《发电厂汽轮机设备及其系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
www.plcworld.cn"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第二篇!!!!!!!!!!!!发电厂汽轮机设备及其系统!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
1www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识第一章汽轮机基本知识第一节概述汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机。它是在!"世纪末期出现的。从!"#$年瑞典工程师拉伐尔制造出第一台功率仅有%马力的汽轮机起，至今汽轮机制造业已有一百多年的历史。在这一百多年中，随着时间的推移，汽轮机制造业发展速度越来越快。现在，单机容量为!&$$’(的汽轮机已在美国投产。!#)#年以前，中国没有汽轮机制造业，发电厂中使用的汽轮机都是国外制造的。!#)#年以后，我国汽轮机制造业有了飞快的发展，不但有国内一流水平的上海、哈尔滨、东方汽轮机厂，而且还发展了具有一定规模的北京重型电机厂、武汉汽轮发电机厂、青岛汽轮机厂、南京汽轮发电机厂、杭州汽轮机厂、广州汽轮机厂等。国产第一台汽轮机是上海汽轮机厂制造的，容量为*’(，于!#%*年)月在淮南发电厂投产。!#%"年，!+’(及+%’(的汽轮机，先后在重庆电厂及闸北电厂投产。此后，先后投产了单机容量为%$、!$$、!+%、+$$’(的汽轮机，至!#,)年，&$$’(的汽轮机也在望亭发电厂投产。现在我国已设计、制造了*$$’(的汽轮机。汽轮机制造业之所以能够迅速地发展，是因为它较之蒸汽机和内燃机有突出的优点。首先是汽轮机的热效率高。主要是进入汽轮机的蒸汽的初参数———汽温、汽压目前已高达%&%-%*%.及!*/$-+)/%’01，而凝汽式汽轮的排汽压力又很低，一般为$/$$&’01，凝汽式汽轮机组综合热效率可达)$2，供热机组综合热效率可达"$2。·"&·
2www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统其次，汽轮机是连续工作的回转机械，它可以具有较大的功率。再次，汽轮机运转平稳，事故率较低，一般可以保持!"#年大修一次，充分提高了设备利用率。正因为汽轮机有这些优点，所以被广泛用于拖动发电机、鼓风机、水泵以及用作船舶的动力机械。第二节汽轮机的基本工作原理来自锅炉的过热蒸汽，进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴（静叶栅）和动叶栅，将蒸汽的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。一、冲动式汽轮机（一）冲动作用原理由力学可知，当一运动物体碰到另一个静止的或运动速度较低的物体时，就会受到阻碍而改变其速度，同时给阻碍它的物体一个作用力，这个作用力称为冲动力。冲动力的大小取决于运动物体的质量和速度变化：质量越大，冲动力越大；速度变化越大，冲动力也越大。若阻碍运动的物体在此力作用下，产生了速度变化，则运动物体就做了机械功。例如，将高速汽流冲击在一个静止的小车上（图$%&%&）则汽流的速度发生变化，对小车产生冲动作用力，使小车向前移动而作功。小车所做的功即为汽流动能的变化。图$%&%&汽流对小车的作用在汽轮机中（图$%&%$），蒸汽在喷嘴#中产生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变成动能。高速汽流流经动叶片!时，由于汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮$旋转作功，将蒸汽的动能转变成轴旋转的机械能，这种利用冲动力作功的原理，称为·’#·
3www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识冲动作用原理。图!"#"!冲动式汽轮机简图#—轴；!—叶轮；$—动叶片；%—喷嘴现以半圆形叶片为例（图!"#"$），说明高速汽流流经动叶栅时，对叶片产生冲动力的原理。喷嘴中流出的高速汽流，以!的速度进入叶片，然后以与!平行而方向相反的##速度!流出。由于汽流沿圆形叶片壁面不断改变方向作圆周运动，故每一个汽流微团!都将产生一个离心力作用在叶片上，图中"、"、"分别表示作用在叶片#、$、!各点的&’(离心力。#点的离心力"可分解成水平方向分力"和垂直方向分力"，!点处的离心&&)&*力"也分解成水平方向分力"和垂直方向分力"，同理，其它各点的离心力都可分解(()(*成水平方向的分力和垂直方向分力。假定汽流在流动中没有损失，则对应点#点与!点及其它各对应点处的离心力相等，即对应点处的垂直方向分力大小相等而方向相反，互相抵消（如"&*+"(*,-）。因而所有水平方向的分力的合力就是作用在叶片上圆周方向的作用力，它推动叶轮旋转作功。图!"#"$汽流对半圆形叶片的冲动作用力·/.·
4www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统实际上，由于汽轮机结构方面的要求，从喷嘴流出的汽流方向是与动叶栅运动方向成一角度的，因而动叶片的形状不能作成半圆形，使蒸汽推动叶轮旋转的作用力减小，但其工作原理仍然是相同的。（二）单级冲动式汽轮机图!"#"$为单级冲动式汽轮机工作原理简图。蒸汽在喷嘴中产生膨胀，压力由!%降至!，流速从"增至"，将蒸汽的热能转变为动能。蒸汽进入动叶栅后，改变汽流方#%#向，产生冲动作用力使叶轮旋转作功，将蒸汽动能转变为转子机械能，蒸汽离开动叶栅的速度降至"!。由于蒸汽在动叶栅中不产生膨胀，所以动叶栅前后压力相等，即!#&!!。图!"#"$单级冲动式汽轮机工作原理图#—轴；!—叶轮；’—动叶栅；$—喷嘴；(—汽缸；)—排汽管单级冲动式汽轮机的功率不可能作得很大，一般在(%%*+%%千瓦以下，常用来带动功率不大的辅助机械，如小型汽动油泵及汽动给水泵等。（三）速度级汽轮机在单级汽轮机中，当喷嘴中焓降较大时，喷嘴出口的蒸汽速度很高，则蒸汽离开动叶·+)·
5www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识栅的速度!也很大，将产生很大的损失，降低了汽轮机的经济性。为了减少这部分损!失，可像图!"#"$所示那样，在第一列动叶栅后安装一列导向叶栅%，使蒸汽在导向叶栅内改变流动方向后再进入装在同一叶轮上的第二列动叶栅&中继续作功。这样，从第一列动叶栅流出的汽流所具有的动能又在第二列动叶栅中加以利用，使动能损失减小。如果流出第二列动叶栅的汽流还具有较大的动能，则可以再装第二列导向叶栅和第三列动叶栅。这种将蒸汽在喷嘴中膨胀产生的动能，分次在动叶栅中利用的级，称为速度级。通常把蒸汽动能在两列动叶栅中加以利用的级称为二列速度级，在三列动叶栅中加以利用的级称为三列速度级。图!"#"$速度级（二列）汽轮机工作原理图#—轴；!—叶轮；’—第一列动叶栅；(—喷嘴；$—汽缸；&—第二列动叶栅；%—导向叶栅图!"#"$还表示出蒸汽在速度级中压力和速度的变化规律，蒸汽在动叶栅中和导向叶栅中均不产生膨胀，因此第二列动叶栅后的压力等于喷嘴后的压力。·)%·
6www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统（四）多级冲动式汽轮机随着汽轮机向高参数、大功率和高效率方向发展，单级汽轮机已不能适应需要，产生了多级汽轮机。由若干个冲动级依次迭置而成的多级汽轮机，称为多级冲动式汽轮机。图!"#"$所示为一台具有三个冲动级的多级冲动式汽轮机。整个汽轮机的焓降分别由三个冲动级加以利用。蒸汽进入汽缸后，在第一级喷嘴!中产生膨胀，压力由!%降至!，汽流速度由"增至"，然后进入第一级动叶栅&中作功，作功后流出动叶栅的#%#汽流速度降至"，由于蒸汽在动叶栅中不产生膨胀，动叶栅后的压力（即第一级后压力）!即等于喷嘴后的压力!。从第一级流出的蒸汽，再依次进入其后的两级并重复上述作功#过程，最后从排汽管中排出，图!"#"$还表示出蒸汽在各级中压力及速度的变化情况。图!"#"$具有三个冲动级的多级汽轮机示意图#—新蒸汽室；!—第一级喷嘴；&—第一级动叶栅；’—第二级喷嘴；(—第二级动叶栅；$—排汽管；)—隔板由于流经各级后的蒸汽压力逐渐降低，比容逐渐增大，故蒸汽的容积流量（单位时间·**·
7www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识内流过的蒸汽体积）也逐渐增大。为了使蒸汽能顺利流过，汽轮机的通流面积应逐渐增加，所以喷嘴和动叶的高度以及级的直径均逐渐增加。多级汽轮机的功率是各级功率之和，因此，多级汽轮机的功率可以按需要做得很大。二、反动式汽轮机（一）反动作用原理由牛顿第三定律可知，一物体对另一物体施加一作用力时，这个物体上必然要受到与其作用力大小相等，方向相反的反作用力。例如火箭（见图!"#"$）就是利用燃料燃烧时产生的大量高压气体从尾部高速喷出，对火箭产生的反作用力使其高速飞行的，这个反动作用力称为反动力。利用反动力作功的原理，称为反动作用原理。公元前#!%年，埃及人希罗制造的反动式汽球（见图!"#"&），完全是利用蒸汽由喷嘴喷出而产生的反动力使其旋转的。图!"#"$火箭工作原理示意图在反动式汽轮机中，蒸汽不但在喷嘴（静叶栅）中产生膨胀，压力由!降至!，速度%#由"增至"，高速汽流对动叶产生一个冲动力，而且在动叶栅中也产生膨胀，压力由!%##降至!，速度由动叶进口相对速度#增至动叶出口相对速度#，汽流必然对动叶产生!#!一个由于加速而引起的反动力，使转子在蒸汽冲动力和反动力的共同作用下旋转作功。蒸汽在反动级中的压力和速度变化情况如图!"#"’所示。·&’·
