汽機(jī)本體結(jié)構(gòu)及專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)

1、汽機(jī)本體結(jié)構(gòu)及專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)汽機(jī)本體結(jié)構(gòu)及專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)1 概述 中電投協(xié)鑫濱海發(fā)電廠汽輪機(jī)為上汽廠生產(chǎn)的西門子技術(shù)超超臨界、一次中間再熱、凝汽式、單軸、雙背壓四缸四排汽汽輪機(jī)，型號(hào)為N1050-27/600/610。具有一定壓力、溫度的蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)，流過噴嘴并在噴嘴內(nèi)膨脹獲得很高的速度。高速流動(dòng)的蒸汽流經(jīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的動(dòng)葉片做功，當(dāng)動(dòng)葉片為反動(dòng)式時(shí)，蒸汽在動(dòng)葉中發(fā)生膨脹產(chǎn)生的反動(dòng)力亦使動(dòng)葉片做功，動(dòng)葉帶動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，按一定的速度均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是汽輪機(jī)最基本的工作原理。從能量轉(zhuǎn)換的角度講，蒸汽的熱能在噴嘴內(nèi)轉(zhuǎn)換為汽流動(dòng)能，動(dòng)葉片又將動(dòng)能 轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，反動(dòng)式葉片，蒸汽在動(dòng)葉膨脹部分，直接由熱能

2、轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。 汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是用聯(lián)軸器連接起來的，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子以一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，由于電磁感應(yīng)的作用，發(fā)電機(jī)靜子線圈中產(chǎn)生電流，通過變電配電設(shè)備向用戶供電。2 汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu)汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu) 2.1 通流部分：汽輪機(jī)本體中作功汽流的通道稱為汽輪機(jī)的通流部分，包括主汽門、調(diào)節(jié)汽門、導(dǎo)管、進(jìn)汽室、各級(jí)噴嘴和動(dòng)葉及汽輪機(jī)的進(jìn)汽管。 2.2 汽輪機(jī)本體包括靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩大部分。2.2.1 靜止部分： 汽缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承和滑銷系統(tǒng)等。2.2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)部分： 主軸、葉輪和葉片等組成的轉(zhuǎn)子。2.3 通流部分總體布置2.3.1 缸的數(shù)目：單缸、多缸2.3.2 排汽口的數(shù)目：

3、單排汽口、多排汽口2.3.3 軸的數(shù)目：單軸、雙軸2.3.4 汽輪機(jī)的發(fā)展歷程：單級(jí)、多級(jí)、多缸、雙軸多級(jí)：為滿足功率、壓差增大的要求。多缸：為滿足功率、流量增大的要求。雙軸：為滿足功率、流量增大，排汽口增多的要求。 2.4 汽輪機(jī)本體的基本特點(diǎn)2.4.1 采用多汽缸結(jié)構(gòu)，級(jí)數(shù)和轉(zhuǎn)子的長度增加使轉(zhuǎn)子剛性降低，將轉(zhuǎn)子分成若干段，采用多汽缸結(jié)構(gòu)。2.4.2 采用多排汽口，提高汽輪機(jī)單機(jī)功率的途徑。2.4.3 采用雙軸系結(jié)構(gòu)，為解決大功率汽輪機(jī)排汽口增多使轉(zhuǎn)子過長的困難，可以設(shè)計(jì)成雙軸系結(jié)構(gòu)。2.4.4 高中壓缸采用分流合缸方式，當(dāng)一次再熱機(jī)組的功率不是很大時(shí)，可把高壓、中壓通流部分配置在一個(gè)共同的

4、汽缸內(nèi)，采用此種布置的優(yōu)點(diǎn)是：1）高溫區(qū)集中在汽缸中部，兩端溫度壓力較低，從而減 少了對(duì)軸承和端部汽封的影響；2）與分缸設(shè)計(jì)相比，可縮短主軸長度，減少軸封漏氣；3）可部分平衡軸向推力。 2.4.5 采用單獨(dú)閥體結(jié)構(gòu) 把蒸汽室和調(diào)節(jié)閥從高壓缸的缸體上分離出去布置在汽輪機(jī)兩側(cè)，使汽缸具有良好的對(duì)稱性，溫度分布均勻，減少熱應(yīng)力和熱變形。2.4.6 多層汽缸結(jié)構(gòu)，太厚的汽缸壁會(huì)產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力。2.4.7 加長低壓級(jí)葉片長度，提高單機(jī)功率的有效途徑。 2.5 汽輪機(jī)的靜止部分 汽缸：汽輪機(jī)的外殼，是汽輪機(jī)的重要靜止部件之一。根據(jù)汽缸進(jìn)口處蒸汽參數(shù)的不同，可以將汽缸分成高壓缸、 中壓缸和低壓缸。2.5.

