熱能與動力工程專業(yè)英語譯文第三章譯文

1、第三章 蒸汽輪機3.1 引言蒸汽輪機是最重要的渦輪發(fā)動機之一，是發(fā)電領(lǐng)域的主要原動機。本文簡單討論了作為蒸汽輪機發(fā)電廠部件之一的蒸汽輪機的作用。對于一個簡單的蒸汽輪機發(fā)電廠，第一個部件就是把蒸汽提高到汽輪機所需壓力和溫度的蒸汽鍋爐。蒸汽鍋爐接受經(jīng)過不同回?zé)岷蜔峄厥昭b置提高了溫度的給水。在大多數(shù)電廠中，采用了過熱蒸汽；大型電廠中，蒸汽在汽輪機的一些級中膨脹后，要經(jīng)過一次或兩次再熱。 過熱蒸汽經(jīng)過調(diào)節(jié)閥進入蒸汽輪機。蒸汽輪機總是多級汽輪機，根據(jù)汽輪機容量的大小采用一個或多個缸。 在汽輪機中膨脹后的蒸汽在凝汽器中以低壓凝結(jié)（0.0035 到 0.007 mpa）。凝結(jié)水以及抽汽用泵打入鍋爐。3.1.

2、1 蒸汽輪機的類型蒸汽輪機可用以下方式分為許多類型。根據(jù)流向 軸向 徑向根據(jù)膨脹過程 沖動式 反動式 沖動反動混合式根據(jù)級的個數(shù) 單級 多級根據(jù)汽輪機入口結(jié)構(gòu) 全周進汽 部分進汽根據(jù)汽流個數(shù) 單流 雙流 單軸或雙軸根據(jù)轉(zhuǎn)速 n=3000rpm, f=50hz n=3600rpm, f=60hz n=1500rpm 變速機組根據(jù)應(yīng)用 發(fā)電 工廠用 船用根據(jù)蒸汽參數(shù) 低壓汽輪機，采用壓力為0.12 到 0.2 mpa的蒸汽; 中壓汽輪機，蒸汽壓力達(dá)到0.2 mpa； 高壓汽輪機，采用壓力為0.2到16.8 mpa或更高壓力，溫度為535或更高溫度的蒸汽； 超臨界壓力汽輪機，采用蒸汽壓力為22.2

3、mpa或大于此壓力。3.1.2 沖動式汽輪機沖動式汽輪機是指在轉(zhuǎn)子中沒有流體靜壓頭改變的汽輪機。轉(zhuǎn)子葉片僅僅引起能量的傳遞而沒有任何能量的轉(zhuǎn)變。由壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽芑騽幽苻D(zhuǎn)變?yōu)閴耗艿哪芰哭D(zhuǎn)換僅僅發(fā)生在靜葉片中。如在沖動式汽輪機中，高速流體的動能傳遞到轉(zhuǎn)子上僅僅由于作用在轉(zhuǎn)子上的流體沖動力。圖3-1給出了典型的沖動級速度三角形圖。動葉出口蒸汽的相對速度(w2)小于動葉入口的相對速度(w1)。這表示了在動葉中發(fā)生了動能向機械功的轉(zhuǎn)化。由于在沖動式汽輪機中轉(zhuǎn)子葉片通道不會引起流體的任何加速，在葉片表面由于附面層的增加引起流體分離的機率要大一些。由此，沖動式汽輪機中轉(zhuǎn)子葉片通道的損失較大，導(dǎo)致了較低的級效

4、率。一些沖擊機的例子是槳輪，博能同科輪和柯蒂斯汽輪機。uc1w1w2c2uuc1w1w2c2u圖.3-1 沖動級速度三角形圖 圖.3-2 反動級速度三角形圖u=動葉輪周速度, m/s c1 =動葉入口蒸汽的絕對速度, m/sc2 =動葉出口蒸汽絕對速度, m/s w1 =動葉入口蒸汽的相對速度, m/sw2 =動葉出口蒸汽相對速度, m/s3.1.3 反動式汽輪機渦輪機械級的反動度定義為轉(zhuǎn)子中發(fā)生的壓頭改變與整級的全部壓頭改變之比。在轉(zhuǎn)子葉片通道和靜子葉片通道都有壓頭改變的渦輪機或級稱作為反動式渦輪機或反動級。其中，在靜葉和動葉中都有能量的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)子上既有能量傳遞又有能量轉(zhuǎn)變。因此在反動式汽輪

5、機中，由于流體的連續(xù)加速及較低的損失，它的效率應(yīng)當(dāng)高一些。一些反應(yīng)機器的例子是英雄的渦輪，草坪噴灌和帕森汽輪機。 反動度為50%或一半的渦輪機有一些特殊的特點。反動度為50%的軸流式渦輪機和壓縮機轉(zhuǎn)子和靜子上的葉片對稱。對于反動度為50%的級，可看出它的出口和入口速度三角形也是對稱的。圖3-2給出了典型的反動級的速度三角形。動葉出口的蒸汽相對速度(w2)大于動葉入口的蒸汽相對速度(w1)：這是由于動葉的焓降導(dǎo)致通過動葉的速度增加。3.1.4 多級汽輪機后面可以看到，當(dāng)轉(zhuǎn)速給定時，在渦輪機械的一級中，流體能量水平的改變是有限的。這對于渦輪機、壓縮機、泵和吹灰器是一樣的。因此，在能量水平改變很大的

