汽轮机技术问答（上） - 图文

汽轮机技术问答

第一部分：汽轮机本体

1、什么是汽轮机？

由水蒸汽驱动作旋转运动的原动机。汽轮机是火力发电厂主要设备之一，它接受锅炉送来的蒸汽，将蒸汽的热能转换为机械能，驱动发电机发电。汽轮机的转速可以设计为定速或变速，变速汽轮机用于驱动风机、水泵或船舶螺旋桨等，定速汽轮机则用于驱动同步发电机。

汽轮机由汽缸和转子两大部分组成。转子位于汽缸内。一般汽缸分上下两半，其前端为高压缸的进汽或排汽端，后端为连接凝结器的排汽口。汽缸内部有若干隔板，隔板上镶有静叶（导叶），或静叶直接装在汽缸内持环上。转子与汽缸同心，转子中心部分为主轴。主轴上有叶轮，叶轮外缘装有动叶。转鼓式转子的动叶直接装在转鼓上。每圈动叶都臵于每圈静叶之后，组成汽轮机级。转子由轴承支承。主轴末端有连轴器，用于连接发电机。

汽缸一般支持在基础台板上，高、中压缸汽缸前后通常用猫爪搭在轴承座上，轴承座下设有做座架，共同膨胀的汽缸与轴承座之间往往设有推拉杆连接，在基础台板和轴承座架上设有周密的滑销系统，以保证受热部分能定向自由膨胀并保持同心。

2、什么是汽轮机本体？

完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本组部分，即汽轮机本身。汽轮机本体有固定部分（静子）和转动部分（转子）两大部分，它与热力系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。

固定部分包括、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和连轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。

3、什么是中间再热汽轮机？

中间再热是指主蒸汽在汽轮机前几级作功后，返回锅炉的再热器中再加热，然后回汽轮机的后几级内继续作功，采用中间再热的汽轮机叫中间再热汽轮机。采用中间再热可以提高汽轮机的热效率，又可减少排汽湿度。目前在100MW以上机组得到广泛应用。

蒸汽在在汽轮机中膨胀作功的中途抽出送回锅炉再进行加热一次，称为一次中间再热，加热两次则称为二次中间再热。二次中间再热系统和运行都更复杂，过去在超临界压力机组中曾有应用，以后在发展超超临界机组时还会应用。

4、中间再热汽轮机的特点？

中间再热必须汽轮机采用多缸结构。蒸汽从高压缸排出送回锅炉再热后进入中压缸，在再热器和相应的蒸汽管道内会有大量蒸汽积蓄，机组甩负荷时易使汽轮机超速，在进行功率调节时会有很大时滞，为此在再热蒸汽进入中压缸前须经过再热主汽门和中压调速汽门控制，以改善汽轮机的动态特性。

5、汽轮机为什么采用中间再热？

为了提高发电厂的经济性和单机出力，一般采用下列方法：

（1）提高主蒸汽压力。 （2）提高主蒸汽温度。

（3）降低排汽压力（即提高真空）。降低排汽压力经济性是有利的，但是由于循环水温度限制,凝结器的真空也受到限制。

在提高蒸汽的初参数将会出现下述问题：①提高蒸汽初温度受到金属材料热力机械性能的限制。②提高蒸汽初压力在一定限度内有利于火力发电厂经济性的提高，但随着蒸汽压力的提高，在蒸汽初温度不变的情况下，蒸汽在汽轮机内膨胀终了的湿度将增加，会影响到机组的经济性，同时还会引起后部叶片的侵蚀，降低叶片寿命，危及设备的安全运行。通常对凝汽式汽轮机排汽湿度要求不允许超过12%～14%，对大功率机组限制在10%以内。

为了克服提高蒸汽参数的初压受到的这一限制，降低蒸汽膨胀终了的湿度，采用蒸汽中间再热的方法，它将汽轮机高压缸的排汽经过锅炉的再热器重新提高温度，然后再进入中低压缸继续膨胀作功。

