steam turbine basictraining.ppt

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1、steam turbine training宝钢金属工业气体有限公司 2010 0ct汽轮机基础知识一概述 汽轮机是用蒸汽做功的一种旋转式热力原动机。即将蒸汽的热能转化为蒸汽的动能最后转化成转子的机械能。优点：功率大 效率高 结构简单 易损件少 安全运行可靠 调速方便 振动小 噪音小等优点 汽轮机种类繁多，按其工作原理性能等可分为以下几类 按工作原理分 冲动式汽轮机（蒸汽主要在喷嘴叶栅内膨胀）和反动式汽轮机（蒸汽在动叶栅和静叶栅内膨胀)按所具有的级数分 单级汽轮机（通流部分只有一个级)多级汽轮机（通流部分有两个以上的级）为提高经济效率一般工业用汽轮机为多级反动式凝汽气式汽轮机 按蒸汽在机内流向

2、分 轴流式（蒸汽流动方向与轴平行）辐流式汽轮机 蒸汽流动方向与轴垂直 周流式汽轮机 蒸汽流动方向沿圆周运动按热力系统分类 凝气式汽轮机 （排气压力低于大气压力）注：排气压力即表面冷凝器内的压力 此压力跟机组的负荷以及冷却水温度 换热器的效率有关 抽气背压式汽轮机 （排气压力高于大气 压力，中间有抽汽）背压式 （排气压力高于大气压力按用途分 电站用汽轮机 工业用汽轮机 船用等按进气压力分 低压（12-15barg)中压(20-40barg)次高压(50-60barg)高压(60-120barg)超高压（120-140barg)低速汽轮机 n 3000rpm二 汽轮机的工作原理汽轮机的主要元件是由

3、喷嘴（也称静叶）与动叶（也称叶片）两个部件组成。喷嘴固定在机壳或隔板上，动叶固定在轮盘上。蒸汽通过喷嘴时，压力下降，体积膨胀形成高速汽流，推动叶轮旋转而作功。如果蒸汽在叶片中压力不再降低，也就是蒸汽在叶片通道中的流速（即相对速度）不变化，只是依靠汽流对叶片的冲击力量而推动转子转动，这类汽轮机称为冲动式，也称压力级，在工业中应用广泛。如果蒸汽在叶片中继续膨胀（简称相对速度）比进口时要大，这种汽轮机的作功不仅由于蒸汽对叶片的冲击力，而且还有由于蒸汽相对速度的变化而产生的巨大的反作用力，因此这类汽轮机称为反动式汽轮机。只有一列喷嘴和一列动叶片组成的汽轮机叫单级汽轮机。由几个单级串联起来叫多级汽轮机。

4、由于高压蒸汽一次降压后汽流速度极高，因而叶轮转速极高，将超过目前材料允许的强度。因此采用压力分级法，每次在喷嘴中压力降都不大，因而汽流速度也不高，高压蒸汽经多级叶轮后能量既充分得到利用而叶轮转速也不超过材料强度许可范围。这就是采用多级汽轮机的原因。如果由于蒸汽离开每一级叶片的流速仍高，为了充分利用汽流的动能，可用导向叶片将汽流引入第二排叶片中（每一个叶轮可安装二排叶片）进一步推动转轴做功，这称为速度分级，简称速度级（又称复速级）。速度级常用于小型汽轮机，或汽轮机的第一级。三三 蒸汽轮机本体构成蒸汽轮机本体构成 主要包括主要包括:汽轮机本体 调节保安装置 辅助设备三大部分1 汽轮机本体包括：汽轮

5、机本体包括：静体（固定部分）-汽缸、喷嘴、隔板、汽封等；转子（转动部分）-轴、叶轮、叶片等；轴承（支承部分）-径向轴承和止推轴承。(1)汽缸汽缸 汽缸本身是水平剖分为上下部分，上下缸又各分有前后缸。前缸因温度高用铸钢制造，后缸温度低用铸铁制造。汽轮机组在起动或停机、增减负荷时，缸体温度均会上升或下降，会产生热胀和冷缩现象。由于温差变化，热膨胀幅度可由几毫米至十几毫米。但与汽缸连接的台板温度变化很小，为保证汽缸与转子的相对位置，在汽缸作为台板间装有适当间隙的滑销系统，其作用是：a、保证汽缸和转子的中心一致，避免因机体膨胀造成中心变化，引起机组振动或动、静之间的摩擦；b、保证汽缸能自由膨胀，以免发

