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合成氨部 机组培训教材目 录第一章 汽轮机1第一节 汽轮机的定义和分类1一 定义1二 汽轮机的分类1第二节 汽轮机工作原理2一 冲动式汽轮机2二 反动式汽轮机4三 冲动反动组合式汽轮机5四 多级汽轮机6第三节 汽轮机结构及各部件的作用6一 汽轮机转子部分6二 静子部分8第四节 蒸汽动力循环的简单热力分析11第五节 汽轮机的保安系统13一 保安系统的组成13二 保安系统作用14三 汽轮机调节保安系统安全性评价14第六节 汽轮机的辅助系统15第七节 汽轮机的功率和效率15一 汽轮机的功率15二 汽轮机的效率16第八节 汽轮机的调节系统17一 调节系统的任务17二 调节系统自动调节的基本原理17三 汽轮机的调节系统的组成和作用17第二章 压缩机19第一节 离心式机组的工作原理：19第二节 通流部分主要部件级与段等的作用20第三节 离心式压缩机的结构22一 机壳22二 固定元件22三 转子23第四节 离心压缩机的密封24一 迷宫密封24二 干气密封24第五节 压缩机在使用中的异常现象：27一 喘振是离心压缩机本身固有的特性。27二 压缩机喘振的机理28第六节 临界转数31第七节 离心压缩降及汽轮机机的辅助系统32一 离心压缩机段间冷却系统32二 供油系统32三 汽轮机的凝汽系统33第八节 离心压缩机的功耗和效率34一 概述34二 气体的压缩过程34三 压缩机过程分析讨论35四 压缩机的效率35第九节 离心压缩机的性能曲线，压缩机与管网联合工作36一 离心压缩机的性能曲线36二 压缩机稳定工作区37三 离心压缩机管网系统38四 离心压缩金与管网的联合运行40第十节 离心压缩机工况调节的几种方法41一 离心压缩机的工况的调节41二 各个调节方法的比较42第十一节 异常现象及事故处理43一 事故处理原则43二 事故原因分析及处理43第三章 安全技术规程49一 安全注意事项49二 在发生下列情况下装置必须紧急停车52三 检修安全技术规程53在装置运行状况下，对一些运行中出现的问题，当综合判断能够在适当的安全措施保护下，能够安全完成的项目，经上级批准，可以实行运行抢修。533第一章 汽轮机第一节 汽轮机的定义和分类一 定义汽轮机又叫透平，是以水蒸气为工质的旋转式热能动力装置。来自锅炉或其他气源的蒸汽通过调速阀进入汽轮机，依次高速通过一系列环形配置的喷嘴（或静叶珊）和动叶珊而膨胀作功，推动汽轮机转子旋转（将蒸汽的热能转换成机械能），汽轮机又带动压缩机，发电机，泵等旋转作功。二 汽轮机的分类1按热力过程分为凝汽式汽轮机蒸汽在汽轮机中做功后全部排入凝汽器冷凝，凝汽器内部压力低于大气压。背压式汽轮机蒸汽在汽轮机中做功后，排出的乏汽在大于一个大气压的压力下排出汽缸，其排气供给其它用户使用。抽汽凝汽式汽轮机蒸汽在汽轮机中膨胀至某级时，将其中一部分蒸汽抽出，供给其他用户，其余蒸汽在后面级中做功后排入凝汽器。多压式（注入式）汽轮机将某压力等级的蒸汽注入汽轮机中的某个中间级内，并同原来的蒸汽一起膨胀做功，达到热能的综合利用。2按用途分有船舶汽轮机，电站汽轮机，工业汽轮机等。3按进汽参数分低压汽轮机（2.0mpa以下）中压汽轮机（2-5mpa）高压汽轮机（5-10mpa）超高压汽轮机（12-14mpa）超临界汽轮机（22.5mpa以上）4按结构分 有单级冲动式和多级式汽轮机。5按工作原理分 有冲动式，反动式，冲动式与反动式组合式汽轮机。6按气流方向分 有轴流，幅流和周流。第二节 汽轮机工作原理汽轮机的工作原理 来自锅炉或其他气源的蒸汽通过调速阀进入汽轮机，依次高速通过一系列环形配置的喷嘴（或静叶珊）和动叶珊而膨胀作功，推动汽轮机转子旋转（将蒸汽的热能转换成机械能），汽轮机又带动压缩机，发电机，泵等旋转作功。，这便是汽轮机简单的工作原理。按工作原理分有冲动式，反动式，冲动式与反动式组合式汽轮机。一 冲动式汽轮机我们把这种同喷嘴和与之配合的动叶片构成的汽轮机做功单元称为级，由一个级组成的汽轮机叫单级汽轮机。喷嘴又叫静叶片，它是截面形状特殊且不断变化的通道。蒸汽进入喷嘴后发生膨胀，消耗蒸汽的热能，即消耗蒸汽的压力能，蒸汽的压力及温度都下降，而蒸汽的流速却增加了，获得了高速气流。喷嘴的作用就是将蒸汽的热能转化为动能。动叶片又称工作叶片。在叶轮的外圆上装满一整圈叶片，也称动叶珊。蒸汽在汽轮机级内的能量转换过程，是先将蒸汽的热能在其喷嘴（静叶栅）中转换为蒸汽所具有的动能，然后再将蒸汽的动能在动叶栅中转换为轴所输出的机械功。具有一定温度和压力的蒸汽先在固定不动的喷嘴流道中进行膨胀加速，蒸汽的压力、温度降低，速度增加，将蒸汽所携带的部分热能转变为蒸汽的动能。从喷嘴（静叶栅）喷出的高速汽流，以一定的方向进入装在叶轮上的动叶栅，在动叶珊流道中继续膨胀，改变汽流速度的方向和大小，对动叶栅产生作用力，推动叶轮旋转作功，通过汽轮机轴对外输出机械功，完成动能到机械功的转换。