汽轮机设备结构与工作原理

汽轮机设备结构与工作原理

1、汽轮机工作的基本原理是怎样的？

高温高压的蒸气通过静叶通道时，在其中膨胀，流出静叶时，压力温度降低，速度升高，完成了由热能向动能的转换。从喷嘴出来的具有一定速度的蒸汽流，进入动叶通道时，一方面对动叶产生一个冲动力，蒸汽将其在静叶内所获得的动能转换为动叶上的机械功，另一方面蒸汽在动叶通道内继续膨胀加速，对动叶产生一个反作用力。在这两个力的合力作用下，动叶转动产生机械功。

2、汽轮机如何分类？

   汽轮机按热力过程可分为：

      （1）、凝汽式汽轮机（代号为N）。

（2）、一次调整抽汽式汽轮机（代号为C）。

（3）、二次调整抽汽式汽轮机（代号为CC）。

（4）、背压式汽轮机（代号为B）。

按工作原理可分为：

（1）、冲动式汽轮机。

（2）、反动式汽轮机。

（3）、冲动反动联合式汽轮机。

按新蒸汽压力可分为：

（1）、低压汽轮机（新蒸汽压力为1.2~1.5MPa）。

（2）、中压汽轮机（新汽压力为2~4 MPa）。

(3)、次高压汽轮机（新汽压力为5~6 MPa）。

（4）、高压汽轮机（新汽压力为6~10 MPa）。

(5)、超高压汽轮机（新汽压力为12~14 MPa）。

（6）、亚临界汽轮机（新汽压力为16~18MPa）。

（7）、超临界汽轮机（新汽压力大于22.17MPa）。

按蒸汽流动方向可分为：

（1）、轴流式汽轮机。

（2）、辐流式汽轮机。

（3）、周流式汽轮机。

3、什么是冲动式汽轮机？

    冲动式汽轮机指蒸汽主要在喷嘴中进行膨胀，在动叶片中蒸汽不再膨胀或膨胀很少，而主要是改变流动方向。现代冲动式汽轮机各级均具有一定的反动度，即蒸汽在动叶片中也发生很小一部分膨胀，从而使汽流得到一定的加速作用，但仍算作冲动式汽轮机。

4、什么是反动式汽轮机？

      反动式汽轮机是指蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度基本相同。此时动叶片不仅受到由于汽流冲击而引起的作用力，而且受到因蒸汽在叶片中膨胀加速而引起的反作用力。由于动叶片进出口蒸汽存在较大压差，所以与冲动式汽轮机相反，反动式汽轮机轴向推力较大。因此，一般都装平衡盘以平衡轴向推力。

5、什么是凝汽式汽轮机？

      凝汽式汽轮机是指进入汽轮机的蒸汽在做功后全部排入凝汽器，凝结成水全部返回锅炉。

      进入汽轮机的蒸汽，对于一般中压机组来说，每1㎏蒸汽含热量约3223kJ，这些热量中只有837kJ左右是做了功的，凝结水中约有126kJ热量，约2240kJ热量是被冷却排汽的冷却水带走了，这是一个很大的损失。对于高压汽轮机，由于进汽含热量大些（约3433kJ左右），可用的热量相对来说要大些，但损失仍很大，为了减少这些损失，采用带回热设备的凝汽式汽轮机，就是把进入汽轮机做过一部分功的蒸汽抽出来，在回热加热器内加热锅炉的给水，使给水温度提高，节约燃料，提高经济性。

6、汽轮机本体主要有哪些部分组成？

      1）、转动部分：高、中、低压转子；转子部分包括：主轴、叶轮、动叶栅、轴封及有关紧固件和连轴器还有盘车装置等。

      2）、固定部分：高中压汽缸、低压合缸、隔板及隔板套、静叶环及静叶持环、蒸汽室、喷嘴室、喷嘴组、中低压联通管、轴承、轴承座、机座、滑消系统及有关紧固件等。

    3）、控制部分：调节系统、保安系统和油系统。

7、汽缸的作用是什么？

      汽缸是汽轮机的外壳。汽缸的作用主要是将汽轮机的通流部分（喷嘴、隔板、转子等）与大气隔开，保证蒸汽在汽轮机内完成做功过程。此外，它还支撑汽轮机的某些静止部件（隔板、喷嘴室、汽封套等），承受他它们的重量，还要承受由于沿汽缸轴向、径向温度分布不均而产生的热应力。

