汽机专业学习培训

1、汽机专业学习培训 第一节 概 述汽轮机是以水蒸气为工质，将蒸汽的热能转变为机械能的一种高速旋转式原动机。与其他类型的原动机相比，它具有单机功率大、效率高、运转平稳、单位功率制造成本低和使用寿命长等一系列优点，它不仅是现代火电厂和核电站中普遍采用的发动机，而且还广泛用于冶金、化工、船运等部门用来直接拖动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。在现代火电厂和核电站中，汽轮机是用来驱动发电机生产电能的，故汽轮机和发电机合称为汽轮发电机组，全世界发电总量的80%左右是由汽轮发电机组发出的。除用于驱动发电机外，汽轮机还经常用来驱动泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，所以汽轮机是现代化国家中重要的动力机械设备。

2、汽轮机设备是火电厂的三大主要设备之一，汽轮机设备包括汽轮机本体、调节保安及供油系统和辅助设备等。系统简介 1、主蒸汽及再热蒸汽系统。 2、EH油（抗燃油）控制调节系统。3、润滑油及保安油系统，危急遮断装置、油箱、 主油泵等。4、给水回热加热系统，包括高压加热器、除氧器、低压加热器和给水泵等。5、凝汽系统包括凝汽器、凝结水泵、真空泵、开式水泵及冷却系统等。 6、配合发电机需用的定子冷却水系统、密封油系统等。 主蒸汽从锅炉经1根主蒸汽管到汽机房后通过Y型异径斜插三通分别到达汽轮机两侧的主汽阀和调节汽阀。并由6根挠性导汽管进入汽轮机作功，作完功的蒸汽进入锅炉再热系统重新加热，增加作功能力，从锅炉再热

3、器出来的再热蒸汽经由再热热段蒸汽管到达汽轮机两侧的再热主汽阀与再热调节汽阀，并从下部两侧进入中压缸，中压缸流出的蒸汽通过中低压缸连通管从低压缸的中部进入，并分别流向两端的排汽口排入直接空冷汽轮机的排汽装置从排汽装置引出一条直径为DN6000的排汽主管道，排汽主管道水平穿过汽机房至A列外， 24个空冷凝汽器冷却单元分为6组，垂直A列布置，每组有4个单元空冷凝汽器，其中3个为顺流，1个为逆流，24台冷却风机设置在每个冷却单元下部。24台冷却风机为调频风机，根据环境温度的高低,通过自动装置调节风机转速而保证机组安全连续运行。抽真空管道接自每组冷却器的逆流冷却单元的上部，运行中通过水环真空泵不断地把空

4、冷凝汽器中的空气和不凝结气体抽出，保持系统真空。凝结水经空冷凝汽器下部的各单元凝结水管汇集主凝结水竖直总管，接至排汽装置下的凝结水箱。凝结水采用二级反渗透精处理装置，设置二台100%容量凝结水泵互为备用。为了汇集空冷凝汽器中的凝结水，系统中设有一个凝结水箱。凝结水箱的容积按接纳各种启动疏水和溢流疏放水来考虑。凝结水自凝结水箱出口，经凝结水泵进入凝结水精处理装置，经100%处理后再经一台轴封加热器，三台低压加热器进入无头除氧器，轴封加热器及三台低压加热器的凝结水管道均有旁路，以避免有个别低压加热器因故停运时，保证凝结水能顺利进入除氧器。除氧器的水经过加热除氧后进入前置泵、给水泵、高压加热器后进入

5、锅炉系统加热为高压过热蒸汽重新进入汽轮机作功。高压给水加热器采用大旁路。机组配有40%容量的两级旁路系统。本机的辅机冷却水采用辅机冷却机力通风水塔冷却。主机润滑油系统使用主轴传动及电动机带动的油泵供油。主轴传动的主油泵装在前轴承箱内，当汽轮机接近或达到额定转速时，与油箱内的注油器配合供油，当其油压不够时，电动机带动的交流辅助油泵接替工作，当交流电源中断或油泵故障时，直流电动机带动的辅助油泵就作为紧急备用泵投入运行。润滑油系统的大多数管道采用套装油管。油管外层为保护套管，兼作回油管，套管内是一根或多根小口经管子。本机组的控制油采用高压抗燃油，汽轮机的调节控制采用数字式电液调节系统DEH。DEH能