由上述可知，汽轮机中的能量转换经历了两个阶段：第一阶段是在喷嘴（静叶栅）中将蒸汽所携带的热能转变为蒸汽所具有的动能，第二阶段是在动叶栅中将蒸汽的动能转变为推动叶轮旋转机械功，通过汽轮机轴对外输出。冲击原理：指当运动的流体受到物体阻碍时，对物体产生的冲击力，推动物体运动的作功原理。流体质量越大、受阻前后的速度矢量变化越大，则冲击力越大，所作的机械功愈大。为了减少气流在叶片表面造成扰动和涡流损失，产生最大的作用力，动叶片一般做成弯曲型，使蒸汽喷射方向与叶片运动方向一致。纯冲动级：蒸汽只在喷嘴（静叶栅）中进行膨胀，而在动叶栅中蒸汽不膨胀。它仅利用冲击力来作功。压力级：在可利用的蒸汽能量很大的情况下，只用一级无法充分利用，这时可以把喷嘴和动叶片组成的级串连在轴上，将蒸汽热能逐级加以利用。在第一列喷嘴进口外蒸汽压力最高，以后逐级降低，其中每个级均叫压力级。这也是多极汽轮机的结构形式。 速度级：也叫复速级，其工作原理与单级冲动汽轮机类似，不同的是为充分利用蒸汽速度能，在同一叶轮的轮缘上安置两列动叶珊，在动叶珊间安装导向叶片，以分别利用蒸汽的速度能。多用于小功率场所。二 反动式汽轮机反动级：蒸汽的膨胀一半在喷嘴中进行，一半在动叶珊中进行。它的动叶栅中不仅存在冲击力，蒸汽还在动叶珊中进行膨胀还产生较大的反击力作功。反动级的流动效率高于纯冲动级，但作功能力较小。反击原理：指当原来静止的或运动速度较小的气体，在膨胀加速时所产生的一个与流动方向相反的作用力，称为反击力，推动物体运动的作功原理。流道前后压差越大，膨胀加速越明显，则反击力越大，它所作的机械功愈大。反动式汽轮机是利用反作用力与冲击力将蒸汽的速度能转换为机械能的。反动式汽轮机的工作原理同样基于惯性定理和作用力与反作用力定理的。由牛顿第三定律可知，当某物体对另一物体施加作用力时，此物体就必然要受到与其作用力大小相等、方向相反的的反作用力。例如火箭就是利用燃料燃烧时所产生的大量高压气体从尾部高速喷出，对火箭产生的反作用力使其高速飞行的，这个反作用力称为反动力。在反动式汽轮机中，蒸汽不但在喷嘴（静叶栅）中产生膨胀，压力由p0降至p1，速度由c0增至c1，高速汽流对动叶珊产生一个冲动力；而且在动叶栅中也膨胀，压力由p1降至p2，速度由动叶珊进口相对速度w1增至动叶珊出口相对速度w2,汽流必然对动叶珊产生一个由于加速而引起的反动力，使转子在蒸汽冲动力和反动力的共同作用下旋转作功。反作用度是蒸汽在动叶珊中的理想焓降与整机总焓降之商。P=动叶珊中的理想焓降/整机总焓降。一般p=0为纯冲动式汽轮机，p0.5为冲动反动组合式汽轮机，p=0.5为反动式汽轮机。与冲动式汽轮机相比，反动式汽轮机能量利用更合理，效率更高。实用的反动式汽轮机，都采用多级型式，其原理与单级反动式汽轮机的工作原理一样。反动式汽轮机一般都是多级的。按照蒸汽在汽轮机中的流动方向分类，反动式汽轮机可分为轴流式和辐流式两种。轴流式多级反动式汽轮机：它的动叶片直接装在轮鼓上，在每列叶片之前，装有静叶片。动叶片和静叶片的断面形状基本相同。压力为p0的新蒸汽由环形汽室进入汽轮机后，在第一级静叶栅中膨胀，压力降低，速度增加。然后进入第一级动叶栅，改变流动方向，产生冲动力。在动叶栅中，蒸汽继续膨胀，压力下降，流速增高。汽流在动叶栅中速度的增高，对动叶栅产生反动力。转子在冲动力和反动力的共同作用下旋转作功。从第一级流出的蒸汽依次进入以后各级，重复上述过程，直到经过最后一级动叶栅离开汽轮机。由于蒸汽的比容随着压力的降低而增大，因此，叶片的高度相应增高，使流通面积逐级增大，以保证蒸汽顺利地流过。由于反动式汽轮机每一级前后都存在压力差，因而在整个转子上产生很大的轴向推力。为了减小这个轴向推力，反动式汽轮机不能象冲动式汽轮机那样采用叶轮结构，而是在转子前部装设平衡活塞来抵消轴向推力。活塞前的空间用联通管和排汽管联通，使活塞上产生一个向左的轴向推力，以达到平衡转子轴向推力的目的。辐流式多级反动式汽轮机：汽轮机有两个轴，叶轮1和2分别安装在这两个转轴上，叶片1和2分别垂直安装在两个叶轮的端面上，组成动叶栅。辐流式反动式汽轮机是利用反动作用原理来工作的，新蒸汽从新蒸汽管进入汽轮机蒸汽室，然后流经各级动叶栅逐渐膨胀，利用汽流对叶片的反动力推动叶轮旋转作功，从而将蒸汽的热能转变成机械能。辐流式汽轮机的两个转子按相反的方向旋转，可以分别带动两个压缩机工作。带反动度的冲动级：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴静叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行。这种级兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高于纯冲动级，作功能力高于反动级。 复速级：复速级有两列动叶栅，现代的复速级都带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外，在两列动叶珊和导叶中也进行适当的膨胀。