8www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"#"$希罗反动式汽球图!"#"%蒸汽在反动级中的流动（二）多级反动式汽轮机反动式汽轮机都是制成多级的。按蒸汽在汽轮机中的流动方向分类，反动式汽轮机可分为轴流式和辐流式两种。图!"#"#&为轴流式多级反动式汽轮机示意图。它的动叶片直接装在轮鼓上，在每列叶片之前，装有静叶片。动叶片和静叶片的断面形状基本相同，压力为!的新蒸汽&由环形汽室’进入汽轮机后，在第一级静叶栅中膨胀，压力降低，速度增加，然后进入第一级动叶栅，改变流动方向，产生冲动力，在动叶栅中蒸汽继续膨胀，压力下降，汽流在动叶栅中的速度增加，对动叶产生反动力，转子在冲动力和反动力的共同作用下旋转作功。从第一级流出的蒸汽依次进入以后各级重复上述过程，直到经过最后一级动叶栅离开汽轮机。由于蒸汽的比容随着压力的降低而增加，因此，叶片的高度应相应增加，使流通面·%&·
9www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识积逐渐增大，以保证蒸汽顺利地流过。由于反动式汽轮机的叶轮前后都存在压力差，因而在整个转子上产生很大的轴向推力，其方向如图所示。为了减少这个轴向推力，反动式汽轮机不能像冲动式汽轮机那样采用叶轮结构，并且在转子前部装有平衡活塞!，来抵消轴向推力。活塞前的空间用联络管"和排汽管联接，使活塞上产生一个向前的轴向推力，达到平衡转子轴向推力的目的。图#$%$%&轴流式多级反动汽轮机断面示意图%—转鼓；#、’—动叶栅；(、)—静叶栅；*—汽缸；+—环形进汽室；!—平衡活塞；"—联络蒸汽管图#$%$%%为辐流式多级反动式汽轮机示意图。汽轮机有两个转轴(和)，叶轮%和#分别安装在两个转轴上，叶片*和+分别垂直安装在两个叶轮的端面上，组成动叶栅。辐流式反动汽轮机是利用反动作用原理来工作的，新蒸汽从新蒸汽管’进入汽轮机的蒸汽室，然后流经各级动叶栅逐渐膨胀，利用汽流对叶片的反动力推动叶轮旋转作功，将蒸汽的热能转变成机械能。辐流式的汽轮机的两个转子按相反的方向旋转，可以分别带动两个发电机工作。·"%·
10www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"#"##辐流式多级反动式汽轮机示意图#、!—叶轮；$—新蒸汽管；%、&—汽轮机轴；’、(—工作叶片；)—机壳第三节汽轮机的分类及型号一、分类汽轮机的类型很多，为便于使用，常按热力过程特性、工作原理、新蒸汽参数、蒸汽流动方向及用途等对汽轮机进行分类。（一）按热力过程特性分（#）凝汽式汽轮机进入汽轮机作功的蒸汽，除很少一部分漏汽外，全部排入凝汽器，这种汽轮机称为纯凝汽式汽轮机。在近代汽轮机中，多数采用回热循环，即进入汽轮机的蒸汽，除大部分排入凝汽器外，有少部分蒸汽从汽轮机中分批抽出，用来加热锅炉给水，这种汽轮机称为有回热抽汽的凝汽式汽轮机，简称为凝汽式汽轮机。（!）背压式汽轮机进入汽轮机作功后的蒸汽在较高的压力下排出，供工业或生活使用，这种汽轮机称为背压式汽轮机。若排汽供给其它中、低压汽轮机使用时，则称为前置式或迭置式汽轮机，这种汽轮机常在改造旧电厂时使用。（$）调节抽汽式汽轮机在一部汽轮机中，若有部分蒸汽在一种或者两种给定的压力下，从汽轮机中抽出，供给工业或生活使用，其余蒸汽在汽轮机内作功后仍排入凝汽器，这种汽轮机称为调节抽汽式汽轮机。这种汽轮机装有抽汽压力调节机构，以维持抽汽压力不变，工业用抽汽压力一般为)*#’绝对大气压，生活用抽汽压力一般为+,(*·-!·
11www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识!"#绝对大气压。（$）中间再热式汽轮机新蒸汽在汽轮机前面若干级作功后，全部引至锅炉内再次加热到某一温度，然后回到汽轮机中继续膨胀作功，这种汽轮机称为中间再热式汽轮机。此外还有：利用其它蒸汽设备（如蒸汽机、蒸汽锤等）排汽的汽轮机，称为乏汽汽轮机，同时使用锅炉供汽和其它蒸汽设备排汽的汽轮机，称为混压式汽轮机。（二）按工作原理分（%）冲动式汽轮机按冲动作用原理工作的汽轮机称为冲动式汽轮机。在近代冲动式汽轮机中，蒸汽在动叶内都有一定程度的膨胀（在有些级中甚至还相当大），但习惯上仍称为冲动式汽轮机。（!）反动式汽轮机按反动作用原理工作的汽轮机称为反动式汽轮机。近代反动式汽轮机常用冲动级或速度级作为调节级，但习惯上仍称为反动式汽轮机。（&）混合式汽轮机由按冲动原理工作的级和按反动原理工作的级组合而成的汽轮机称为混合式汽轮机。（三）按新蒸汽参数分（%）低压汽轮机其新蒸汽压力为%!’%#绝对大气压；（!）中压汽轮机其新蒸汽压力为!(’$(绝对大气压；（&）高压汽轮机其新蒸汽压力为)(’%((绝对大气压；（$）超高压汽轮机其新蒸汽压力为%!(’%$(绝对大气压；（#）亚临界汽轮机其新蒸汽压力为%)(’%*(绝对大气压；（)）超临界汽轮机其新蒸汽压力高于!!)绝对大气压。（四）按蒸汽流动方向分（%）轴流式汽轮机蒸汽主要是沿着轴向流动的汽轮机；（!）辐流式汽轮机蒸汽主要是沿着辐向流动（即半径方向）的汽轮机；（&）周流式汽轮机蒸汽大致沿着轮周方向流动的汽轮机。（五）按用途分（%）电站汽轮机热力发电厂中用于发电的汽轮机称为电站汽轮机。这类汽轮机还可分为固定式电站汽轮机和移动式电站（列车电站、船舶电站）汽轮机。同时供热、供电的汽轮机（抽汽式，背压式）通常又称为热电合供汽轮机。（!）工业汽轮机用于工业企业中的固定式汽轮机统称为工业汽轮机。包括自备动力站中发电用的汽轮机（通常是等转速的）和驱动水泵、风机等用的汽轮机（通常是变转速的）。·+&·
12www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统（!）船用汽轮机用于船舶驱动螺旋桨的汽轮机称为船用汽轮机。二、型号我国目前都采用汉字拼音和数字来表示汽轮机的型号。型号中第一组符号的汉字拼音，表示汽轮机的热力特性或用途，如表"#$#$。汉语拼音数字表示汽轮机的额定功率（%&）。第二组符号由数字组成，表示汽轮机主蒸汽参数，对不同的汽轮机有不同的意义，如表"#$#"所示。表"#$#$汉字拼音符号在汽轮机型号中的意义热力特性代号用途代号凝汽式’工业用(背压式)船用*抽背式+)移动式,一次调整抽汽式+二次调整抽汽式++表"#$#"第二组数字代表的意义汽轮机类别第二组数字意义凝汽式初压凝汽中间再热式初压-初温-再热温度抽汽式初压-高压抽汽压-低压抽汽压背压式初压-背压抽汽背压式初压-抽汽压-背压举例如下：’!#".!/凝汽式，额定功率为!%&，初压".!/%0（1绝对大气压）。+$"#2.3-4.35一次调整抽汽式，额定功率为$"%&，初压2.3%01，调整抽汽压力4.35%0（1绝对大气压）。++$"#!.2!-4.35-4.23二次调整抽汽式，额定功率为$"%&，初压!.2!%01，一级调整抽汽4.35%01，二级调整抽汽4.23%01。)!#!.2!-4.23背压式，额定功率为!%&，初压!.2!%01，背压4.23%01。·32·
13www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识!"#$%&’()#’#*)+’#,抽背式，额定功率为#$-.，初压&’(-/0，抽汽压力#’#*-/0，背压+’#,-/0。第四节汽轮机级的工作原理一、级的反动度与级的类型在汽轮机级中，蒸汽在动叶汽道内膨胀份额的大小，常用级的反动度来表示。图!1!为喷嘴的理想滞止焓降，"!为动叶片中的理想焓降。级的反动度等$%#%#$中，"!23于蒸汽在动叶片中的理想焓降"!与整个级的滞止理想焓降"!!（约等于"!!）3425"!3之比，即"!3"!3!16!"!（$%#%#）"!4"!25"!3图$%#%#$确定级反动度用的热力过程示意图显然，当已知级的理想焓降"!!后，只要选定一个合适的反动度便可根据上式4!1（$%#%#）来确定蒸汽在喷嘴的理想滞止焓降和动叶中的理想焓降，即!）"!!"!26（#%!14和!"!36!1"!4一般情况下，上述的"!!和"!是指叶道平均直径截面上的理想焓降。所以，所确23·(7·
14www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统定的反动度也是级的平均反动度。根据级的反动度的大小，可把级分为以下三种类!!型：（"）纯冲动级：反动度!!#$的级称为纯冲动级。它的特点是：蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中不进行膨胀而只改变流动方向，故动叶栅进出口压力相等，即!"#!%，!!。""&#$，""’#""(（%）反动级：通常把反动度!!"$)*的级叫做反动级。它的工作特点是蒸汽的膨胀约有一半在喷嘴叶栅中发生，另一半在动叶栅中发生，即!!，!""&#""’#$)*""("+!%（,）带反动度的冲动级：这种级介于纯冲动级和反动级之间，其反动度为$-!!-$)*，一般取!!#$)$*.$)%。也就是说，在这种级中，蒸汽的膨胀大部分发生在喷嘴叶栅中，只有少部分膨胀在动叶栅中发生，所以，""!，!。’+""&"+!%不同类型级的压力、速度变化如图%/"/",所示。图%/"/",不同类型级的压力、速度变化（0）!!#$（；&）!!#$)$*.$)%（；1）!!#$)*二、蒸汽在喷嘴内的流动汽轮机的喷嘴是由两个相邻叶片构成的静止汽道。它把蒸汽的热能转变成动能。")喷嘴出口的理想速度蒸汽在喷嘴中流动为理想流动时，喷嘴出口处的汽流速度叫喷嘴出口理想速度#。"(把能量方程%%#$#""$22$#""22%（%/"/%）%%应用于喷嘴时，由于喷嘴固定不动，不对外做功，即%#$，其次，可以认为蒸汽在喷嘴中流动时与外界无热能交换，即为绝热过程，$#$。故能量方程变成下列形式：%%#$#""$2#""2（%/"/,）%%·43·
