汽輪機概述及本體介紹.

1、杭州中能汽輪動力有限公司杭州中能汽輪動力有限公司 汽輪機概述及本體介紹2022年5月29日星期日15時50分47秒Joying9二.汽輪機兩大流派簡介l蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械功需要經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換：（1）蒸汽流過靜葉時，熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽高速流動的動能； （2）高速汽流流過動葉時，將蒸汽動能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械功。l沖動式汽輪機：指蒸汽主要在靜葉中進行膨脹增加流速，蒸汽熱能被轉(zhuǎn)換為動能，進入動葉柵改變流動方向，推動葉柵作周向運動，蒸汽的動能進一步轉(zhuǎn)化為機械能。為了改善蒸汽在動葉中流動的合理性，現(xiàn)代沖動式汽輪機各級均具有一定的反動度（一般在5%30%的范圍內(nèi)），即蒸汽在動葉片中也發(fā)生很

2、小的一部分膨脹，從而使汽流得到一定的加速作用，但仍算作沖動式汽輪機。l反動式汽輪機：指蒸汽不僅在噴嘴中，而且在動葉片中也進行膨脹的汽輪機，反動式汽輪機的動葉片上不僅受到由于汽流沖擊而產(chǎn)生的作用力，而且受到蒸汽在動葉片中膨脹加速而產(chǎn)生的作用力。反動度在0.5左右。反動式汽輪機反動度常取0.5,以使動葉和靜葉可取相同葉型，從而簡化制造工藝。 2022年5月29日星期日15時50分47秒Joying10二.汽輪機兩大流派簡介l一、兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點，其中歐洲以反動式汽輪機為主流（如SIEMENS），美、日以沖動式汽輪機為主流(如GE、三菱重工）見附圖，國內(nèi)以杭汽集團為龍頭，杭汽股份以反動式為主，中能

3、公司做沖動式汽輪機。對于兩種技術(shù)相互比較來說，效率高低并不是由做功原理不同決定的，影響效率的因素有很多：如（1）葉型開發(fā)能力的高低；（2）工況參數(shù)，適用范圍是否是葉型開發(fā)的最佳工況；（3）機械加工水平，裝配水平的高低。（4）本身兩種技術(shù)各自存在的一些優(yōu)缺點；l 下面我簡單的談?wù)勎覍煞N技術(shù)的一些了解及對比。如有不對的地方，請大家提出互相交流。因為國內(nèi)對兩種技術(shù)有代表性的是杭汽股份和中能公司，所以我下面就以此作為對比對象，向大家介紹一下。2022年5月29日星期日15時50分47秒Joying11二.汽輪機兩大流派簡介l沖動式具有較大的熱-功轉(zhuǎn)換能力，并且變工況性能好，所以兩類汽輪機都采用沖動級

4、作為第一級（調(diào)節(jié)級）。中、小型汽輪機常采用復(fù)速級作為第一級，它是在一個葉輪上裝有兩列動葉，在兩列動葉之間裝有導(dǎo)向葉片。由噴嘴射出的高速汽流在第一列動葉內(nèi)將一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功；經(jīng)過導(dǎo)向葉片改變流動方向后，再進入第二列動葉片繼續(xù)作功，利用了一部分余速動能。因此復(fù)速級的焓降及作功能力比單列級更大。 杭汽股份西門子反動式汽輪機結(jié)構(gòu)和中能公司沖動式汽輪機結(jié)構(gòu)也是如此。杭汽股份反動式汽輪機均采用單列沖動式調(diào)節(jié)級，而中能公司根據(jù)設(shè)計參數(shù)的不同，在低參數(shù)時（如1.0MPa,280）也采用單列沖動式調(diào)節(jié)級，但在中溫中壓（如3.43MPa，435）或者高溫高壓（8.83MPa，535）時，采用雙列復(fù)速級，這樣

5、使機組在保證效率的前提下，能減少壓力級數(shù)，提高轉(zhuǎn)子剛性，使臨界轉(zhuǎn)速能避開運行轉(zhuǎn)速。l 反動式汽輪機與沖動式汽輪機結(jié)構(gòu)上最大的不同，沖動式汽輪機的動葉片出、入口側(cè)比較薄，中間比較厚，從入口到出口，流道截面積基本不變；反動式汽輪機葉片入口側(cè)比較厚，出口側(cè)比較薄，流道從入口到出口橫截面積逐漸縮小后再逐漸擴大。 （見附圖一、二、三、四、）2022年5月29日星期日15時50分47秒Joying12二.汽輪機兩大流派簡介l由于反動式汽輪機每一級前后都存在壓力差，因而在整個轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生很大的軸向推力。為了減小這個軸向推力，反動式汽輪機不能像沖動式汽輪機那樣采用葉輪結(jié)構(gòu)，而是在轉(zhuǎn)子前部裝設(shè)平衡活塞來抵消軸向推