6、應(yīng)用中，采用了多級。 在多級汽輪機中，可僅采用沖動級或采用反動級或沖動級和反動級的組合。沖動式汽輪機可采用許多壓力級承擔(dān)大的壓降或許多速度級承擔(dān)高的動能。還可同時采用速度級和壓力級。在一定的壓縮機中，同一個機械上采用了軸向流動的級和靜向流動的級是有意義的。不同的級可安裝在一個或多個軸上。在大型汽輪機中，鍋爐出口和凝汽器入口的蒸汽壓差非常大。如果汽輪機中只有一個級，那么就需要采用一個高轉(zhuǎn)速的直徑很大的轉(zhuǎn)子，這不僅會使制造困難，而且會引起嚴(yán)重的強度和支承問題。一般說來，一個多級蒸汽輪機基本由下面幾部分組成：（1） 汽缸，為了便于裝配和拆卸，通常汽缸在水平中分面分開為兩半，這兩半由螺栓連接，用于支承

7、靜止葉片系統(tǒng)。（2） 轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上有動葉片安裝在葉輪上，以及還有葉輪。（3） 軸承箱 置于汽缸中，用于支承軸（4） 調(diào)節(jié)系統(tǒng) 依靠控制蒸汽流量，調(diào)節(jié)汽輪機轉(zhuǎn)速和出力，還有用于軸承潤滑的油系統(tǒng)和一組安全裝置（5） 聯(lián)軸器 用于轉(zhuǎn)子的連接，并與發(fā)電機相連；（6） 管道 與汽缸入口蒸汽供給管道、汽缸出口排汽系統(tǒng)相連。3.2 汽缸結(jié)構(gòu)汽輪機汽缸實質(zhì)上是一個壓力容器，在水平中心線的兩端支撐它的重量。設(shè)計中要求在汽缸的橫斷面上，能承擔(dān)管道的應(yīng)力，而且沿汽缸的長度方向，要有一定的剛性從而維持汽輪機動靜部分準(zhǔn)確的間隙。汽缸由于內(nèi)部通道的需要使得其設(shè)計復(fù)雜。所有的汽缸都從水平中分面分開，從而使轉(zhuǎn)子能放入汽缸內(nèi)和

8、汽缸裝配為一個整體。在汽缸的水平結(jié)合面上，設(shè)置了巨大的法蘭和螺栓用以承擔(dān)壓力。相比汽缸的其余部分，相對厚重的法蘭對溫度變化的反應(yīng)較慢，導(dǎo)致了不同的膨脹率，產(chǎn)生了溫度應(yīng)力和變形，盡管這些在汽輪機中已采用了法蘭加熱蒸汽使其減至最低程度。軸封汽室和蒸汽出入通道使得應(yīng)力進一步復(fù)雜。高壓和中壓汽缸都是鑄造結(jié)構(gòu)，并且在橫截面上采用圓形結(jié)構(gòu)從而使得應(yīng)力達(dá)到最小。法蘭、螺栓、蒸汽出入通道和其他特征盡可能布置成對稱結(jié)構(gòu)，從而減少熱不對稱和由此引起的變形。低壓汽缸可以采用裝配結(jié)構(gòu)或裝配與鑄造組合的結(jié)構(gòu)。和所有的壓力容器一樣，汽缸在制造完后要進行液壓試驗檢查設(shè)計的完善性，液壓試驗要進行最高工作壓力150%的壓力試驗

9、。3.2.1高壓汽缸圖3-3高壓缸軸向剖面圖 許多現(xiàn)代汽輪機，蒸汽壓力超過10mpa并且功率大于100 mw,，采用了雙層缸結(jié)構(gòu)的高壓汽缸。這是因為高壓缸既要承擔(dān)熱和壓應(yīng)力，而又能靈活運行，這時設(shè)計單層缸結(jié)構(gòu)是困難的。對于雙層缸結(jié)構(gòu)，缸間充滿了處于排汽參數(shù)的蒸汽，從而使得每層缸都能設(shè)計成承擔(dān)小溫差和小壓差的結(jié)構(gòu)。在雙層缸間靠近排汽端設(shè)置了擋板，這個擋板是內(nèi)缸鑄件的一部分。擋板向外延伸幾乎達(dá)到外缸，但沒有與外缸封住。高壓缸的紊流排汽在擋板的作用下排入排汽管道，避免冷卻內(nèi)缸；這減小了內(nèi)缸進汽端的溫差及由此引起的應(yīng)力。從高壓缸進汽端內(nèi)缸和轉(zhuǎn)子間軸封泄漏的蒸汽用管子排向高壓缸排汽處，從而使得雙層缸間充