15www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识由式（!"#"$）（式中符号如图!"#"#%所示）可求得喷嘴出口的理想汽流速度为!!#&’!!（"(""#&）)!(（!"#"%）图!"#"#%蒸汽在喷嘴中的流动（*）喷嘴中蒸汽压力和速度的变化（；+）蒸汽在喷嘴中的热力过程为了便于计算和分析，引用了滞止参数，即设想汽流被等熵地滞止到初速等于零的状态参数，那么滞止焓则为!"!("(’"()（!"#",）!这样，喷嘴出口理想速度可写成：""!#&’#-%#%!"(""#&’#-%#%!!".（!"#"/）!-蒸汽在喷嘴内有损失的流动在实际流动过程中，由于蒸汽是具有一定粘性的实际气体，蒸汽流经喷嘴时，总是存在损失的，从而使汽流获得的动能减小。因此，喷嘴出口的实际汽流速度!要比理想速#度!小。一般用喷嘴的速度系数来考虑这个损失。这样喷嘴出口的实际速度为#&""!#’"!#&’#-%#"!!".（!"#"0）喷嘴中流动的能量损失（简称喷嘴损失）!"，可以表示为.!!!!#&!#!"!".!’!"!’（#""）!".（!"#"1）$-喷嘴的流量由连续方程式可导出喷嘴理想流量的计算式如下：!##&’$#3（!"#"4）%&·40·
16www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统式中!———喷嘴出口处的理想速度，#$%；!"&"!"———喷嘴出口处理想比容，#’()；*#!———喷嘴出口处的截面积，#。实际流动中，由于存在流动损失，不仅使喷嘴出口的汽流实际速度降低，也使通过喷嘴的实际流量$小于理想流量$，通常用流量系数%来表示实际流量比理想流量减#!#!"+小的程度，它等于通过喷嘴的实际流量与理想流量之比，即$#!!+,（*-!-!.）$#!"由于影响流量系数的关系较复杂，很难用理论计算准确确定，故流量系数往往用实验方法求得。图*-!-!/就是根据试验数据绘制的喷嘴和动叶的流量系数曲线。从图中可见，当喷嘴工作在过热蒸汽区域时，其流量系数一般可取.012。当喷嘴在湿蒸汽区域工作时，其流量系数却大于!，一般取!+,!0.*。图*-!-!/喷嘴和动叶的流量系数三、蒸汽在动叶中的流动从喷嘴出来的高速汽流，进入动叶，推动叶轮旋转，所以动叶栅有一个切向速度，即圆周速度%。由于动叶栅是以圆周速度%在转动，所以动叶栅进口蒸汽速度不是喷嘴出口速度，而是一相对动叶栅速度&。!!0动叶片的进出口速度三角形由力学可知，进入动叶栅的相对速度&应为绝对速度!与圆周速度%的向量差!!（图*-!-!!），即!!!&!,!!-%（*-!-!!）·13·
17www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识!式中!———喷嘴出口绝对速度，"#$，!!"———圆周速度，"#$，可按下式计算："%!#&$#’(其中#———动叶平均直径，"；&$———叶轮转速，)#"*+。如图,-!-!’所示!、%和"之间关系的三角形叫速度三角形。运用速度三角形，可在已知喷嘴出口速度!和圆周速度"的条件下，求出蒸汽进入动叶的速度%，或在!!已知动叶出口相对速度%和圆周速度"的条件下，求出动叶出口绝对速度!。,,图,-!-!’动叶进出口速度三角形,.动叶内的流动损失与喷嘴一样，蒸汽流经动叶道时，也会产生多种损失，称之为动叶损失!&。这种损&"失使出口速度降低，因而，也采用动叶速度系数来表示速度损失的程度，即#%,（,-!-!,）"%%,/式中%，%———动叶出口实际相对速度和理想速度。,,/速度系数与多种因素有关，如叶高、进出口角、叶型、反动度及叶片表面粗糙度等，通常。"%(.012(.31四、动叶中蒸汽的做功原理!.蒸汽对动叶片的作用力对于一个具有反动度的冲动式动叶栅，它不仅受蒸汽冲动力’冲的作用，而且受蒸汽在动叶片内膨胀加速所产生的反动力’反的作用，这两个力的合力’作用于动叶片上使叶轮旋转。在汽轮机计算中，通常把该力’分解成一个周向力’和一个轴向力’，45如图,-!-!6所示。依据做功原理，’与运动方向相垂直，因而’不做功，只引起轴向55推力；而周向力’与运动方向相同，是真正做功的力。4·33·
18www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"#"#$蒸汽对动叶片的作用力!%级的轮周功率与轮周效率周向力!在动叶片上每秒钟所做的功叫级的轮周功率"，它等于周向力!与圆&&&周速度之积"&’!&#（!"#"#(）人们把单位重量的蒸汽通过汽轮机某级所做轮周功$与其在该级的理想焓降之比&称为轮周效率，即$&!&’!（!"#"#*）"%)轮周效率的大小直接反映了蒸汽在级中热能转换为机械能的程度。(%最佳速比圆周速度#与出口汽流速度&之比称作速比，用符号’表示，即###’#’（!"#"#+）&#速比对轮周效率有很大影响，对于每一级均有一个最佳’使最高。人们把轮周效#!&率最高的速比称作最佳速比（’#）,-。通过推导可以得出：纯冲动级的最佳速比（’#）,-冲’.%+/,0##；反动级的最佳速比（’#）,-反’/,0##；双列速度级的最佳速比（’#）,-速’.%!+/,0##。##为喷嘴的安装位置角，即喷嘴出口蒸汽绝对速度的方向角。若速度级、纯冲动级和反动级的平均直径相同，且均在最佳速比下工作，则它们的理想焓降之比为12!2#，即速度级焓降是纯冲动级的*倍，是反动级的1倍。也就是说，速度级可耗用较大的焓降，做功能力大，常被作为调节级用，而反动级耗用焓降小，做功能力小，因而反动式汽轮机级数较多，例如，上海产3(.."#4%$"+($5+($型反动式汽轮机共有(+级。·#..·
19www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识第五节多级汽轮机随着工农业生产的发展，要求电站汽轮机的单机容量愈来愈大。同时，为了提高循环热效率，蒸汽初参数越来越高。单级汽轮机已无法满足这些要求。在这种形势下，多级汽轮机几乎代替了单级汽轮机，并且得到了飞快的发展。实质上，多级汽轮机仅仅是由许多单级依次串接而成，因此从原理上来看基本上与单级汽轮机相同。但是，从热力性能和结构上来看，它具有一些单级汽轮机所不具有的特点。本节主要针对这些特点作较详细的介绍。一、多级汽轮机的特点（一）重热作用由于汽轮机的级内具有各项损失，这些损失最终都转变成热量而重新被蒸汽所吸收，使该级的排汽焓值增大，温度升高，这使得下一级的理想焓降较没有损失时增大，这种现象称为重热现象。显然在损失一定的前题下，重热现象对下一级有利。现以一台四级汽轮机为例来说明重热的利用问题。如图!"#"#$所示。图!"#"#$多级汽轮机的热力过程·#%#·
20www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统当第一级没有损失时，根据前面临界压力比的推导中所得的理想焓降，第二级的理想焓降应为：’%&’%&"##’"##’!!"#$#&$&[&%()]$%&!&[&%()]"%&#&"%&#&当第一级有损失时，第二级的理想焓降’%&"#’#!"#$%&&[&%()]"%&#&从图上可以看出，第一级有损失时的&&大于第一级没有损失时的&!&，所以!"#(!!"#。同理，!"#(!!"#；!")(!!")。显然，!"&*!"#*!"+*!")(!!"&*!!"#*!!"+*!!")即!!"(’"这说明：由于汽轮机级内损失的重热作用，使汽轮机各级的理想焓降之和!!较各"级没有损失的等熵焓降之和’来得大。那么，这种重热作用对多级汽轮机的经济性是"否有利呢？上列不等式也可用等式表达，即!!"$（&*"）’"!!"%’"#’"则"$$（#%&%&,）’"’""称为重热系数。#’"是多级汽轮机的重热量。设$-为汽轮机的效率；$!-为各级的平均效率，则$-’"$$!-!!"$（&*"）’"·$!-$-$（&*"）$!-"一般为正值，在./.)0./.1之间，因此$-($!-由此可见，有重热作用的多级汽轮机效率大于各级的平均效率。重热量#’越大，"多级汽轮机效率比各级的平均效率大得越多。显然，当重热量已经存在的前提下，有重热作用总比没有重热作用好。但是，决不能理解成重热量越大越好。因为重热量越大，说明各级的损失越大，各级的平均效率将下降很多。这时，多级汽轮机的效率虽比各级平均效率大，但多级汽轮机效率还是下降的。（二）余速利用由于多级汽轮机的前级排汽即为后级的进汽，因而多级汽轮机另一个特点是，前级·&.#·