6、力(見附圖一、附圖二)?；钊暗目臻g用聯(lián)通管和排汽管聯(lián)通，使活塞上產(chǎn)生一個向前的軸向推力，以達到平衡轉(zhuǎn)子軸向推力的目的。反動式級，動葉前后壓差較大，如果做成葉輪式，推力問題難以解決，因此只能不要葉輪。這導(dǎo)至轉(zhuǎn)子直徑較大，隔板汽封面積大，級間漏汽量大，而且級間漏氣會影響下一級葉片頂部和底部的汽流流動，使級效率降低。但由于反動度較大，氣流折轉(zhuǎn)較小，又使級效率提高。反動式汽輪機額外有推力盤的耗汽損失。 l相反，沖動式級，動葉前后壓差小，可以做成葉輪式(見附圖一、附圖二)，這樣，轉(zhuǎn)子直徑可以做小，使隔板漏汽量減少，隔板漏汽少導(dǎo)致的效率提高完全可以彌補葉輪面磨擦的負(fù)面影響。少量的漏汽通過平衡孔流入下一級

7、，不影響動葉中的流動，這也是優(yōu)點。l沖動式在保證最佳速比的情況小，每級可以吸收較大的焓降，使級數(shù)減少，機身較短，降低成本，減少汽機房尺寸，降低土建成本。但主軸加工量的增加又使制造成本有一定的增加。2022年5月29日星期日15時50分47秒Joying13二.汽輪機兩大流派簡介l所以，沖動，反動效率的高低是一個綜合的結(jié)果，不能簡單的比較。任何一項措施都有利有弊。l 但就目前國內(nèi)兩家代表廠家（杭汽股份和中能公司）現(xiàn)有技術(shù)來說，我可以大概的概括一下：l（1）安全性的比較：此方面不需要任何懷疑，因為兩家單位產(chǎn)品在出廠前均做過高速動平衡和超速強度試驗，廠內(nèi)空車試車，故在安全性上面均能保證；l（2）加工

8、成本的比較：因為反動式汽輪機級數(shù)大大多于沖動式汽輪機，一般說來反動式汽輪機的級數(shù)約為沖動式汽輪機23倍，故加工成本來說，相同參數(shù)的汽輪機，反動式加工成本稍高于沖動式汽輪機；2022年5月29日星期日15時50分47秒Joying14二.汽輪機兩大流派簡介l（3）效率的比較： （a）高溫高壓，高轉(zhuǎn)速的背壓機組比較：反動式汽輪機效率較高； （b）中溫中壓、低溫低壓低速（冷凝、背壓）汽輪機組比較，沖動式汽輪機效率高； （c）反動式汽輪機末級余速損失較大，故冷凝機組的排汽壓力設(shè)計偏高；沖動式汽輪機排汽壓力設(shè)計可以偏低，增加了一定的效率。故在冷凝機組的比較上，要根據(jù)實際機型情況來決定。 （4）其余外配套

9、方面的比較：除了兩者做功原理的不同，其余如調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、油管路、輔機等其余外圍部套，兩者均一樣。 （5）性價比上面比較：國產(chǎn)沖動式汽輪機高于反動式汽輪機。2022年5月29日星期日15時50分47秒Joying15三三.汽輪機本體汽輪機本體l汽輪機本體是汽輪機設(shè)備的主要組成部分，它由轉(zhuǎn)子和靜子組成。l 轉(zhuǎn)子包括動葉、葉輪、主軸、聯(lián)軸節(jié)及緊固件等旋轉(zhuǎn)部件。l靜子包括汽缸、蒸汽室、噴嘴室、隔板、隔板套、汽封、軸承、軸承座、軸承座座架、底盤、滑銷系統(tǒng)及有關(guān)緊固零件等。l簡單的籠統(tǒng)的講就是除了裝在轉(zhuǎn)子上面的零部件外，其余均可以歸至靜子部分。（附圖一、附圖二）2022年5月29日星期日15時50分

