汽輪機工作原理及結(jié)構

1、二00七年七月電能的生產(chǎn)過程是一系列的能量轉(zhuǎn)換過程電能的生產(chǎn)過程是一系列的能量轉(zhuǎn)換過程q鍋爐將水變?yōu)檎羝臒崮苠仩t將水變?yōu)檎羝臒崮躴汽輪機將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成軸旋轉(zhuǎn)的機械能汽輪機將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成軸旋轉(zhuǎn)的機械能q發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)變成電能發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)變成電能熱效率高熱效率高 凝汽式汽輪機組綜合熱效率高達凝汽式汽輪機組綜合熱效率高達40% 供熱式機組綜合熱效率高達供熱式機組綜合熱效率高達80%連續(xù)工作的回轉(zhuǎn)機械，可以具有較大功率連續(xù)工作的回轉(zhuǎn)機械，可以具有較大功率 目前單臺機組容量已突破目前單臺機組容量已突破1300MW運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、事故率較低、充分提高了設備利運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、事故率較低、充分提高了設備

2、利用率用率 一般可保持一般可保持34年大修一次年大修一次q發(fā)電拖動 火力發(fā)電廠、核電廠火力發(fā)電廠、核電廠q工業(yè)拖動 鋼鐵廠、造紙廠、化工廠鋼鐵廠、造紙廠、化工廠q艦船拖動 大型遠洋船舶、軍事大型艦艇、核動力航空母艦大型遠洋船舶、軍事大型艦艇、核動力航空母艦汽輪機的基本概念 l蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹，壓力降低，速度增加，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。高速汽流流?jīng)動葉片3時，由于汽流方向改變，產(chǎn)生了對葉片的沖動力，推動葉輪2旋轉(zhuǎn)作功，將蒸汽的動能變成葉輪軸旋轉(zhuǎn)的機械能。這種利用沖動力作功的原理，稱為沖動作用原理。左圖所示：蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹，壓力由p0降至p1，流速從c0增至c1，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。蒸汽進

3、入動葉柵后，改變流動方向，產(chǎn)生了沖動作用力使葉輪旋轉(zhuǎn)作功，將蒸汽動能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子的機械能。蒸汽離開動葉柵的速度降至c2。由于蒸汽在動葉柵中不膨脹，所以動葉柵前后壓力相等，即p1=p2。 左圖所示為一種具有三個沖動級的多級沖動式汽輪機。整個汽輪機的比焓降分別由三個沖動級加以利用。蒸汽進入汽缸后，在第一級噴嘴2中發(fā)生膨脹，壓力由p0降至p1，汽流速度由co增至c1，然后進入第一級動葉柵3中作功,作功后流出動葉柵的汽流速度降至c2，由于蒸汽在動葉柵中不發(fā)生膨脹，動葉柵后的壓力（即第一級后壓力）即等于噴嘴后的壓力p1，從第一級流出的蒸汽，再依次進入其后的兩級并重復上述作功過程，最后從排汽管中排出。 蒸汽

4、的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽艿倪^程，不僅在噴嘴中發(fā)生，而且在動葉片中也同樣發(fā)生的汽輪機，叫做反動式汽輪機。在反動式汽輪機中，蒸汽不但在噴嘴（靜葉柵）中產(chǎn)生膨脹，壓力由p0降至p1，速度由c0增至c1，高速汽流對動葉產(chǎn)生一個沖動力；而且在動葉柵中也膨脹，壓力由p1降至p2，速度由動葉進口相對速度w1增至動葉出口相對速度w2,汽流必然對動葉產(chǎn)生一個由于加速而引起的反動力，使轉(zhuǎn)子在蒸汽沖動力和反動力的共同作用下旋轉(zhuǎn)作功。 項 目沖動式反動式動葉片出、入側(cè)橫截面形狀勻稱，汽流流道從入口到出口其面積基本不變。不對稱，葉型入口較肥大，而出口側(cè)較薄，蒸汽流道從入口到出口呈漸縮狀。進汽方式大部分噴嘴調(diào)節(jié)全周進汽推力平衡方

5、法葉輪上開有平衡孔轉(zhuǎn)鼓上設有平衡活塞蒸汽壓降產(chǎn)生部位僅在隔板的噴嘴中靜葉片、動葉片均有動葉片安裝部位轉(zhuǎn)子葉輪圓周轉(zhuǎn)鼓圓周相同功率體積小大相同功率設備造價低高凝汽式汽輪機凝汽式汽輪機 進入汽輪機的蒸汽，除很少一部分泄漏外，全部排入凝汽器。背壓式汽輪機背壓式汽輪機 排汽壓力高于大氣壓力的汽輪機稱為背壓式汽輪機。 調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機 部分蒸汽在一種或兩種給定壓力下抽出對外供熱，其余蒸汽作功后仍排入凝汽器。 中間再熱式汽輪機中間再熱式汽輪機 新蒸汽經(jīng)汽輪機前幾級作功后，全部引至加熱裝置再次加熱到某一溫度，然后再回到汽輪機繼續(xù)作功。 按工作原理分類按工作原理分類 v沖動式汽輪機沖動式汽輪機