由于复速级采用了两列动叶栅，其作功能力要比单列冲动级大。三 冲动反动组合式汽轮机 这类汽轮机的前一级或前几级为冲动式，后面的即为反动式。四 多级汽轮机 与压力级相同，多级汽轮机由若干依次排列的级串联在轴上组成。蒸汽首先在第一级喷嘴中膨胀加速，然后进入动叶片做功。经第一级后再依次去第二级，第三级-，如此按级顺序逐渐膨胀做功，直到最末排出蒸汽为止。对某一级而言，上一级的排气参数就是最后级的进气参数。 同单级汽轮机相比，多级汽轮机有以下优点。 1单级可满足大功率，高参数和高效率要求，因而造价和成本相对降低，运行费用减少。 2可采用调节或非调节抽汽，供工业或其它用蒸汽，实现能量的综合利用，从而提高汽轮机组运行的经济性。 3前一级的蒸汽流动损失变为热量被用来重新加热蒸气，提高了后级进口蒸汽的焓值，使级的效率得以提高。 4流经动叶珊后的蒸汽余速动能获得了充分利用，使汽轮机的蒸汽热能可以充分转换，整机效率提高，汽耗降低。 由于多级汽轮机优点突出，效率较高，因此大中型汽轮机均采用多级汽轮机。第三节 汽轮机结构及各部件的作用 汽轮机的结构 汽轮机主要由转子，静子两部分组成。一 汽轮机转子部分 汽轮机中所有转动部件的组合叫做转子。转子的作用是承受蒸汽对所有工作叶片的回转力，把蒸汽作用在叶片上力矩传递给驱动机械，达到对外做功的目的。1汽轮机转子有如下几种型式（1）套装叶轮转子：叶轮套装在轴上。（2）整锻型转子：由一整体锻件制成，叶轮，联轴器、推力盘和主轴构成一个整体。（3）焊接转子：由若干个实心轮盘和两个端轴拼焊而成。（4）组合转子：高压部分为整锻式，低压部分为套装式。（5）转鼓式和带附者叶片转子等。 套装叶轮转子的优点：加工方便，材料利用合理，叶轮和锻件质量易于保证。 缺点：不宜在高温条件下工作，快速起动适应性差，材料温蠕变和过大的温差易使叶轮发生松动。 整锻转子的优点：避免了叶轮在高温下松动的问题，结构紧凑，强度、刚度高。 缺点：生产整锻转子需要大型锻压设备、锻件质量较难保证，而且加工要求高，贵重材料消耗量大。2转子的性能要求 必须有一定强度，以满足支持自身重量和传递转矩的要求。 必须经过严格的动平衡，以免高速旋转产生过大的离心力引起汽轮机振动和损坏。 必须使汽轮机的临界转速和运行转速避开一定距离，以免发生共振。 必须安装平衡盘，推力盘和轴套，用以平衡转子的轴向推力并确定转子在轴向定位。3转子的轴向推力及平衡 蒸汽在汽轮机的通流部分膨胀做功时，转子上受俩部分力。一部分叫轮周力，是产生转矩对外做功的有益力。另一部份沿叶轮轴向从高压端指向低压端。所有轴向力之和，就是转子的轴向推力。一般要采取措施平衡掉大部分轴向推力，剩余的部分由推力轴承承担。如果推力过大，就会影响轴承寿命，严重时会烧坏轴瓦，引起转子上动静部分碰撞，以致损坏机器。因此在运行中必须严密监视转子轴向推力变化，确保机组安全。 轴向推力来源： 叶轮两侧的压力差。 动叶片上的轴向分力。 轴上各直径不同引起的轴向推力。 转子的轴向推力平衡方法 使用推力轴承。目的是固定转子在汽缸中的位置，承受少部分轴向推力。 使用平衡活塞或平衡盘。 开平衡孔。一般开奇数孔，以免形成对称孔，影响叶轮强度。另外开奇数孔对减轻叶轮震动也有好处。但此法使汽轮机效率有所下降。 采用相反流动布置。二 静子部分 静子部分包括：气缸，进汽部分，前后支承轴承，推力轴承，喷嘴组，隔板，支撑与滑销系统，汽封系统和机座等1汽缸 汽缸是汽轮机的主要静止部件。在汽缸上装有引入蒸汽和分配蒸汽的通道、导汽设备、抽汽管和排汽管等部件。汽缸的作用是将蒸汽包容在汽缸中膨胀做功。汽缸承受的荷载主要有： (1)高压缸、中压缸承受的蒸汽压力和低压缸承受的大气压力； (2)汽缸、转子、隔板及隔板套等部件质量引起的静载荷和由于转子转动引起的交变动载荷 (3)蒸汽流动产生的轴向推力和反推力； (4)汽缸、法兰、螺栓等部件因温差引起的热应力； (5)主蒸汽、抽汽管道对汽缸产生的作用力。 汽缸应具有足够的强度及刚度，并且要求汽缸及其接合面应有良好的严密性。在机组工作时，汽缸除承受热应力之外，由于受热不均匀存在温差还产生热变形和热膨胀。为在允许的范围之内，不致造成永久变形和动静部分的碰磨，必须保证汽缸和汽缸内各部件在各个方向都能自由膨胀，同时又始终保持静止部分同转动部分处于同心状态并保持合理的间隙。对于低压缸还要求有良好的气动性能，此外，还要求汽缸的形状易于制造，便于安装、运行和检修。高压汽缸的工作特点是缸内所承受的压力和温度都很高。因此要求汽缸的缸壁适当加厚，法兰的尺寸和螺栓的直径也要相应加大。受热应力和热变形的限制，这种情况对汽轮机的启动、停机和变工况都是不利的。为此汽轮机的高压汽缸设计为双层汽缸的结构。 低压汽缸（双层缸时的外缸），在运行中温度较低，金属膨胀不显著，因此低压外缸的支承不采用高、中压汽缸的中分面支承方式，而是把低压缸直接支承在台板上。内缸两侧搁在外缸内侧的支承面上，用螺栓固定在低压外缸上。内、外缸以键定位。外缸与轴承座仅在下汽缸设立垂直导向键（立销）。 