汽轮机的原理和构造(汽轮机的工作原理图)
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一、汽轮机的基本原理
1.汽轮机的组成
汽轮机又称蒸汽轮机，是一种将蒸汽的热能转化为机械能的旋转原动机。
(1)汽轮机的组成：转子和定子。
(2)转子：旋转部件的总称。包括转轴、叶轮、叶片、联轴器及其附件。
(3)静子：非转动部分的总称。包括汽缸、进汽机构、排汽机构、汽封、滑销系统、轴承和盘车装置等。
汽轮机流程图
2.汽轮机的分类
汽轮机的分类
3.背压式汽轮机
排汽直接用于工业或供热，排汽压力高于大气压，无冷凝器。当乏汽作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时，称为前置式汽轮机，因此没有冷源损失，能量利用率高，但发电量完全由热负荷决定。(凝汽机组排汽带走凝汽器内冷却水的热量为2140-2220kJ/kg，称为冷源损失，而蒸汽带入汽轮机的热量约为3400kJ/kg)
背压式涡轮机
4.调整抽汽汽轮机
一部分具有一定压力的蒸汽从汽轮机的某一级抽出对外供热，其余的排汽仍进入凝汽器。由于热用户对供热压力有一定的要求，需要自动调节抽汽压力(回热抽汽的压力不需要调节)，所以汽轮机装有抽汽压力调节机构，以保持抽汽压力恒定，故称为调节抽汽。根据用户需求，有一次抽取调节和两次抽取调节。
国产30万汽轮机汽缸和转子拆缸图
5.汽轮机级内和级间能量转换过程
(1)汽轮机的级：静叶栅和动叶栅是汽轮机做功的最小单位。
能量转换过程
(2)级内能量转换过程：
当具有一定压力和温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在喷嘴叶栅通道中膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速蒸汽流的动能，然后进入动叶通道，在此改变方向或双向膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速蒸汽流的动能转化为旋转机械能。
能量转换过程
(3)冲量级：蒸汽流通过动叶通道时，由于动叶通道形状的限制而弯曲，被迫改变方向，从而产生离心力，作用在叶片上，称为冲量。此时蒸汽在汽轮机的级内所做的机械功等于蒸汽进出通道时其动能的变化。而这个水平叫做脉冲水平。
(4)反动级：蒸汽流通过动叶通道时，一方面需要改变方向，同时需要膨胀和加速。前者会对叶片产生推力，后者会对叶片产生反作用力，即反作用力。蒸汽经过这个阶段，两个力同时做功。这个层次通常被称为反动层次。
(5)反应性：反应性表示级内反作用力的比例，即蒸汽在动叶片中的膨胀程度。
品位热过程线
(6)有反动程度的冲动水平。
为了提高级的效率，通常，脉冲级也有一定程度的反作用(=0.05 ~ 0.20)，p1 >p2，HN * >HB。这个阶段称为有反应度的冲动阶段，它具有功能强、效率高的特点。
(7)反向阶段
通常反应度=0.5的水平称为反应水平。对于反应级，蒸汽在静叶和动叶通道中的膨胀程度相同，即p1 p2。反应台在冲力和反作用力的同时作用下工作。反动阶级的效率比冲动阶级高，但作用力量小。
6.汽轮机工艺简介
汽轮机工艺简介
(1)电厂基本汽水系统流程
(5)主给水系统：除氧器水箱下水管低压给水管给水泵高压给水管高压加热器主给水管。
(6)回热抽汽系统和加热器疏水系统：汽轮机抽汽管道各回热加热器(高压加热器、低压加热器和除氧器)疏水管道疏水回收设备。
(7)抽气系统：(低压加热器、凝结水泵)凝汽器抽真空设备及系统。
(8)循环冷却水系统：循环水进水管冷凝器循环水出水管(汽轮机车间范围内)
(9)污水利用系统：锅炉汽包连续排污管道连续排污扩容器(蒸汽)除氧器、下联箱固定排污管道(水)定期排污扩容器。
(10)辅助蒸汽系统和补给水系统：
1)辅助蒸汽集箱及其连接的管道和设备。
2)化工车间除盐水罐供水箱供水泵冷凝器(或除氧器或疏水箱)。
7.电厂主要经济指标