10、47秒Joying16三三.汽輪機本體汽輪機本體l本體方面我主要結(jié)合中能公司具體的機型介紹一些主要部套。下面就分轉(zhuǎn)子、汽缸、滑銷系統(tǒng)、噴嘴、轉(zhuǎn)向?qū)~環(huán)、隔板、汽封、軸承等介紹一下。2022年5月29日星期日15時50分47秒Joying17A.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是汽輪機的最重要的部套，他的工作條件比較復(fù)轉(zhuǎn)子是汽輪機的最重要的部套，他的工作條件比較復(fù)雜。在設(shè)計中，重點需要關(guān)注的是臨界轉(zhuǎn)速和強度。雜。在設(shè)計中，重點需要關(guān)注的是臨界轉(zhuǎn)速和強度。這兩方面在實際運行過程中主要體現(xiàn)在升速時跨臨界這兩方面在實際運行過程中主要體現(xiàn)在升速時跨臨界和超速時跳閘停機兩方面的保護。這兩方面，臨界轉(zhuǎn)和超速時跳閘停機兩方面的保

11、護。這兩方面，臨界轉(zhuǎn)速確定了汽輪機運行的穩(wěn)定性，強度方面確定了汽輪速確定了汽輪機運行的穩(wěn)定性，強度方面確定了汽輪機運行的安全性。任何一方面出現(xiàn)問題均是沒法補救機運行的安全性。任何一方面出現(xiàn)問題均是沒法補救的，故我們在設(shè)計中需要重點關(guān)注這兩方面的問題，的，故我們在設(shè)計中需要重點關(guān)注這兩方面的問題，在實際使用中也需對這兩方面重點關(guān)注，尤其是試車在實際使用中也需對這兩方面重點關(guān)注，尤其是試車階段，必須明確確定該機組的臨界轉(zhuǎn)速和跳閘轉(zhuǎn)速，階段，必須明確確定該機組的臨界轉(zhuǎn)速和跳閘轉(zhuǎn)速，以免因這方面的疏忽造成重大事故。以免因這方面的疏忽造成重大事故。2022年5月29日星期日15時50分47秒Joying

12、18 轉(zhuǎn)子的分類根據(jù)分類方法的不同有很多種，我也就不一一介紹了，我只結(jié)合我們公司的機型和用戶關(guān)心的方面來簡單介紹一下。 （1）按制造工藝的不同：分為套裝轉(zhuǎn)子、整鍛轉(zhuǎn)子、組合轉(zhuǎn)子。一般來說，中溫中壓進汽參數(shù)的發(fā)電汽輪機，基本上采用套裝轉(zhuǎn)子。高速工業(yè)驅(qū)動汽輪機采用整鍛轉(zhuǎn)子。高參數(shù)進汽參數(shù)的發(fā)電汽輪機采用組合轉(zhuǎn)子，即前半部分采用整鍛轉(zhuǎn)子，后半部分采用套裝轉(zhuǎn)子。 （2）按臨界轉(zhuǎn)速是否在運行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分為剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。在啟動過程中，剛性轉(zhuǎn)子啟動就很方便，不存在跨臨界區(qū)域，而柔性轉(zhuǎn)子因需要快速的跨臨界，故要求用戶在實際啟動過程中，要充分暖機，為快速跨臨界作好準(zhǔn)備。 （3）按形狀來分：轉(zhuǎn)輪型轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)

13、鼓型轉(zhuǎn)子。我們公司工業(yè)驅(qū)動機組除了這兩種外，還有轉(zhuǎn)輪型和轉(zhuǎn)鼓型綜合的轉(zhuǎn)子。A.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2022年5月29日星期日15時50分48秒Joying19A.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子l轉(zhuǎn)輪型轉(zhuǎn)子葉片裝在葉輪上，葉輪緊固在軸上，蒸汽對葉片的作用力靠葉輪傳給軸，轉(zhuǎn)子級數(shù)較少，每一級中蒸汽的熱焓降較大，一般應(yīng)用在沖動式汽輪機上。l轉(zhuǎn)鼓型轉(zhuǎn)子的葉片直接裝在轉(zhuǎn)鼓上，蒸汽對葉片的作用力靠轉(zhuǎn)鼓傳給軸，這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，彎曲度小，適用于級數(shù)多，每級熱焓降不大和要求強度較大的反動式汽輪機上。2022年5月29日星期日15時50分48秒Joying20 汽缸根據(jù)所處位置不同可以分為高壓缸、中壓缸、低壓缸。 根據(jù)工藝不同，可以分為鑄造缸和

