汽机本体结构及专业基础知识

1、汽机本体结构及专业基础知识汽机本体结构及专业基础知识1 概述 中电投协鑫滨海发电厂汽轮机为上汽厂生产的西门子技术超超临界、一次中间再热、凝汽式、单轴、双背压四缸四排汽汽轮机，型号为N1050-27/600/610。具有一定压力、温度的蒸汽，进入汽轮机，流过喷嘴并在喷嘴内膨胀获得很高的速度。高速流动的蒸汽流经汽轮机转子上的动叶片做功，当动叶片为反动式时，蒸汽在动叶中发生膨胀产生的反动力亦使动叶片做功，动叶带动汽轮机转子，按一定的速度均匀转动。这就是汽轮机最基本的工作原理。从能量转换的角度讲，蒸汽的热能在喷嘴内转换为汽流动能，动叶片又将动能 转换为机械能，反动式叶片，蒸汽在动叶膨胀部分，直接由热能

2、转换成机械能。 汽轮机的转子与发电机转子是用联轴器连接起来的，汽轮机转子以一定速度转动时，发电机转子也跟着转动，由于电磁感应的作用，发电机静子线圈中产生电流，通过变电配电设备向用户供电。2 汽轮机本体结构汽轮机本体结构 2.1 通流部分：汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮机的通流部分，包括主汽门、调节汽门、导管、进汽室、各级喷嘴和动叶及汽轮机的进汽管。 2.2 汽轮机本体包括静止和转动两大部分。2.2.1 静止部分： 汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承和滑销系统等。2.2.2 转动部分： 主轴、叶轮和叶片等组成的转子。2.3 通流部分总体布置2.3.1 缸的数目：单缸、多缸2.3.2 排汽口的数目：

3、单排汽口、多排汽口2.3.3 轴的数目：单轴、双轴2.3.4 汽轮机的发展历程：单级、多级、多缸、双轴多级：为满足功率、压差增大的要求。多缸：为满足功率、流量增大的要求。双轴：为满足功率、流量增大，排汽口增多的要求。 2.4 汽轮机本体的基本特点2.4.1 采用多汽缸结构，级数和转子的长度增加使转子刚性降低，将转子分成若干段，采用多汽缸结构。2.4.2 采用多排汽口，提高汽轮机单机功率的途径。2.4.3 采用双轴系结构，为解决大功率汽轮机排汽口增多使转子过长的困难，可以设计成双轴系结构。2.4.4 高中压缸采用分流合缸方式，当一次再热机组的功率不是很大时，可把高压、中压通流部分配置在一个共同的

4、汽缸内，采用此种布置的优点是：1）高温区集中在汽缸中部，两端温度压力较低，从而减 少了对轴承和端部汽封的影响；2）与分缸设计相比，可缩短主轴长度，减少轴封漏气；3）可部分平衡轴向推力。 2.4.5 采用单独阀体结构 把蒸汽室和调节阀从高压缸的缸体上分离出去布置在汽轮机两侧，使汽缸具有良好的对称性，温度分布均匀，减少热应力和热变形。2.4.6 多层汽缸结构，太厚的汽缸壁会产生过大的热应力。2.4.7 加长低压级叶片长度，提高单机功率的有效途径。 2.5 汽轮机的静止部分 汽缸：汽轮机的外壳，是汽轮机的重要静止部件之一。根据汽缸进口处蒸汽参数的不同，可以将汽缸分成高压缸、 中压缸和低压缸。2.5.

5、1 汽缸的作用1）将高温、高压的蒸汽与大气隔开，形成能量转换的环境；2）内部包容隔板、喷嘴叶栅及转子部件，共同构成汽轮机的通流部分； 3）承受安装在内部各零件的重量，管道的安装拉力，运行时汽缸内外的压差，汽缸内外温度变化产生的热应力以及连接管道热状态改变时对汽缸的作用力；4）端部装有汽封，形成严密的汽室，防止高压侧蒸汽外漏以及低压部分空气漏入；5）汽缸上加工有抽汽口，与回热抽汽管道加热系统一起完成回热循环，加热给水，提高循环热效率。 大中型汽轮机一般采用上猫爪支撑方式，上猫爪支撑方式亦称中分面支撑方式。主要优点是由于以上猫爪为承力面，其承力面与汽缸中分面在同一水平面上，受热膨胀后，汽缸中心仍与

