【正文】 CCR 基本知識 383 第三篇 設(shè)備技術(shù) 第七章 蒸汽輪機(jī)基礎(chǔ)知識 第一節(jié) 概述 一、概述 汽輪機(jī)是用蒸汽做功的一種旋轉(zhuǎn)式熱力原動機(jī)，它的優(yōu)點是功率大、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、易損件少，運(yùn)行安全可靠，調(diào)速方便、振動小、噪音 分類 名稱 說明 按工作原理分 沖動式汽輪機(jī) 蒸汽主要在噴嘴葉柵內(nèi)膨脹 反動式汽輪機(jī) 蒸汽在靜葉柵與動葉柵內(nèi)膨脹 按所具的級數(shù)分 單級汽輪機(jī) 通流部分只有一個級 多級汽輪機(jī) 通流部分有兩個以上的級 按蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)流動的方向分 軸流式汽輪機(jī) 蒸汽流動方向與軸平行 輻流式汽輪機(jī) 蒸汽流動方向與軸垂直 周流式汽 輪機(jī) 蒸汽流動方向沿圓周流動 按汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)特征分類 凝汽式汽輪機(jī) 排汽壓力低于大氣壓力 抽汽背壓式汽輪機(jī) 排汽壓力高于大氣壓力，中間有抽汽 背壓式汽輪機(jī) 排汽壓力高于大氣壓力 按用途分 電站汽輪機(jī) 用于發(fā)電 工業(yè)汽輪機(jī) 用于帶動泵、壓縮機(jī)泵 船用汽輪機(jī) 作為船舶的動力裝置 按汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力分 低壓汽輪機(jī) ~ 中壓汽輪機(jī) 2~4 MPa 次高壓汽輪機(jī) 5~6 MPa 高壓汽輪機(jī) 6~12 MPa 超高壓汽輪機(jī) 12~14 MPa 按轉(zhuǎn)速分 低速汽輪 機(jī) n＜ 3000轉(zhuǎn) /分 中速汽輪機(jī) n＝ 3000轉(zhuǎn) /分 CCR 基本知識 384 第三篇 設(shè)備技術(shù) 高速汽輪機(jī) n＞ 3000轉(zhuǎn) /分 小、防爆等，在煉油廠還可以充分利用煉油過程的余熱生產(chǎn)蒸汽作為機(jī)泵的動力，這樣可以綜合利用熱能。正因為這些優(yōu)點，蒸汽輪機(jī)在煉油廠得到了廣泛的應(yīng)用 。 二、汽輪機(jī)的種類 蒸汽輪機(jī)的種類繁多，根據(jù)其工作原理、性能、結(jié)構(gòu)特點等，可按如下幾方面進(jìn)行分類。 第二節(jié) 汽輪機(jī)的工作原理 汽輪機(jī)的主要元件是由噴嘴（也稱靜葉）與動葉（也稱葉片）兩個部件組成。噴嘴固定在機(jī)殼或隔板上，動葉固定在輪盤上。 蒸汽通過噴嘴時，壓力下降，體積 膨脹形成高速汽流，推動葉輪旋轉(zhuǎn)而作功。如果蒸汽在葉片中壓力不再降低，也就是蒸汽在葉片通道中的流速（即相對速度）不變化，只是依靠汽流對葉片的沖擊力量而推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，這類汽輪機(jī)稱為沖動式，也稱壓力級，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛。如果蒸汽在葉片中繼續(xù)膨脹（簡稱相對速度）比進(jìn)口時要大，這種汽輪機(jī)的作功不僅由于蒸汽對葉片的沖擊力，而且還有由于蒸汽相對速度的變化而產(chǎn)生的巨大的反作用力，因此這類汽輪機(jī)稱為反動式汽輪機(jī)，在煉廠中應(yīng)用較少。 只有一列噴嘴和一列動葉片組成的汽輪機(jī)叫單級汽輪機(jī)。由幾個單級串聯(lián)起來叫多級汽輪機(jī)。由于高壓蒸汽 一次降壓后汽流速度極高，因而葉輪轉(zhuǎn)速極高，將超過目前材料允許的強(qiáng)度。因此采用壓力分級法，每次在噴嘴中壓力降都不大，因而汽流速度也不高，高壓蒸汽經(jīng)多級葉輪后能量既充分得到利用而葉輪轉(zhuǎn)速也不超過材料強(qiáng)度許可范圍。這就是采用多級汽輪機(jī)的原因。 如果由于蒸汽離開每一級葉片的流速仍高，為了充分利用汽流的動能，可用導(dǎo)向葉片將汽流引入第二排葉片中（每一個葉輪可安裝二排葉片）進(jìn)一步推動轉(zhuǎn)軸做功，這稱為速度分級，簡稱速度級（又稱復(fù)速級）。速度級常用于小型汽輪機(jī)，或汽輪機(jī)的第一級。 CCR 基本知識 385 第三篇 設(shè)備技術(shù) 第三節(jié) 蒸汽輪機(jī)本體構(gòu)成 汽輪機(jī)包括汽輪機(jī) 本體、調(diào)節(jié)保安裝置及輔助設(shè)備三大部分。 一、蒸汽輪機(jī)本體 蒸汽輪機(jī)本體包括：靜體（固定部分） 汽缸、噴嘴、隔板、汽封等；轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動部分） 軸、葉輪、葉片等；軸承（支承部分） 徑向軸承和止推軸承。 汽缸 汽缸本身是水平剖分為上下部分，上下缸又各分有前后缸。前缸因溫度高用鑄鋼制造，后缸溫度低用鑄鐵制造。 汽輪機(jī)組在起動或停機(jī)、增減負(fù)荷時，缸體溫度均會上升或下降，會產(chǎn)生熱脹和冷縮現(xiàn)象。由于溫差變化，熱膨脹幅度可由幾毫米至十幾毫米。但與汽缸連接的臺板溫度變化很小，為保證汽缸與轉(zhuǎn)子的相對位置，在汽缸作為臺板 間裝有適當(dāng)間隙的滑銷系統(tǒng)，其作用是： a、保證汽缸和轉(zhuǎn)子的中心一致，避免因機(jī)體膨脹造成中心變化，引起機(jī)組振動或動、靜之間的摩擦； b、保證汽缸能自由膨脹，以免發(fā)生過大應(yīng)力而引起變形； c、使靜子和轉(zhuǎn)子軸向與徑向間隙符合要求。 根據(jù)滑銷的構(gòu)造，安裝位置和不同的作用，滑銷可分為： a、 橫銷 (圖 71)：其作用是允許汽缸在橫向能自由膨脹，一般裝在低壓缸排氣室的橫向中心線上或排氣室的尾部，左、右各裝一個。 圖 71 縱橫銷 b、 縱銷 (圖 71)：其作用是允許汽缸沿縱向中心能自由膨脹，限制汽CCR 基本知識 386 第三篇 設(shè)備技術(shù) 缸 縱向中心的橫向移動?？v銷中心線與橫銷中心線的交點稱為“死點”汽缸膨脹時這點始終保持不動?？v銷安裝在后軸承座、前軸承座的底部。 c、立銷 (圖 72)：其作用是保證汽缸在垂直方向能自由膨脹，并與縱銷共同保持機(jī)組的縱向中心不變。立銷安裝在低壓汽缸排氣室尾部與臺板之間、高壓汽缸的前端與前軸承座之間以及雙缸汽輪機(jī)的低壓汽缸前端和高壓汽缸端與中心軸承座之間。所有的立銷均在機(jī)組的縱向中心線上。 圖 72 立銷 d、貓爪橫銷 (圖 73)：其作用是保證汽缸能橫向膨脹，同時 隨著汽缸在軸向的膨脹和收縮，推動軸承座向前或向后移動，以保持轉(zhuǎn)子與汽缸的軸向相對位置。