14、焊接缸。一般來說，發(fā)電機組因設(shè)計參數(shù)比較固定，本體修改比較少，為了縮短加工周期和降低加工成本，一般采用鑄造缸。而驅(qū)動機組因變化比較多，排缸一般設(shè)計成焊接排缸。 還有一種就是因排汽壓力比較高，為防止前后缸接缸處漏氣，做成整體缸。 B.汽缸汽缸2022年5月29日星期日15時50分48秒Joying21B.汽缸汽缸汽缸的作用：除了安裝靜子外，最重要的一個作用是將蒸汽和大氣隔開，形成能力轉(zhuǎn)換的環(huán)境，故汽缸的密封性要求很高。故在實際運行過程中，要防止汽缸溫度的急劇變化。如熱機啟動的時候，主蒸汽管道未暖管充分，導(dǎo)致帶水的飽和蒸汽進入汽缸，導(dǎo)致汽缸變形等。 汽缸外面包裹保溫層除了節(jié)能外，還有一個目的就是保

15、證汽缸內(nèi)外壁溫差不會過大，不會產(chǎn)生大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致汽缸變形，還有就是減少汽缸與轉(zhuǎn)子的溫差，降低兩者的相對熱脹差，防止動靜體相碰。2022年5月29日星期日15時50分48秒Joying22B.汽缸汽缸 蒸汽室按汽輪機蒸汽流量調(diào)節(jié)的需要分成若干個互相隔離的腔室，每個腔室對應(yīng)噴嘴的一組靜葉,通過多閥調(diào)節(jié)來控制蒸汽流量而達到控制功率的目的，采用多閥調(diào)節(jié)比采用節(jié)流調(diào)節(jié)來說調(diào)節(jié)精度更高，效率更高。 安裝蒸汽室蓋時，必須徹底清理蒸汽室蓋密封面，防止夾雜雜物，并涂上高溫密封膠。 2022年5月29日星期日15時50分48秒Joying23C.滑銷系統(tǒng)滑銷系統(tǒng)l滑銷系統(tǒng)的作用（1）保持汽缸和轉(zhuǎn)子中心一致，避免

16、因熱脹導(dǎo)致中心變 化，引起機組振動或動靜相擦； (2)保證汽缸能自由膨脹，以免發(fā)生過大應(yīng)力引起變形； （3）使轉(zhuǎn)子和靜子部分軸向和徑向間隙符合要求；滑銷的分類：滑銷系統(tǒng)包括有引導(dǎo)汽缸沿橫向膨脹的橫銷；引導(dǎo)汽缸沿軸向熱膨脹并推動前軸承座軸向移動時，保持軸承座與汽缸中心線一致的縱銷；引導(dǎo)汽缸沿垂直方向膨脹，并保持汽缸和軸承中心一致的立銷。還有貓爪銷和角銷等。2022年5月29日星期日15時50分48秒Joying24C.滑銷系統(tǒng)滑銷系統(tǒng)2022年5月29日星期日15時50分48秒Joying25C.滑銷系統(tǒng)滑銷系統(tǒng) 我們公司有些工業(yè)驅(qū)動的機組，為了安裝方便，前軸承座架采用彈性支座來替代縱銷，降低了

17、安裝難度。 滑銷系統(tǒng)是否工作正常直接影響機組的穩(wěn)定運行，為了保證滑銷系統(tǒng)的正常工作，各滑銷與銷槽間一定要保持清潔，不允許有油污卡澀現(xiàn)象，根據(jù)某些機組的運行經(jīng)驗，可在滑銷接觸面上定期加入油脂，起到防銹和潤滑的作用。2022年5月29日星期日15時50分48秒Joying26D.噴嘴和轉(zhuǎn)向?qū)~環(huán)噴嘴和轉(zhuǎn)向?qū)~環(huán)結(jié)構(gòu)：l噴嘴組有內(nèi)環(huán)和外環(huán)。汽葉通過焊接固定在內(nèi)、外環(huán)之間；整個噴嘴組通過螺栓連接在汽缸上，為防止螺栓松動，會使用防松動墊圈或者將螺栓點焊在內(nèi)環(huán)上。l轉(zhuǎn)向?qū)~環(huán)分上下兩半，轉(zhuǎn)向?qū)~安裝在上半內(nèi)，下半只起護環(huán)的作用。l噴嘴分為若干組，兩組噴嘴之間用分隔塊隔開，每組噴嘴的進汽由相對應(yīng)的調(diào)節(jié)閥來控