6、转子中心保持一致，避免动静部分发生摩擦。2.6滑销系统和汽轮机的热膨胀2.6.1滑销系统的基本结构1） 纵销位置： 轴承座底部和台板之间。 结构：轴承座底部和台板开矩形纵向槽，中间装入长条形销（键）。作用：限制轴承座横向运动，确保轴承座在汽缸膨胀推动下严格地沿纵向移动。2）横销汽缸支撑横销：猫爪横销或（低压缸与基座）。位置：轴承座上端面、汽缸两端。结构：轴承座上端面开矩形横向槽，汽缸两端，支撑处加工成横向长条形或开槽，配销。 作用：引导汽缸横向膨胀，限制汽缸、轴承座之间的纵向相对运动确保膨胀中不发生纵向偏斜。轴承座底部横销位置：轴承座底部和台板之间。结构：轴承座底部和台板开矩形横向槽，中间装入

7、长条形销。作用：限制轴承座纵向运动，和横销共同锁死轴承座。3) 立销位置：轴承座纵向内端面中心处（横向）、汽缸两端中心处。结构：轴承座纵向内端面中心处（横向）焊T形销，汽缸前 端中心（横向）处焊U形槽。作用：限制汽缸、轴承座之间中心的相对运动。4) 角销位置：前轴承座底部纵向凸出边沿上。结构：类似角铁状，压在轴承座底部纵向凸出边沿上。作用： 防止前轴承座纵向滑动过程中翘起，确保座底面与台板紧密。接触，轴承中心线与地面平行，转子中心线与地面平行。5) 斜销位置：低压缸撑脚和基座之间。 结构：撑脚和基座开槽，配销。作用： 引导低压缸横向、纵向膨胀的叠加。2.6.2 滑销系统的作用1）转子和汽缸（轴

8、承座和台板）同心的保证。2）汽缸均匀、对称膨胀。横向中分面上各点膨胀运动中仍然保持为中分面。2.7 胀差2.7.1 胀差的定义：启动、停机过程中因为转子、汽缸的质面比和加热条件不同导致的轴向热膨胀的差值。 2.7.2 胀差的危害：动、静部分轴向间隙减小。2.7.3 胀差的计算：l相对=l转子-l汽缸2.7.4 胀差的特征：推力盘处为0，离推力盘越远，胀差越大。2.7.5 汽轮机结构设计：离推力盘越远，隔板、轮盘轴向间隙越大。2.7.6 转子轴向热膨胀的相对死点：推力瓦2.7.7 胀差的测量：各缸轴承处，测量转子和轴承（汽缸）之间位移。冷态推力盘靠在非工作面上时为0，转子多膨胀为正，多收缩为负。

9、 2.7.8 胀差保护动作值的依据：离推力盘最远，离胀差测点最近处的轮盘、隔板冷态轴向间隙（推力盘靠在工作面上时） 2.10.1通流部分汽封 2.10.2 隔板（静叶环）汽封 2.10.3 轴端汽封 轴封系统：汽轮机高压端和低压端的轴封不可能完全消除漏汽现象，为了回收和利用漏汽的热量，减少工质损失和热量损失，汽轮机装有由轴封和有关管道、阀门及附属设备组成的轴封系统。其作用为冷态启动时，先用辅助蒸汽向轴封供汽，以防空气漏入缸中；正常运行时，主要汽源为高中压缸的高压轴封进行自密封。2.11 汽轮机的转动部分 转动部分包括: 动叶栅、叶轮（或转鼓）、主轴和联轴器以及紧固件等旋转部件。蒸汽作用在叶片上