6、对机组的转速（包括起动、升速、甩负荷）和功率进行连续调节，并能满足机组协调控制系统对汽轮机的要求。DEH具有一系列安全保护功能，如超速（达到110%额定转速），推力轴承磨损，凝汽器真空低，轴承油压低，EH油压低时均可自动停机；机组转速达到103%时还能短时关闭高、中压调门。第二节 汽轮机本体简介一、 汽轮机的分类及型号1、汽轮机的类型很多，可按不同的方法分类。按工作原理分，有冲动式和反动式；按级数分，有单级和多级；按热力过程分，有凝汽式、背压式、抽汽式、中间再热式；按工质参数分，有低压、中压、高压、亚临界及超临界；按主要结构分，有单缸式、多缸式、轴流式、辐流式等；按用途分，有发电用、船用、工业

7、用。2、我国生产的汽轮机所采用的系列标准及型号已经统一，汽轮机产品型号的表示方法是： 变形设计参数蒸汽参数额定功率（MW）汽轮机型式（代号）3、我厂汽轮机型号为NZK300-16.7/537/537NZK凝汽式直接空冷，300机组额定功率300MW，16.7主汽压力16.7MPa，537主汽温度537,537再热汽温537。二、汽轮机结构概述本机组是一台亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。高压通流反向布置，中压通流正向布置，低压通流为对称布置，轴向推力自平衡；采用双层缸结构，通流部分轴向间隙大，径向间隙小，具有较好的热负荷适应性；采用数字式电液调节（DEH）系统，自动

8、化程度高。采用全三维设计手段，进行了全面优化设计。全部动叶自带围带成圈联接；高压缸压力级叶片为倒T型叶根，中、低压叶片采用“P”型叶根。根据直接空冷机组运行条件开发了新型低压缸模块。高压缸部分由1级单列调节级（冲动式）和11级（反动式）所组成。主蒸汽经过布置在高中压缸两侧的2个主汽阀和6调节汽阀从位于高中压缸中部的上下各3个进汽口进入喷嘴室和调节级，然后再流经高压缸各级。中压缸全部采用反动式压力级，分成2部分，共为9级，其中中压第1至5级静叶装于中压#1静叶持环上，中压第6至9级静叶装于中压#2静叶持环上。中压#1静叶持环装于中压内缸上，中压#2静叶持环装于高中压外缸上。低压缸采用双流反动式压

9、力级，共27级。蒸汽从低压缸中部进入，然后分别流向两端排汽口进入下部排汽装置。因对称双流，故低压转子的轴向推力基本平衡，对转子上产生的轴向推力几乎为零。末级叶片长为665。低压缸的排汽分别流向两端的排汽口排入直接空冷汽轮机的排汽装置。汽机本体及各加热器的疏水也流入此排汽装置。此排汽装置与低压缸用不锈钢补偿节连接，以吸收低压缸与排汽装置横向及纵向热膨胀。本汽轮机属于反动式汽轮机，故各级之轴向推力较大。为了减小轴向推力，除了在通流部分设计中采用高中压缸反向流动及低压缸双流布置之外，还在转子结构上采用了平衡活塞及汽封，从而大大减小了轴向推力，而剩余的轴向推力由推力轴承来承担。推力轴承设于前轴承座内，

10、在推力轴承处形成转子的相对死点。在低压汽封电机端轴承箱处装有胀差指示器，监视机组胀差状态。高中压及低压部分均为内外缸结构。汽轮机静子死点位于距离低压缸排汽中心线600并朝向调阀端的一点。低压缸的底脚自由地放在低压缸基础台板上，通过纵销和横销，保证其在各个方向的自由膨胀。高中压缸的前轴承座则自由地安放在前轴承座基础台板上。籍前轴承座与台板之间的导键，使前轴承座只能在台板上沿汽轮机纵向中心线滑动。前轴承座两侧共2只压板将前轴承座压住以防止跳动。高中压外缸两端有“H”形定中心梁，通过它与前轴承座和低压外缸（调阀端）轴承箱连接，在汽缸热胀时起推拉作用。同时又保证了汽缸与轴系的中心不变。高中压外缸的下缸

11、有4个猫爪支撑在前轴承座和低压缸（调阀端）的轴承箱垫块上。猫爪为悬挂式结构，支承面与汽缸中分面在同一平面上，从而避免因猫爪热胀引起的汽缸走中。高中压转子的1、2号轴承和低压转子的3、4号轴承采用可倾瓦式，它具有良好的稳定性，可避免油膜振荡引起的轴承损坏。推力轴承采用自位式，它能自动调整推力瓦块负荷，稳定性好。此外，通过推力轴承壳体的定位机构，可测量并调整推力轴承的间隙。高中压转子与低压转子之间采用刚性联轴器连接。两个联轴器间装有垫片，安装时可调整转子的轴向位置。低压转子与发电机转子之间也采用刚性联轴器连接。在低压转子电机端装有盘车用大齿轮。该齿轮同时也作为联轴器垫片调整汽轮机转子与发电机转子的