18、制。蒸汽通過調(diào)節(jié)閥后通過一段蒸汽管道進入蒸汽室，再由蒸汽室進入噴嘴組，同時將蒸汽的一部分熱能轉(zhuǎn)化為動能，沖轉(zhuǎn)第一列動葉，經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)~環(huán)導(dǎo)向后，再沖轉(zhuǎn)第二列動葉。 （見剖面圖）2022年5月29日星期日15時50分48秒Joying27E.隔板隔板l作用： 隔板是汽輪機各級的間壁，用以固定靜葉片，阻止級間漏汽，并保持各級前后的壓力差。l結(jié)構(gòu)： 隔板是由靜葉片、隔板體、隔板外緣組成。工作于高壓部分的隔板承受著高溫高壓蒸汽的作用，工作于低壓部分的隔板承受著濕蒸汽的作用。為了保證隔板運行的安全性和經(jīng)濟性，在結(jié)構(gòu)上要求它具有足夠的剛度和強度、良好的汽密性、合理的支承與定位，還應(yīng)使結(jié)構(gòu)、工藝簡單，便于加工、

19、安裝、檢修。l隔板一般有焊接和鑄造兩種。l焊接隔板 將銑制或精密鑄造等方法成型的靜葉片，嵌裝在沖有葉型孔槽的內(nèi)外圍帶上，焊成環(huán)形葉柵，然后再將它焊接在隔板體和隔板外緣之間，這種隔板具有較高的強度和剛度，較好的汽密性。對于高參數(shù)大功率的汽輪機的高壓部分，每一級的隔板承受著較大的蒸汽壓降，所以隔板相應(yīng)做得較厚。l鑄造隔板 鑄造隔板的靜葉片兩端有若干個孔，或者做成切口形狀，鑄造時鐵水流入孔內(nèi)或切口內(nèi)形成穿釘，使靜葉片與隔板牢固結(jié)合。工作在濕蒸汽區(qū)的級，其隔板上有去濕裝置。 隔板良好的剛性是保證隔板正常工作的重要性能，特別是在較高的工作溫度和較大的壓差環(huán)境下。如果隔板由于溫度和壓差作用下在中分面處出現(xiàn)

20、較大的撓曲變形，就會使動靜關(guān)系遭到破壞，造成隔板汽封磨損。 （見剖面圖）2022年5月29日星期日15時50分49秒Joying28F. 汽封汽封l汽封根據(jù)安裝位置不同分為前汽封、后汽封、隔板汽封、葉頂汽封。（見附圖）l前汽封的作用是減少蒸汽向外漏汽；后汽封的作用是防止空氣漏入排汽缸破壞真空（冷凝機組）或者是防止蒸汽向外漏氣（背壓機組）；隔板汽封是減少級間漏氣，維持隔板前后的壓力差；葉頂汽封是減少葉頂漏氣，因沖動式汽輪機動靜間隙很小，動葉前后壓差很小，故葉頂漏氣量很少，很多機組設(shè)計中未設(shè)計葉頂汽封。 簡單的說，汽封的重要的作用就是減少汽流往不該流的地方流。2022年5月29日星期日15時50分

21、49秒Joying29F. 汽封汽封 國產(chǎn)的中小型汽輪機的汽封都采用薄片型和高低齒型迷宮汽封。汽封環(huán)分成46塊，裝在汽封體上用彈簧片壓緊。彈簧片的作用是箍緊汽封環(huán)，并保證軸與汽封環(huán)碰撞時，汽封片能有一定的退讓余地，防止汽封和主軸損壞。 前后汽封各有調(diào)整墊片，用以調(diào)整汽封片軸向間隙。因為轉(zhuǎn)子的相對脹差的存在，前后汽封片軸向間隙不完全一樣。 汽封的作用對汽輪機的正常高效運行是很重要的。因為汽封與轉(zhuǎn)子直接間隙很小，汽輪機長時間運行后，會導(dǎo)致汽封與轉(zhuǎn)子之間間隙增大，屬于易損件，故在每次停機檢修的時候需要檢查一下汽封間隙，如間隙過大，則需要及時更換。用戶最好能時刻備一套汽封。 2022年5月29日星期日15時50分49秒Joying30F. 汽封汽封l造成汽封損傷的一些原因：l（1）轉(zhuǎn)子受熱彎曲或者永久變形，引起汽封磨損。情況多數(shù)是由于停機不久轉(zhuǎn)子熱彎曲最大時再次啟動所造成，也可能是由于汽輪機振動較大所引起；l（2）汽缸變形、汽封某側(cè)磨損；l（3）汽輪機長時間空轉(zhuǎn)，排汽溫度過高，忽然又很快的升高負(fù)荷，使排缸溫度發(fā)生很大的變化，汽缸很快的被冷卻，這時容易造成汽封磨損，并引起汽輪機的振動。從這方面來看，空車暖機時間也并不是越長越好。需要根據(jù)現(xiàn)場情況綜合考慮。l（4）汽缸保溫不好，導(dǎo)致