10、的力矩，通过叶轮、主轴和联轴器传递给发电机。汽轮机的转动部分统 称为转子，它是汽轮机的重要部件之一，起着工质能量转换及扭矩传递的作用，它汇集了各级动叶栅上得到的机械能并传给发电机。 转子的工作条件相当复杂，它处在高温工质中，以高速旋转承受着离心力所引起的巨大应力、蒸汽作用在其上的轴向推力以及由于温度分布不均匀引起的热应力，还要承受巨大的扭转力矩和轴系振动所产生的动应力。 2.11.1 汽轮机转子 2.11.2 叶轮 概念:用来装置叶片并将汽流对叶栅的作用力所产生的扭矩传递给转子。 位置： 装于主轴或与主轴联成一体，装上动叶片后置于汽缸内。 结构： 套装转子上的叶轮有轮缘、轮体和轮毂三部分组成。

11、整锻转子和焊接转子上的叶轮只有轮缘和轮体两部分。 2.12 盘车装置 2.12.1 盘车装置的作用 在汽轮机启动冲转前或停机后，让转子以一定的转速连续转动，以保证转子均匀受热或冷却，从而避免转子产生热弯曲；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。2.12.2 特点 操作简便，投入平稳，对高压油顶起要求低。功耗低，备有电液操作系统，可以实现电动盘车。 2.13 联轴器 3.1 表压力与绝对压力用压力表测量压力所得的数值，是高于大气压力的数值，即表压力。它指的是在大气压力的基础上测得的压力值。将大气压力计算在内的

12、数值才是压力的真正数值，工程上称这个压力为绝对压力。表压力和绝对压力的关系如下：P表 = P绝-B 或 P绝 = P表 + B式中：P表为工质的表压力(g)；P绝为工质的绝对压力(a)；B为-当时当地的大气压力(近似等于1工程大气压)。3 汽轮机专业基础知识汽轮机专业基础知识 3.2 真空与真空度：当密闭容器中的压力低于大气压力时,称低于大气压力的部分为真空。所谓经济真空是提高真空使汽轮发电机增加的负荷与循环水泵多消耗的电功率之差为最大时的真空。如真空再继续提高,由于汽轮机末级喷嘴的膨胀能力已达极限,汽轮机的功率不再增加,此时真空称为极限真空。用百分数表示的真空,叫真空度。即:用测得的真空数值

13、除以当地大气压力的数值再化为百分数。 用公式表示:3.3 液体的汽化潜热在定压下把1千克的饱和水加热成1千克干饱和蒸汽所需要的热量,叫做该液体的汽化潜热。3.4 汽耗率及其计算公式汽轮发电机组每发出1千瓦小时的电能所消耗的蒸汽量称为汽耗率.用字母 d 表示。 计算公式 :d = D/Nf式中：d 为汽耗率（千克/千瓦时）；D 为汽轮机每小时的汽耗量（千克/时）；Nf 为发电量（千瓦） . 3.5 热耗率及其计算汽轮发电机组每发1千瓦小时的电能,所需要的热量叫热耗率.用字母 q 表示。 计算公式 :q = d ( io - t )式中：q 为 热耗率（千焦/千瓦时）；d 为汽耗率（千克/千瓦时）

14、；io为蒸汽初焓（千焦/千克）；t为 给水焓（千焦/千克）.3.6 泵的汽蚀水泵的入口处是液体压力最低的地方，因此有可能出现入口力大于汽化压力，气泡 处的液体压力低于与其温度相对应的饱合压力，这时就会出现汽化现象，有气泡逸出。在液体的高压区域，气泡周围压力大于汽化压力，气泡被压破而凝结，如在金属表面附近，则液体质点就连续打击金属表面，使金属表面变成蜂窝状或海绵状。另外，空气中的氧气又借助凝汽放热而对金属表面产生化学腐蚀作用.这种现象就是汽蚀。泵发生汽蚀的现象是产生噪音，泵的流量、扬程、和效率明显下降，电流表指针摆动。3.7 速度变动率汽轮机由满负荷到空负荷时转速的变化量与额定转速比，称为汽轮机