6、采用中间再热式汽轮机有什么好处？

（1）提高了排汽的干度减少对末级叶片的侵蚀。

从i-s图上表示的热力膨胀过程线中可以看出，如果不采用中间再热，蒸汽膨胀终了的干度是x2，中间再热后蒸汽膨胀终了的干度为x1，显然x1＞x2，蒸汽的干度增加湿度减小，减少了对末级叶片的侵蚀，提高了叶片的安全性。这一点对大功率机组很重要。

（2）提高了机组的热循环效率。

从T-S图上表示的中间再热机组循环过程中，可视为由基本循环a-b-c-d-e-f和由于再热所附加的循环g-h-i-f所组成。显然，只要附加循环g-h-i-f的循环效率，高于基本循环a-b-c-d-e-f的效率，则整个装臵的循环效率将得到提高，一般采用一次中间再热可相对提高热效率5%左右，采用二次中间再热可相对提高热效率2%左右。

7、什么是回热循环？

余热被回收，并用于循环自身的热力循环成为回热循环，从汽轮机中间级抽出一部分作过功的蒸汽，用于加热给水提高给水温度。为了使回热循环具有更高的热效率，一是要选择最有利的给水回热的最终温度，二是要分配好各级回热加热级的热量。

8、给水回热循环有什么好处？

⑴从汽轮机中间级抽出一部分作过功的蒸汽减少了排汽量，降低了冷源损失而提高了机组的经济性。

⑵抽汽加热给水提高了给水温度，因而给水进入锅炉后的热量吸收减少，从而降低燃料消耗。

⑶增加了汽轮机高压级的容积流量，减小了汽轮机低压级的容积流量，解决汽轮机前部叶片过短和后部叶片过长的矛盾。

⑷排汽量减少后，凝结器的热负荷减少，凝结器的结构尺寸可以减少。 ⑸给水温度提高以后锅炉省煤器受热面可以减少。 9、为什么采用抽汽回热式汽轮机？

采用抽汽加热给水的汽轮机称为抽汽回热式汽轮机。给水回热是提高发电厂热循环效率的有效途径，汽轮机排汽在凝结过程中，汽化热被凝结器的冷却水带走，如进入汽轮机的每公斤蒸汽的含热量为820大卡（3435kJ），而每公斤蒸汽在凝结器中损失的热量为500大卡（2093KJ）左右，这项损失约占发电厂热力循环中各项损失的60%左右，称为冷源损失，是火力发电厂效率低的重要原因。所以说提高发电厂热循环效率的关键是如何降低冷源损失。而采用从汽轮机中间级抽出一部分作过功的蒸汽对锅炉给水加热是提高机组效率的有效方法。

10、什么是中间再热机组的旁路系统？它的作用是什么？

中间再热机组设臵的与汽轮机并联的蒸汽减压减温系统，称为旁路系统。它的主要作用是：

（1）在机组启动期间，加快锅炉和主蒸汽、再热蒸汽管道升温过程，使主蒸汽、再热蒸汽参数尽快达到汽轮机冲转要求，缩短机组启动时间。

（2）机组正常运行期间，协调机炉之间的蒸汽量，以稳定锅炉的运行。 （3）机组甩负荷或运行工况急剧变化时，排除锅炉产生的过量蒸汽，避免因蒸汽压力突然上升使锅炉安全门动作。

（4）在机组起停时，不允许干烧的再热器，旁路系统可以冷却再热器，防止超温。

（5）回收工质和消除噪音。在机组起动停止和甩负荷时由于机炉消耗蒸汽量的不平衡性，多余的蒸汽量需要排出。如果排入大气既损失了工质，又对环境造成了排汽噪音，旁路系统可以达到回收工质和消除噪音的目的。

11、旁路系统有哪些型式？

旁路系统通常分一级旁路、二级旁路和三级旁路三种。一级旁路即大旁路，将主蒸汽直接排至凝结器，系统简单，操作方便，多用于再热器不需保护的机组。二级旁路即高、低压串联旁路，由从主蒸汽管道经减压减温后接至冷再热蒸汽管道的高压旁路，和从再热蒸汽管道经减压减温后接至凝结器的低压旁路，特点是功能全面，系统简单，调节灵活，又可以有效保护再热器。三级旁路即大旁路与高、低压旁路并联连接，便于适应负荷变化的需要，但系统复杂。