10、滿了處于排汽狀態(tài)的蒸汽，并且通過外缸軸封泄漏在雙層缸間維持小流量的蒸汽流動。較小的壓差可以采用較薄的汽缸，這一點以及雙層缸結(jié)構(gòu)的較大的表面積，使得汽輪機在啟動時能較快的暖機。另外薄汽缸還易于鑄造，并且可能有較少的缺陷。在一些汽輪機中，采用了反向流葉片，其中蒸汽在其膨脹過程中的某處，從缸間返回以相反的方向繼續(xù)流過最后的級。這種布置導(dǎo)致了較高的缸間壓力和溫度，在外缸應(yīng)力增加的代價下減少了熱內(nèi)缸的應(yīng)力。另外這種結(jié)構(gòu)還使得以缸間參數(shù)抽汽的抽汽口結(jié)構(gòu)簡單，并且減少了高壓轉(zhuǎn)子的凈推力。在一些現(xiàn)代汽輪機中，為了進一步減少熱內(nèi)缸的應(yīng)力以及熱變形，采用了三層缸結(jié)構(gòu)，內(nèi)缸置于一個沒有水平結(jié)合面的筒狀套筒中，（這種

11、）內(nèi)缸應(yīng)力小，可以做得相對薄，這樣法蘭也不厚，而包著它的筒狀汽缸應(yīng)力相對高。然而，由于筒狀汽缸沒有法蘭，厚度均勻，因此即使相對薄，仍可承擔(dān)（一定的）應(yīng)力。三層缸的這種形式，其中一個缺點是在裝配和拆卸高壓汽缸時麻煩。在裝配中，需要把轉(zhuǎn)子裝入內(nèi)、外下缸中，之后把內(nèi)上缸裝配好，然后把轉(zhuǎn)子和內(nèi)缸一塊吊起，置于一個特殊的夾具上，使得筒狀汽缸穿過。套好后，放下置于外缸的下半部分上，最后把上半外缸扣上即可。蒸汽進汽管道通過外缸，將蒸汽送入到內(nèi)缸的進汽部分。進汽部分由內(nèi)缸的一部分形成，這樣確保入口蒸汽不直接與轉(zhuǎn)子接觸，而是必須首先流過噴嘴和第一列動葉柵。 當(dāng)主蒸汽溫度超過538時，有時會采用由耐熱合金鋼制造的

12、單獨噴嘴室結(jié)構(gòu)，這樣可以避免汽缸與最高溫度的蒸汽接觸。這種單獨噴嘴室結(jié)構(gòu)取代了進汽部分，把蒸汽從入口管道送入第一級噴嘴。一些國外機組采用噴嘴調(diào)節(jié)代替了節(jié)流調(diào)節(jié)。對于噴嘴調(diào)節(jié)，汽輪機的進汽部分分成幾部分，每部分由順序開啟的調(diào)節(jié)閥控制，這樣導(dǎo)致了更加復(fù)雜的鑄造結(jié)構(gòu)和強度要求更高的第一級動葉片。靜葉片支撐在隔板上，隔板由靠近水平結(jié)合面和垂直中分線的鍵支撐和導(dǎo)向，從而允許同心膨脹。圖3-3中高壓缸的特征包括：雙層缸，葉片支撐在內(nèi)缸的隔板上，兩個進汽管道對稱布置，底部有兩個抽汽管道，缸間有擋板，缸間靠近排汽端有鍵，外缸的兩端都有立銷，進汽管道上有熱襯套，轉(zhuǎn)子汽缸間有軸封。3.2.2中壓汽缸現(xiàn)代再熱機組中

13、，設(shè)計中壓缸時考慮的因素和高壓缸相似，進入中壓缸的蒸汽溫度和高壓缸相同，壓力卻低于高壓缸壓力。這使得中壓缸可以薄點。一般而言，大于300mw功率的機組至少有一部分為雙層缸支承前幾級，之后的級由持環(huán)支持。內(nèi)缸和持環(huán)都減少了作用在外缸上的壓力和溫度，也使得外缸的型線光滑，這使外缸設(shè)計和制造簡單，熱性能好。持環(huán)（的結(jié)構(gòu)）使得汽缸的設(shè)計有較大的靈活性，因為當(dāng)葉片改變時，不需要改變主要的汽缸，而且一個汽缸的設(shè)計能滿足級的不同布置方式。圖3-4中壓缸軸向剖面圖中壓汽缸常為雙流設(shè)計，并且在現(xiàn)代大型汽輪機上常常如此。采用單流還是雙流主要根據(jù)葉片的設(shè)計和效率來決定，但是雙流汽缸還有取消高壓端軸封的優(yōu)點。和高壓汽