21www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识蒸汽的余速损失可以部分地被后一级所利用。显然，这是多级汽轮机较单级汽轮机效率高的一个重要原因。从图!"#"#$中可以看出，假如第一级蒸汽余速不能被利用，则余速具有的动能转变成热能，增加了出口焓值，使出口状态点为!点。假如第一级余速被!"!利用，则不是转变成热能，而是第二级蒸汽流的能量的一部分根据前述“滞止”状态点!的介绍，第二级进口状态不是!点而是!%点。如果以后各级与第一级一样依次分别作余速不被利用和被利用的热力过程线，则不被利用的最末级排汽状态点为#，而被利用的最末级排汽状态点为#%点。由图上可知两点：其一，对第二级来说，第一级余速不被利用的$&级有效焓降$比第一级余速被利用的级有效焓降$%来得小，根据级效率，可见&&!’$(!利用)!不利用。其二，对整机来说，各级余速不被利用的整机有效焓降%&比各级余速被%&利用的整机有效焓降%%&来得小，因此整机效率应为!整机’%，则(!&利用（机）)!&不利用（机）图!"#"#$多级汽轮机的热力过程这说明：利用各级余速损失，不仅提高了多级汽轮机的整机效率，同时亦提高了各级的级效率。这与重热作用不同，重热虽能提高整机效率，但却降低了级效率。因此，余速利用有如“正品回收”，而重热作用却如“废品回收”。·#+*·
22www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统（三）多级汽轮机的轴向推力从动叶的进、出口速度三角形中可以看出，蒸汽在动叶上的作用力，可以分解成切向力和轴向力。切向力用于驱动转子旋转输出机械功。轴向力的方向与汽轮机的轴线平行，从高压进汽侧指向低压排汽侧作用在转子上，故也称其为轴向推力。多级汽轮机的轴向推力是各级轴向推力之叠加，常达到几吨甚至几十吨，为保证汽轮机的正常运行，轴向推力必须加以平衡。如图!"#"!$所示，每一级的轴向推力由以下几项组成。图!"#"!$冲动级的轴向推力#%动叶上的轴向推力如前所述，其推力为!&’"（##()*!#"#!()*!!）+!$&%（&&#"&!）式中"———为单位时间流入汽轮机的质量；%&、$&———为动叶高和动叶轮的平均直径；&#，&!———为动叶进、出口压力。!%叶轮面上的轴向推力!!!!,’［（$&"%&）"$!］（&,"&!）-式中&、&———为轮面前后压力；,!$!———为轮毂直径。.%轮毂部分的轴向推力如果轮毂有前后凸肩，则其轴向推力为!!!/’（$!"$#）&,-式中$、$———为某级轮毂前、后直径。!#·#$-·
23www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识一级的轴向推方为以上几项推力之和，即!!"#!$%!&%!’而对整机的轴向推力则为!"#!!$%!!&%!!’平衡汽轮机轴向推力的方法有两种：一是在汽轮机的高压端，加大轴封直径，增大蒸汽压力作用在高压轴封端面上的力，以平衡轴向推力。二是在多缸汽轮机中，将汽流安排成为相反方向的流动，以平衡轴向推力。比如，国产()万千瓦等级以上的汽轮机都布置成高、中压缸对置，低压缸分流，其目的都是为了抵消轴向推力。因为轴向推力的数值随负荷、蒸汽参数等运行工况条件而变，所以汽轮机必须设置推力轴承，以承担各项轴向推力平衡措施未平衡掉的轴向推力。二、多级汽轮机的损失与经济指标（一）多级汽轮机的内部损失多级汽轮机的内部损失除了以上已经介绍的喷管损失、动叶损失和余速损失以外，还有以下几种主要损失：(*汽流的撞击损失当汽轮机偏离设计工况运行时，整机焓降在各级中将重新分配而偏离级的设计焓降。由于"(#+*,(,!#-，从而使"(偏离设计值，在喷射角"(和圆周速度$不变的情况下，如果"(.设计值"(/，则#(0设计值#(/，产生冲角$##(1#(/0)，使进入动叶的相对速度产生了打击动叶片背部的速度分量%!(234$，造成了汽流的撞击损失。如图51(15(（6）所示。冲角$0)称为正冲角；$.)称为负冲角。图51(15(变工况下的速度三角形图相反，如果"(."(/，则#(.#(/，$.)为负冲角，使进入动叶的相对速度产生了打击·()7·
24www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统动叶腹部的速度分量，同样造成汽流的撞击损失。如图!"#"!#（$）所示。!%湿汽损失多级汽轮机的末几级，往往深入到湿蒸汽区工作，此时每千克蒸汽中含有（#"&）’(被凝结的小水珠，小水珠不仅自身不能膨胀加速，相反还需要蒸汽来推动，这就造成了蒸汽动能的损耗。不仅如此，凝结的小水珠具有较大质量，即使在蒸汽的推动下，其速度亦仅为蒸汽速度的#)*左右。即!水+!汽，在与汽流相同的喷射角!#和圆周速度"的情况下，"水,"汽，与图!"#"!#（$）所示一样，小水珠以正冲角进入叶栅，打击在动叶的背部造成撞击损失并且冲蚀动叶片。因此，湿汽造成损失的原因有三：一是，每千克蒸汽中，减少了（#"#）千克的汽参加膨胀作功，造成了损失；二是，水珠阻碍蒸汽流动消耗部分蒸汽动能，因而造成了损失；三是，小水珠打击动叶进口背部，造成撞击损失。可见，湿汽形成的损失是比较严重的。-%叶轮的摩擦、鼓风损失叶轮的摩擦损失：动叶轮四周都充满着具有粘性的蒸汽，当叶轮旋转时，带动四周蒸汽质点运动，而紧贴汽缸和隔板壁面的蒸汽质点速度为零，紧贴叶轮壁面的蒸汽质点速度为叶轮的圆周速度"，从而造成了蒸汽质点之间的速度差而形成了摩擦损失。如图!"#"!!所示。图!"#"!!叶轮摩擦、鼓风损失示意图叶轮的鼓风损失：蒸汽质点随叶轮一起绕轴旋转而产生离心力，由于靠近叶轮壁面的蒸汽圆周速度"大，则离心力亦大，而靠近隔板处的蒸汽圆周速度"小，离心力亦小。在这个离心力差的作用下，使叶轮四周蒸汽产生涡流运动，消耗叶轮的有用功，形成鼓风损失。如图!"#"!!所示。.%部分进汽损失·#)/·
25www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识在隔板的圆周上，只有一部分周长装有喷管叶栅的进汽方式称为部分进汽。在有部分进汽的级里（比如调节级），会产生部分进汽损失，它是由两部分损失组成，一是鼓风损失；二是弧端损失。（!）鼓风损失是当叶轮转至没有喷管叶栅的隔板弧段时，动叶片不进行蒸汽的动能转换成机械能的工作，而是像鼓风机那样，将那些不工作的蒸汽从一侧鼓到另一侧，从而，消耗了能量，造成了损失。（"）弧端损失是当叶轮转至有喷管叶栅的隔板弧段，从喷管喷出的高速汽流，首先将动叶中留有的滞汽加速推出动叶，因而消耗了一部分蒸汽动能，造成了斥汽损失。此外，叶轮动叶进、出有喷管叶栅的隔板弧段时，在进口和出口处都将对隔板和叶轮间隙处的蒸汽产生抽吸作用。在进口处，抽吸一部分不工作的蒸汽进入主汽流，干扰主汽流正常流动而形成损失。在出口处，抽吸一部分主汽流的蒸汽，从而减少了主汽流的汽量而造成损失。如图"#!#"$所示。图"#!#"$弧端损失示意图%&扇形损失设计动叶时，一般按动叶根部到顶部的一半作为叶轮的平均直径，依此计算圆周速度!’!"#，根据一定的喷管喷射速度$和喷射角!，作出动叶进口的速度三角形，求!!()得动叶的设计相对进汽角。由此可知，对于叶轮上的扇形动叶栅来说，动叶根部节矩"!*和圆周速度都较顶部小，设计动叶如果按叶轮的平均直径作为依据，势必形成动叶一半处以上部分节矩嫌大，相对进汽角"!*嫌小，即实际相对进汽角"!+设计相对进汽角"!*，从而形成正冲角而带来损失。相反，动叶一半处以下部分"!,"!*，形成负冲角造成损失。由于这样的原因造成的撞击损失称为扇形损失。（二）多级汽轮机的外部损失汽轮机的外部损失与内部损失不同，内部损失的大小直接影响汽轮机的排汽状态和·!)-·
26www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统热力过程，而外部损失与汽轮机的排汽状态和热力过程没有直接影响。它包括：外部漏汽损失和机械损失两种。!"外部漏汽损失汽轮机主轴从汽缸两端穿出，在主轴贯穿汽缸的部位虽设有轴封装置，但仍留有一定间隙，以防止动、静两部分发生碰撞。在高压端，轴封蒸汽向大气漏出；在低压端，轴封蒸汽的一部分向汽缸内漏入，而其余部分仍向大气漏出，以防止大气中的空气漏入冷凝器而降低真空度。漏汽不作任何有用功，因而造成了外部漏汽损失。#"机械损失汽轮机在运行时，克服主轴承和推力轴承的摩擦阻力以及带动主油泵、调速装置等都将消耗汽轮机的一部分有用功，这也是一种损失，称为机械损失。汽轮机的机械损失约占额定功率的$"%&!’，具有减速装置的汽轮机其机械损失就更大些。（三）汽轮发电机组的经济指标!"汽轮发电机组的相对电效率在一台没有损失的汽轮机中，蒸汽的理想焓降（等熵焓降）全部转换为机械功率!，(其大小为!()"#(式中，"为每秒流人汽轮机的蒸汽质量。在有损失的实际汽轮机中，由于存在内部损失，汽轮机所能发出的功率不是!而是内功率!，其大小为(*!*)"#$式中，#为汽轮机的有效焓降。则汽轮机的相对内效率为*!*#*!*)!)#（#+!+!,）((目前，国产汽轮机的相对内效率可达$"-&$".之间。由于汽轮机还存在外部损失，因而汽轮机输入发电机的不是内功率!而是有效功*率!，则机械效率应为/!/!0)!（#+!+!-）*一般机械效率为$".%左右。!0由于发电机中还存在磁滞、涡流、电阻以及机械损失，发电机发出的功率不是汽轮机的有效功率!而是扣除发电机损耗后的电功率!，则发电机效率为//1·!$-·