我厂#1、2、5、6、7、8机均为二级旁路系统。 12、旁路系统的容量是如何确定的？

旁路系统的容量按照对旁路所要求的功能确定，通常以额定参数下旁路通过额定蒸汽流量的百分数表示。在决定旁路系统的容量时，电网的要求是决定的因素。对带基本负荷并要求适应一定变化能力的机组，可采用较小容量的旁路系统；两班制运行、只带厂用电负荷运行或停机不停炉的工况下运行时，采用较大的甚至100%容量的旁路系统。过大的旁路系统，将增加旁路系统的投资，凝结器及有关辅助设备的容量也响应增加。

我厂一期125MW机组旁路系统的容量为30%，三期200MW机组旁路系统的容量为14%，四期200MW机组旁路系统的容量为30%。

13、中间再热机组的再热参数如何选择？ 再热机组的再热参数与机组效率有直接关系。再热汽温越高再热机组的经济性就越高，再热温度提高10℃，大约可提高热效率0.2%～0.3%，但是再热温度的提高，同样受到了金属材料的限制，一般是取再热汽温与初蒸汽温度相等。

再热压力由热力循环分析与计算表明再热蒸汽的初参数和再热汽温已定的情况下再热压力有一个最佳值，此时中间再热循环的效率最高。再热压力的最佳值与循环的初终参数、再热温度、排汽温度、排汽湿度、给水回热等因素有关。通常当再热汽温等于初温的最佳再热压力约为初压力的18%～26%。当再热前有回热抽汽的可取18%～22%，再热前无回热抽汽的可取22%～26%。合理的再热压力还应考虑最高一级的回热抽汽压力，材料消耗和投资费用，高中压缸功率分配以及轴向推力平衡等问题。因此实际的再热压力值是在理论计算的最佳值附近选择确定。

14、汽轮机汽缸的排列组合？

小容量汽轮机本体为单缸结构。大容量汽轮机本体则为多缸结构，按蒸汽流程分别称为高压缸、中压缸和低压缸。新蒸汽首先进入高压缸，作功之后送至锅炉的中间再热器，再热后的蒸汽进入中压缸，作功后排出到低压缸继续作功，直到从末级排入凝结器。

汽缸的通流部分有单流和双流。双流结构是新蒸汽从中部进入，分成相反方向的两股汽流由汽缸两端排出。采用双流结构是为了增加汽缸的通流面积而又平衡了推力。一般大容量汽轮机的低压缸均为双流结构，为了增加单缸功率，中压缸甚至高压缸也有该用双流结构的。

高压缸和中压缸的组合有分缸和合缸两种。高中压合缸是把高压缸和中压缸组合在一个汽缸内，可以缩短机组的长度，减少损失，有利于运行。高压转子和低压转子通常采用方向布臵，可抵消部分轴向推力。

15、为什么大容量机组高、中、低压缸均采用双层缸？

随着机组功率的增大，蒸汽参数的提高，要求汽缸有足够的高温强度和较小的热应力，以及改善汽缸水平法兰结合面的严密性，减少优质材料的消耗，为此双层缸得到了广泛的应用，采用双层缸的结构有以下几点好处：

⑴可以减少作用在每一层汽缸壁上的压力差，减少汽缸壁的厚度，法兰的厚度，螺栓的尺寸，这样有利于改善机组的起停、性能和负荷变化的适应能力。

⑵内外缸的温度不同，可以不用同一材料，节约了优质贵重的合金材料。 ⑶内外壁尺寸减少，重量减轻，加工制造比较方便，可以避免热应力过大，使安装、检修方便。

⑷对于低压缸的双层结构，可以有利于设计成径向排汽，缩短汽缸的轴向尺寸。

16、汽轮机低压缸为什么采用对称分流式，有什么好处？ 低压缸采用对称分流式是因为随着机组容量增大后，低压缸各级叶片上通过的蒸汽流量增加，这样就要加长叶片长度，以保证蒸汽量的通过。但叶片过长在汽轮机高速转动下受到材料强度的限制，容易发生叶片断裂的事故，所以在大容量机组低压缸均采用对称分流式，这样既缩短了低压缸各级叶片的长度，同时又保证了机组的出力，除此以外还可以减少轴向推力。