14、缸一樣，中壓汽缸轉(zhuǎn)子在進汽處要避免與高溫蒸汽接觸；中壓汽缸上設(shè)有導(dǎo)流環(huán)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流環(huán)將入口蒸汽引至噴嘴，同時在鄰近轉(zhuǎn)子的導(dǎo)流環(huán)中心還通有溫度較低的高壓缸排汽。導(dǎo)流環(huán)單獨支撐在內(nèi)缸的鍵上，或支持在第一級噴嘴內(nèi)部。在中壓缸的兩個反向流中，葉片略有不同，導(dǎo)致兩端的壓力不同，從而部分內(nèi)缸外形成了一股冷卻汽流。這使得內(nèi)缸外和螺栓的溫度較低，從而可以采用小直徑的螺栓。 圖3-4中壓缸的特征有：中間采用內(nèi)缸，兩端為持環(huán)結(jié)構(gòu)，外缸上部有四個排汽口，底部有兩個抽汽接口，進汽管道上設(shè)有熱襯套，保護轉(zhuǎn)子中心的導(dǎo)流環(huán)支撐在第一級噴嘴上，外缸的兩端設(shè)有立銷，外缸和轉(zhuǎn)子之間有軸封。3.2.3低壓汽缸低壓汽缸常常是雙層缸結(jié)構(gòu)

15、，其中內(nèi)缸上有隔板支撐，抽汽和抽水接頭，外缸將排汽引導(dǎo)至凝汽器并且為內(nèi)缸提供結(jié)構(gòu)上的支撐。然而，低壓缸的結(jié)構(gòu)并不常常如此，尤其是背籃式凝汽器，其對應(yīng)的低壓缸為單層缸結(jié)構(gòu)。形體大的低壓外缸以及它們所承受的低壓負(fù)載使得低壓缸盡可能采用裝配式結(jié)構(gòu)而不是鑄造結(jié)構(gòu)。更加復(fù)雜的內(nèi)缸基于經(jīng)濟性考慮可采用裝配式或鑄造式。所有汽缸都采用螺栓連接它們的水平結(jié)合面。對于一個典型的低壓汽缸，它的特征包括：裝配式內(nèi)缸、外缸；內(nèi)缸上有抽汽口，排汽處有導(dǎo)葉，軸封支持在軸承上并且外缸上有膨脹節(jié)連接。3.3 汽輪機轉(zhuǎn)子和聯(lián)軸器3.3.1 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)類型在大型汽輪發(fā)電機組上，采用了四種不同類型的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)： 整鍛轉(zhuǎn)子，其中葉輪和軸由

16、一個鍛件鍛造而成(圖. 3-5 (a)。 套裝輪盤轉(zhuǎn)子，由分別鍛造好的鋼軸和鋼制輪盤組成，其中鋼制輪盤通過冷縮配合套裝在鋼軸上，并且利用鍵連接和定位(圖.3-5 (b)。 鼓形轉(zhuǎn)子，由實心或空心鍛件制造而成(圖. 3-5 (c) and 3-5 (d)。 焊接輪盤轉(zhuǎn)子，這類轉(zhuǎn)子在英國并不常見，有用于低壓轉(zhuǎn)子上的方式。在國外的應(yīng)用中，包括高壓和中壓轉(zhuǎn)子采用了這種類型。 由于各種各樣的原因，四種類型的轉(zhuǎn)子中，優(yōu)先采用整鍛轉(zhuǎn)子，但是當(dāng)鍛件尺寸超過鍛造能力時，采用了套裝輪盤結(jié)構(gòu)。目前，英國設(shè)計的660 mw機組全部采用了整鍛轉(zhuǎn)子。為了避免運行中的問題和疲勞裂紋，套裝轉(zhuǎn)子在冷縮配合和定位時需要非常仔細(xì)。

17、雖然輪盤可能便于進行無損檢測，但是整鍛轉(zhuǎn)子的無損檢測能力已發(fā)展到能滿足所有要求的程度。對于采用整鍛轉(zhuǎn)子的低壓轉(zhuǎn)子，有更好的剛性，從而有更好的動態(tài)性能。660 mw機組幾乎無一例外的采用了這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，并且試驗結(jié)果很好。原來在實踐中，沿著鍛件軸心方向鉆孔得到試驗材料，從而可用來驗證鍛造質(zhì)量。但是隨著鍛造技術(shù)和材料性能的提高，目前在一些設(shè)計中已經(jīng)取消了中心孔結(jié)構(gòu)。焊接轉(zhuǎn)子的優(yōu)點是鍛件尺寸小，但需要有高的整體焊接技術(shù)，一些缺乏大型鍛造能力的國家采用了焊接轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，他們已成功地制成焊接高、中和低壓轉(zhuǎn)子，在英國，只有有限數(shù)量的焊接低壓轉(zhuǎn)子。由中空柱體制成的高溫鼓形轉(zhuǎn)子，與短軸連接，易于產(chǎn)生不同的蠕變。

18、在現(xiàn)在的設(shè)計中已由整鍛鼓形轉(zhuǎn)子取代。受末級葉片設(shè)計的限制，雙流汽缸取代了高壓缸所采用的單流設(shè)計。對于660mw機組的設(shè)計，中、低壓缸的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計是采用雙流設(shè)計。對于單流高壓缸，在某種程度上，需要采用平衡活塞來平衡軸向推力，從而減少推力軸承負(fù)荷，尤其是反動式機組（動葉兩端壓降大）需采用面積大的平衡活塞。相反，相比反動級設(shè)計，采用沖動級的高壓汽輪機轉(zhuǎn)子，它的葉片節(jié)距直徑降低。另外由于軸向推力更小，僅需要非常小的平衡活塞。3.3.2 轉(zhuǎn)子材料圖3-5汽輪機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)類型沒有對應(yīng)材料的發(fā)展，蒸汽輪機設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展是不可能的。高溫下有好的抗蠕變性能的合金鋼的發(fā)展以及有好的機械及高斷裂韌性的其他合金鋼的發(fā)展，