从调节汽门到调节级喷嘴这段区域叫做进汽部分，它包括蒸汽室和喷嘴室，是汽缸中承受压力、温度最高的区域。一般中、低参数汽轮机进汽部分与汽缸浇铸成一体，或者将它们分别浇铸好后，用螺栓连接在一起。高参数汽轮机单层汽缸的进汽部分则是将汽缸、蒸汽室、喷嘴分别浇铸好后，焊接在一起。这种结构由于汽缸本身形状得到简化，而且蒸汽室、喷嘴室沿着汽缸四周对称布置，汽缸受热均匀，因而热应力较小。又因高温、高压蒸汽只作用在蒸汽室与喷嘴室上，汽缸接触的是调节级喷嘴出口后的汽流，因而汽缸可以选用比蒸汽室、喷嘴室低一级的材料.2隔板 隔板是汽轮机各级的间壁，用以固定静叶片。静叶是指固定在隔板上静止不动的叶片. 隔板套的作用是用来安装固定隔板。采用隔板套可使级间距离不受或少受汽缸上抽汽口的影响，从而使汽轮机轴向尺寸相对减小。此外，还可简化汽缸形状，又便于拆装，并允许隔板受热后能在径向自由膨胀，还为汽缸的通用化创造方便条件。 隔板的具体结构是根据隔板的工作温度和作用在两侧的蒸汽压差来决定的，主要有以下三种形式： （1）焊接隔板：焊接隔板具有较高的强度和刚度，较好的汽密性，加工较方便，被广泛用于中、高参数汽轮机的高、中压部分。 （2）窄喷嘴焊接隔板：高参数大功率汽轮机的高压部分，每一级的蒸汽压差较大，其隔板做得很厚，而静叶高度很短，采用宽度较小的窄喷嘴焊接隔板。优点是喷嘴损失小，但有相当数量的导流筋存在，将增加汽流的阻力。 （3）铸造隔板：铸造隔板加工制造比较容易，成本低，但是静叶片的表面光洁度较差，使用温度也不能太高，一般应小于300，因此都用在汽轮机的低压部分。3喷嘴 喷嘴是由两个相邻静叶片构成的不动汽道，是一个把蒸汽的热能转变为动能的结构元件。装在汽轮机第一级前的喷嘴成若干组，每组由一个调节汽门控制 。4支撑与滑销系统 目的是承受气缸重力，并使汽缸在受热状况下的热膨胀有一定的方向。5汽封 汽轮机有静子和转子两大部分。在工作时转子高速旋转，静子固定，因此转子和静子之间必须保持一定的间隙，不使相互摩擦。蒸汽流过汽轮机各级工作时，压力、温度逐级下降，在隔板两侧存在着压差。当动叶片有反动度时，动叶片前后也存在着压差。蒸汽除了绝大部分从导叶、动叶的通道中流过做功外，一小部分会从各种间隙中流过而不做功，成为一种损失，降低了机组的效率。 转子还必须穿出汽缸，支撑在轴承上，此处也必然要留有间隙。对于高压汽缸两端和中压汽缸的前端，汽缸内的蒸汽压力大于外界大气压力，此处将有蒸汽漏出来，降低了机组效率，并造成部分凝结水损失。在中压缸的排气端和低压缸的两端因汽缸内的蒸汽压力低于外界的大气压力，在主轴穿出汽缸的间隙中，将会有空气漏入汽缸中。由于空气在凝汽器中不能凝结，从而降低了真空度，减小了蒸汽做功能力。 为了减小上述各处间隙中的漏气，又要保证汽轮机正常安全运行，特设置了各种汽封。 这些汽封可分为通流部分汽封、隔板汽封和轴端汽封三大类。就工作原理来讲，这三类汽封均属迷宫式汽封。 轴封型式有迷宫式、碳精环式、水封式三种，而一般高参数大容量机组的汽封多为迷宫式的。 迷宫式汽封的结构主要由汽封套、汽封环、汽封套筒三部分组成。按其断面的形状不同分为枞树形汽封和梳齿形汽封。 隔板汽封的结构和轴封相似，汽封环装在隔板内圆环的槽道内，在大轴或叶轮上加工成与汽封环相配合的凹凸肩。 通流部分汽封是由轴向汽封及叶顶汽封两部分组成，轴向汽封是由复环、进汽侧的尖锐边缘、叶根上车出的密封齿与隔板、导叶上下的凸肩等配合组成。目前国外先进的为布朗顿汽封。 迷宫式汽封就是通过蒸汽的节流降低密封齿前后的流动压差和流速，从而减少漏气量，达到密封的目的。6轴承按其起的作用分 （1）径向轴承，又称向心轴承，支承轴承，作用是承受径向力，保持主轴与气缸中心线一致，确保转子的正常运转。 （2）止推轴承，又称推力轴承，承受轴向力，限制转子轴向窜动，保持转子轴向位置。 （3）径向止推轴承，又称向心推力轴承，同时承受径向载荷和轴向载荷。按轴承工作的摩擦性质不同可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。 目前汽轮机和离心式压缩机绝大数采用的是油润滑动压轴承，通过建立油膜压力承受载荷。第四节 蒸汽动力循环的简单热力分析以汽轮机为原动力蒸汽动力装置，主要是朗肯循环和为提高效率儿加以改进的其他几种循环。朗肯循环是指以水蒸气作为工质的一种实际的循环过程，主要包括等熵压缩、等压冷凝、等压吸热、以及一个等熵膨胀过程。下图是最简单的蒸汽动力循环由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器口个主要装置组成。图为该装置示意图。水在水泵中被压缩升压；然后进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机膨胀作功，作功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷却凝结成水。再回到水泵中，完成一个循环。这个循环就是朗肯循环。