27www.plcworld.cn第一章汽轮机基本知识!#$（%&’&’(）!!"!#一般大功率发电机效率为)*(+左右。!!显然，汽轮发电机组相对电效率应为!#$!-!#!#$!#$"!"!·!·!"!-·!.·!!（%&’&%)）,,-#如果每小时流入汽轮机的蒸汽质量为"，则电功率为!#$""#,·!-·!.·!$（%&’&%’）%*汽轮发电机组的汽耗率和热耗率（’）汽耗率汽轮机每小时消耗的蒸汽量称为汽耗量"，根据式（%&’&%’）!#$""#,·!-·!%·!$汽轮发电机组每发出’度电（/0·1）所消耗的蒸汽量（/!）称为汽耗率&（/!2/0·1），则汽耗率&为"’&""（%&’&%%）!#$#,·!-·!%·!$从式（%&’&%%）中可以看出：、、等效率愈高，汽耗率越小；对高温高压汽轮发!-!.!!电机组其理想焓降#较大，因此其汽耗率较小。,（%）热耗率汽轮发电机组每发’度电（/0·1）所消耗的热量（/3或/45$）称为热耗率’，其单位为/32/0·（1或/45$2/0·1）。求出汽耗率后，便可用下式求得热耗率"（()&(67）’""&（()&(67）（%&’&%8）!#$式中(为新蒸汽的焓；(为锅炉给水焓。)67上式仅适用于凝汽工况。·’)(·
28www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统第二章汽轮机本体第一节汽轮机静止部分的结构一、汽缸汽轮机的汽缸是用来将调节汽室及喷嘴、隔板、轴封、滑销等连成一体，与汽轮机转子组成通汽部分，从而保证蒸汽在汽轮机内做功过程的基础部件。（一）汽缸的结构中小型汽轮机都是单层汽缸。整体呈圆柱形，由中分面将汽缸分为上下两部分。上半部叫上汽缸，又称为汽缸盖。下半部叫下汽缸。上下汽缸在接合面处用大螺栓连成一体。每半汽缸又分为高压缸（前汽缸）、低压缸（后汽缸）两部分，两者在垂直接合面处用螺栓连成一体。有的汽轮机在垂直接合面处还采用密封焊，以保证结合的严密性。垂直接合面在发电厂检修中一般不进行分解。根据结构需要，汽轮机的调节汽室有的和上汽缸铸成一体，如图!"!"#所示。该图为$%"&’(&)*’(+、$,%"&’(&)*’+-)*’!+、,&"&’(&)*’(+等型汽轮机上汽缸的结构。有的调节汽室单独成一部套，组合在上汽缸上，如&#"#!型、,!."-’-&)*’+-型等，都是这种结构形式。由于调节汽室在上汽缸，所以进汽管道和上汽缸相连，而抽汽管道、汽缸疏水管等和下汽缸相连。·##*·
29www.plcworld.cn第二章汽轮机本体图!"!"#汽轮机上汽缸#—调节汽室；!—前汽缸；$—后汽缸；%—垂直接合面；&—水平接合面；’—隔板槽；(—前轴封洼窝；)—后轴封洼窝如图!"#"#所示，在汽缸的前端有前轴封的搪孔，被称为前轴封洼窝(，在汽缸的后部，有后轴封的汽缸搪孔，被称为后轴封洼窝)。在制造中，汽封洼窝的尺寸及粗糙度要求都很严格。汽轮机在安装就位时，以前后轴封洼窝为基准，校正轴承座和发电机的中心位置。中小型汽轮机的汽缸多经铸造而成。对上、下汽缸水平接合面的严密性要求比较严格，当上下汽缸合在一起时，一般要求在水平接合面处*+*&,,塞尺不能塞入，在紧固部分螺栓后，要求*+*$,,塞尺不能塞入。若间隙大，严密性不好，水平接合面处则容易漏汽。大中型汽轮机的低压缸和排汽室，有的采用焊接结构。这是因为，随着机组功率的增大，低压汽缸的尺寸及质量也相应增大，铸造困难，质量不易保征。采用焊接结构，易于制造。为提高汽缸的强度，保证接合面的严密性，降低机组启动、停止和工况变动时的热应力，高压汽轮机及次高压汽轮机的隔板是通过隔板套与汽缸相连的。如-.#!"%+/0#+#)0*+#(型汽轮机的低压缸隔板、.!&")+)$0*+/)型汽轮机的隔板都是这种结构形式。大功率高压汽轮机的汽缸，还有的做成内外双层汽缸形式及无水平接合面的圆桶形。汽轮机启停运行方式不当、停机检修时在较高温度下揭缸、检修工艺不当等都会破坏接合面的严密性。若在制造过程中消除应力不充分，汽缸在经过长时间运行后，其水平接合面会产生变形。在不紧固螺栓时，其间隙有时可达*+!&1*+$&,,，甚至更大。·###·
30www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统如果汽缸水平接合面漏汽量较大，则会听到漏汽声。轻微的漏汽，可用冷铁板或玻璃板检查，即把它们贴近漏汽处，检查其表面上是否出现水珠。如果汽缸漏汽，则在汽轮机大修中分解汽缸后，会在接合面处发现漏汽冲刷的痕迹。汽缸在铸造时存在缺陷，处理得不彻底，出厂检查时又不仔细，经过数年后缺陷扩展为裂纹，也会发生汽缸漏汽。（二）汽缸及其螺栓的材质汽缸选用什么材质，主要取决于它的工作温度。低压缸的工作温度低，可采用焊接结构或铸铁件。温度在!"#$以下时，可采用%&!’()’、%&!"()#、%&*#(")、合金铸铁%&(!’()’+,-.等；温度高时，灰铸铁会产生蠕胀现象，因此不能使用。温度不超过*!#$时可采用/&)"("球墨铸铁。温度在)##0)"#$时，可采用铸钢12!"。但这种铸钢的热处理淬透性差，不能满足薄壁汽缸的强度要求。所以实际多用在不高于*##0*"#$的情况下。当温度在)##0"##$时，一般采用铸钢，牌号为12!!-3。温度在)##0"*"$时，普遍采用12!#+,-.或12!#+,-.4，如5*(*6)*7#6)8的前汽缸就是12!#+,-.。对于温度低于!"#0*##$的汽缸螺栓，一般采用*"或)"号优质碳钢。当工作温度在)##$以内时，采用中碳铬钼钢*"+,-.。当工作温度在"9#$以内时，可采用中碳铬钼钒钢!"+,-.4。当工作温度在""#$以内时，可采用!"+,!-.94。螺母的选材应比螺栓低一个档次，如螺栓选用*"+,-.:，螺母采用!#+,-.:。不同的材质，热膨胀系数不同，为防止因螺栓长期受力而咬死，要求螺母的硬度要比螺栓低!#—)#%5，这样可减少破损，并便于拆卸。（三）汽缸的支承和热膨胀中小型汽轮机的高压缸，多采用垂直的半圆法兰与前轴承座连成一体，如图!(!(!所示。在法兰面上，采用一只立销!和两只横销9定位，使其在汽缸受热而变形后，仍能和轴承座之间保持准确的中心位置。而低压缸的低压侧和汽轮机的中轴承箱铸成一体，低压后部由左右两个支承脚支在低压缸的座架上，如图!(!(*所示。+9!()687#68’及+;(*6)*7#6)8型汽轮机属于这种类型。汽缸和轴承座的连接支承方式很多，除上述支承方式外，还有以下几种：·99!·
31www.plcworld.cn第二章汽轮机本体图!"!"!汽缸的半圆法兰连接形式#—横销；!—立销；$—前轴承座；%—高压缸图!"!"$低压缸支承脚示意图高压缸与前轴承座以半圆垂直法兰连接，而低压缸用低压缸伸出的左右两只搭爪———习惯称为猫爪，支承在后轴承座上，如&$"$’%$()’*+#、&$"$’%$()’%*型汽轮机。猫爪支承如图!"!"%所示。图!"!"%猫爪支承示意#—猫爪；!—前轴箱；$—支承块；%—压块；,—螺栓；-—垫片·##$·
32www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统高、低缸均以半圆垂直法兰与前后轴承座连成一体，如!"#$%&$’(%)*+及!"#$%&$,(%&)型汽轮机就是这种连接支承方式。高、低汽缸均以猫爪支承在前后轴承座上，如-!+.#&%)’+%+*’(%+/型汽轮机。高压缸以猫爪支承在前轴承座上，而低压缸以左右侧伸出的支承脚支承在低压缸座架上，如--+.#$%&$’(%)*’(%&)型汽轮机就是这种情况。无论采用哪种支承连接方式，完全是根据机组结构设计和机组热膨胀的要求而定的。如图.#.#&所示的猫爪支承形式，其结构特点是构造简单。但由于猫爪处温度较高，在!、"、#、$各方向均留有膨胀间隙，一般情况下!0(%(&1(%("22，"0(%(&1(%(*22，#0.1$22，$0$22左右。如果检修中间隙调整不当，汽缸热膨胀受阻，会造成轴封间隙变化，引起动静摩擦。汽轮机在运行中的工作温度很高，引起的轴向膨胀量很大。而在调速级处喷嘴与叶轮的间隙只有+%(1+%322左右，因此汽轮机在运行中必须使汽缸和转子能按正确的方向自由膨胀，保证动静部分不被碰摩。为此在汽缸上设置一套引导汽缸按预定方向膨胀的滑销系统。（四）汽缸的滑销系统就每台汽轮机的滑销系统而言，都有一个点（多缸汽轮机可有两个），不管汽轮机的汽缸怎么向前后左右膨胀，这个点的相对位置却不变，这个点叫做汽缸膨胀的死点。汽轮机的滑销系统如图.#.#3所示。在该系统中有纵销、立销、横销等。纵销位于轴承座滑动接触面上，导引轴承座和汽缸沿轴方向膨胀；横销位于轴承座、汽缸座架滑动接合面及猫爪处，导引轴承座或汽缸沿横向膨胀，并与纵销配合决定汽缸膨胀的死点；立销位于汽缸和轴承座连接处，导引汽缸沿垂直方向膨胀。图.#.#3汽轮机的滑销系统+—纵销；.—横销；$—前缸立销；&—后缸立销；3—猫爪横销各滑销与其槽的配合上，要求有一定的间隙，并且在精密加工之后，由钳工精研配·++&·