19、是冶金領(lǐng)域重大成就的一個方面。另外生產(chǎn)能夠在高溫和低溫下都適用的組件，驗證了煉鋼技術(shù)的進步。這些組件有很大的物理尺寸，而且有能夠滿足嚴(yán)格的內(nèi)部缺陷要求的一致的材料性能。高溫轉(zhuǎn)子既要求蠕變強度、斷裂強度，還要求一定的延展性。利用鍛造的鉻鉬釩鋼制造的轉(zhuǎn)子能滿足這些要求。鉻鉬釩合金剛是一種鐵素體材料，能夠提供可能最好的蠕變性能。對于低溫轉(zhuǎn)子，主要的要求是有相對高的伸張強度和高的韌性。由于3.5鎳鉻鉬釩整鍛轉(zhuǎn)子鍛件避免了套裝轉(zhuǎn)子冷縮配合時的復(fù)雜性，所以目前的轉(zhuǎn)子采用了這種結(jié)構(gòu)。對于套轉(zhuǎn)低壓轉(zhuǎn)子，它的軸和輪盤都采用了鎳含量高達(dá)3.5%的鎳鉻鉬釩合金鋼；對于大型整鍛轉(zhuǎn)子，為了獲得整鍛轉(zhuǎn)子所必需的伸張性能，

20、也首選這種合金鋼材料。對于采用一系列實心輪盤組成的裝配式低壓轉(zhuǎn)子的設(shè)計，需要一定的焊接技術(shù)。這時對于合金鋼材的需求是矛盾的，一方面是對伸張強度的要求，另一方面是可焊接性的要求。因為低壓轉(zhuǎn)子可能在不超過周圍環(huán)境溫度很多的溫度下運行。這樣，提供防止脆性斷裂的安全裝置是重要的。對于輪盤、葉輪和整鍛轉(zhuǎn)子，使用可能最低的脆性轉(zhuǎn)變溫度的材料，采用嚴(yán)格的無損檢測，以及斷裂力學(xué)的評估都為低壓轉(zhuǎn)子的安全運行提供了必要的（框架）保證。3.5%nicrmov鋼的fatt值低。在水淬冷和回火條件下，加上對材料成分的仔細(xì)控制，3.5%nicrmov鋼的fatt值很好地低于環(huán)境溫度，有高的抗拉性能以及隨之而來的斷裂韌性。

21、3.3.3 超速試驗所有大型汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子在制造時，都規(guī)定要做耐超速20%試驗。這樣在轉(zhuǎn)子的運行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，能夠保證很好的轉(zhuǎn)子平衡。從而在由電網(wǎng)系統(tǒng)擾動引起的正常超速和超速螺栓試驗中經(jīng)常的10%超速中，能有足夠的余度。另外對轉(zhuǎn)子進行超速試驗還能驗證鍛件，因為在超速運行時，轉(zhuǎn)子的離心應(yīng)力要大于常規(guī)運行中的離心應(yīng)力，由此為衡量防止轉(zhuǎn)子自發(fā)快速斷裂的裕度提供了定量手段。3.3.4 轉(zhuǎn)子平衡在裝配好葉片后，需要對轉(zhuǎn)子進行動平衡和靜平衡。對于套裝轉(zhuǎn)子，在裝配前須先對裝好葉片的葉輪單獨進行平衡。靜平衡是指轉(zhuǎn)子重量均勻地置于軸心周圍。將轉(zhuǎn)子置于水平放置的刀刃支撐上，滾動轉(zhuǎn)子可進行靜平衡檢測。動平衡是指針對任

22、一個軸承支撐，沿軸向方向轉(zhuǎn)子不平衡重量的動量之和達(dá)到零。動平衡試驗是將轉(zhuǎn)子置于彈性支撐面上，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子同時測量振動，并且通過添加或減少重量一直到振動可忽略為止。3.3.5 臨界轉(zhuǎn)速支持在兩個軸承之間的靜止轉(zhuǎn)子存在一個自振頻率，自振頻率的大小取決于轉(zhuǎn)子的直徑和軸承間距。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對應(yīng)于它的自振頻率，殘余的不平衡力會被放大并可能達(dá)到危險的程度。臨界轉(zhuǎn)速可高于運行轉(zhuǎn)速，也可低于運行轉(zhuǎn)速，這和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有關(guān)。如果臨界轉(zhuǎn)速低于運行轉(zhuǎn)速，我們稱之為撓性軸。對于這種軸在啟動時需要多加小心，以確保臨界轉(zhuǎn)速盡可能快地通過。隨著轉(zhuǎn)子長度增加，轉(zhuǎn)子直徑下降，臨界轉(zhuǎn)速會降低。現(xiàn)代大型機組的趨勢是提供剛性轉(zhuǎn)子（臨界轉(zhuǎn)速高