3-4过程：在水泵中水被压缩升压，过程中流经水泵的流量较大，水泵向周围的散热量折合到单位质量工质，可以忽略，因而3一4过程简化为可逆绝热压缩过程，即等熵压缩过程。4-1过程：水在锅炉中被加热的过程本来是在外部火焰与工质之间有较大温差的条件下进行的，而且不可避免地工质会有压力损失，是一个不可逆加热过程。我们把它理想化为不受工质压力变化，并将过程想象为无数个与工质温度相同的热源与工质可逆传热，也就是把传热不可逆因素放在系统之外，只着眼于工质一侧。这样，将加热过程理想化为定压可逆吸热过程。 1-2过程：蒸汽在汽轮机中膨胀过程也因其流量大、散热量相对较小，当不考虑摩擦等不可逆因素时，简化为可逆绝热膨胀过程，即等熵膨胀过程。 2-3过程：蒸汽在冷凝器中被冷却成饱和水，同样将不可逆温差传热因素放于系统之外来考虑，简化为可逆定压冷却过程。因过程在饱和区内进行，此过程也是定温过程。 图141第五节 汽轮机的保安系统一 保安系统的组成 汽轮机调节保安系统是保证汽轮机安全可靠稳定运行的重要组成部分。其组成有紧急切断阀，调节阀，危急保安器和参数的调节监测传感装置等。 紧急切断阀：停车时迅速关闭，切断蒸汽。 调节阀：调整进汽量和汽轮机的功率。 危急保安器：当汽轮机超速超过跳闸转速时通过离心力的作用使飞环（飞锤）飞出，作用于控制油杠杆，使汽轮机脱扣停车。 联锁：当传感器监测的参数高于正常指标后发出声光报警，达到联锁值时自动停车，以确保安全。 电子调速器：对机组转速和功率进行调控。 测量，感应，调节仪表：对汽轮机运行予以监控，便于观察调整各工艺参数，确保机组安全运行。二 保安系统作用 超速保护功能 ： 机械式超速保护：动作转速为额定转速的110%111%，此时危急遮断器的飞环（飞锤）击出，打击危急遮断器装置的撑钩，使撑钩脱扣，机械危急遮断装置连杆使高压遮断组件的紧急遮断阀动作，切断高压保安油的供油，同时将高压保安油的排油口打开，泄掉高压保安油。快速关闭各主汽、调节阀门，遮断机组进汽。 DEH电超速保护和TSI电超速保护：当检测到机组转速达到额定转速的110%时，发出电气停机信号，使主遮断电磁阀和机械停机电磁铁中的电磁遮断装置动作，泄掉高压保安油，遮断机组进汽。同时DEH又将停机信号送到各阀门遮断电磁阀、快速关闭各汽门，保证机组的安全。使危急遮断装置撑钩脱扣,通过危急遮断装置连杆使高压遮断组件的紧急遮断阀动作，泄掉高压保安油,快速关闭各进汽阀,遮断机组进汽。 手动停机机构 为机组提供紧急状态下人为遮断机组的手段。运行人员在机组紧急状态下，转动并拉出手动停机机构手柄，通过危急遮断装置连杆使危急遮断装置的撑钩脱扣，并导致遮断隔离阀组的紧急遮断阀动作，泄掉高压保安油,快速关闭各进汽阀,遮断机组进汽。三 汽轮机调节保安系统安全性评价 1所有超速保安装置是否完好，并能正常地投入。 2调速系统是否存在卡涩或锈蚀，透平油、抗燃油油质是否良好。 3调速系统速度变动率、迟缓率是否符合有关规定，甩额定负荷时，调速系统能否维持机组转数低于危急保安器动作值。 4是否定期进行危急保安器提升转数动作试验；危急保安器运行2000h充油试验；抽汽逆止门定期关闭试验；大修前后和运行机组一年一次主汽门、调速汽门严密性试验；每天一次的自动主汽门、再热主汽门的活动试验，带固定负荷机组每天（至少每周）一次调速汽门较大范围变动的活动试验；装有中压调速汽门活动装置的机组每天（至少每周）一次的活动试验；大修后是否做汽门关闭时间测试，测试时间是否合格。 5各级旁路系统是否存在投入时超温、超压、水冲击等隐患。第六节 汽轮机的辅助系统 包括凝汽系统，油路系统和汽封抽汽设备等 1凝汽系统：建立有利的排气压力，回收蒸汽冷凝液。包括凝汽器，冷凝水泵和抽汽器等。 2油路系统：为汽轮机及驱动机械提供润滑，密封用油及汽轮机调节油。 3汽封抽汽设备： 主要包括抽汽器和冷凝器。目的是抽出轴端漏气，建立一定真空，消除沿轴漏气危害。也可回注汽轮机某一级，以提高蒸汽利用率。第七节 汽轮机的功率和效率一 汽轮机的功率1理想功率 表示不考虑任何损失，蒸汽在汽轮机中作理想膨胀，单位时间将全部热能都转化为功。 1公斤蒸汽具有的能量可用热量表示为： Ht=i0-i排 G公斤蒸汽具有的能量可用热量表示为：Q=GHt=G(i0-i排)式中：i0在p0,t0参数下新蒸汽的焓值 I排排汽压力下排气温度下蒸汽的焓值 Ht理想焓降 在理想情况下，蒸汽能量都转化为机械功为： L=427Q=427GHt 在实际工作中，知道重量流量D，那相应的理想功率为： N理=427（i0-i排）D（75*3600）=D（i0-i排）/632=DHt/632（马力） N理=427D=（i0-i排）/102*3600）=D（i0-i排）/860=DHt/860（千瓦）2内功率 以理想功率扣除内部损失后得到功率叫内功率。 N内=N理-N内3轴功率 以内功率扣除外部损失消耗的功率，叫轴功率，也叫有效功率。 N轴=N内-N外二 汽轮机的效率 实际发出的功率与理论上应发出的功率之比，就是汽轮机的效率，叫相对效率。 