(1)汽轮发电机组蒸汽消耗率d0:机组每发电1KW.h所消耗的蒸汽量；200MW机组约为3kg/kw.h
(2)汽轮发电机组热耗率Q:机组每发电1KW.h所消耗的蒸汽量；200MW机组在8400kJ/kw.h左右
(3)电厂总效率PL:电厂产生的电能和消耗的燃料的总能量；200MW机组约为34%。
(4)发电煤耗率：电厂每生产1KW.h电力所需的煤耗。
(五)标准煤耗率：电厂每生产1KW.h电力所需的标准煤耗；在中国，标准煤是300-420g /(kw.h)。
(6)厂用电率：厂用电占总发电量的百分比，约为5%-10%。
(7)供电标准煤耗率：扣除厂用电标准煤耗率。
二、汽轮机设备介绍
1.蒸汽轮机机体
它由汽轮机本体、调节、保安系统和辅助设备三部分组成。蒸汽涡轮机主体包括：
(1)静体(固定部分)——汽缸、喷嘴、隔板、汽封等。
转子(旋转部分)——轴、叶轮、叶片等。
(3)轴承(支撑部分)——径向和推力。
2.圆筒
(1)汽缸的组成：汽缸是汽轮机的外壳，汽轮机机体的主要部件几乎都包含在汽缸内。汽缸内部有喷嘴室、喷嘴、隔板、隔板套、汽封等部件。外缸装有调节阀、进汽口、排汽口和回热抽汽管等。
(2)汽缸的作用：汽缸是汽轮机的外壳。它的作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成一个封闭的蒸汽室，保证蒸汽在汽轮机中完成其能量转换过程。
低压气缸
3.气缸内部部件
(1)喷嘴和挡板
注射器
隔膜
以及喷嘴挡板的作用和特点：喷嘴是汽轮机的主要部件之一。它的作用是将蒸汽的热能转化为高速蒸汽流的动能，使高速蒸汽流从喷嘴按一定方向喷出，进入动叶栅，从而推动叶轮旋转做功。隔膜由三部分组成：外缘、喷嘴和板体。为了安装方便，隔膜一般分为两部分。上半膜片安装在上气缸盖内，下半膜片安装在下气缸内。
第一级喷嘴直接安装在气缸高压端的特殊喷嘴室上。第二级及以后各级的喷嘴安装在各级隔板上，隔板用于安装喷嘴和分离各级叶轮。每一级冲击式涡轮机由隔板和叶轮组成。冲击式水轮机的隔板可分为焊接隔板和铸造隔板。反动式汽轮机不采用隔板结构，各级喷嘴件(也称静叶栅)直接安装在汽缸上。
(2)蒸汽密封
汽封
1)汽轮机汽缸两端的轴孔与转轴之间有一定的间隙，这样工作时，大量高压蒸汽会从汽缸进汽端漏出，进入前轴承箱污染l
汽轮机过汽部分的动、静部件之间必须有一定的间隙，以防止摩擦。但间隙的存在必然导致蒸汽泄漏，降低汽轮机的经济性。为了解决这一矛盾，通常称为汽封的密封装置安装在汽轮机动、静部分的相关部位。可分为轴封(也称轴封)、隔膜密封和围带密封。
(3)转子
汽轮机中所有旋转部件的组合称为转子。包括：主轴、轴封、动叶片、推力盘、紧急保护器、联轴器主轴承、测量盘等。
旋转体
(4)叶片
有两种类型的叶片：动叶片和静叶片：
4.轴承
轴承是汽轮机的重要组成部分，分为径向支撑轴承和推力轴承两种。它们用来承受转子的全部重力，并确定转子在气缸中的正确位置。根据轴承承受载荷方向的不同，可分为支承轴承(承受径向载荷)、推力轴承(承受轴向载荷)和支承推力轴承(既承受径向载荷又承受轴向载荷)。工业汽轮机常用的径向轴承有圆轴承、椭圆轴承、多油楔固定轴承和可倾轴承，其中可倾轴承应用最为广泛。与上述轴承相比，可倾瓦轴承具有各瓦块摆动自如，任何情况下都能形成最佳油楔，高速稳定性好，不易发生油膜振荡等优点，应用广泛。
径向可倾瓦轴承
5.连接
联轴器也称为计数器轮或靠背轮。功能是传递扭矩。
1)刚性联轴器：结构简单，能承受相邻转子分布的重量，减少支撑轴承数量，缩短单位长度。缺点是传递振动和轴向位移，对对中要求高。
2)半柔性联轴器：在两半联轴器之间增加一个波缸。他在传递扭矩时是刚性的，也能传递一定的轴向推力，部分吸收转子间传递的振动。它还允许两个相邻轴端之间的同心度和端倾角有一点差异。
3)柔性联轴器：一般有齿轮式和弹簧式两种。这种联轴器不传递轴向推力，基本不传递振动，对中要求不高，但容易磨损，需要润滑，成本较大。用于许多小型汽轮机。
连接
6.自动主蒸汽阀
