144危急遮断油门1手动杆；2活塞端面；3滑阀；4活塞；5阀套；6壳体；7弹簧；8调节凸环；9调节齿环；10阀套；11节流元件；12活塞；13脱扣栓；M开关油；P压力油；E跳闸油；T回流油,在正常情况下，压力油从入口P进入危急遮断油门内，由于活塞2的端面和控制凸环9存在面积差，从而产生一个轴向压力差，该压力克服弹簧力把滑阀推向后端，压力油通过阀体上的节流元件，从接头E流出，进入跳闸油路，流向速关阀的盘形活塞前，建立跳闸油压。,当危急保安器的飞锤在离心力的作用下伸出并撞击危急遮断油门的脱扣栓时，在飞锤的冲击力和弹簧力的作用下，把滑阀推到阀套10的凹槽处，切断压力油进路，使去速关阀的油压降低，并打开排油T，使跳闸油压迅速泄掉，速关阀关闭，汽轮机的进汽被切断。,危急遮断油门有一个手动杆，其作用是当由于某种原因需要紧急停机或汽轮机转速已经升高到汽轮机危险转速，而危急保安器仍没有动作时，可拍打危急遮断油门的手动杆，同样能使速关阀迅速关闭，使汽轮机免遭破坏。,3超速保护系统安装要求（1）飞锤表面不能出现锈蚀、碰伤、毛剌等。（2）孔槽内不能有油垢堆积。(）飞锤与脱扣销之间的间隙应该在0.81mm之间。飞锤的行程在46mm之间。（4）危急遮断油门内滑动部件不能出现卡涩现象。（5）当转子转速超过汽轮机额定转速的1012时，危急保安器、危急遮断油门和速关阀应及时动作，在0.50.8秒内时间内切断汽轮机供汽。,4超速保护系统的试验一般情况下，汽轮机的超速保护系统安装后应进行手动试验、超速试验和注油试验。1）手动试验一般情况下，手动试验可结合速关阀和速度调节阀的严密性以及它们关闭时间试验一起进行。手动试验的目的是检查危急遮断油门、速关阀和速度调节阀是否动作。分为汽轮机静止试验和空负荷试验两种。,2）超速试验汽轮机的超速试验分为机械超速试验和电子超速试验两种。通常在空负荷下进行。通过超速试验可测定汽轮机危急保安器实际动作的转速。若汽轮机实际跳闸转速不符合要求时，必须进行调整，然后再次进行超速试验，直至符合要求为止。一般情况下，新安装或大修后的汽轮机都应该在相同条件下进行三次超速试验，第三次动作转速与前两次动作转速平均值之差不应超过额定转速1。,3）注油试验在大型汽轮机的保安系统中，通常设置有注油试验装置，以检验汽轮机危急保安器的可靠性。在机组安装、检修后或运行一段时间后应分别在空负荷和带负荷的情况下进行注油试验。试验时，先将被试验的危急保安系统从正常运行系统切换到试验系统中，试验完毕后再切换回正常运行系统。,4.14轴向位移保护系统的安装及调试汽轮机在运行中会产生巨大的轴向力，使转子产生轴向位移，为防止汽轮机转子的轴向位移量超过允许值，使汽轮机动、静部分发生碰摩，造成严重的设备事故，大型汽轮机通常设计有转子轴向位移保护装置。轴向位移保护装置可分为液压式和电子式两种。它们同时起到监视转子轴向位移量和位移量过大时自动动作，使速关阀和调节阀迅速关闭，以免机组造成二次损坏。,电子式轴向位移保护装置这种保护装置通常由轴位移传感器（又称探头）、前置放大器、延伸电缆以及防护罩等组成。电涡流传感器安装在垂直于转子的一个轴环的位置。传感器与轴环之间的间隙是可调的。在汽轮机安装或检修后均应对转子的轴向位移进行零位置设定。置零的方法是：先用推轴法测出止推轴承的间隙，也就是正常状态下转子的位移量，然后把转子推到中间位置，使止推轴承前后间隙相同，这时由仪表人员按要求调整好探头与轴环之间的间隙，并把此时转子的状态设定为零状态。,图1146电子式轴向位移保护装置1轴位移传感器；2伸缩电线；防护罩；4电缆；5、放大器；6、支架,4.15振动保护系统转子振动的大小是反映机组运行状态好坏的主要特征。