12、轴向位置。盘车装置在启动时可自动脱开，同时可手动或自动投入进行连续盘车。高中压汽缸由高中压外缸、高压内缸、中压内缸组成，形成双层缸结构，高温区设计有回流冷却，从而使每个汽缸承受的压差及温差均有降低，内压应力和热应力水平均可降低。内外缸壁的厚度都可以设计得比较薄。外缸和内缸水平中分面螺栓靠近缸壁中心线，使缸壁与法兰厚度差别量减小，上下半缸结构基本对称，重量接近，热容量差别小，因而对热负荷变化的适应性增强。采用高窄法兰结构，螺栓较长，螺纹外径采用3/1000倒锥形，运行时应力分布均匀，不咬扣。内缸由外缸的水平中分面支承，顶部和底部由定位销导向，以保证内缸在外缸内横向定位并可使内缸随温度的变化在外缸

13、内自由地膨胀和收缩，内缸的定位靠内缸凸台与外缸槽的配合来实现。外缸下半有4个猫爪，支承在前轴承箱两侧及低压缸轴承箱两侧，支承面与水平中分面相平，受热时汽缸中心保持不变。高压缸共有6个喷嘴室，上下半各3个，进口都焊在高压内缸上，靠喷嘴室上的键槽镶嵌在内缸上的凸缘上定位。高中压隔板由单只自带内外环的静叶片整圈组焊而成。内环、外环分别有整圈焊缝，焊接后形成一块隔板。中分面处有斜线或折线切口，将隔板分成上下两半。在隔板内环开有膨胀槽以及吸收静叶的膨胀量。在隔板外环处，通过L形塞紧条将隔板固定在隔板套内。 低压外缸全部由钢板焊接而成，为了减少温度梯度设计成3层缸。由外缸、1号内缸、2号内缸组成，减少了整

14、个缸的绝对膨胀量。，汽缸上下半各由3部分组成：调端排汽部分、电端排汽部分和中部。各部分之间通过垂直法兰面由螺栓作永久性连接而成为一个整体，可以整体起吊。排汽缸内设计有良好的排汽通道，由钢板压制成。低压缸四周有框架式撑脚，增加低压缸刚性，撑脚座落在基架上承担全部低压缸重量，并使得低压缸的重量均匀地分在基础上。在撑脚两侧及低压缸扩压管下部通过键槽与预埋在基础内的锚固板形成膨胀的绝对死点。在蒸汽入口处，1号内缸、2号内缸通过1个环形膨胀节相连接，1号内缸通过1个承接管与连通管连接。内缸通过4个搭子支承在外缸下半中分面上，1号内缸、2号内缸和外缸在汽缸中部下半通过1个直销定位，以保证三层缸同心。为了减

15、少流动损失，在进排汽处均设计有导流环。低压缸两端的汽缸盖上装有两个大气阀，其用途是当低压缸的内压超过其最大设计安全压力时，自动进行危急排汽。大气阀的动作压力为0.0340.048Mpa(表压)。低压缸排汽区设有两路喷水装置，第1路在空转和低负荷时根据转速和排汽温度自动投入，第2路根据排汽温度和背压限制曲线自动投入，降低低压缸温度，保护末叶片。 根据直接空冷机组的运行特点，低压缸和轴承箱分别落地，以避免排汽温度的变化使轴承标高受到影响，以保证轴承的稳定性，同时低压缸端汽封以3个支撑臂固定在轴承箱上，并具有水平及横向键以确定汽封体的中心，这样端汽封能与转子具有良好的同心性，避免动静碰磨，保持合理的

16、间隙，汽封体与低压缸之间设有膨胀节，在保证真空前提下，能吸收低压缸膨胀引起的位移。高、中、低压内外缸水平中分面部分合金钢螺栓需要热紧，以使其有足够的预应力，保证机组在一个大修期间法兰密封不漏汽。汽轮机的连通管上采用连杆膜板式膨胀节，吸收各方向热膨胀。前轴承座位于机组高压缸的前端，为一钢板焊接的长方箱形结构，内装有高压缸前轴承（1号轴承），它支承高压转子，并于转子的接长轴上装置推力轴承、主油泵及危急遮断器。前轴承座还装有转子位移、汽缸膨胀、转速、振动及偏心监视等传感器。此外，尚装有危急遮断系统的薄膜阀、控制与试验装置等。在前轴承座的两侧面还装有调节系统的许多部件，如安全综合装置、隔膜阀、空气引导