主汽阀的作用是在汽轮机保护装置动作后，迅速切断汽源，停止汽轮机。因此，它是保护装置的常用执行元件。自动主汽阀的结构可分为主汽阀和操作座两部分。操作座是控制自动主汽阀开启或关闭的机构。为确保安全，要求自动主汽阀动作迅速，关闭严密。对于高压汽轮机，在正常的进排气参数下，自动主汽阀关闭(调节阀全开)后，汽轮机转速应迅速降至1000转/分以下。从汽轮机保护装置动作到主汽阀全关的时间通常要求不超过0.5 ~ 0.8 s
速关阀的内部结构
7、超速保护装置
为了防止调节系统故障和突然甩负荷造成的超速危险，每台汽轮机都装有超速保护装置，超速保护装置由感应机构和放大机构组成。它的信号装置通常被称为紧急断路器或紧急保护器。一般当汽轮机转速升至额定转速的1.10 ~ 1.12倍时，动作迅速切断汽轮机供汽，使汽轮机停机。
(1)紧急保护器
紧急保护器是超速保护装置的速度传感机构。它实际上是一个静态的、不稳定的调速器。按其结构可分为飞锤式和飞环式，但它们的工作原理完全相同。
(2)临界断路器滑阀
在现代汽轮机中，危急保安器启动后，飞锤飞出作为超速信号，然后利用危急遮断滑阀作为传动放大机构，启动主汽阀。因此，紧急公关
在汽轮机运行中，如果由于某种原因造成汽轮机轴向推力过大，就会导致推力瓦金属金熔化，转子发生不允许的轴向位移，造成汽轮机动静部件的摩擦，造成严重的设备损坏事故。因此，汽轮机配有轴向位移测量、报警和自动保护装置。
(4)低油压保护
如果润滑油压力过低，汽轮机的轴承就不能正常工作。严重时还会造成轴瓦的损坏和动静部件的摩擦。因此，润滑系统配有低油压保护装置。低油压保护装置一般应具有以下功能：
1)当润滑油压低于正常值时，首先发出信号，提醒运行人员注意并及时采取措施。
2)当油压继续降低到一定值时，辅助油泵将自动投入使用，以提高油压。
3)如果启动后辅助油泵油压继续下降到一定值，应跳闸停机。当它继续下降到另一个值时，它应该停止转动。
8.油系统主要设备
(1)油箱
功能：储存油，分离油中的空气、水分和机械杂物。
分为油箱脏段和干净段，中间有过滤网。回油管路设置在脏段，油泵的吸油口设置在干净段。为了排出沉淀的水和杂物，油罐的底部一般做成斜坡状。
(2)主油泵
安装位置：汽轮机高压转子前端的短轴上。
离心式主油泵不能自吸，启停阶段依靠交流辅助油泵供油。如果空气进入主油泵的入口，系统将工作不稳定。主油泵的入口必须保持一定的正压，该正压由注油器在正常运行时提供。
(3)涂油机
喷油嘴，又称油喷射器，本质上是一种喷射泵；对于大机组的供油系统，通常安装两个喷油器，可以并联也可以串联。以下是它的工作原理图，注：1——喷嘴；23354混合室；——扩散器
涂油机工作原理图
9.主要辅助设备
(1)冷凝器
它是冷凝器热循环的冷源。它的基本作用是接收汽轮机的排汽并凝结成水，使汽轮机的排汽口形成最佳真空，工质膨胀到最低压力，尽可能将蒸汽热能转化为机械能。冷凝器是在真空中工作的表面热交换器，其具体功能是：
1)冷却汽轮机的排汽，使之凝结成水，使凝汽器形成真空，使机组安全经济运行。
2)回收乏汽冷凝液。
3)正常运行时，凝汽器还可以起到一级真空除氧器的作用，可以除去凝结水中所含的气体，从而改善水质，防止设备腐蚀。
冷凝器工作原理图
(2)抽气器
由于冷凝器或排汽管的连接处不严密，空气必然会从外部泄漏。为了保持冷凝器中的高真空度，泄漏的空气必须由抽气器连续抽出，抽气器的作用是连续抽出冷凝器中的空气，保持冷凝器的良好真空。以下是其工作原理示意图，注1——工作喷嘴；23354混合室；——扩散器
喷射式抽气器工作图
(3)低压加热器
低压加热器是汽轮机回热供热系统中凝结水泵和除氧器之间的加热器。有两种：表面型和混合型。通常使用表面管壳式结构，其中加热的水在管内流动，加热的蒸汽在管外流动。其结构简单，部件由普通材料制成。
加热器
(4)高压加热器
高压加热器位于给水泵和锅炉之间，承受较高的给水压力和温度。高压加热器是热力系统中的主要辅助设备。由于其压力较高，如果因泄漏而不能正常运行，不仅会影响全厂的热效率，而且
10.汽轮机设备的组成
汽轮机的组成
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