8、汽轮机的汽缸是如何支撑的？

    汽缸的支撑要求平稳并保证汽缸能自由膨胀而不改变它的中心位置。

    汽缸是支撑在基础台板（也叫座架、机座）上；基础台板又用地脚螺钉固定在汽轮机基础上。小型汽轮机用整块铸件做基础台板，大功率汽轮机的汽缸则支撑在若干块基础台板上。

      汽轮机的高压缸通过水平法兰所伸出的猫爪（亦称搭爪）支撑在前轴承座上。它又分为上缸猫爪支撑和下缸猫爪支撑两种方式。

9、汽缸猫爪下面的水冷垫块为什么要通冷却水？

      水冷垫块固定在轴承座上，通有冷却水。可以不断带走由猫爪传来的热量，防止支撑面的高度因受热而改变，也可以使轴承的温度不至过高。

10、排汽缸的作用是什么？

     排汽缸的作用是将汽轮机末级动叶排出的蒸汽导入凝汽器中。

11、汽轮机排汽缸为什么要装喷水降温装置？

      在汽轮机启动、空载及低负荷时，蒸汽流通量很小，不足以带走蒸汽与叶轮摩擦产生的热量，从而引起排汽温度升高，排汽缸温度也升高。排汽温度过高会引起排汽缸较大的变形，破坏汽轮机动静部分中心线的一致性，严重时会引起机组振动或其它事故。所以，大功率机组都装有排汽缸喷水降温装置。

12、什么叫做汽轮机的进汽部分？

从调节汽门到调节级喷嘴这段区域叫做进汽部分，它包括蒸汽室和喷嘴室，是汽缸中承受压力、温度最高的区域。

13、什么叫喷嘴弧？

        采用喷嘴调节配汽方式的汽轮机第一级喷嘴，通常根据调节汽门的个数成组布置，这些成组布置的喷嘴称为喷嘴弧段，简称喷嘴弧。

14、汽轮机喷嘴、隔板、静叶的定义是什么？

        喷嘴是由两个相邻静叶片构成的不动汽道，是一个把蒸汽的热能转变为动能的结构元件。装在汽轮机第一级前的喷嘴成若干组，每组由一个调节汽门控制。

隔板是汽轮机各级的间壁，用以固定静叶片。

静叶是指固定在隔板上静止不动的叶片。

15、什么叫汽轮机的级？

    由一列喷嘴和一列动叶栅组成的汽轮机最基本的工作单元叫汽轮机的级。

16、什么叫调节级和压力级？

当汽轮机采用喷嘴调节时，第一级的进汽截面积随负荷的变化在相应变化，因此通常称喷嘴调节汽轮机的第一级为调节级。其它各级统称为非调节级或压力级。压力级是以利用级组中合理分配的压力降或焓降为主的级，是单列冲动级或反动级。

17、隔板套的作用是什么？

    隔板套的作用是用来安装固定隔板。

18、什么是汽轮机的转子？转子的作用是什么？

        汽轮机中所有转动部件的组合体叫做转子。转子的作用是承受蒸汽对所有工作叶片的回转力，并带动发电机转子、主油泵和调速器转动。

19、叶轮的作用是什么？叶轮是由哪几部分组成的？

叶轮的作用是用来装置叶片，并将汽流力在叶栅上产生的扭矩传递给主轴。汽轮机叶轮一般由轮缘、轮面和轮毂等几部分组成。

20、运行中的叶轮受到哪些作用力？

       叶轮工作时受力情况很复杂，除叶轮自身、叶片零件质量引起的巨大的离心力外，还有温差引起的热应力，动叶引起的切向力和轴向力，叶轮两边的蒸汽压差和叶片、叶轮振动时的交变应力。

21、叶轮上开平衡孔的作用是什么？

    叶轮上开平衡孔是为了减小叶轮两侧蒸汽压差，减小转子产生过大的轴向力。但在调节级和反动度较大、负载很重的低压部分最末一、二级，一般不开平衡孔，以使叶轮强度不致消弱，并可减少漏汽损失。