33www.plcworld.cn第二章汽轮机本体制。滑动面要求光洁，无锈斑及毛刺，以保证自由定向膨胀。滑销系统发生故障，会妨碍机组的正常膨胀，严重时会引起机组的振动，甚至使机组无法正常运行，这在发电厂的运行史中是有案可查的。汽轮机的滑销系统是一个简单又易被忽视的环节，但其利害关系却举足轻重。图!"!"#中，!点为汽缸膨胀的死点，该死点位于低压下汽缸与基础台板间，由两个横销!和后缸立销$所确定。汽缸在受热时以!为死点向前膨胀，通过两个猫爪横销#推动前轴承座，使其沿纵销%向前滑动。汽缸在横方向以!为死点，按横销!导引的方向，向左右膨胀。汽缸在垂直方向上，在立销&和$的导引下上下膨胀。这里顺便提一下，汽轮机转于是以推力轴承定位，沿轴方向膨胀的。图!"!"’为(&"&)$&*+)$,型汽轮机的滑销系统，其汽缸膨胀的死点位于后轴承座中央。单缸汽轮机的推力轴承多在前轴承箱内，因此汽轮机转子的膨胀方向，是从高压侧向低压侧膨胀。图!"!"’(&"&)$&*+)$,型汽轮机滑销系统%—前轴承座纵销；!—后轴承座纵销；&—横销；$—后汽缸立销；#—猫爪横销；’—死点为保证轴承座及后汽缸的支承脚能沿规定方向膨胀，其固定螺栓与螺纹孔之间，以及紧定螺母与垫片之间，均留有一定的间隙。图!"!"-所示是(’"&)$&*+)$,型汽轮机前轴承座架锁紧螺母、螺栓膨胀间隙图，其中".+)+/0+)+!，#.&，$.-。二、隔板和喷嘴组在冲动式汽轮机中，蒸汽热能转变为动能的过程是在喷嘴中发生的。蒸汽流过变截面的喷嘴汽道之后，体积膨胀，压力降低，流速增加，然后按一定的喷射角度进入动叶片中做功。汽轮机汽缸中的隔板是由隔板外缘、喷嘴、隔板体构成的圆形板状组合件，如图!"!"/所示。汽缸内一级隔板与其后的一级叶轮组成一个压力级。隔板分为上下两个半圆，在中分面上有定位键，以保障上下隔板组成一体。·%%#·
34www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"!"#前座架锁紧螺母、螺栓间隙示意图$—螺栓；!—螺母；%—球面垫片；&—前轴承座；’—前轴承座导板图!"!"(隔板$—隔板外缘；!—隔板体；%—喷嘴在汽轮机中，通常将装在调节汽室上的喷嘴组合体简称为喷嘴组，如图!"!")所示。它是由喷嘴组外缘、喷嘴及喷嘴组内缘所组成的。下边将对喷嘴组及隔板进行详细的讲述。图!"!")喷嘴组$—喷嘴组外缘；!—喷嘴；%—喷嘴组内缘·$$*·
35www.plcworld.cn第二章汽轮机本体（一）喷嘴组图!"!"#$所示为%&"&’(&)$’(*汽轮机的喷嘴组。该喷嘴组是用固定螺栓+紧固在调节汽室上。喷嘴与其后复速级第一列动叶片间的间隙仅为#,,。为了能调整喷嘴出口与第一列动叶片间的间隙，以及保证喷嘴组与调节汽室接合面的严密性，在喷嘴与调节汽室接台面间，加有#,,厚的#-.#/01*21不锈钢垫片!。为防止固定螺栓+松动，在每只螺栓下均有舌状止退垫片3，其材质也为#-.#/01*21。图!"!"#$%&"&’(&)$’(*型汽轮机喷嘴组#—外环；!—垫片；&—外围带；(—内环；+—固定螺栓；3—止退垫；4—喷嘴静叶片；/—内围带该喷嘴组由!(个喷嘴组成，为了适应该机以四个调速汽阀控制负荷的需要，用分隔板将!(个喷嘴分为四组，使每个调速汽阀控制一组喷嘴，如图!"!"##所示。第一调速汽阀的蒸汽进入!室，它控制+个喷嘴；第二调速汽阀的蒸汽进入"室，它控制3个喷嘴；第三调速汽阀的蒸汽进入#室，它控制4个喷嘴；第四调速汽阀的蒸汽进入$室，它控制3个喷嘴。图!"!"##喷嘴组的分段汽轮机通过各个调速汽阀，控制各自的喷嘴，达到控制汽轮机进汽量的目的，从而使·##4·
36www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统机组启动时能平稳地控制转速，并入电网后稳定地调整负荷。不同形式的汽轮机，其喷嘴与调节汽室的连接方式也不同。如图!"!"##所示喷嘴组直接装在调节汽室上的方式，只用在小机组，其结构简单，但致命的缺点是变工况时喷嘴室会产生较大的热应力，垫片（见图!"!"#$中的!）处容易漏汽，喷嘴组长时间不拆卸，螺栓容易“咬扣”，而且螺母就在调节汽室上，一旦损坏，修理非常不便。大中型机组特别是高压汽轮机组，每只调速汽阀和其控制的喷嘴各自组成一个和其它汽阀互不相通的汽道———单独的喷嘴室。如图!"!"#!所示。进汽室、喷嘴室与汽缸分开。进汽室、喷嘴室与对应的调速汽阀也分成四个单独部分。这种结构的喷嘴室，在制造时是先从汽缸内装入喷嘴室，调好位置，定好径向、周向的导向键后，将喷嘴室和汽缸焊在一起的。这种结构的特点是：图!"!"#!高压汽轮机的单独喷嘴室#—进汽室；!—喷嘴室（#）汽缸形状简单，便于铸造和加工。（!）进汽室、喷嘴室沿圆周对称布置，受热均匀，减小了热应力。（%）高温高压蒸汽只和进汽室、喷嘴室接触，而汽缸承受的是调节级后的温度、压力，所以，汽缸可以用低一级的材料制造。（&）喷嘴室与汽缸间有径向及周向的导向键，当喷嘴室受热膨胀时，可按预定方向膨胀，而不影响喷嘴室和汽缸间的对中，也可避免喷嘴室和汽缸间产生的附加热应力。·##’·
37www.plcworld.cn第二章汽轮机本体（二）隔板汽轮机隔板按制造方法来分，可分为铸造隔板、焊接隔板、组合式隔板三种。!"铸造隔板铸造隔板如图#$#$!%所示。根据使用的材料不同，铸造隔板又可分为铸铁隔板和铸钢隔板。图#$#$!%铸造隔板（&）铸造隔板构造（；’）具有倾斜中分面隔板（；(）具有水平中分面隔板当工作温度为#%)*#+),时，使用铸铁隔板，使用的材料为-.!/$%0、-.#!$1)、-.#1$11等；工作温度不超过%)),时，可采用珠光体铸铁-.#/$1/或球墨铸铁2.1+$+；当工作温度为%))*%+),时，采用铸钢隔板，如34%)、341)等。不论是铸铁隔板还是铸钢隔板，其静叶片（也叫导叶）都是用铣制、冷拉、模锻以及爆炸成型等方法制造的。铸造隔板较难处理的是隔板的中分面，因为喷嘴要在中分面处被剖开。铸造隔板时，在中分面处铸入的是一个完整的导叶。在上下半隔板组合加工前，要将每半隔板中分面处多余的导叶切掉，这样，在上下隔板中分面处便是由不同的导叶组成一个完整的汽道，这就难免有偏差和不吻合之处。如图#$#$!%（’）所示，从图中可以看出，喷嘴汽道吻合得不好，并且!所示的部位其牢固性也较差，如在运行中掉下来，则会造成事故。·!!5·
38www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统为克服这一缺点，在有些汽轮机中，不剖开隔板中分面处的喷嘴，而把中分面制成按喷嘴汽道分割的斜面，如图!"!"#$（%）所示。铸造隔板的加工和制造比较容易，成本低，但汽道表面粗糙度高，汽流在喷嘴中摩擦损失大，因此铸造隔板多用于汽轮机的低压部分。!&焊接隔板最早在汽轮机中使用的都是铸造隔板，我国生产焊接隔板还是在上世纪’(年代。如果焊接工艺采用不当，隔板会产生变形。同时，在内外围带上冲制具有静叶形状的孔眼时也很费力，参看图!"!"#)中!—!剖面。但焊接隔板的汽道光滑，加工也比较容易，所以在现代汽轮机中获得了广泛的应用。如*$"$&)$+(&),型汽轮机全部采用焊接隔板，-’"$&)$+(&),型汽轮机前几级隔板也采用焊接隔板，-*#!")&,+#&#.+(&#/型汽轮机全部采用焊接隔板。图!"!"#)焊接隔板#—静叶片；!—外围带；$—内围带；)—焊肉；0—外缘；’—隔板体；/—隔板汽封；.—汽封环形室焊接隔板的结构如图!"!"#)所示，它是将经过铣制、冷拉、模锻、精密铸造等工艺制造的导叶#，焊在内外围带$和!之间。在围带上预先冲制成具有导叶的形状。将焊制成的喷嘴弧焊在隔板体’和隔板外缘0上，这样，就组成了焊接隔板。由于蒸汽压力较高，比容较小，因此汽轮机高压部分隔板的导叶的高度都不大，为了不使导叶相对高度"+#太小（"为导叶高，#为导叶宽）而导致效率降低，在焊接隔板中采用宽度较小的静叶片。由于结构及强度上的要求，隔板又不能做得过分单薄，因此，隔板·#!(·
39www.plcworld.cn第二章汽轮机本体体便比导叶宽许多，这样，就在隔板入口侧没有导叶的流道部分，设置一些导流筋，如图!"!"#$所示，这些导流筋可焊在隔板体与外缘间的汽道内，如图!"!"#$（%），也可以和隔板体及外缘制成一体，如图!"!"#$（&）。’("()*(+,)*-汽轮机的隔板就是这种结构。虽然导流筋的数量远比喷嘴少，但也对汽流有阻力。图!"!"#$焊接隔板导流筋（%）导流筋和隔板体分开（；&）导流筋和隔板体成一体焊接隔板也有两种结构，图!"!"#*属于导叶加内外围带的组合焊接结构，而图!"!"#$（&）属于喷嘴与隔板体直接焊接的结构。()组合式隔板这种隔板是将铣制的喷嘴铆接在隔板体和外缘之间制成的。其优点是喷嘴表面光洁，因此可以减少喷嘴损失，提高效率。但采用这种隔板加工成本高，隔板强度也不如焊接隔板，喷嘴与喷嘴间接合面严密性也较差。因此这种隔板的使用有较大的局限性。以上介绍了三种形式的隔板，从铸造、组合到焊接隔板的演化过程中，无非是力求降低喷嘴的表面粗糙度，提高热效率，从结构上提高隔板的刚度和强度。但除制造上的原因外，影响隔板热经济性的还有另外一些因素，如在汽轮机安装及检修中使隔板汽道和动叶汽道在径向对中，以保证喷嘴和动叶片间有一个合理的重叠度；使汽流无撞击地进入动叶片，不产生汽流的散射和涡流；按设计要求调整好隔板喷嘴与动叶片的轴向间隙；尽可能地消除上下隔板中分面处的漏汽，以及减少隔板汽封的漏汽。这里应注意，由于隔板汽封在燕尾槽处的密封性较好，有时会造成隔板汽封环形室（见图!"!"#*中.）中的汽压低于汽封齿处的汽压，在此压差的作用下，汽封漏汽间隙增大。为克服这一毛病，在隔板汽封环形室的前侧钻一直径为(/$00的小孔（见图!"!"#*及图!"!"#$），使汽封块内外压力均衡，保持合理的汽封间隙，减少漏汽。为保证上下隔板中分面的严密性，一般隔板中分面的宽度不小于(,/*,00。在安·#!#·