6、 按沖動作用原理工作的汽輪機稱為沖動式汽輪機按沖動作用原理工作的汽輪機稱為沖動式汽輪機 v反動式汽輪機反動式汽輪機 按反動作用原理工作的汽輪機稱為反動式汽輪機按反動作用原理工作的汽輪機稱為反動式汽輪機 v混合式汽輪機混合式汽輪機 由按沖動原理工作的級和按反動原理工作的級組合而成由按沖動原理工作的級和按反動原理工作的級組合而成的汽輪機稱為混合式汽輪機的汽輪機稱為混合式汽輪機按新按新( (主主) )蒸汽壓力分類蒸汽壓力分類 低壓汽輪機新蒸汽壓力為低壓汽輪機新蒸汽壓力為1.2 MPa1.2 MPa2MPa2MPa； 中壓汽輪機新蒸汽壓力為中壓汽輪機新蒸汽壓力為2.1 MPa2.1 MPa8MPa8M

7、Pa； 高壓汽輪機新蒸汽壓力為高壓汽輪機新蒸汽壓力為8.1 MPa8.1 MPa12.5MPa12.5MPa； 超高壓汽輪機超高壓汽輪機 新蒸汽壓力為新蒸汽壓力為12.6MPa12.6MPa15.1MPa15.1MPa； 亞臨界汽輪機亞臨界汽輪機 新蒸汽壓力為新蒸汽壓力為15.1MPa15.1MPa22MPa22MPa； 超臨界汽輪機超臨界汽輪機 新蒸汽壓力為新蒸汽壓力為22.12MPa22.12MPa25MPa25MPa； 超超臨界汽輪機超超臨界汽輪機 新蒸汽壓力為新蒸汽壓力為25.025.0MPaMPa以上。以上。 汽輪機由轉(zhuǎn)動部分和靜止部分所組成。汽輪機由轉(zhuǎn)動部分和靜止部分所組成。汽輪機

8、轉(zhuǎn)動部件的組合體稱為轉(zhuǎn)子，它包汽輪機轉(zhuǎn)動部件的組合體稱為轉(zhuǎn)子，它包括主軸、葉輪括主軸、葉輪( (或轉(zhuǎn)鼓或轉(zhuǎn)鼓) )、動葉柵、聯(lián)軸器、動葉柵、聯(lián)軸器及裝在軸上的其他零件。蒸汽作用在動葉及裝在軸上的其他零件。蒸汽作用在動葉柵上的力矩，通過葉輪、主軸和聯(lián)軸器傳柵上的力矩，通過葉輪、主軸和聯(lián)軸器傳遞給發(fā)電機或其他設備，并使它們旋轉(zhuǎn)而遞給發(fā)電機或其他設備，并使它們旋轉(zhuǎn)而作功。汽輪機的靜止部分包括基礎、臺板作功。汽輪機的靜止部分包括基礎、臺板( (機座機座) )、汽缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承、汽缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承等部件，但主要是汽缸和隔板。等部件，但主要是汽缸和隔板。 汽輪機轉(zhuǎn)子在高溫蒸汽中高速旋

9、轉(zhuǎn)，汽輪機轉(zhuǎn)子在高溫蒸汽中高速旋轉(zhuǎn)，不僅要承受汽流的作用力和由葉片、葉輪不僅要承受汽流的作用力和由葉片、葉輪本身離心力所引起的應力，而且還承受著本身離心力所引起的應力，而且還承受著由溫度差所引起的熱應力。此外，當轉(zhuǎn)子由溫度差所引起的熱應力。此外，當轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量過大時，將引起汽輪機的振動。不平衡質(zhì)量過大時，將引起汽輪機的振動。因此，轉(zhuǎn)子的工作狀況對汽輪機的安全、因此，轉(zhuǎn)子的工作狀況對汽輪機的安全、經(jīng)濟運行有著很大的影響。經(jīng)濟運行有著很大的影響。 套裝轉(zhuǎn)子套裝轉(zhuǎn)子套裝轉(zhuǎn)子的葉輪、軸封套、聯(lián)軸器等部件和主軸是分別制造的，然后將它們熱套(過盈配合)在主軸上，并用鍵傳遞力矩。主軸加工成階梯形，中間直徑

10、大，只適用于中、低參數(shù)的汽輪機和高參數(shù)汽輪機的中、低壓部分，其工作溫度一般在400以下。 整煅轉(zhuǎn)子整煅轉(zhuǎn)子葉輪和主軸及其他主要零部件是用整體毛坯加工制成的。主軸的中心通常鉆有中心孔，其作用是：去掉鍛件中殘留的雜質(zhì)及疏松部分；用來檢查鍛件的質(zhì)量；減輕轉(zhuǎn)子的重量。高參數(shù)或超高參數(shù)機組的高壓轉(zhuǎn)子，防止高溫下松動是主要的，因此廣泛采用整鍛轉(zhuǎn)子。 組合轉(zhuǎn)子組合轉(zhuǎn)子根據(jù)各段的工作條件不同，在同一轉(zhuǎn)子上，高壓部分采用整鍛結(jié)構，中、低壓部分采用套裝結(jié)構，從而兼得整鍛轉(zhuǎn)子和套裝轉(zhuǎn)子的優(yōu)點。組合轉(zhuǎn)子廣泛用于高參數(shù)、中等功率的汽輪機上。 焊接轉(zhuǎn)子焊接轉(zhuǎn)子由若干個實心輪盤和端軸拼合焊接而成。焊接轉(zhuǎn)子的主要優(yōu)點是：不存