23、于運行轉(zhuǎn)速）。因為大型機組的轉(zhuǎn)子長度增加（安裝所需的動葉級數(shù)需要），隨著轉(zhuǎn)子直徑的增大，達(dá)到了一定的剛性。大型機組的轉(zhuǎn)子利用實心聯(lián)軸器連接，因此可能由幾個單獨的轉(zhuǎn)子組成的軸應(yīng)該作為一個整體來對待。每個轉(zhuǎn)子都支撐在兩個軸承上，這些軸承支撐不是簡單的支撐。軸承中的油膜有機動性，這會大大影響軸的臨界轉(zhuǎn)速。3.3.6 聯(lián)軸器由于鍛造轉(zhuǎn)子長度的有限性和在不同溫度和應(yīng)力條件下，需要采用不同的轉(zhuǎn)子材料，故在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中采用了聯(lián)軸器。大型汽輪發(fā)電機的多缸結(jié)構(gòu)也需要采用一個由聯(lián)軸器連接的軸系。聯(lián)軸器實質(zhì)上是傳遞扭矩的設(shè)備，但是它們也可能不得不允許相對的角不對中，傳遞軸向推力，并且確保軸向定位或允許相對的軸向位移。

24、它們可分為撓性、半撓性和剛性聯(lián)軸器三種。小型汽輪發(fā)電機上(如，最高達(dá)到120 mw)常采用撓性和半撓性聯(lián)軸器，而對于大型機組，實際中通常采用剛性聯(lián)軸器。3.4 汽輪機葉片3.4.1 沖動級動葉片-零部件及結(jié)構(gòu)在沖動級中，這種沖動級由rateau專家發(fā)明，大部分焓降發(fā)生在靜葉中，級的驅(qū)動力來源于通過動葉的蒸汽動量的改變。沖動級設(shè)計的優(yōu)點是緊湊，而且由于動葉中發(fā)生的壓降小，對動葉的間隙相對不敏感。然而，動葉易于受到噴嘴尾跡擾動的影響，所以必須避免共振并維持低的蒸汽彎曲應(yīng)力，而且由于動葉中動量改變相對高，故要求動葉強度高而且可能重。因此在實際中，經(jīng)常把單獨制造好的葉片利用叉形葉根安裝到輪盤上，叉形葉

25、根與在輪緣上機加工出的軸向凸肩相配合。動葉的外端留有一個或多個凸肩。這些凸肩穿過圍帶上的孔，同時圍帶依次裝入葉片外機加工出的槽中。當(dāng)把這些凸肩用鉚釘鉚好后，就能把圍帶固定住。圍帶可用于汽封并且可支撐葉片從而減小振動。每一部分圍帶將一小部分葉片連在一起并且可和下一部分連在一起或搭接，從而形成了強度非常高的結(jié)構(gòu)。因為在所有沖動級葉片的頂部，反動度增加到一定程度，所以在動葉圍帶上有與之一體的軸向汽封片。靜葉-零部件及結(jié)構(gòu)靜止噴嘴葉片有兩種制造方法。焊接葉片由一整體鋼板銑制而成，（和沖有葉型孔槽的內(nèi)、外圍帶）共同焊成環(huán)形葉柵，（然后再將它焊在隔板體和隔板外緣之間）組成焊接隔板；而鑄造葉片，由鋼板制成，

26、在澆鑄隔板體時鑄入葉片，用于溫度低于230的場合。在一些最新的機組上，高壓葉片采用電化學(xué)加工。高壓缸的第一級往往采用沖動級，靜葉片可裝于噴嘴室中，從而避免了隔板的壓力密封問題。由于第一級承擔(dān)了比較大的焓降，這種噴嘴室結(jié)構(gòu)降低了蒸汽對高壓轉(zhuǎn)子和內(nèi)缸的壓力和熱沖擊。由于沖動級隔板承擔(dān)的壓降大，所以隔板和葉片的強度都需要很高。盡管沖動級隔板在隔板汽封處的直徑相對較小， 但其隔板汽封仍需要盡可能地好從而可以承擔(dān)大的壓差。在動靜部分發(fā)生軸向位移時，要確保對徑向汽封的影響不是很大。復(fù)速級汽輪機的第一個高壓級，盡可能增大噴嘴葉柵的壓降。它有時包含有兩個沖動級。這兩個沖動級置于同一個葉輪上，從而可保護汽缸和轉(zhuǎn)

27、子免于較高溫度、壓力蒸汽的沖擊。由于這種級的焓降相當(dāng)于四個沖動級，所以盡管會犧牲一些效率，但小型的便宜的汽輪機上會采用這種級。它不再用于帶基本負(fù)荷的大型汽輪機上。這種級的噴嘴，采用縮放型，會產(chǎn)生很高的蒸汽動能，其中一部分用于動葉的第一列葉柵，剩下的經(jīng)過靜止導(dǎo)向葉片改變方向后，用于第二列葉柵。它的動葉和噴嘴葉片都由實心鋼板機加工而成，要求強度非常高。3.4.2 反動級靜葉片和動葉片零部件及結(jié)構(gòu)盡管稱之為“反動級”，實際上反動級的沖動度和反動度相同，導(dǎo)致了動葉片和靜葉片的型線相同。這種類型的葉片由charles parsons先生設(shè)計提出，便于利用標(biāo)準(zhǔn)軋制型線進行經(jīng)濟生產(chǎn)。為了獲得好的效率，這種級