5、1 汽缸的作用1）將高溫、高壓的蒸汽與大氣隔開，形成能量轉(zhuǎn)換的環(huán)境；2）內(nèi)部包容隔板、噴嘴葉柵及轉(zhuǎn)子部件，共同構(gòu)成汽輪機(jī)的通流部分； 3）承受安裝在內(nèi)部各零件的重量，管道的安裝拉力，運(yùn)行時(shí)汽缸內(nèi)外的壓差，汽缸內(nèi)外溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力以及連接管道熱狀態(tài)改變時(shí)對(duì)汽缸的作用力；4）端部裝有汽封，形成嚴(yán)密的汽室，防止高壓側(cè)蒸汽外漏以及低壓部分空氣漏入；5）汽缸上加工有抽汽口，與回?zé)岢槠艿兰訜嵯到y(tǒng)一起完成回?zé)嵫h(huán)，加熱給水，提高循環(huán)熱效率。 大中型汽輪機(jī)一般采用上貓爪支撐方式，上貓爪支撐方式亦稱中分面支撐方式。主要優(yōu)點(diǎn)是由于以上貓爪為承力面，其承力面與汽缸中分面在同一水平面上，受熱膨脹后，汽缸中心仍與

6、轉(zhuǎn)子中心保持一致，避免動(dòng)靜部分發(fā)生摩擦。2.6滑銷系統(tǒng)和汽輪機(jī)的熱膨脹2.6.1滑銷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1） 縱銷位置： 軸承座底部和臺(tái)板之間。 結(jié)構(gòu)：軸承座底部和臺(tái)板開矩形縱向槽，中間裝入長條形銷（鍵）。作用：限制軸承座橫向運(yùn)動(dòng)，確保軸承座在汽缸膨脹推動(dòng)下嚴(yán)格地沿縱向移動(dòng)。2）橫銷汽缸支撐橫銷：貓爪橫銷或（低壓缸與基座）。位置：軸承座上端面、汽缸兩端。結(jié)構(gòu)：軸承座上端面開矩形橫向槽，汽缸兩端，支撐處加工成橫向長條形或開槽，配銷。 作用：引導(dǎo)汽缸橫向膨脹，限制汽缸、軸承座之間的縱向相對(duì)運(yùn)動(dòng)確保膨脹中不發(fā)生縱向偏斜。軸承座底部橫銷位置：軸承座底部和臺(tái)板之間。結(jié)構(gòu)：軸承座底部和臺(tái)板開矩形橫向槽，中間裝入

7、長條形銷。作用：限制軸承座縱向運(yùn)動(dòng)，和橫銷共同鎖死軸承座。3) 立銷位置：軸承座縱向內(nèi)端面中心處（橫向）、汽缸兩端中心處。結(jié)構(gòu)：軸承座縱向內(nèi)端面中心處（橫向）焊T形銷，汽缸前 端中心（橫向）處焊U形槽。作用：限制汽缸、軸承座之間中心的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。4) 角銷位置：前軸承座底部縱向凸出邊沿上。結(jié)構(gòu)：類似角鐵狀，壓在軸承座底部縱向凸出邊沿上。作用： 防止前軸承座縱向滑動(dòng)過程中翹起，確保座底面與臺(tái)板緊密。接觸，軸承中心線與地面平行，轉(zhuǎn)子中心線與地面平行。5) 斜銷位置：低壓缸撐腳和基座之間。 結(jié)構(gòu)：撐腳和基座開槽，配銷。作用： 引導(dǎo)低壓缸橫向、縱向膨脹的疊加。2.6.2 滑銷系統(tǒng)的作用1）轉(zhuǎn)子和汽缸（軸