6、生过大应力而引起变形；c、使静子和转子轴向与径向间隙符合要求。（2）喷嘴和隔板喷嘴和隔板 在冲动式汽轮机中，蒸汽热能转变为动能的过程是在喷嘴中发生的。蒸汽流过变截面的喷嘴汽道之后，体积膨胀，压力降低，流速增加，然后按一定的喷射角度进入动叶片中做功。汽轮机汽缸中的隔板是由隔板外缘、喷嘴、隔板体构成的圆形板状组合件，汽缸内的一级隔板与其后的一级叶轮组成一个压力级。隔板分为上下两个半圆，在中分面上有定位键，以保证上下隔板组成一体。在汽轮机中，通常将装在调节汽室上的喷嘴组合体简称为喷嘴 组，它是由喷嘴组外缘、喷嘴及喷嘴组内缘所组成。汽轮机隔板按制造方法来分，可分为铸造隔板、焊接隔板、组合隔板三种(3)

7、气封气封 高压端轴封称为高压轴封（单缸汽轮机中称为前轴封）低压端轴封称为低压轴封（单缸汽轮机中称为后轴封）装在隔板汽封槽中的汽封称为隔板汽封。另外装在隔板上与围带配合防止漏汽的又称为围带汽封。不论是轴封还是隔板汽封、围带汽封其构造及外形均大同小异，阻汽原理一致，统称为气封 气封的作用气封的作用 汽轮机气缸两端轴孔处与转轴间有一间隙，这样在工作时气缸内进汽端将发生高压蒸汽大量泄漏。排气端，凝气式汽轮机的排气压力在10-20kpa左右（绝压），即排气端处于高真空状态，大气中的空气将沿后轴孔大量漏入排气管和凝汽器，就会破坏汽轮机的真空，因此为了减少高压端的向外漏汽和排汽端往里漏空气，就要求在气缸两端

8、轴孔处设置气封装置（又称轴封）气封的结构气封的结构 目前采用的是高低齿的梳齿密封即迷宫密封 轴封片直接在轴封环上车出，或将轴封片压紧在轴封环的槽道里，轴封环一般由四个或六个弧段组成。齿尖最薄处厚度为0.1毫米。有弹簧片压住轴封环，使其紧贴隔板或汽封体，弹簧片的作用是箍紧轴封环，当轴封片与主轴相碰时，可自动退让，防止轴封受损。当压差较小时，可以不用高低齿，而用平齿。为了减少漏汽，要求轴封间隙尽量小，但为了保证机组的安全运行，要求轴封不发生碰擦现象，所以轴封间隙有一定的要求。除了汽轮机两端有轴封外，每一级隔板轴孔也需要安装汽封片，以减少级间漏汽。隔板汽封的结构与轴端汽封相同，只是压差较小，所需要汽

9、封片数目较少而已。此外，有的汽轮机叶片上也设有汽封装置。汽封环和汽封片的材料汽封环和汽封片的材料高温工作区汽封环用铬不锈钢1Cr13，或铬钼钒不锈钢Cr11MoV，汽封片用铬镍钛不锈钢1Cr18Ni9Ti。低温工作区汽封环用锡青铜，汽封片用铅黄铜。端部轴封端部轴封为了确保汽轮机的安全工作，合理地利用端部轴封的漏汽，提高汽轮机的经济性。汽轮机端部轴封都有一套专门的轴封管路系统。高压端虽装有轴封，但仍不能避免蒸汽经过轴封向外漏，为了尽量减少这一损失，把高压端轴封分成若干段，每端之间留一定的空室，将这些空间的漏汽合理地引至不同的地方加以利用，以提高汽轮机的经济性。小型汽轮机的高压漏汽经管道可引至低压