相对内效率：内功率与理想功率之比叫相对内效率。它说明内部损失的大小。 ni=n内/n理 相对有效效率：汽轮机功率与理想功率之比叫有效效率 ne=N轴/N理 有效效率说明汽轮机内部及外部损失的大小，表示汽轮机的综合经济性的好坏。 实际有效汽耗率（d） d=D/N轴=D/（ne*N理）=860/（ne(i0-i排)）=860/neHt 实际上用的汽轮机的汽耗率是用实验或计算求的。 汽轮机的机械效率表示汽轮机机械工作的效能。它反映了轴承摩擦损失，带动驱动机械所消耗的功率。 nm=n轴/n内 一般nm=0.96-0.995第八节 汽轮机的调节系统一 调节系统的任务 1能控制汽转机转速，按要求从零逐步升高到额定转速；带载后能使机组功率在任一负荷下稳定运行；外负荷不变时，能保持机组功率和转速不变。 2在外负荷变化时，能迅速改变机组输出功率与外负荷相适应，从原稳定工况过渡到新的稳定工况，保证机组转速的变化在允许范围内。 3 在机组甩负荷时，能维持机组转速在空负荷运行。二 调节系统自动调节的基本原理 在进汽量和焓值不变时，汽轮机的负荷变化将引起转速变化，要保证转速恒定，就必须相应的改变进汽量或改变焓降，而改变焓降是不经济的，所以只能改变蒸汽流量来实现。用一句话来概括，汽轮机的调节原理就是：通过改变蒸汽流量来保证机组在预定水平运转。三 汽轮机的调节系统的组成和作用 汽轮机的调节系统，由感应机构、传动放大机构、执行机构和定值机构组成。 它们各自的作用如下： 感应机构接受调节信号的变化，并将其转换为可传递的信号。采用转速变化为调节信号时，感应机构称为调速器。 传动放大机构将感应机构送来的调节信号进行幅值放大和功率放大，并进行综合处理，传递给执行机构进行调节。 传动放大机构通常有两种，即断流式放大器和通流式放大器。 汽轮机调节系统的执行机构是进汽调节阀和操纵机构，也称配汽机构。它根据调节信号，改变调节阀的开度，使机组功率相应变化。 定值机构即同步器，对于电液调节系统即转速给定和功率给定。它通过手动产生调节信号，也送入传动放大机构，以改变进汽调节阀的开度。 传动放大机构的分类 调节系统传动放大机构根据工作原理来分，有断流式和贯流式(节流式)两种，错油门属于传动放大机构。而贯流式传动放大装置常见有波纹筒放大器、随动滑阀和压力变换器等三种形式，作用都是将转速变化信号放大。 断流式传动放大机构与贯流式的不同点在于以下几个方面： （1）断流式，在稳定工况下去油动机活塞的上、下油口总是关闭的，因此无经常性耗油，而贯流式在稳定工况下也总是有油泄出； （2）贯流式，油动机工作能力很强，而贯流式传动放大机构工作能力较差； （3）具有断流式传动放大机构的调节系统，利用反馈杠杆实现了油动机对滑阀的反馈作用，增强了调节系统的稳定性；而在贯流式传动放大机构中，油动机只靠弹簧起着反馈作用，未另设反馈装置，因而油动机与滑阀无直接联系，所以自定位能力很差，一般只用作信号放大，不直接带动调节汽门。 （4）贯流式可以很方便地用液压系统传递综合信号，调节系统可以不用任何杠杆连接，使调节系统更便于布置和远距离操作。 此外，贯流式可以做到数个信号同时控制。因此，贯流式虽然因工作能力差、自定位能力差而不宜用来驱动调节汽门，但由于它采用液压系统连接，省去杠杆传动机构，所以适于用作中间放大机构。断流式由于其出力很大，自定位能力很强所以适用于直接带动调节汽门。油动机 油动机是启、闭调节汽门的执行机构，为液压功率放大器，又称伺服马达。是由错油门、油动机和反馈机构组成的组合体。 按作用原理错油门分为断流式和继流式;按油缸活塞移动方式错油门分为往复式和旋转式，按进油方式错油门分为单侧进油和双侧进油.油动机应具有足够大的提升力(约为调节汽门开启力的23倍);应动作迅速，关闭时间短.频率特性和稳定性要好控制精度要高. 往复断流式双侧进油油动机.在稳定状态下，错油门门芯处于中间位，封闭通往油动机油缸活塞上下的油口，使调节汽门处于某一负荷下的稳定开度，当调速器输出的位移或油压信号使错油门偏离中间位置时，高压油通过油口进人油缸，作用在面积较大的活塞一侧，活塞的另一侧通过油口排油，活塞在两侧压差的作用下移动，通过活塞杆推动配汽机构启、闭调节汽门，同时活塞杆通过杠杆或油压反馈机构使错油门回到中间位置，使调节汽门稳定在新的开度下. 这种油动机是依靠油压作用力开启和关闭，提升力大，动作迅速，工作稳定，但耗油量大，常用于驱动调节汽门.第二章 压缩机第一节 离心式机组的工作原理： 锅炉来的高（中）压蒸汽，经汽轮机喷嘴膨胀后，压力逐渐降低，流速增加，热能转化为动能，汽体成为一高速气流射到叶片上，推动叶片转动，叶片带动主轴转动，动能转化为机械能，并带动压缩机主轴一起转动。当汽轮机带动压缩机主轴高速旋转时，叶轮叶片的气体也随主轴高速旋转，在离心力作用下被甩出叶轮外进入扩压器中，叶轮中心形成低压区，外界气体连续进入填补稀薄地带，这样在主轴的高速连续旋转下，气体不断被甩出，外界气体不断进入，气体增压增速后进入扩压器。