汽轮机知识简介

汽轮机知识简介

一、概述

火力发电厂是由锅炉、汽轮机、发电机及相应的辅助设备组成。汽轮机是用蒸汽作工作介质的回转式原动机，它将蒸汽的热能转变为机械能。

汽轮机属于涡轮机械，因为涡轮机的外来语为透平，故汽轮机又称透平。

汽轮机在火力发电厂中的位置是：从锅炉来的高温高压热蒸汽，进人汽轮机后膨胀作功，使汽轮机转子获得机械能，然后汽轮机转子再带动与其联接的发电机转动，又把机械能转变为电能。

二、汽轮机的结构

概括地看，汽轮机分为转动部分和静止部分。转动部分

亦即转子，转子是由轴、叶轮和动叶所组成的，动叶按一定

的距离和一定的角度安装在叶轮上，而主轴上固定着一个或

若干个叶轮，也有主轴和叶轮一体制造的。静止部分主要是

汽缸、隔板、静叶及轴承等。汽缸的作用是形成密闭空间，

蒸汽和转子在其中流动和旋转，并支撑装在汽缸内的其它部

分，汽缸可以是一个，也可以是多个独立部分。隔板装在汽

缸上，隔板上装有喷嘴，喷嘴是静叶按一定距离和一定角度

排列构成的蒸汽通道，从喷嘴出来的高速汽流，对动叶产生

了一个作用力，推动转子转动，完成动能到机械能的转换。

一列静叶和一列动叶组成了从热能到机械能转换的基本单元，称之为级，汽轮机可以是单级的，但绝大多数是多级的。

转子和静叶之间要有密封，以减少运动表面和静止表面之间漏过的蒸汽流量，以保证汽轮机有较高的效率。转子和静止之间是用汽封实现的；在多级汽轮机的级与级之间装有隔板轴封；在动叶顶部装有叶顶汽封。

除上述汽轮机的主体结构外，还必须有附属于本体的各种系统，例如：汽水系统、调解保护系统、润滑系统等

三、汽轮机的工作原理

我们知道，从喷嘴出来的蒸汽进入动叶通道时，一方面对动叶产生冲动力，

另一方面蒸汽在动叶通道内膨胀加速，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，由此可见，汽轮机的工作原理可分两种。

1.冲动作用原理

当蒸汽冲入动叶通道后，受到动叶的阻碍，改变其速度的大小和方向，但不存在体积膨胀，这种作用方式的工作原理称为冲动作用原理。

2．反动作用原理

反动作用原理和冲动作用原理不同。当蒸汽流经动叶通道时，如果得到继续膨胀加速，则在汽流离开动叶时，施加给动叶一个与汽流运动方向相反的作用力，这个力就叫反动力。反动力推动转子转动作功，这种作用方式的工作原理称为反动作用原理。

通常蒸汽在动叶通道中总会产生不同程度的膨胀，因此，动叶既受到蒸汽的冲动作用力，也受到蒸汽的反动作用力。根据作用原理的不同，汽轮机可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。

四、汽轮机的分类及型号

汽轮机的分类可按以下形式划分：

1.按工作原理分：冲动式汽轮机；反动式汽轮机；

2.按级数分：单级；多级；

3.按结构分：单缸式；多缸式；轴流式；辐流式；

4.按工质参数分：高压；中压；低压；亚临界及超临界；

5.按热力过程分：凝汽式；背压式，抽汽式；中间再热式；

6.按用途分：发电用；工业用；船用；

我国生产的汽轮机型号已经统一，下表列出了国产汽轮机型号的代表号：

例如：N50-8.82-1：凝汽式50MW，蒸汽初压8.82MPa，按第一次变形设计制造的汽轮机。

N100——90/535：凝汽式100MW，新汽压力为90MPa，新汽温度为535℃。

五、汽轮机部件的失效分析

因为汽轮机是在高温、高压和高转速下工作的大型原动机，而且运行工况又是变化的，以汽轮机某些部件损坏事件时有发生，其影响因素主要表现在：

(1)热应力：温度冷热不均使一些部件产生各种应力，这种应力过大可产生塑性变形。

(2)热膨胀：汽缸和转子在受热后都要膨胀，膨胀值过大时，动、静之间就要发生摩擦碰撞。

(3)振动：弹性物体在受到变化的激振力后，会产生振动，当发生共振时，会严重危胁汽轮机的安全运行。

(4)机组的制造，安装及运行维护不当，也是造成事故发生的重要原因。

六、汽轮机主要部件的分析和修复

1. 主轴的失效分析

主轴及叶轮的失效形式一般有裂纹、开裂、断裂、弯曲变形、轴径划伤等。分析其原因，一方面是材料及制造上的缺陷造成的，另外长期过大的交变应力及热应力作用造成疲劳裂纹直至断裂。主轴在加热、冷却过程中，其温升是不均匀的，因而它就要产生热应力，高温区受到压缩热应力，低温区受到拉伸热应力，这种交变应力如果反复作用在金属表面，就会出现疲劳裂纹，并逐渐扩展，以致断裂。此外，汽轮机转子在高速运转中，由于种种原因会使主轴与轴瓦间配合出现异常，发生主轴损伤。例如：轴承断油，机组强烈振动，轴瓦制造不良等。

目前对主轴的修复方法有两种，一是去掉划伤层，重新配瓦，其缺点是轴颈缩小，强度降低；二是去掉划伤层。表层用激光熔覆后，再加工到原轴颈尺寸，

对强度使用没有任何影响。

2.汽缸的变形

高温高压汽轮机的汽缸要承受很高的压力和温度，因而汽缸缸壁比较厚，这就给汽轮机的起动和停机带来了麻烦，因为起动和停机的过程中汽缸的内外壁温差较大，所产生的热应力将会使汽缸变形或产生裂纹，如果汽缸的变形得不到相应的保护措施，其变形就会造成动、静配合不良，引起机组的振动，以致造成事故。

汽缸的温差不仅存在汽缸的内外壁之间，而且它的上下缸之间也存在着较大的温差，这种温差的存在一方面影响着缸体本身的变形，另一方面也会使转子主轴上下部分存在着温差，温差过大，常常是造成主轴弯曲的初始原因，通常上下汽缸的温差不得大于35—50K。

汽轮机隔板主要由隔板体、外环、导叶片(也叫导叶、喷嘴、静叶)和隔板汽封组成。它们把汽缸分成若干个汽室，使蒸汽的温度和压力逐级降低，隔板在级与级间起着轴封作用，减少隔板与转子间隙间的漏汽量，迫使绝大部分蒸汽都从导叶通道中通过。

汽轮机隔板有焊接、铸造两种，焊接的用在高温区，铸造的用在低温区(350℃以下)运行时，由于隔板前后的压差很大，隔板平面变形，产生挠度，动静轴间间隙小的地方有可能发生磨擦，甚至造成严重事故。.由于静叶是静止工作状态，因此它的汽蚀、水滴冲刷磨损程度相对动叶来说要轻得多。静叶一般是不可拆卸的，因此它的损伤修复不如动叶方便操作。静叶的重大损伤往往是意外伤害，如动叶的拆断冲击，外采异物的撞击等。

汽轮机较大的修复工作当属动叶的修复。