10、端轴封内作为密封用汽，其余少量漏汽再经几道轴封片，由信号管排至大气。运行人员可通过观察信号管的冒汽情况来判断端部轴封工作的好坏。低压端为了防止空气经轴封片漏入汽缸，必须引用压力稍高于大气压力的蒸汽来封住轴封通道。这部分蒸汽是由高压端轴封引来的，在轴封室中一部分经部分轴封片后流如低压汽缸中，另一部分则沿轴封间隙外流，最后经信号管排至大气。汽轮机正常工作时，高压端轴封漏汽除引入低压端轴封外，多余的部分可以经管道引入凝汽器。汽轮机起动和停机时，高压端轴封没有蒸汽，则应引用经过节流降压的新蒸汽同时送入高、低压端轴封中去。(4)转子转子 汽轮机所有转动部件的组合体称为转子。它主要包括：主轴、叶轮、叶片等

11、部件 叶轮的结构叶轮的结构 如下汽轮机转子图所示1、危急遮断器孔 2、轴位移凸肩 3、推力盘 4、前径向轴承 5、前汽封 6、内汽封 7、调节级 8、转鼓段 9、低压段 10、后汽封 11、后径向轴承挡 12、盘车棘轮 13、盘车油轮 14、联轴器挡 15、后端平衡面 16、主平衡面 17、前端平衡面叶轮的结构结构分为三个 a轮缘部分是安装叶片的部分，具有与叶根结构相配合的形状 b轮毂部分通过它叶轮红套在轴上 c轮体部分是把轮缘与轮毂联成一体的中间部分。叶片的结构与固定叶片的结构与固定 叶片由叶根 工作部分 顶部组成 叶 根用来将叶片固定在叶轮上，叶根与叶轮的连接应牢固可 靠，而且要保证叶片在

12、任何运行条件下都不会松动 工作部分蒸汽从这里通过，将动能转化为机械功，工作部分是叶片的主要部分。叶片的凹入部分称为叶面，凸出部分称为叶背 叶顶 一般做成铆钉状，上面有套装围带，它加强了叶片强度又减少了漏汽。围带有以下几种形式：铆接围带铆接围带：围带由扁钢制成，然后用铆接法固定在叶片的顶部。整体围带整体围带：围带与叶片同为一整体，在加工叶片时一起铣出，待叶片组装后，再将围带焊在一起。弹性拱型围带弹性拱型围带：它是将弹簧钢片弯成拱型，用铆钉固定在叶片顶部，采用互圈环状联接。当叶片很长时，还装有拉金，将叶片联接成叶片组，以增强叶片强度并改善叶片的振动特性。拉金通常做成棒状或管状，在一级叶片中一般有1

13、2圈拉金，最多不超过3圈，用拉金连接的方法有，分组联接、整圈连接及组间联接。叶片的安装有以下几种叶片的安装有以下几种：周向埋入法：将叶片从圆周方向依次嵌装在叶轮轮缘的相应槽内，最后一个叶片（末叶）封住缺口再用铆钉铆死，T型叶根和菌型叶根均采用此法。轴向埋入法：将叶片从轴向单个装入叶轮轮缘的相应槽内。枞树型叶根常采用此法安装。径向跨装法：将叶片的叉型叶根径向插入叶轮轮缘的叉形槽内，然后用铆钉固定。此法仅适用于叉型叶根的安装。5、轴承、轴承目前大多数汽轮机都采用滑动轴承。汽轮机除了有径向轴承外，还有止推轴承。因为，汽轮机在工作时，转子上产生一个由高压端推向低压端的轴向推力。因此，通常在转子前端设有

14、推力轴承，以承受轴向推力，并对保持通流部分的轴向间隙起了定位作用。目前我国国产机组的前轴承大多数都采用径向推力联合轴承。四 调速系统调速系统 汽轮机的调速控制系统由起动装置、安全装置、保安装置、调速器、监视装置组成。(1)起动装置起动装置 起动装置的作用是打开速关阀，起动装置由危急保安装置来的压力油，作为起动油进入起动装置，随着操纵杆的移动，滑阀也随之移动，依次接通起动油压和速关油压，将速关阀打开。(2)安全装置安全装置-速关阀速关阀 速关阀是水平安装在汽轮机汽缸的进汽管路上，由阀体、滤网和油缸等部分组成。速关阀是蒸汽管网和汽轮机之间的主要关闭机构，在运行中当出现事故时，它能在最短时间内切断进