如图 图211第二节 通流部分主要部件级与段等的作用 离心压缩机之所以能够提高气体的压力，是因为气体在叶轮高转速的带动下(600020000rmin)，气体产生很大的离心力和很高流速。离心力使气体的压力增高，高速度则使气体的动能增加，气体从叶轮四周甩出后进入扩压器，气体的流速降低，使动能转化为压力能。进一步提高了气体的压力。单级离心压缩的升压约为进口压力的1.32倍。为了获得所需压力，就必须采用多级离心压缩机。压缩机的“级”，由一个工作轮及其配套的固定元件所组成。依固定元件的不同，级的结构可分为中间级与末级两种。下图为中间级结构图。它由工作轮、扩压器、弯道、回流器组成。气体从中间级流出后，将进入下一级续续压缩。而末级是由工作轮、扩压器及蜗壳组成，也就是蜗壳取代了弯道和回流器。有的还取代了级中扩压器，从末级排出的气体进入排气管。 图221压缩机中间级 1叶轮。2扩压器3弯道。4回流器当压缩机的压比超过4时，为了节能以及避免压缩终了的压力过高,并且使压缩机各级压力比较均衡，因此将气体压到某一压力，引到冷却器进行冷却，降低气温之后再继续压缩，这样依冷却的次数多少离心压缩机又分成几段。一段可以包括几个级，也可仅有一个级。在段中的最后一级即属于上述的末级型式。 气体在压缩机中逐级提高压力。为了减少气体在压缩机中的外部和内部的泄漏，在压缩机中必须设置各种密封，它是压缩机中的一个主要组成部分。一般在机壳的前后设了前后轴封以减少外泄漏。此外，在有些压缩机中，为了减少工作轮作用到止推轴承上的轴向推力，常设置了平衡盘。第三节 离心式压缩机的结构 离心式压缩机机组是由主机，驱动机，润滑油系统，密封系统和防喘振系统，冷却系统组成。 压缩机由气缸（壳体），固定元件，转子，密封元件和轴承所组成，现介绍如下。一 机壳 机壳又称气缸，机壳的结构形式很多，但对机壳的基本要求，要有足够的强度以承受压力，要有足够的刚性以免变形，要有良好的严密性以免气体外泄。 壳体结构基本上分为水平剖分式和垂直剖分式两种。水平剖分式就是将壳体分离成上下两步分，上盖可以打开，这种结构多用低压。垂直剖分就是筒型结构，有筒型本体和端盖组成。二 固定元件1扩压器 气体从工作轮流出时，具有较高的流动速度。为了充分利用这部分速度能，常常在工作轮后设置了流通截面逐渐扩大的扩压器，用以把速度能转化为压力能，以提高气体压力。2弯道和回流器 从扩压器出来的气流，通过弯道和回流器进入下一级叶轮。弯道的作用是气体转弯，引导到回流器中去，在回流器中装有叶片，回流器叶片的进口角，是按照从弯道来的气流的气流角决定的。气体应该是90度角离开回流器叶片，以使气流能轴向均匀的进入下一级叶轮进口。一般在回流器中，仅引导气流流动，而不具有扩压作用，但在高圆周速度的压缩机中，往往要特殊设计回流器，使其具有一定的降速升压作用。3蜗壳 为了把扩压器后面的气体引到压缩机外面，使它流向压缩机的输送管道或流到冷却器中进行冷却，都须要在压缩机各段的末级设置蜗壳。蜗壳截面沿气流流动方向逐渐增大，而截面形式多种多样，有梯形，等宽梯形，半梯形，半等梯形，矩形和圆形，在一般情况下，梯形和圆形采用最多。三 转子 在压缩机中，汽缸内的转动部件称为转子，转子是由轴、叶轮、定位套筒、推力盘、平衡盘和联轴节组成。1叶轮 叶轮也称为工作轮，它是压缩机中的一个最重要的部件。气体在工作轮叶片的作用下，跟着工作轮作高速旋转。气体由于受旋转离心力的作用，以及在工作轮里的扩压流动，使气体通过工作轮后的压力得到了提高。而且，气体的速度也能同样在工作轮里得到提高。因此可以认为工作轮是使气体提高能量的唯一部件。因此叶轮结构的好坏，对效率影响很大。 叶轮按叶片弯曲形式可分为径向型、径向出口型、前弯型和后弯型等四种。 从叶轮对气体做功的大小来看，前弯型做功最大，后弯型叶片做功最小。径向型叶片介于两者之间。从效率的角度来看，后弯型叶片效率最高。由于效率是个很重要的经济指标，所以在大型的离心式压缩机中，都采用后弯型叶片的叶轮。后弯型出口角在30度-60度之间，成为正常后弯型或压缩机型叶轮。离心压缩机的叶轮是由叶盘、叶片和轮盖三者组合而成，轮盘有闭式叶轮和半开式叶轮，闭式叶轮受轮盖强度的限制，叶轮的圆周速度一般在300米/秒以下。从效率的角度来看，闭式叶轮比半开式叶轮效率高，所以大型离心压缩机采用闭式叶轮。每个转子上叶轮数目一般为510个最多。有的配置有两种，一种是单向排列，另一种是对置排列，这种排列轴向力平衡比较好。2主轴 离心压缩机的主轴一般为没有台阶的光轴，有时也会在主轴向上铣出凹槽。止推轴承放在径向轴承里边的主轴比较长一些。主轴的刚性较差，第一临界转数也较低，但第二临街转数较高。3推力及平衡盘 气体流过工作轮提高了压力，因此工作轮前后承受的气体压力不同。对于工作轮按同一方向安装在主轴上的转子，由于每个工作轮轴向推力的迭加会使止推轴承的轴向推力过大，常采用平衡盘来解决。利用平衡盘两侧的压力差产生于转子轴向力方向相反的力来进行平衡。为了使压缩机转子始终维持一定的方向不变的轴向推力，除了采用平衡盘外，经常还采用双进气工作轮及将工作轮相对装套置的方法来减弱转子的轴向推力。