17、阀等。通过这些部件，将危急遮断系统的信号传递至各阀门操作机构。前轴承座有内部油管路系统，向安装于前轴承座内、外的部件供油。轴承座的左侧设有回油观察腔，以监视轴承回油。支持轴承及推力轴承型式1、支持轴承一般支持轴承分为三种形式：圆筒瓦、椭圆瓦、可倾瓦。1、2、3、4瓦为可倾瓦。可倾瓦支持轴承又称活支多瓦轴承，是密切尔式的支持轴承。一般由3-5块或更多块能在支点上自由倾斜的弧形瓦块组成。如图1-19，瓦块在工作时可以随着转速或载荷及轴承温度的不同而自由摆动，在轴颈四周形成多油楔。若忽略瓦块的惯性、支点的摩擦力及油膜剪切摩擦阻力等影响，每个瓦块作用到轴颈上的油膜作用力总是通过轴颈中心的，故而不易发生

18、轴颈涡动的失稳分力，因而具有较高的稳定性。并且其减振性能很好，承载能力较大、摩擦功耗小、能承受各个方向的径向载荷。图1-19 可倾瓦支持轴承原理图3.推力轴承本汽轮机属于反动式汽轮机，蒸汽在各级中产生的轴向推力较大。为了减少轴向推力，除了在通流部分设计中采用反向流动及双流外，还在转子结构上采用了平衡活塞及汽封，从而大大减少了轴向推力，而剩余的轴向推力则由推力轴承来承担。推力轴承单独安装在高中压缸端部的前轴承座内，并具有两层调整块，因而有良好的自位性能。推力轴承也是根据油膜润滑原理工作的，由于推力瓦块为摆动式瓦块，使其与转子的推力盘之间形成楔形，当推力盘随主轴旋转时，油被带入楔形间隙中，随着间隙

19、的减少，油被挤压，油压逐渐增加，以承受转子的轴向推力。在汽机正常运行中，轴承中都充满润滑油，油直接从径向轴承供油管路供给，润滑油随着推力盘的转动被带入轴承，形成油楔，并对轴承各表面进行润滑。第三节 直接空冷凝汽器系统凝汽式汽轮机是现代火电站中广泛采用的典型汽轮机。凝汽设备是凝汽式汽轮机装置的一个重要组成部分。凝汽设备工作的好坏直接影响到整个机组的热经济性和运行可靠性。因此应对凝汽设备的工作原理和特性等加以了解。一、 凝汽设备的任务凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起着冷源的作用。汽轮机排汽的热量是通过凝汽设备而最终传递给环境空气，形成凝结水，返回锅炉，促使新蒸汽源源不断地流进汽轮机，而排汽源源不

20、断地排入凝汽设备，形成热力循环。它的主要任务是：1 在汽轮机的排汽口建立并保持真空；2 把汽轮机的排汽凝结成水，再由凝结水泵送至除氧器，成为供给锅炉的给水。3 此外，凝汽设备还有一定的真空除氧作用。二、 凝汽器的工作原理凝汽器设备为什么会形成真空呢？这是因为凝汽器内的蒸汽凝结空间是汽水共存的，其压力是蒸汽凝结温度下的饱和压力。只要外界冷却介质（湿冷机组的循环冷却水或空冷机组大气中的空气）温度不高，在正常条件下，凝结水温度就不高，如30左右的蒸汽凝结温度对应的饱和压力约只有45KPa，大大低于大气压力。因此，通过改善外界冷却条件，降低凝汽设备内的蒸汽饱和温度，就可以在凝汽设备内形成高度的真空。三

21、、 凝汽设备的类型1 湿冷凝汽器以水为冷却介质的凝汽设备，由凝汽器、抽气器（水环真空泵或射汽抽汽器式）、循环水泵和凝结水泵等以及它们之间的连接管道、阀门和附件组成。循环冷却水可以通过循环冷却水塔进行散热回收利用，还可以直接取自江河水库中的水与凝汽器交换热量后再回流到原水源处散热。最简单地凝汽设备示意图如（图51），汽轮机排汽进入凝汽器1，循环水泵2不断地把循环冷却水打入凝汽器，吸收蒸汽凝结放出的热量，蒸汽被冷却并凝结为水。凝结水由凝结水泵3抽走。凝汽器内压力低，容易漏入空气，空气阻碍传热并降低了真空，因此须用抽气器4不断将空气抽走。1243图51 最简单的凝汽设备示意图2 空气凝汽器空气冷却器