28、的速比相對較高，所以每一列葉柵上的焓降小，這也就是說，對于輸出相同的軸功，這種級的級數(shù)較多。對于反動級，蒸汽以較低的速度進入動葉，并且基本上是以軸向方向進入的。因此作用在動葉上的驅(qū)動力基本全部來源于蒸汽通過動葉加速流動時產(chǎn)生的反動力。這樣作用在動葉上的力相當(dāng)平穩(wěn)，加上靜葉的噴嘴尾跡產(chǎn)生非常小的擾動，故反動級的動葉片上可有相當(dāng)高的彎曲應(yīng)力，而不存在由于振動而引起的疲勞故障風(fēng)險。由于反動級靜葉片兩端的壓差小，故反動式汽輪機不需要隔板，但是為了防止過度的漏汽損失，仍需要保持小的葉頂間隙。現(xiàn)代的反動式汽輪機在動靜部分間，通常既有軸向汽封，也有徑向汽封。這樣在轉(zhuǎn)子葉片的外端，有與葉片形成一體的圍帶，圍帶

29、與汽缸上裝有汽封齒片的汽封體配合形成汽封。靜葉內(nèi)徑上的汽封齒片為靜葉與轉(zhuǎn)子間的間隙提供了汽封。3.4.3 低壓級氣體動力學(xué)與機械限制 在早期的機組上，末幾級低壓動葉片是定截面葉片。這種定截面葉片的應(yīng)力從葉頂?shù)礁砍识畏降脑黾?，在葉片連接到葉根的部位應(yīng)力達(dá)到最大。這樣限制了可能運行于同步轉(zhuǎn)速的葉片長度?，F(xiàn)在先進的末級葉片截面隨著半徑的平方呈指數(shù)減小。于是由離心應(yīng)力引起的張應(yīng)力在葉片的大部分高度內(nèi)基本不變，從而使得在3000 r/min機組上葉片的高度可達(dá)940 mm。現(xiàn)代的葉片，葉頂直徑通常大約是葉根直徑的兩倍。因此，葉片中部相鄰葉片圓周方向的距離，即葉片的節(jié)距是葉根處節(jié)距的1.5倍。這樣，圓

30、周方向的速度也是葉片底部圓周速度的1.5倍。葉片速度的增加將會改變蒸汽進入動葉的相對速度方向。因此動葉的入口角應(yīng)設(shè)計成與蒸汽汽流的方向相一致，這樣動葉的截面形狀發(fā)生了變化。這使動葉出口角減小，以致動葉壓降增加，并在動葉出口獲得較大的速度來補償圓周速度的增加從而使蒸汽離開葉片時產(chǎn)生最小的漩渦。級的根部設(shè)計反動度相當(dāng)?shù)?，因為隨著葉高的增加，動葉的壓降增加，所以通過靜葉的壓降減少，從而使隨著葉高的增加，級的反動度增加。由于離心力產(chǎn)生的徑向拉應(yīng)力和蒸汽汽流變化產(chǎn)生的空氣動力學(xué)作用導(dǎo)致了高度扭曲葉片的采用，這種葉片在葉根處強度高，反動度低；而葉頂處則強度低，反動度高。葉頂連接件長葉片和大葉弦的采用導(dǎo)致了

31、葉片節(jié)距的增加，這樣使得提高葉片強度和減弱振動的裝置變得復(fù)雜。為了承擔(dān)離心負(fù)載，圍帶或拉金像跨接在葉片節(jié)距間的橫梁，同時圍帶和拉筋還必須承擔(dān)由于葉片的徑向彈性伸長和運行中葉片有松動的趨勢而引起的巨大周向張力。當(dāng)拉筋被使用時，它們是“寬松”的類型與周向約束的，通常僅在一個各組葉片，并可以自由地在相鄰的葉片沿圓周方向移動，離心力提供必要通過摩擦阻尼。相鄰的拉筋之間的差距就復(fù)雜振動模式對長葉片和重疊的拉筋有時用來給一些測量周圍的環(huán)的連續(xù)性。常規(guī)設(shè)計是不可行的，細(xì)長部分以及其中的圓周速度可以接近2馬赫，但足夠彈性的加強裝置的連續(xù)環(huán)可被用來容納周向應(yīng)變。彈性拱帶，顯示在圖3-6的括號，葉尖和抵抗葉片解開

32、以及很大程度上允許的圓周應(yīng)變。3.4.4 動葉葉根固定大型汽輪機末級葉片在運行時，會產(chǎn)生幾百噸的離心應(yīng)力，因此需要非常有效的葉根固定。目前葉根固定方式包括：菱形葉根，叉形葉根和直或斜的縱樹形葉根?？v樹形葉根是一種很好的葉根固定方式，因為在這種方式中，葉片可以依次緊密的排列而且在軸與葉根相連的齒上有最佳的離心力。3.4.5 汽輪機葉片發(fā)展將來，汽輪機葉片有望向滿足下面三個目標(biāo)發(fā)展： 降低制造成本 整體性能改善 提高效率，包括排汽面積增大后的新低壓葉片。 葉片設(shè)計的成本可利用計算機輔助設(shè)計與制造降至最低。在計算機輔助設(shè)計與制造中，考慮性能、振動和應(yīng)力因素的最佳尺寸可直接輸入到數(shù)控機床上。 為減少應(yīng)