第四节 离心压缩机的密封 离心压缩机上采用的轴密封，主要有三类，一是迷宫式密封，二是浮环油膜密封。三是干气密封。一 迷宫密封 用于防止级间串气的为普通的迷宫密封；用于防止平衡盘两侧串气的为蜂窝式迷宫密封。而浮环油膜密封，干气密封，则用来防止机内与机外在轴端处的漏气。 这里主要谈一下迷宫式密封，迷宫式密封的原理是，使气体通过缝道而获得很高的速度，同时它的压力就大大的降低，从能量观点上来说，就是使气体的压力能转化为速度能，而当气体流过缝道进入密封片间空腔时，由于截面积突然扩大，气流形成很强烈的漩涡，使它的速度能转化为热能，这样在次一密封室中的气体压力就比前一室低了许多，经过若干级减压，室后气体泄漏就很微小了。在平衡盘与工作轮都进行了密封。 二 干气密封 原理简述 一般来讲，典型的干气密封包含了静环、动环组件（旋转环）、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座（腔体）等。静环位于不锈钢弹簧座内，用副密封O形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在轴上的旋转环动环组件配合，如图241所示。 图241在动环组件和静环配合表面处的气体径向密封有其先进独特的方法。配合表面平面度和光洁度很高，动环组件配合表面上有一系列的螺旋槽，如图242所示。随着转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，保持一个很小的间隙，一般为3微米左右。当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气体膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙。 图242在动力平衡条件下，作用在密封上的力如图243所示。图243 动力平衡条件下的压力分布情况闭合力Fc，是气体压力和弹簧力的总和。开启力Fo是由端面间的压力分布对端面面积积分而形成的。在平衡条件下Fc=Fo，运行间隙大约为3微米。如果由于某种干扰使密封间隙减小，则端面间的压力就会升高，这时，开启力Fo大于闭合力Fc，端面间隙自动加大，直至平衡为止。如图244所示。 图244类似的，如果扰动使密封间隙增大，端面间的压力就会降低，闭合力Fc大于开启力Fo，端面间隙自动减小，密封会很快达到新的平衡状态，见图245。 图245 间隙增大时的压力分布情况 这种机制将在静环和动环组件之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜，使得在一般的动力运行条件下端面能保持分离、不接触、不易磨损，延长了使用寿命。第五节 压缩机在使用中的异常现象：一 喘振是离心压缩机本身固有的特性。1喘振：当离心压缩机的转速一定，流量减少到一定值时，此时进口气方向与进口安装角之间产生了正冲角。同时，由于轴向旋涡等的影响，造成叶道里的速度很不均匀和出现倒流，这样就很容易在叶片非工作面上出现严重脱离现象。这时压缩机中会突然出现不稳定工作状态，称之为喘振。2喘振出现时的外部现象为： 发生喘振时，机组开始强烈震动，伴随发生异常的吼叫声，这种振动和叫声是周期性的，机身相连的出口管线也强烈的震动。入口管线上的压力表指针大幅度的摆动，出口单向伐处发出周期性的开和关的撞击声，主电机的电流表指针大幅度摆动，流量表也大幅度摆动。喘振出现后不仅使压缩机的工作不稳定，而且能使压缩机和整个装置破坏，因此，应绝对防止压缩机在喘振区工作。一般压缩机都具有防喘振装置，对压缩机起保护作用。3喘振导致的后果： （1）迷宫密封损坏较大，使润滑油串入通道。 （2）严重的喘振使压缩机转子轴向窜动，烧坏止推轴瓦，叶轮又可能被打碎。 （3）更严重时，压缩机遭到破坏。 二 压缩机喘振的机理1旋转脱离 当压缩机的流量减少到某一定值时，叶片的冲角i 也随着增大到某一定值，这时候，将出现所谓的“旋转脱离”现象。当旋转脱离发生时，级的前后压力产生强烈的脉动，引起周期性的力作用于叶片上，从而导致了叶片的振动。2渐进脱离和突然脱离 旋转脱离现象是一个十分复杂的问题，目前，从试验研究方面和理论分析方面还在深入地进行。旋转脱离区可以在叶片高度上的局部处产生，对叶片高度较大的场合，这个由叶顶处的局部分离扩展到整个叶片的过程是逐渐的；然而，在叶片高度较小的场合，这个扩展的过程是很快的。通常，把前者称之为渐进脱离，后者称之为突然脱离。在渐进脱离时，级的性能曲线一般仍是连续的。但是，由于损失的增加，随着流量的减小，其压力也相应地减小。突然脱离时，则使级的性能曲线不连续，产生压力和效率的突然下降。 一般认为透平压缩机喘振现象的产生包含着两方面的因素：透平压缩机中气流在一定的条件下出现的“旋转脱离”，是产生喘振的内在因素；与透平压缩机联合工作的管网系统的特性是产生喘振的外在因素。只有外在因素适合于内在因素时，透平压缩机才会发生