8、承座和臺(tái)板）同心的保證。2）汽缸均勻、對(duì)稱膨脹。橫向中分面上各點(diǎn)膨脹運(yùn)動(dòng)中仍然保持為中分面。2.7 脹差2.7.1 脹差的定義：啟動(dòng)、停機(jī)過程中因?yàn)檗D(zhuǎn)子、汽缸的質(zhì)面比和加熱條件不同導(dǎo)致的軸向熱膨脹的差值。 2.7.2 脹差的危害：動(dòng)、靜部分軸向間隙減小。2.7.3 脹差的計(jì)算：l相對(duì)=l轉(zhuǎn)子-l汽缸2.7.4 脹差的特征：推力盤處為0，離推力盤越遠(yuǎn)，脹差越大。2.7.5 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：離推力盤越遠(yuǎn)，隔板、輪盤軸向間隙越大。2.7.6 轉(zhuǎn)子軸向熱膨脹的相對(duì)死點(diǎn)：推力瓦2.7.7 脹差的測(cè)量：各缸軸承處，測(cè)量轉(zhuǎn)子和軸承（汽缸）之間位移。冷態(tài)推力盤靠在非工作面上時(shí)為0，轉(zhuǎn)子多膨脹為正，多收縮為負(fù)。

9、 2.7.8 脹差保護(hù)動(dòng)作值的依據(jù)：離推力盤最遠(yuǎn)，離脹差測(cè)點(diǎn)最近處的輪盤、隔板冷態(tài)軸向間隙（推力盤靠在工作面上時(shí)） 2.10.1通流部分汽封 2.10.2 隔板（靜葉環(huán)）汽封 2.10.3 軸端汽封 軸封系統(tǒng)：汽輪機(jī)高壓端和低壓端的軸封不可能完全消除漏汽現(xiàn)象，為了回收和利用漏汽的熱量，減少工質(zhì)損失和熱量損失，汽輪機(jī)裝有由軸封和有關(guān)管道、閥門及附屬設(shè)備組成的軸封系統(tǒng)。其作用為冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，先用輔助蒸汽向軸封供汽，以防空氣漏入缸中；正常運(yùn)行時(shí)，主要汽源為高中壓缸的高壓軸封進(jìn)行自密封。2.11 汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分 轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括: 動(dòng)葉柵、葉輪（或轉(zhuǎn)鼓）、主軸和聯(lián)軸器以及緊固件等旋轉(zhuǎn)部件。蒸汽作用在葉片上

10、的力矩，通過葉輪、主軸和聯(lián)軸器傳遞給發(fā)電機(jī)。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分統(tǒng) 稱為轉(zhuǎn)子，它是汽輪機(jī)的重要部件之一，起著工質(zhì)能量轉(zhuǎn)換及扭矩傳遞的作用，它匯集了各級(jí)動(dòng)葉柵上得到的機(jī)械能并傳給發(fā)電機(jī)。 轉(zhuǎn)子的工作條件相當(dāng)復(fù)雜，它處在高溫工質(zhì)中，以高速旋轉(zhuǎn)承受著離心力所引起的巨大應(yīng)力、蒸汽作用在其上的軸向推力以及由于溫度分布不均勻引起的熱應(yīng)力，還要承受巨大的扭轉(zhuǎn)力矩和軸系振動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力。 2.11.1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 2.11.2 葉輪 概念:用來裝置葉片并將汽流對(duì)葉柵的作用力所產(chǎn)生的扭矩傳遞給轉(zhuǎn)子。 位置： 裝于主軸或與主軸聯(lián)成一體，裝上動(dòng)葉片后置于汽缸內(nèi)。 結(jié)構(gòu)： 套裝轉(zhuǎn)子上的葉輪有輪緣、輪體和輪轂三部分組成。

11、整鍛轉(zhuǎn)子和焊接轉(zhuǎn)子上的葉輪只有輪緣和輪體兩部分。 2.12 盤車裝置 2.12.1 盤車裝置的作用 在汽輪機(jī)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)前或停機(jī)后，讓轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證轉(zhuǎn)子均勻受熱或冷卻，從而避免轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲；啟動(dòng)前盤動(dòng)轉(zhuǎn)子，可以檢查動(dòng)靜部件間是否有摩擦、潤滑油系統(tǒng)工作是否正常及主軸彎曲是否過大等，用來檢查汽輪機(jī)是否具備正常啟動(dòng)條件。2.12.2 特點(diǎn) 操作簡便，投入平穩(wěn)，對(duì)高壓油頂起要求低。功耗低，備有電液操作系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)盤車。 2.13 聯(lián)軸器 3.1 表壓力與絕對(duì)壓力用壓力表測(cè)量壓力所得的數(shù)值，是高于大氣壓力的數(shù)值，即表壓力。它指的是在大氣壓力的基礎(chǔ)上測(cè)得的壓力值。將大氣壓力計(jì)算在內(nèi)的