15、入汽轮机的蒸汽。(3)保安装置保安装置 危急保安装置危急保安装置的作用是当汽轮机在运行中出现故障时，危急保安装置动作，将速关阀的速关油泄掉，使速关阀迅速关闭，切断汽轮机进汽。(4)调速器调速器常见的调速器型式有：双脉冲式、SRIV型、Woodward PG-PL型、WOODWARD505电子调速器 五五 油系统油系统 汽轮机组的油系统是由贮油箱、油泵、油冷却器、油过滤器、安全阀、止回阀、调压阀、控制阀以及高位油箱、蓄压器、油管路等组成。油箱油箱：油箱主要任务是为了储油供油，但还担负着分离空气、水分和各种机械杂质及气泡的任务。油泵油泵：工业汽轮机油系统设有多种油泵，如主油泵、辅助油泵和事故油泵

16、控制油泵 顶轴油泵。有的主油泵与主轴相连，有的单独设置（manturbo siemens单独设置），常用的油泵型式有齿轮泵、螺杆泵和离心泵。油冷却器：油冷却器：主要目的带走润滑油的热量。油过滤器油过滤器：用于去除润滑油中的杂质高位油箱高位油箱（又称事故油箱）安装在机组高58m处，确保机组在发生停电或停车事故时，机器每个润滑油部位具有必要的润滑油，其容量应保证供油时间大于机组惰走时间(调试时需测试）。油蓄压器油蓄压器在润滑油系统中设有油蓄能器用来稳定润滑油压力，在主油泵停车，备用油泵启动的瞬间，能够维持一定的润滑油压，而使机组不因正常的油泵切换而误停。油蓄压器内有蓄压器球囊，球囊内按规定压力充上

17、氮气，用来稳定油的压力 六六抽气器系统抽气器系统 抽气器系统有射水抽气器和射汽抽气器之分 通常用射汽抽气器 一般由中间冷凝器 后冷凝器 气封冷凝器（即gland cooler)主抽气器（ejector）辅助抽气器（hogger)轴封射汽抽气器组成 抽气器:将漏入凝汽器内的空气和蒸汽中所含的不凝汽气体连续不断地抽出，保持凝汽器始终在高度真空下运行。抽气器运行状况的优劣，影响着凝汽器内真空度的大小，对机组的安全，经济运行起着重要的作用。主抽气器一般是由两只射汽抽气器和两个冷却器组成的，称为二级抽气器。在大机组中一般都使用三级抽气器，其工作原理与二级抽气器相同。七密封气系统 seal gas sys

18、tem 包括：控制阀 排放阀 分为高压端密封气和低压端密封气 目的：因前端压力高，有蒸汽往外泄漏，为了防止高压蒸汽往外泄漏，需给前端轴封提供高压密封气。低压端:因汽轮机排气端处于高度真空，空气容易进入，为了防止冷空气的进入，需给低压端提供密封气。正常工作时，是一个自密封的过程，即收集前高压端漏气向后低压端供汽。（如图）八冷凝系统组成：表面冷凝器 热井 冷凝水泵 等 作用：表面冷凝器 利用冷却水将膨胀做功后的蒸汽冷凝维持机组的真空 热井：收集蒸汽的冷凝液，为冷凝水泵提供水源 冷凝水泵：将蒸汽冷凝水从热井中排至锅炉，或者低负荷、刚启动低速暖机时，起到循环的作用，同时为中间冷却器，后冷却器，汽封冷却器提供冷却水。九盘车装置：盘车马达 连接装置 齿轮等组成 盘车装置是与径向齿轮相连接，汽轮机正常运行时，盘车装置的齿轮跟轮机末端的径向齿轮是脱开的，当汽轮机停机后，由于转子处于高温状态，静止后由于受热不均，加之重力作用会导致转子弯曲变形。为了防止这一情况发生，机组在停机后转子需持续低速转动，直至冷却100以下才可以停止盘车装置。在工厂完全失电或者盘车装置故障时需要人工手动盘车。Thank you