22、动叶片的作用是什么？

       在冲动式汽轮机中，由喷嘴射出的汽流，给动叶片一冲动力，将蒸汽的动能转变成转子上的机械能。

在反动式汽轮机中，除喷嘴出来的高速汽流冲动动叶片做功外，蒸汽在动叶片中也发生膨胀，使动叶出口蒸汽速度增加，对动叶片产生反动力，推动叶片旋转做功，将蒸汽热能转变为机械能。由于两种机组的工作原理不同，其叶片的形状和结构也不一样。

23、叶片工作时受到哪几种作用力？

叶片在工作时受到的作用力主要有两种：一种是叶片本身质量和围带、拉金质量所产生的离心力；另一种是汽流通过叶栅槽道时使叶片弯曲的作用力以及汽轮机启动、停机过程中，叶片中的温度差引起的热应力。

24、装在动叶片上的围带和拉筋（金）起什么作用？

动叶顶部装围带（也称覆环）和动叶中部串拉筋，都是使叶片之间连接成组，增强叶片的刚性，调整叶片的自振频率，改善振动情况。另外，围带还有防止漏气的作用。

25、防止叶片振动断裂的措施主要有哪些？

防止叶片振动断裂的措施有：

（1）、提高叶片、围带、拉筋的材料、加工与装配质量。

（2）、采取叶片调频措施，避开危险共振范围。

（3）、避免长期低频率运行。

26、汽轮机末级排汽的湿度一般允许值为多少？

        一般规定汽轮机末级排汽湿度不超过10％～12％。中间再热机组的排汽湿度一般为5％～8％ 。

27、汽封的作用是什么？

    为了避免动、静部件之间的碰撞，必须留有适当的间隙，这些间隙的存在势必导致漏汽，为此必须加装密封装置——汽封。根据汽封在汽轮机中所处位置可分为：轴端汽封（简称轴封）、隔板汽封和围带汽封（通流部分汽封）三类。

28、什么是通流部分汽封？

    动叶顶部和根部的汽封叫做通流部分汽封，用来阻碍蒸汽从动叶两端漏汽，通常的结构形式为动叶顶端围带及动叶根部有个凸出部分以减少轴向间隙，围带与装在汽缸或隔板套上的阻汽片组成汽封以减小径向间隙，使漏汽损失减少。

29、轴封的作用是什么？

        轴封是汽封的一种。汽轮机轴封的作用是阻止汽缸内的蒸汽向外泄漏，低压缸排汽侧轴封是防止外界空气漏入汽缸。

30、汽轮机为什么会产生轴向推力？运行中轴向推力怎样变化？

        纯冲动式汽轮机动叶片内蒸汽没有压力降，但由于隔板汽封的漏汽，使叶轮前后产生一定的压差，且一般的汽轮机中，每一级动叶片蒸汽流过时都有大小不等的压降，在动叶叶片前后产生压差。叶轮和叶片前后的压差及轴上突肩处的压差使汽轮机产生有高压侧向低压侧、与汽流方向一致的轴向推力。

        影响轴向推力的因素很多，轴向推力的大小基本上与蒸汽流量的大小成正比，也即负荷增大时轴向推力增大。

    需指出：当负荷突然减少时，有时会出现与汽流方向相反的轴向推力。

31、减少汽轮机的轴向推力，可采取哪些措施？

     减少汽轮机的轴向推力，可采取如下措施：

       （1）、高压轴封两端以反向压差设置平衡活塞。

       （2）、高、中压缸反向布置。

       （3）、低压缸对称分流布置。

       （4）、叶轮上开平衡孔。

         余下的轴向推力，由推力轴承承受。

32、汽轮机为什么要设滑销系统？

汽轮机在启动及带负荷过程中，汽缸的温度变化很大，因而热膨胀值较大。为保证汽缸受热时能沿给定的方向自由膨胀，保持汽缸与转子中心一致，同样，汽轮机停机时，保证汽缸能按给定的方向自由收缩，汽轮机均设有滑销系统。

33、汽轮机的滑销有哪些种类？

        根据滑销的构造形式、安装位置可分为下列六种：（1）、横销（2）、纵销（3）、立销（4）、猫爪横销（5）角销（6）斜销

34、什么是汽轮机膨胀的“死点”，通常布置在什么位置？

    横销引导轴承座或汽缸沿横向滑动并与纵销配合成为膨胀的固定点，称为“死点”。也即纵销