当测量轴承箱的振动时，测到的是源自转子振动的二次作用，其只能反映出汽轮机振动的总体特性，没有反映转子振动的真实情况。所以，大型汽轮机通常都设置有在线的转子振动监测系统，用于监视转子的振动情况和振动保护。转子的振幅上升到一定值时保护系统发出报警，超出安全范围时，系统发出联锁信号，关闭汽轮机速关阀，使汽轮机停止运行，防止事故扩大。振动保护系统的构成如图1147所示。通常由两个相成90度的振动传感器、延伸电缆、前置放大器、插头防护罩等组成。,图1147转子振动保护系统1传感器；2电缆接头；3防护罩；4平台；5伸缩电线；6放大器；7圆头螺栓；8圆头螺栓,4.16低油压保护系统汽轮机的供油系统中一般都设置有低油压保护系统。其通常由低油压跳闸开关和高位油槽或蓄能器组成。当汽轮机的润滑油压力下降到设定的报警压力值时，低油压报警开关动作，向操作人员发出低油压报警，同时启动辅助油泵，若油压继续降低到设定的跳闸值，低油压跳闸开关动作，发出联锁信号，汽轮机跳闸油压泄掉，速关阀关闭，同时高位油槽或蓄能器向润滑油系统供油，汽轮机停止运行。,4.17汽轮机调节系统的调试1.汽轮机调节系统的调试项目调节系统试验的目的是确定调节系统的静态特性、速度变动率、迟缓率、动态特性等，全面评定调节系统的工作性能，及时发现和消除机组存在的隐患，确认调节系统是否满足机组安全生产的需要。1）静态特性曲线指汽轮机在孤立运行的条件下，把负荷与转速之间的关系画在以负荷为横座标，转速为纵座标的图纸上，得到的一根平滑的曲线,2）迟缓率迟缓率又称不灵敏度，是指在汽轮机调速系统中由于各部件的摩擦、卡涩、不灵活，以及连杆、铰链等结合处的间隙、错油门的重叠度等等因素所造成的动作迟缓程度。汽轮机调速系统的迟缓率应该降至最小程度，最好的迟缓率=0.2%0.4%，最大不得超过0.5%。迟缓率过大会延长从汽轮机负荷发生变化到调节阀开始动作的时间间隔，造成调节滞后，导致汽轮机不能维持空负荷运行或引起转速摆动、负荷摆动等。,3）错油门的重叠度指错油门活塞高度大于进油孔高度的数值。为了减少错油门的泄漏损失，错油门的重叠度允许数值为0.140.4mm。错油门的重叠度对调节系统迟缓率影响很大，重叠度过大，调速系统迟缓率增加较明显，使汽轮机在甩负荷或负荷突变时，引起汽轮机超速。4）速度变动率汽轮机稳定运转的转速是随着负荷变化的，当功率从零升到额定功率时，汽轮机的稳定转速也相应地从n1变到n2，将其转速的差值和额定转速比值的百分数称谓调节系统的速度变动率。,速度变动率越大，机组甩负荷后的最高瞬时转速就越高，可能会使危急保安器动作，使机组不能维持空负荷运转。速度变动率过小，又会使静态特性曲线过于平坦，容易引起负荷波动。因此，速度变动率应控制在3.5%6%范围内。5）速度变动率的调整要改变速度变动率通常可以采取改变调速器特性曲线、传动放大机构特性曲线或配汽机构特性曲线中的任一特性曲线的斜率来实现。,2.汽轮机调节系统满足要求的条件速关阀、调节阀阀杆没有卡涩和松驰现象，汽轮机的危急保安器动作后，调节系统应能保证速关阀在0.50.8s内关闭严密，不出现漏汽现象。在规定的蒸汽参数范围内，速关阀全开时，调节系统应能维持汽轮机空负荷运行。当机组由满负荷突然甩至空负荷时，调节系统应该能维持汽轮机的转速在危急保安器动作转速以下。速关阀和调速阀的阀杆、错油门、油动机及调速系统连杆上的各活动连接装置没有上卡涩和松动现象。当机组的负荷改变时，调速阀应该均匀而平稳地移动；当负荷稳定时，调节系统的摆动幅度不应大于1%。,五、汽轮机的配汽方式和调节级的变工况,目前常用的配汽方式有：喷嘴配汽和节