12、數(shù)值才是壓力的真正數(shù)值，工程上稱這個(gè)壓力為絕對(duì)壓力。表壓力和絕對(duì)壓力的關(guān)系如下：P表 = P絕-B 或 P絕 = P表 + B式中：P表為工質(zhì)的表壓力(g)；P絕為工質(zhì)的絕對(duì)壓力(a)；B為-當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫?近似等于1工程大氣壓)。3 汽輪機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)汽輪機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí) 3.2 真空與真空度：當(dāng)密閉容器中的壓力低于大氣壓力時(shí),稱低于大氣壓力的部分為真空。所謂經(jīng)濟(jì)真空是提高真空使汽輪發(fā)電機(jī)增加的負(fù)荷與循環(huán)水泵多消耗的電功率之差為最大時(shí)的真空。如真空再繼續(xù)提高,由于汽輪機(jī)末級(jí)噴嘴的膨脹能力已達(dá)極限,汽輪機(jī)的功率不再增加,此時(shí)真空稱為極限真空。用百分?jǐn)?shù)表示的真空,叫真空度。即:用測(cè)得的真空數(shù)值

13、除以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ臄?shù)值再化為百分?jǐn)?shù)。 用公式表示:3.3 液體的汽化潛熱在定壓下把1千克的飽和水加熱成1千克干飽和蒸汽所需要的熱量,叫做該液體的汽化潛熱。3.4 汽耗率及其計(jì)算公式汽輪發(fā)電機(jī)組每發(fā)出1千瓦小時(shí)的電能所消耗的蒸汽量稱為汽耗率.用字母 d 表示。 計(jì)算公式 :d = D/Nf式中：d 為汽耗率（千克/千瓦時(shí)）；D 為汽輪機(jī)每小時(shí)的汽耗量（千克/時(shí)）；Nf 為發(fā)電量（千瓦） . 3.5 熱耗率及其計(jì)算汽輪發(fā)電機(jī)組每發(fā)1千瓦小時(shí)的電能,所需要的熱量叫熱耗率.用字母 q 表示。 計(jì)算公式 :q = d ( io - t )式中：q 為 熱耗率（千焦/千瓦時(shí)）；d 為汽耗率（千克/千瓦時(shí)）

14、；io為蒸汽初焓（千焦/千克）；t為 給水焓（千焦/千克）.3.6 泵的汽蝕水泵的入口處是液體壓力最低的地方，因此有可能出現(xiàn)入口力大于汽化壓力，氣泡 處的液體壓力低于與其溫度相對(duì)應(yīng)的飽合壓力，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，有氣泡逸出。在液體的高壓區(qū)域，氣泡周圍壓力大于汽化壓力，氣泡被壓破而凝結(jié)，如在金屬表面附近，則液體質(zhì)點(diǎn)就連續(xù)打擊金屬表面，使金屬表面變成蜂窩狀或海綿狀。另外，空氣中的氧氣又借助凝汽放熱而對(duì)金屬表面產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用.這種現(xiàn)象就是汽蝕。泵發(fā)生汽蝕的現(xiàn)象是產(chǎn)生噪音，泵的流量、揚(yáng)程、和效率明顯下降，電流表指針擺動(dòng)。3.7 速度變動(dòng)率汽輪機(jī)由滿負(fù)荷到空負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速的變化量與額定轉(zhuǎn)速比，稱為汽輪機(jī)

15、的速度變動(dòng)率。合格的速度變動(dòng)率可以保證汽機(jī)在甩負(fù)荷后超速維持在安全轉(zhuǎn)速內(nèi)（轉(zhuǎn)速在超速保護(hù)內(nèi)）。3.8 遲緩率指調(diào)速系統(tǒng)中由于各部件的磨擦、卡澀、不靈活以及連桿、絞鏈等結(jié)合處的間隙、錯(cuò)油門的重疊度等因素造成的動(dòng)作遲緩程度。表示為在同一負(fù)荷點(diǎn)時(shí)，負(fù)荷在下降時(shí)的轉(zhuǎn)速與負(fù)荷上升時(shí)的轉(zhuǎn)速差值與額定轉(zhuǎn)速的比值百分?jǐn)?shù)。3.9 儀表的一次門熱工測(cè)量儀表與設(shè)備測(cè)點(diǎn)連接時(shí)，從設(shè)備測(cè)點(diǎn)引出管上接出的第一道隔離閥門稱為儀表一次門。規(guī)程規(guī)定，儀表一次門歸運(yùn)行人員操作。3.10 反動(dòng)式汽輪機(jī)指蒸汽不僅在噴嘴中，而且在動(dòng)葉片中也進(jìn)行膨脹的汽輪機(jī)3.11 沖動(dòng)式汽輪機(jī)指蒸汽僅在噴嘴中進(jìn)行膨脹的汽輪機(jī)，在沖動(dòng)式汽輪機(jī)的動(dòng)葉片中