33、力集中進行仔細(xì)詳細(xì)設(shè)計可改善葉片整體性能。減少應(yīng)力集中可通過控制振動特性避免在運行轉(zhuǎn)速附近共振、減少葉片附件如圍帶拉筋和防腐蝕保護的使用（或改善性能）來實現(xiàn)。為了改善整體性能，需在強度高厚截面葉片與高效率及高效率一般具有高葉型比（長弦比）的葉片之間尋求平衡。 因為在高、中壓缸中，大部分現(xiàn)代汽輪機葉片的內(nèi)效率已達(dá)90%-95%，故再提高的程度不大。汽輪機制造者已經(jīng)形成了高效的標(biāo)準(zhǔn)葉片系列，它們的效率受汽流入射角的變化的影響小，汽流入射角的變化是由于不同的應(yīng)用情況和不同的運行參數(shù)引起的。葉根和葉頂間隙根據(jù)實際情況盡可能的小，并且根據(jù)設(shè)計許可有盡可能多的限流裝置，這些限流裝置的詳細(xì)尺寸引起流量系數(shù)的

34、一些減小，這樣，通過這些間隙的漏汽就被減至最低程度。低壓汽輪機模塊的發(fā)展是一個代價高且漫長的過程，不過在其發(fā)展過程中，增加每個通流部分的排汽面積減少排汽動能（余速損失）一直是它的動機。對于特定的機組容量和蒸汽循環(huán)，這種發(fā)展會導(dǎo)致低壓缸個數(shù)的減少；這一點對于節(jié)約成本和減少汽輪機房的大小是有意義的。就作用在葉片上的蒸汽彎曲應(yīng)力和質(zhì)量高葉片作用在葉片連接到葉輪的部位上的巨大離心應(yīng)力而言，末級和次末級葉片一直是設(shè)計的瓶頸。3000r/min的機組末級葉片長度已經(jīng)發(fā)展到高達(dá)1200 mm，這被認(rèn)為是傳統(tǒng)的含12%鉻葉片材料的極限。實際上，前蘇聯(lián)機組上使用的1200 mm葉片由鈦合金制造，這種鈦合金可能是

35、制造長葉片最優(yōu)的材料。尤其是這種長葉片的發(fā)展使得在50hz電網(wǎng)系統(tǒng)中，最大的核電站可采用3000 r/min的機組，盡管采用3600r/min的機組還很遙遠(yuǎn)。3.5 冷凝器3.5.1 前言對于一個大型火電站的最終熱阱的氣氛。有各種不同的選項，使用不同的過程達(dá)到最有效的散熱片，并因此滿足冷凝設(shè)備的要求和冷卻水（cw）系統(tǒng)。典型大氣的散熱系統(tǒng)是： 方法（a）蒸發(fā)冷卻，與封閉系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的（冷卻塔），用于 散熱。方法（b）加熱的水排出，直接冷卻系統(tǒng)（河流或相關(guān) 海水）進行散熱。 當(dāng)考慮了電站一個新的網(wǎng)站，它是在規(guī)劃階段重要以確保其有足夠的冷卻水源.隨著越來越多的高臺輸出和單位的評價，位置的選擇的必要性

36、，縮小以符合可用的水資源，這伴隨著同樣重要的因素，如燃料類型和選擇蒸汽條件，是評估任何部位是否合適時，考慮的主要特點。為了使蒸汽發(fā)電站運行一個高效的結(jié)算周期，冷凝植物，cw系統(tǒng)，以及相關(guān)的泵必須提取熱量的最大數(shù)量從lp渦輪機的排汽。冷凝裝置的主要功能是： 提供最低的經(jīng)濟排熱溫度的蒸汽循環(huán)。要轉(zhuǎn)換的排氣蒸汽水回用在飼料周期。從渦輪飼料供熱廠排水收集有用的余熱，和其他助劑。cw系統(tǒng)的目的是保持供應(yīng)冷卻介質(zhì)提取所需要的熱量，使冷凝裝置可以滿足其目標(biāo)。它的使用有效的篩選設(shè)備，水泵，閥門的循環(huán)，以及（在必要時）冷卻塔。篩選廠必須從這是大到足以阻止冷凝器或輔助冷卻管的冷卻水去除任何碎片。它必須易于保持清潔，甚至在過度時期的碎片。冷卻水循環(huán)泵（cw）必須對系統(tǒng)的抗水，或泵頭，在所有條件下遇到了在一個特定的站點，有效的保證靈活的cw泵運行，閥門通常設(shè)有使泵的任何組合，冷凝器和冷卻塔操作起來。在被加熱的水直接排放冷卻系統(tǒng)，冷卻水（河流或海水）被