40www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统装时，要求上隔板能自由下落到下隔板中分面上。在设计隔板时，要对隔板的强度和刚度进行校核。若隔板挠度大，对动静间隙较小的汽轮机在安全运行上是一个威胁。隔板体的厚薄既决定于强度，也决定于刚度。但有时低压隔板的厚度比按其强度和刚度要求的厚度大许多，这是因为两级叶轮距离较大，用隔板充填过大的空间，以减少蒸汽的容积，降低摩擦损失。（三）隔板在汽缸中的支承定位小型汽轮机的隔板多装在汽缸内的隔板槽中，为了保证隔板在受热时能自由膨胀及拆装方便，隔板在其槽的径向及轴向都有一定的间隙。隔板上的喷嘴和动叶片间的轴向间隙都很小，为保证汽轮机安全地工作，对隔板的支承和定位，必须采取一些稳妥的办法。!"隔板采用销钉支承定位隔板采用销钉支承定位的情况如图#$#$!%所示。在隔板的外缘上，辐向装有%&’个圆形销钉，使销钉的顶部抵在隔板槽的底部，将隔板进行径向定位。调整隔板径向位置时，可以相应地增加或减小销钉的长度。在隔板上蒸汽的入口侧，也装有%&’个圆形销钉，其顶端支承在隔板槽的侧壁上，将隔板进行轴向定位，调整此销钉的长短，可调整隔板与隔板槽之间的轴向间隙。图#$#$!%隔板采用销钉支承定位销钉直径可根据其受力情况加以选择，一般在!(&#())之间。销钉的结构可有两种形式，如图#$#$!%的结构为螺钉。先将此螺钉加工得长一些，顶端开有螺丝刀口，拧入隔板后，按所需的长度将尾端去掉。另一种为圆柱销钉，按需要的尺寸加工好后，用锤钉入隔板外缘体内，再按隔板槽研配。为排泄销钉孔内的空气，沿销钉的纵向开有成·!##·
41www.plcworld.cn第二章汽轮机本体!"#的$形槽。%&隔板采用悬挂销和键支承定位在汽轮机中，隔板采用悬挂销支承定位的形式有很多种。其基本原理是：下隔板的上下位置，靠悬挂在中分面处两个悬挂销（左右各一个）支承在汽缸特制的凹槽中，用调整悬挂销的厚薄、位置等方法，调整隔板上下位置。悬挂销如图%’%’()所示。悬挂销和隔板的连接可以采用螺钉，也可以直接焊在钢质的隔板上，以免去使用螺钉固定的麻烦。图%’%’()隔板在汽缸上采用悬挂销支承示意在图%’%’()详图!中绘出了悬挂销的三种结构。其中结构!及"的悬挂销，处于水平中分面偏下的位置，悬挂销固定在隔板上。而结构#的悬挂销固定在汽缸上。下隔板左右方向的位置，用隔板下方的定位键"加以定位，该键用螺钉固定在汽缸的键槽内，键可以是倒*形，也可以是长方形的平键。上隔板用销钉通过圆销块固定在上汽缸上，如图%’%’(+所示。该销和隔板之间留有膨胀间隙，以保证隔板能自由膨胀，并使上隔板自由地落在下隔板之上，使隔板中分面紧密地接合。为增加隔板的刚度和增加隔板中分面的严密性，在隔板中分面上，一般都设有平键。该平键装在下隔板中分面的键槽内，并以螺钉固定。在上隔板的中分面上，有一个和该键配研得很好的键槽，当上隔板落座在下隔板上，中分面贴紧之时，从下隔板中分面突出的平键，也正好落嵌在上隔板的键槽之中。为保证上下隔板的整体性，防止上下隔板横向错位，有时在隔板入口侧的中分面处，加装横向定位销或定位键，如图%’%’(!所示。由于上隔板是由销钉通过销块和上汽缸连在一起的，所以在起吊上汽缸时，上隔板便和上汽缸一同吊起。·(%,·
42www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"!"#$上隔板定位销图!"!"#%上下隔板横向定位销及定位键（&）定位销（；’）定位键三、轴封及隔板汽封汽轮机高压端轴封称为高压轴封，在单缸汽轮机中，也称前轴封。低压端轴封称为低压轴封，在单缸汽轮机中也称为后轴封。装在隔板汽封槽中的汽封称为隔板汽封。不论是轴封还是隔板汽封，其构造及外形大同小异，阻汽原理一致。轴封和隔板汽封统称为汽封。（一）齿形汽封的工作原理在现代汽轮机中，最常见的汽封是弹性齿形汽封，它是由许多尖齿和两齿之间的环形汽室所组成的，如图!"!"!(所示。图!"!"!(齿形汽封·#!)·
43www.plcworld.cn第二章汽轮机本体汽封齿有高有低，正好和轴封套上的高低台阶相对应。漏过轴封的蒸汽就在这曲折的路径上流过，所以这种齿形汽封又称为曲径汽封。蒸汽流过汽封齿尖的最小间隙处，通道面积变小，流速加快、压力降低。蒸汽进入汽封齿后边的汽室，容积突然扩大，产生涡流和碰撞，动能全部消耗，转为热能，在此压力下自行加热，其焓沿等压线又恢复到原来的数值。可见蒸汽通过汽封的过程是压力逐渐降低、焓值保持不变的节流过程，如图!"!"!#所示。蒸汽在汽封前压力为!，温度为"。$$通过一道汽封齿后，压力降至!，然后在第一道汽封齿后的汽室里，蒸汽又在等压下自行#加热到原来的焓值。每经一道汽封齿，就重复一次上述过程，直至蒸汽压力降至汽封后边的压力!。可见，每道汽封齿都分担一部分压降。因为各汽封齿尖间隙!与齿尖对应%的环形面积都大致相等，即##&!$#!##!&!$!!!所以!#&!!&"##&#!&#图!"!"!#芬诺曲线由连续方程可知，通过各个汽封齿环形面积的流量"%都相等。其表达式为’"%’&&#’随着蒸汽在汽封内压力的降低，焓降、比容逐级增大，流速&必然越来越高，如图!"!"!#所示的($)*⋯线称为等流量%’线或芬诺曲线。#&由方程"%’&可知，为减少轴封漏汽量，可以减少漏汽面积#，即减少漏汽间隙’!。但!太小，会发生汽封齿与轴之间的摩擦，引起事故，故!一般在$()*+$(*’’之间。减少漏汽量的另一方法是降低蒸汽的流速&，由于流速与汽封齿两侧的压差有关，汽封齿越多（当然超过临界值后就不行了），每个齿分担的压降就越小，蒸汽流过齿隙的流·#!*·
44www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统速就越小，漏汽量也就越小，这就是齿形汽封能减少漏汽的原因。（二）汽封的种类、构造和材质早期汽轮机的汽封有碳精汽封和固定式齿形汽封两种。这两种汽封在现代汽轮机中已被淘汰，现在采用的汽封都是弹簧式的金属汽封。弹簧式汽封也有多种形式，如图!"!"!!所示。图!"!"!!各种类型汽封示意#—汽封块；!—汽封套；$—弹簧片纵树状汽封最大的优点是允许动、静之间有较大的轴向位移，汽流阻力大，阻汽效果好，在相同的汽封齿数情况下可缩短端部轴封的轴向尺寸。纵树状汽封块一般都用于高压汽轮机组上，故这里不做详细介绍。图!"!"!!（%）所示为“&”形汽封齿的汽封。先在汽封块上车好凹槽，再将弯制好的汽封片下到槽内，然后用弯制好的金属捻条，将汽封片捻在槽中，把凹槽收口铆牢。其静止部分为“&”形汽封齿，转动部分为带有台阶的汽封套。有些小型汽轮机，其轴封不论静止部分还是转动部分，都采用“&”形汽封齿。该汽封齿用厚’($))的#*+#,-./0.弯制，捻条也是使用直径约#(1))的#*+#,-./0.钢丝轧制。这种汽封的特点是结构简单，效率高，汽封片薄，柔性好，易变形，即使发生动静摩擦，产生的摩擦热也不大，因此比较安全。图!"!"!!（2）是常用的隔板汽封结构。在汽封块上先车好汽封齿槽，在汽封槽的·#!3·
45www.plcworld.cn第二章汽轮机本体端侧钻有小孔，一般直径为!""左右，将预制好的汽封齿插入槽中，用特制的冲子从孔眼处冲打，汽封片便牢固地和汽封块形成一体，这种汽封齿由两片金属片组成，迎着汽流方向的第一片为软金属材料制成，温度不高时可以铜片作为汽封齿用；后边的一片比第一片短，由#$号钢制成，用来增加汽封片的刚度。图#%#%##（&）所示的汽封块是一种较常用的汽封形式，汽封齿和汽封块由同一材料整体轧制而成。为满足汽封齿耐温、抗蚀、韧性高的需要，整体都要用好材料制做，如黄铜、镍铜，其造价较高。为了将汽封片和汽封块用不同材料分开制做，汽封才发展成图#%#%##（’）所示的形式。汽封的材料根据不同的工作温度可分别采用黄铜、镍青铜、镍片、()*(!、(+)*,-.及()*(/01231等。汽封间隙要选取适当，要兼顾阻汽效果和安全性，不可偏废。在发电厂中，因汽封间隙小而造成机组振动，使主轴弯曲的，都有先例；因汽封间隙大导致漏汽很大者，更是屡见不鲜。汽封间隙一般按下列数值调整：高压汽封，如图#%#%##（4）及（5）的结构形式，汽封径向间隙为$6(+7$6!""，图#%#%##（&）、（’）结构形式，可取径向间隙为$6#7$68""；低压汽封，径向间隙一般为$6!7$69""。汽封间隙的大小，除考虑汽封本身的结构外，还应考虑汽轮机转子的结构情况。对于整体锻制的转子，汽封的径向间隙可以取为$6!7$6+""；对于长度大的挠性转子，还应考虑挠度的影响。另外还与汽封套的直径有关，根据经验，一般汽封径向间隙可按下式选取，!:$6$$(7$6$$(#"#:$6$$(!7$6$$(;"式中："为汽封齿对应的轴径，""。!、#、$、%的意义请参看图#%#%#!。汽轮机在冷状态下汽封齿轴向间隙$及%不应相等，因为汽轮机在启动中，汽缸与转子间有温差，转子的膨胀要大于汽缸的膨胀，若转子的膨胀方向如图#%#%#!中所示，则间隙%要比$大，具体数值视转子与汽缸胀差的大小而定。图#%#%#!汽封间隙简图·(#9·