16、，蒸汽并不膨脹作功，而只是改變流動(dòng)方向。3.12 軸向位移汽機(jī)轉(zhuǎn)子在軸向的位移。具體表示為汽機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于膨脹死點(diǎn)（推力軸承）向汽機(jī)尾端膨脹的數(shù)值。軸向位移測(cè)量位置位于前軸承箱內(nèi)。軸向位移保護(hù)裝置作用：當(dāng)軸向位移達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；當(dāng)軸向位移達(dá)到危險(xiǎn)值時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作，切斷進(jìn)汽，停機(jī)。由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間的軸向間隙很小，當(dāng)轉(zhuǎn)子的軸向推力過大，致使推力軸承鎢金熔化時(shí)，轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生不允許的軸向位移，造成動(dòng)靜部分摩擦，導(dǎo)致設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞事故，因此汽輪機(jī)都裝有軸向位移保護(hù)裝置。軸向位移增大的主要原因有：汽溫汽壓下降，逐流部分過負(fù)荷或某幾段回?zé)岢槠Ｐ。荒Y(jié)器真空降低過多；隔板軸封間隙因磨損使漏

17、汽增大；蒸汽品質(zhì)不良，造成通流部分結(jié)垢；發(fā)生水沖擊事故時(shí)。3.13 抽汽逆止門作用 切斷抽汽，防止管道中的汽、液體倒流造成水沖擊損壞汽輪機(jī)。3.14 過冷度加熱器汽側(cè)壓力下的飽和溫度與凝結(jié)水的溫度差值。凝汽器的過冷度是汽輪機(jī)排汽溫度與凝結(jié)水溫度的差值。監(jiān)督過冷度的意義：凝結(jié)水過冷度表征凝結(jié)器熱水井中凝結(jié)水的冷卻程度，它是衡量凝結(jié)器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要指標(biāo)之一。產(chǎn)生過冷度的主要原因：凝汽器內(nèi)管束排列不好；抽氣器工作不正常；空氣漏入凝汽器；將溫度較低的水直接補(bǔ)入熱水井；3.15 汽封的作用為了避免動(dòng)、靜部件之間的碰撞，必須留有適當(dāng)?shù)拈g隙，這些間隙的存在勢(shì)必導(dǎo)致漏汽，為此必須加裝密封裝置汽封。根據(jù)汽封在汽

18、輪機(jī)中所處位置可分為：軸端汽封（簡稱軸封）、隔板汽封和圍帶汽封（通流部分汽封）三類。3.16 推力軸承作用推力軸承的作用是承受轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中的軸向推力，確定和保持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸之間的軸向相互位置。3.17 主軸承作用 軸承是汽輪機(jī)的一個(gè)重要組成部件，主軸承也叫徑向軸承。 它的作用是承受轉(zhuǎn)子的全部重量以及由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的離心力，確定轉(zhuǎn)子在汽缸中的正確徑向位置。由于每個(gè)軸承都要承受較高的載荷，而且軸頸轉(zhuǎn)速很高，所以汽輪機(jī)的軸承都采用液體摩擦為理論基礎(chǔ)的軸瓦式滑動(dòng)軸承，借助于有一定壓力的潤滑油在軸頸與軸瓦之間形成油膜，建立液體摩擦，使汽輪機(jī)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。3.18 汽輪機(jī)自動(dòng)主汽門作用自動(dòng)主汽門在汽輪機(jī)跳閘保護(hù)裝置動(dòng)作后，或手打危急保安器后迅速切斷汽輪機(jī)進(jìn)汽。停止汽輪機(jī)運(yùn)行。3.19 真空泵的作用 不斷地將凝汽器內(nèi)的空氣及其他不凝結(jié)氣體抽走，以維持凝汽器的真空3.20 端差加熱器端差分為上端差及下端差；上端差指加熱器汽側(cè)壓力下的飽和溫度與水側(cè)出水溫度的差值。下端差指加熱器疏水溫度和加熱器進(jìn)口溫度的差值；加熱器端差增大說明加熱器傳熱不良或運(yùn)行方式不合理。端差增大的主要原因有：加熱器管子表面結(jié)垢、加熱器內(nèi)積聚了空氣、疏水水位過高淹沒了部分管子、抽汽壓力及抽汽量不穩(wěn)定、加熱器水側(cè)走旁路等