22、有直接空气冷却（简称ACC或GEA）和采用混合式凝汽器的间接空气冷却（又称海勒“HL”方式），以及采用表面式凝汽器的间接冷却方式三种方式。图52是直接空冷方式的简单示意图。汽轮机排汽进入热交换器冷却凝结。热交换器一般采用具有鳍状散热片的管束组成。蒸汽进入管束内侧，空气在管外流过。为了加强冷却效果，可用风扇机力通风。由于空气传热系数很低，所以冷却表面积往往布置很大，整个凝汽器的体积庞大，无法放在汽轮机下部，常不得不远离汽轮机放在户外，因此汽轮机粗大的排汽管道很长，金属耗量和流动阻力很大。图52 直接空冷简单示意图图53 间接空冷简单示意图为了克服这一缺点，出现了间接空冷式凝汽器系统（如图53）。

23、汽轮机排汽进入喷射凝汽器中，与从干冷塔来的冷却水相混合而凝结为水。喷射凝汽器体积不大，可以挂在汽轮机下面。从喷射凝汽器出来的冷却水和凝结水的混合水流，一小部分给凝结水泵抽走作为锅炉补水，大部分经出水泵打入干冷却塔冷却。在缺水地区，这种空气凝汽器可用在大功率机组上。在热交换器至喷射凝汽器管路上装设水轮机，可利用水的压头能量。喷射凝汽器的传热端差为零，凝汽器内不需要冷却水管，投资相对较小。3 、 空冷方式和湿冷方式的比较空气冷却方式和水冷却方式由于采用的工作介质不同，而形成的相应冷却系统不相同，采用的设备也不相同。二者相比较具有如下的优缺点：1 、空气冷却优于水冷却：1） 空气冷却的优点：a) 空

24、气可以免费取得，不需要各种辅助设备；b) 采用空冷，厂址选择不受限制；c) 空气腐蚀性低，不需要采取任何清垢的措施；d) 由于空冷器空气侧压力降为100200Pa左右，所以运行费用低；e) 空冷系统的维护费用一般为水冷却系统的2030%。2） 水冷却的缺点：a) 冷却水一般难于取得，即使可以取得也必须设置各种泵站和各种管线；b) 特别是大厂的厂址取决于水源条件；c) 水有腐蚀和水垢，需进行清理；d) 水的运行费用高，循环泵的压头高；e) 在水冷器中，某些生物能附着在换热器表面上，需要停下设备清除，增加了维护费用。2 、水冷却优于空气冷却：1） 水冷却的优点：a)水冷却能将工艺流体冷却到比环境空

25、气低26，且循环水在冷却塔中可以被冷却到接近环境湿球温度。b)水冷却器结构紧凑，冷却面积比空冷器要小得多。c)水冷却对环境气温的变化不敏感。d)水冷器可以放在其它设备之间。e)一般的管壳式换热器即可满足要求。2） 空气冷却的缺点：a)由于空气比热小，且冷却效果取决于空气的干球温度，不能将流体冷却到环境气温。空气侧换热系数低，空气比热小，所以空冷器需用较大的面积。b)空冷器性能受环境气温、雨雪、大风的影响。c)空冷器不能靠近大的建筑物，以免形成热风再循环。d)空冷器要求采用特殊制造的翅片管。4、 直接空冷系统直接空气冷却系统（以下简称直接空冷系统）的冷却介质是环境空气。汽轮机排汽所携带的热量经过

26、空冷散热器的金属表面，通过与环境空气的对流传热直接传递给环境空气，散发到环境中。由传热基本方程：Q=UATm（其中Q为热交换量，U为传热系数，Tm为传热平均温差）得知：在热交换面积、传热平均温差一定的情况下，影响热交换量的因素为传热系数，而传热系数与散热器的结构形式、材质、表面清洁程度、工作介质的流速有关。一、 直接空冷系统的工艺流程1 直接空冷系统的工艺流程简述如下：汽轮机排汽经过主排汽管道进入蒸汽分配管，进入空冷散热器，汽轮机的排汽被空气冷却后形成的凝结水由汇集管道进入凝结水总管，流入凝结水箱，最后由凝结水泵打出供给锅炉。环境中的冷空气被轴流风机加压后横向吹向空冷散热器，吸收了热量的冷空气变成热空气后经空冷散热器散发到环境中。其中，由于真空系统不严密处漏入的空气和汽轮机排汽中的不凝结气体被抽真空设备由空冷散热器的逆流管束的顶部抽出。2 直接空冷机组的热力系统（如图54）1汽轮机 2排汽装置 3疏水泵组 4凝结水箱5凝结水泵组 6凝结水精处理装置 7水环真空泵 8空冷散热