貓爪橫銷安裝在前軸承座及雙氣缸汽輪機(jī)中間軸承座的水平結(jié)合面上。貓爪橫銷和立銷共同保持汽缸的中心和軸承座的中心一致。 圖 73 貓爪橫銷 CCR 基本知識 387 第三篇 設(shè)備技術(shù) e、角銷 (圖 74)：裝在前部軸承座及雙缸汽輪機(jī)中間軸承座底部的左右兩側(cè)，以代替連接軸承座與臺板的螺栓，但允許軸承座縱向移動。 圖 575 斜銷 圖 74 角銷 f、斜銷 (圖 75)：它是一種輔助滑銷，起縱銷和橫銷的雙重導(dǎo)向作用。裝在排汽室前部左右兩側(cè)撐腳與臺板之間。 前軸承箱座落在前座架上，前座架由地腳螺栓固定在基礎(chǔ)上，前軸承箱與前座架之間有縱向鍵導(dǎo)向允許前軸承箱沿前座架沿縱向滑動。前汽缸靠貓爪與緊固在前軸承箱上的滑塊連接，前汽缸與前軸承箱之間有垂直鍵定位保證兩者縱向中心一致。后汽缸座落在后座架上，后座架由地腳螺栓固定在基礎(chǔ)上，后汽缸導(dǎo)板保證后汽缸與縱向中心一致。 就每臺汽輪機(jī)的滑銷系統(tǒng)而言，都有一個點，不管汽輪機(jī)的汽缸怎么前后左右膨脹，這 個點的相對位置都不變，這個點叫汽缸膨脹的死點。為保證汽缸能向前、后、左、右自由膨脹，為此各滑銷與其槽的配合上，要求有一定的間隙，并且在精密加工之后，由鉗工精心配制，滑動面要求光潔，無銹斑及毛刺，滑銷系統(tǒng)發(fā)生故障，會妨礙機(jī)組的正常膨脹，嚴(yán)重時會引起機(jī)組的振動，甚至使機(jī)組無法正常運(yùn)行。 噴嘴組和隔板 在沖動式汽輪機(jī)中，蒸汽熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽艿倪^程是在噴嘴中發(fā)生的。蒸汽流過變截面的噴嘴汽道之后，體積膨脹，壓力降低，流速增加，然后按一CCR 基本知識 388 第三篇 設(shè)備技術(shù) 定的噴射角度進(jìn)入動葉片中做功。 汽輪機(jī)汽缸中的隔板是由隔板外緣、噴嘴、隔板體構(gòu)成的 圓形板狀組合件，汽缸內(nèi)的一級隔板與其后的一級葉輪組成一個壓力級。隔板分為上下兩個半圓，在中分面上有定位鍵，以保證上下隔板組成一體。 在汽輪機(jī)中，通常將裝在調(diào)節(jié)汽室上的噴嘴組合體簡稱為噴嘴組，它是由噴嘴組外緣、噴嘴及噴嘴組內(nèi)緣所組成。 汽輪機(jī)隔板按制造方法來分，可分為鑄造隔板、焊接隔板、組合隔板三種。 汽封 汽輪機(jī)高壓端軸封稱為高壓軸封，在單缸汽輪機(jī)中又稱為前軸封。低壓端軸封稱為低壓軸封，在單缸汽輪機(jī)中又稱為后軸封。裝在隔板汽封槽中的汽封稱為隔板汽封。另外裝在隔板上與圍帶配合防止漏汽的又稱為圍帶汽封。不論 是軸封還是隔板汽封、圍帶汽封，其構(gòu)造及外形均大同小異，阻汽原理一致，統(tǒng)稱為汽封。 （ 1） 汽封的作用 汽輪機(jī)汽缸兩端軸孔處與轉(zhuǎn)軸間有一定間隙，這樣在工作時，汽缸內(nèi)進(jìn)汽端將發(fā)生高壓蒸汽大量泄露。再看排汽端，一般凝汽式汽輪機(jī)的排汽壓力在 /厘米 2(絕對 )左右 ,即排汽端處于高真空狀態(tài) ,大氣中的空氣將沿后軸孔大量漏入排汽管和凝汽器，就會破壞汽輪機(jī)的真空。因此，為了減少高壓端的向外漏汽和排汽端往里漏空氣，要求在汽缸兩端軸孔處配備汽封裝置（又稱軸封）。 （ 2） 汽封的結(jié)構(gòu) 目前廣泛采用的是高低齒型的梳齒結(jié)構(gòu)， 如圖 76所示 軸封片直接在軸封環(huán)上車出，或?qū)⑤S封片壓緊在軸封環(huán)的槽道里，軸封環(huán)一般由四個或六個弧段組成。齒尖最薄處厚度為 。有彈簧片壓住軸封環(huán)，使其緊貼隔板或汽封體，彈簧片的作用是箍緊軸封環(huán)，當(dāng)軸封片與CCR 基本知識 389 第三篇 設(shè)備技術(shù) 主軸相碰時，可自動退讓，防止軸封受損。當(dāng)壓差較小時，可以不用高低齒，而用平齒。為了減少漏汽，要求軸封間隙盡量小，但為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，要求軸封不發(fā)生碰擦現(xiàn)象，所以軸封間隙有一定的要求。 1彈簧片 2軸封套 3軸封環(huán) 4軸 圖 76 高低齒型軸封 除了汽輪機(jī)兩端有軸封外，每一級隔板軸孔也需要安裝汽封片，以減少級間漏汽 。隔板汽封的結(jié)構(gòu)與軸端汽封相同，只是壓差較小，所需要汽封片數(shù)目較少而已。此外，有的汽輪機(jī)葉片上也設(shè)有汽封裝置。 （ 3） 汽封環(huán)和汽封片的材料 高溫工作區(qū)汽封環(huán)用鉻不銹鋼 1Cr13，或鉻鉬釩不銹鋼 Cr11MoV，汽封片用鉻鎳鈦不銹鋼 1Cr18Ni9Ti。低溫工作區(qū)汽封環(huán)用錫青銅，汽封片用鉛黃銅。 （ 4）端部軸封系統(tǒng) 為了確保汽輪機(jī)的安全工作，合理地利用端部軸封的漏汽 ，提高汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。汽輪機(jī)端部軸封都有一套專門的軸封管路系統(tǒng)。 高壓端雖裝有軸封，但仍不能避免蒸汽經(jīng)過軸封向外漏，為了盡量減少這一損失，把高壓端軸封分成若干段，每端之間留一定的空室，將這些空間的漏汽合理地引至不同的地方加以利用，以提高汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。小型汽輪機(jī)的高壓漏汽經(jīng)管道可引至低壓端軸封內(nèi)作為密封用汽，其余少量漏汽再經(jīng)幾道軸封片，由信號管排至大氣。運(yùn)行人員可通過觀察信號管的冒汽情況來CCR 基本知識 390 第三篇 設(shè)備技術(shù) 判斷端部軸封工作的好壞。 低壓端為了防止空氣經(jīng)軸封片漏入汽缸，必須引用壓力稍高于大氣壓力的蒸汽來封住軸封通道。這部分蒸汽 是由高壓端軸封引來的，在軸封室中一部分經(jīng)部分軸封片后流如低壓汽缸中，另一部分則沿軸封間隙外流，最后經(jīng)信號管排至大氣。 汽輪機(jī)正常工作時，高壓端軸封漏汽除引入低壓端軸封外，多余的部分可以經(jīng)管道引入凝汽器。汽輪機(jī)起動和停機(jī)時，高壓端軸封沒有蒸汽，則應(yīng)引用經(jīng)過節(jié)流降壓的新蒸汽同時送入高、低壓端軸封中去。 轉(zhuǎn)子 汽輪機(jī)所有轉(zhuǎn)動部件的組合體稱為轉(zhuǎn)子。它主要包括：主軸、葉輪、葉危急遮斷器孔 軸位移凸肩 推力盤 前徑向軸承 前汽封 內(nèi)汽封 調(diào)節(jié)級 轉(zhuǎn)鼓段 低壓段 后汽封 1后徑向軸承擋 1盤車棘輪 1盤車油輪 1聯(lián)軸器擋 1后端平衡面 1主平衡面