15、的速度变动率。合格的速度变动率可以保证汽机在甩负荷后超速维持在安全转速内（转速在超速保护内）。3.8 迟缓率指调速系统中由于各部件的磨擦、卡涩、不灵活以及连杆、绞链等结合处的间隙、错油门的重叠度等因素造成的动作迟缓程度。表示为在同一负荷点时，负荷在下降时的转速与负荷上升时的转速差值与额定转速的比值百分数。3.9 仪表的一次门热工测量仪表与设备测点连接时，从设备测点引出管上接出的第一道隔离阀门称为仪表一次门。规程规定，仪表一次门归运行人员操作。3.10 反动式汽轮机指蒸汽不仅在喷嘴中，而且在动叶片中也进行膨胀的汽轮机3.11 冲动式汽轮机指蒸汽仅在喷嘴中进行膨胀的汽轮机，在冲动式汽轮机的动叶片中

16、，蒸汽并不膨胀作功，而只是改变流动方向。3.12 轴向位移汽机转子在轴向的位移。具体表示为汽机转子相对于膨胀死点（推力轴承）向汽机尾端膨胀的数值。轴向位移测量位置位于前轴承箱内。轴向位移保护装置作用：当轴向位移达到一定数值时，发出报警信号；当轴向位移达到危险值时，保护装置动作，切断进汽，停机。由于汽轮机转子与静子之间的轴向间隙很小，当转子的轴向推力过大，致使推力轴承钨金熔化时，转子将产生不允许的轴向位移，造成动静部分摩擦，导致设备严重损坏事故，因此汽轮机都装有轴向位移保护装置。轴向位移增大的主要原因有：汽温汽压下降，逐流部分过负荷或某几段回热抽汽停小；凝结器真空降低过多；隔板轴封间隙因磨损使漏

17、汽增大；蒸汽品质不良，造成通流部分结垢；发生水冲击事故时。3.13 抽汽逆止门作用 切断抽汽，防止管道中的汽、液体倒流造成水冲击损坏汽轮机。3.14 过冷度加热器汽侧压力下的饱和温度与凝结水的温度差值。凝汽器的过冷度是汽轮机排汽温度与凝结水温度的差值。监督过冷度的意义：凝结水过冷度表征凝结器热水井中凝结水的冷却程度，它是衡量凝结器经济运行的重要指标之一。产生过冷度的主要原因：凝汽器内管束排列不好；抽气器工作不正常；空气漏入凝汽器；将温度较低的水直接补入热水井；3.15 汽封的作用为了避免动、静部件之间的碰撞，必须留有适当的间隙，这些间隙的存在势必导致漏汽，为此必须加装密封装置汽封。根据汽封在汽

18、轮机中所处位置可分为：轴端汽封（简称轴封）、隔板汽封和围带汽封（通流部分汽封）三类。3.16 推力轴承作用推力轴承的作用是承受转子在运行中的轴向推力，确定和保持汽轮机转子和汽缸之间的轴向相互位置。3.17 主轴承作用 轴承是汽轮机的一个重要组成部件，主轴承也叫径向轴承。 它的作用是承受转子的全部重量以及由于转子质量不平衡引起的离心力，确定转子在汽缸中的正确径向位置。由于每个轴承都要承受较高的载荷，而且轴颈转速很高，所以汽轮机的轴承都采用液体摩擦为理论基础的轴瓦式滑动轴承，借助于有一定压力的润滑油在轴颈与轴瓦之间形成油膜，建立液体摩擦，使汽轮机安全稳定地运行。3.18 汽轮机自动主汽门作用自动主汽门在汽轮机跳闸保护装置动作后，或手打危急保安器后迅速切断汽轮机进汽。停止汽轮机运行。3.19 真空泵的作用 不断地将凝汽器内的空气及其他不凝结气体抽走，以维持凝汽器的真空3.20 端差加热器端差分为上端差及下端差；上端差指加热器汽侧压力下的饱和温度与水侧出水温度的差值。下端差指加热器疏水温度和加热器进口温度的差值；加热器端差增大说明加热器传热不良或运行方式不合理。端差增大的主要原因有：加热器管子表面结垢、加热器内积聚了空气、疏水水位过高淹没了部分管子、抽汽压力及抽汽量不稳定、加热器水侧走旁路等