11、在松動問題；采用實心的輪盤，強度高，不需要葉輪輪殼，結(jié)構緊湊；輪盤和轉(zhuǎn)子可以單獨制造，材料利用合理，加工方便且易于保證質(zhì)量；焊成整體后轉(zhuǎn)子剛性較大等。但是焊接轉(zhuǎn)子要求材料的可焊性好，焊接工藝及檢驗技術要求高且比較復雜，這一切在一定程度下妨礙了焊接轉(zhuǎn)子的應用。 葉輪是一種圓盤形的零件，它一般由輪緣、輪體(輪面)和輪殼三部分組成。輪緣用來固定葉片，其具體結(jié)構與葉片的受力情況及葉根形狀有關，大多數(shù)輪緣具有比輪體為大的截面。輪殼是葉輪套于主軸上的配合部分，故只有套裝轉(zhuǎn)子才有，其結(jié)構取決于葉輪在主軸上的套裝方式，為了保證輪殼有足夠的強度，輪殼部分一般都要加厚。輪體是葉輪的中間部分，它起著連接輪緣與輪殼的

12、作用，其斷面應根據(jù)受力情況來確定。動葉片是汽輪機中數(shù)量最大和種類最多的零件，它的結(jié)構、材料和裝配質(zhì)量對汽輪機的安全和經(jīng)濟運行有極大的影響。在汽輪機的事故中，葉片事故約占60%70%左右，所以必須予以足夠的重視。葉片應具有良好的流動特性、足夠的強度、滿意的轉(zhuǎn)動特性、合理的結(jié)構和良好的工藝性能。 葉片通過葉根固定在葉輪上，葉根與葉輪的連接應該牢固可靠，而且應保證葉片在任何運行條件下不會松動。同時，葉根的結(jié)構應在滿足強度的條件下盡量簡單，使制造、安裝方便，并使葉輪輪緣的軸向尺寸為最小。隨著動葉片的圓周速度和長度的不同，其葉根所受的作用力也不同，這就需要采用不同的葉根結(jié)構型式。 拉金用來將葉片連成葉片

13、組，其作用是增加葉片的剛性以改善其振動特性。拉金通常作成棒狀(實心拉金)或管狀(空心拉金)，穿在葉型部分的拉金孔中。拉金與葉片之間有 焊接的(焊接拉金) ，也有不焊接的(松拉金或阻尼拉金)。在一級葉片中一般有12圈拉金，最多不超過3圈。 用拉金連接葉片的方式有：分組聯(lián)接、整圈聯(lián)接及組間連接等方式， 汽缸從高壓向低壓方向看，大致上呈圓筒形或汽缸從高壓向低壓方向看，大致上呈圓筒形或圓錐形。為了便于加工、安裝及檢修，汽缸一般作圓錐形。為了便于加工、安裝及檢修，汽缸一般作成水平對分式，即分為上、下汽缸，水平結(jié)合面一成水平對分式，即分為上、下汽缸，水平結(jié)合面一般用法蘭螺栓連接，另外，為了合理利用材料和便

14、般用法蘭螺栓連接，另外，為了合理利用材料和便于加工、運輸，汽缸也常按缸內(nèi)壓力高低沿軸向分于加工、運輸，汽缸也常按缸內(nèi)壓力高低沿軸向分為幾段，垂直結(jié)合面也采用法蘭螺栓連接，由于垂為幾段，垂直結(jié)合面也采用法蘭螺栓連接，由于垂直結(jié)合面一般不需拆卸，為保證其嚴密性，有些汽直結(jié)合面一般不需拆卸，為保證其嚴密性，有些汽缸還在結(jié)合面的內(nèi)圓加以密封焊。缸還在結(jié)合面的內(nèi)圓加以密封焊。 隔板用于固定噴嘴葉片，并隔板用于固定噴嘴葉片，并將整個汽缸內(nèi)部空間分隔成將整個汽缸內(nèi)部空間分隔成若干個汽室。它主要由隔板若干個汽室。它主要由隔板體，噴嘴葉柵和隔板外緣等體，噴嘴葉柵和隔板外緣等部分組成。隔板通過外緣直部分組成。隔板通過外緣直接安裝在汽缸或隔板套內(nèi)專接安裝在汽缸或隔板套內(nèi)專門的凹槽中。為了安裝和拆門的凹槽中。為了安裝和拆卸方便，隔板沿水平中分面卸方便，隔板沿水平中分面對分為上、下兩半塊，稱上、對分為上、下兩半塊，稱上、下隔板。為了使上下隔板對下隔板。為了使上下隔板對準，并防止漏汽，在水平中準，并防止漏汽，在水平中分面加裝密封鍵和定位