17、汽轮机排汽口的数量是根据什么选择的？ 末级排汽面积对于汽轮机本体有重大影响。末级叶片长度决定了排汽口的数量，而在空气动力学和强度振动方面问题，又限制了末级叶片长度。大容量汽轮

机往往选用较长的末级叶片，而且需要用两个以上的排汽口才能满足需要。如用851-1000mm 的末级叶片，一般一个排汽口可满足150-200MW的需要，故300MW机组有两个排汽口，600MW机组有四个排汽口。受末级叶片长度的限制，我厂200MW机组（末级叶片长度665mm）有三个排汽口，中压缸带有一个排汽口，低压缸带有两个排汽口；125机组有一个排汽口（末级叶片长度660mm）；250机组有两个排汽口（末级叶片长度851mm）。

18、SF—26的意义？

S—单缸，F—单排汽，26—末级叶片长度26英寸。 19、TCDF—33.5的意义？

T—单轴，C—双缸，DF—双排汽，33.5—末级叶片长度33.5英寸 20、N200—130（12.7）/535/535的意义？

N—凝汽式，200—功率200MW，130—主蒸汽压力130kg/cm2（12.7—主蒸汽压力12.7MPa），535/535主蒸汽温度、再热蒸汽温度535℃。

21、125MW汽轮机汽缸结构有哪些特点？

⑴高、中、低压缸连成一体，结构紧凑，可以缩短机组的总长度。

⑵高、中、低压缸法兰窄小，在起动时法兰受热快，加快了起动的灵活性。 ⑶除高压缸前三级处为双层缸外，其余均为单层缸的结构。 ⑷在高压缸的内外缸高温区、法兰和螺栓用蒸汽冷却。

⑸高中压缸通流部分为反向布臵，这样使轴向推力得到均衡，减少了轴向推力。

⑹高中压缸高温部位集中在汽缸中部。这样有利于减少高温部位对油系统、调速系统和两端轴承工作温度的影响。

⑺轴承座落地，有利于增加轴承座的刚度。

⑻高压缸包括铸造及焊接型式的上缸和下缸及与下缸相连的整体蒸汽室，这样做有利于制造与加工和中间截止旁路门的布臵。

⑼中压缸与低压缸之间，用垂直法兰与螺栓连接，这样便于安装和检修。 (10)一个排汽口。

22、250MW汽轮机组汽缸结构有什么特点？

⑴高中压缸为合缸，通流部分为反向布臵，这样使轴向推力得到均衡，减少了轴向推力。

⑵高中压缸高温部位集中在汽缸中部，这样有利于减少高温部位对油系统、调速系统和两端轴承工作温度的影响。

⑶轴端的轴封可以缩短一些，对汽缸和转子的热应力有一定的好处。 ⑷两端轴封漏汽量相对的减少，可提高机组效率。

⑸低压缸分流双排汽，有利于减小轴向推力，并且有利于设计成径向排汽，缩短了汽缸的轴向尺寸。

⑹轴承座落地，有利于增强轴承座的刚度和低压缸因刚度不够而产生的变形问题。

⑺调速汽门分别焊接在上缸和下缸，这样形成汽轮机环形进汽，保证了受热膨胀均匀，减少中间部位的热应力和温度和在内外缸产生的温差，以防止热变形。

⑻设臵了螺栓冷却装臵。

⑼高中压缸和低压缸均采用了双层缸，这样有利于汽缸的热膨胀和热应力的减小，有利于保证汽缸转子中心线的一致，对高中压缸可解决汽缸水平严密性问题，又减小了部件尺寸，对制造加工有利。

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