46www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统（三）汽封弹簧片汽封的好坏对汽封漏汽量的影响较大，但弹簧汽封在完成阻止漏汽的过程中，弹簧片起着重要作用，它使汽封块在活动范围内向轴心靠拢，保证汽封齿有一理想的最佳间隙。另外，弹簧片可使汽封块的燕尾紧贴在燕尾槽的内壁上，增加燕尾槽处的密封性。再者，一旦汽封和轴套相碰，汽封块可以做径向移动，减轻动静间的摩擦。总之，要求汽封弹簧片有适度的刚性，太软或太硬，都不能保证上述功能的实现。有些弹簧，在冷状态弹性尚可，在机组运行中，弹簧一受热，刚度便明显降低，甚至完全失去弹性。采用销子与汽封块连接的弹簧片如图!"!"!#中!、"所示，钻孔后的弹簧片强度减弱，有时会从销孔处断裂。图!"!"!#汽封弹簧片为了增加弹簧片自身的强度，改变弹簧片和汽封块的连接方式，将弹簧片做成十字形，使两侧的突肩嵌在汽封块燕尾槽的开口中，实现弹簧片和汽封块的连接，如图!"!"!#中的#所示。将弹簧片弯出一个圆角。嵌在汽封块背后相应的圆槽里，实现弹簧片和汽封块的连接，如图!"!"!#中$所示。#和$两种弹簧片强度较好，但加工费时。为了使弹簧片在使用中能保持良好的性能，必须适当选用弹簧片的材质。当温度在#$$%时，可选用&’()&或#’()&。工作温度为*$$%时，可采用+$’()+,!-。对不同的材料采用不同的热处理方法，以改善弹簧片的机械性能。·)!.·
47www.plcworld.cn第二章汽轮机本体四、轴承汽轮机的轴承按其受力的方式可分为支持轴承和推力轴承两种。（!）支持轴承用来支承汽轮机转子的重力，保持动静件中心一致，从而保证动静件之间的辐向间隙在规定范围。（"）推力轴承用来平衡转子的轴向推力。确立转子膨胀的死点，从而保证动静件之间的轴向间隙在设计范围内。为保证轴承正常工作，必须向轴承供润滑油，下面分别讲述轴承的结构及其润滑原理。（一）支持轴承的种类及润滑!#支持轴承的种类支持轴承又叫主轴承。根据其结构不同，又可分为圆筒形轴承和椭圆形轴承、多油楔轴承和可倾轴承等。在中小型汽轮机中，多数应用圆筒形轴承和椭圆形轴承。汽轮机是高速运转的机械，随着功率的增大，转子的重力也在增大，因此支持轴承的荷重也越来越大。轴承的烧损，振幅的增高，是支持轴承频发的事故。"#支持轴承的润滑原理支持轴承是采用压力供油方式进行润滑的。对润滑油质及供油温度都有一定的要求。润滑油除了能在轴颈和轴瓦间形成油膜，建立液体摩擦外，还能对轴颈进行冷却，带走因摩擦而产生的热量。同时，对轴承也是一种清洗，能把轴承在半干摩擦中产生的乌金粉末等带走。轴承在运行中，按其润滑情况可分为干摩擦、半干摩擦、半液体摩擦、液体摩擦等四种情况。转子在静止状态时，轴颈和轴承间不存在油膜，因而汽轮机转子刚转动时，轴承与轴颈属于干摩擦状态。转子转动后，随着转速的增高，附着在轴颈上的油被带到轴颈和轴承之间，这时轴承与轴颈属于半干摩擦状态。转子的转速进一步升高，轴颈和轴承表面大部分面积被润滑油层分开，这时轴承表面与轴颈属于半液体摩擦状态。转子达到一定的转速后，轴颈和轴承间出现了稳定的、具有一定厚度的润滑油膜，这时在轴承内轴颈与轴承表面的摩擦是润滑油层之间的摩擦，属于液体摩擦状态。研究轴承润滑的目的，就是要避免发生干摩擦和半干摩擦，减少半液体摩擦，使轴承处于良好的液体摩擦状态。·!"$·
48www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统汽轮机的轴颈总是比轴承内径小。轴颈静止时落在轴承的最下方，如图!"!"!#（$）所示，这时轴颈和轴承间形成一个楔形间隙。进入轴承中的润滑油充满了楔形空间，并渗透到轴颈下方，但在这里不形成油压。图!"!"!#油膜形成示意图（$）轴颈静止时与轴承的位置（；%）轴颈中心随转速变化的轨迹当汽轮机转起来之后，由于润滑油有粘性，贴在轴颈上的一层润滑油便和轴一起同速转动，这层油又牵扯下一层油一起旋转，轴承内的润滑油就这样层层带动旋转起来。但由于润滑油内层与层间内摩擦阻力的存在，从轴表面算起，由内到外，圆周速度越来越小，贴在轴承内表面上的油，其圆周速度为零。和轴一起转动的润滑油，不断地被从楔形间隙的宽口部分带向楔形的底部，润滑油被聚积在狭窄的楔形间隙中，形成一定的压力，随着汽轮机转速的升高，带入楔形间隙中的油也增多，形成的油压也增高。当油压对轴的浮升力大于该轴颈的荷重时，轴颈被抬起。这时轴颈和轴承便不直接接触———它们之间被一层高压稳定的油膜隔开，轴颈悬浮在油膜上，实现了轴颈和轴承间的液体摩擦。轴的转速越高，油膜的内压力也越大，轴颈也就被抬起得越高，轴心在轴承内便处在较高的偏心位置，当汽轮机转速无穷大时，理论上讲，轴颈中心便与轴承中心重合，如果将轴颈中心位置随转速变化的情况绘制成曲线，其轨迹近似一个半圆曲线，如图!"!"!#（%）所示。油膜的最小厚度!是随轴承负荷的减少、润滑油温度的降低、润滑油粘度的增加和&·)(’·
49www.plcworld.cn第二章汽轮机本体汽轮机转速的提高而增大的。实践证明，圆筒形轴承的承载能力与轴颈的圆周速度及润滑油的粘度系数成正比，且随着油膜厚度!的减少而增加。在一定的!下，其承载能力随着轴承相对间隙的!!!增加而下降，随着轴承宽径比""#的增大而增大，在一定的""#时，随着轴承直径的增加而增大。这里说的轴承相对间隙为$$%!#%式中$———轴承的半径，%%；%———轴颈的半径，%%。轴承的宽径比""#中，"为轴承的长度，#为轴承的直径。""#增大，虽然能增大轴承的承载能力，但"的增大意味着汽轮机轴向尺寸的增加，同时"增加太大，不利于轴承的冷却，反而会降低轴承的承载能力。&’支持轴承的结构在中小型汽轮机中，支持轴承最常用的是圆筒形轴承和椭圆形轴承。两者的外观没什么大的区别，只是轴承的顶部间隙和两侧间隙不同。如果轴颈直径为&（参看图($($()），则对于圆筒形轴承图($($()轴颈和轴瓦的配合（*）圆筒瓦（；+）椭圆瓦（；,）轴颈与轴承的接触面·-&-·
50www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统""顶部间隙为!!#$$$"每侧间隙为#!#$$$"轴承内孔直径为"%"#$$$对于椭圆形轴承"顶部间隙为!!#$$$""每侧间隙为#!#$$$轴承内孔直径"上下为"%#$$$""左右为"%"&#$$$椭圆形轴承，在其上部和下部，形成两个对称的油楔，压力油膜相互作用，油膜稳定性较好，使垂直方向抗振性能增加。支持轴承，按其瓦胎在轴承座内的支持方式，可分为固定式和自位式（球面）轴承两种。前者瓦胎的外表面为一柱形，后者瓦胎的外表面为球面。球面自位式轴承，可以随转子挠度的变化而自动调整中心，保证轴颈与轴瓦接触良好，从而保证沿轴承全长度的负荷分配均匀。轴颈与轴承的接触角度一般为’$(左右。轴颈与轴承的接触面配合状况如图")")"（’*）所示。它是在电厂中由安装或检修人员精心研合的。一般要求接触面积不小于+,-，且成点状均匀接触。支持轴承的瓦胎，其外表承力面落座在轴承座上的轴承洼窝之中。对球面轴承，在轴承与轴承座之间，还要多一个球面瓦枕，球面轴承调整中心用的垫铁设置在瓦枕上。支持轴承的外形大同小异。如图")")"+所示，它是由上下两部分组成。两部分之间通过左右定位螺栓#,及定位销#’加以固定。上下轴承的瓦胎由铸铁铸造后加工而成，在与轴接触的内侧挂满乌金。乌金一般采用./0102##)’。为了使乌金和瓦胎之间结合牢固，在浇铸乌金的瓦胎内壁上，开有纵横交错的燕尾槽，并在浇乌金的瓦胎表面挂一层焊锡。·#3"·
51www.plcworld.cn第二章汽轮机本体图!"!"!#支持轴承外形$—上轴瓦；!—下轴瓦；%—乌金；&—前油挡；’—后油挡；(—油挡螺栓；#—上瓦垫铁；)—垫铁螺钉；*—垫铁定位销；$+—油度计插孔；$$—下瓦右侧垫铁；$!—下瓦左侧垫铁；$%—左侧进油孔；$&—右侧进油孔；$’—轴瓦螺栓；$(—轴瓦定位销；$#—进油坡；$)—排油槽为校正汽轮机中心的需要，在轴承上都设有调整垫铁，有的垫铁在轴承上成*+,布置，左右侧水平接合面处各设一块，在上下部垂直方向也各设一块，如图!"!"!#所示。-%"%.&%/+.&*、0("%.&%/+.&*型汽轮机的支持轴承都是这样设置的。也有的汽轮机轴承设有多块垫铁，除上下垂直方向设有垫铁外，在上下轴承与水平面成某一角度（!+,1%+,）的左右两处各设一块垫铁。为保证润滑油进入轴承，在轴承上开有进油孔$%、$&，在下瓦进油侧和排油侧的乌金表面上都开有油坡。为防止润滑油从轴端漏出，在轴承的前后端面处均设有油挡&、’。在下轴承、油挡和轴承端部构成排油槽$)，在其下部设有排油孔，将轴承的排油导入轴承箱内。轴承在轴承座上安装要有一定的过盈量，也就是说，在扣上轴承盖后，轴承盖在水平·$%%·
52www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统接合面处要一个很小的间隙，当拧紧轴承盖上的螺栓后，这一间隙因轴承盖的弹性变形而消除，以此使轴承盖紧紧地压在轴瓦上。该过盈量一般用压铅丝方法进行测量。对圆筒形轴承过盈量一般为!"!#$!"%&’’，对球面轴承一般为!"!($!"!&’’（最大可到!"!)’’），但也有的制造厂要求此为零。（二）推力轴承%"推力轴承的结构在单缸汽轮机中，推力轴承和前部主轴承（支持轴承）多制成一体，称为径向止推联合轴承，如图*+*+*)所示。这是在汽轮机中最常见的结构形式。在球面支持轴承%的前半部分为推力轴承。图*+*+*)径向止推联合轴承%—支持轴承；*—瓦枕；(—推力盘；,—推力瓦工作瓦片；&—推力瓦非工作瓦片；-、#—推力轴承调整垫；)、.—前后油挡；%!—弹簧支板；%%—推力瓦进油孔；%*—温度计插孔；%(—油封环汽轮机在工作中，轴向推力是通过推力盘(传至推力轴承的工作瓦片,上。另一侧的非工作瓦片&只是承担偶然发生的反向推力。推力瓦的瓦胎，有的用/012%(+!"&或/03%.+*牌号的铜制成，也有的用,&号钢制作，在与推力盘接触的推力瓦块接触面处浇有乌金，其厚度一般在%"&’’左右。推力瓦块的块数一般在)$%-块。工作瓦块和非工作瓦块的数目大多不相等。工作瓦块较大，其块数较非工作瓦块少，在每块瓦块的背面有一条摆动筋，以销柱在瓦块的支持环上定位，如图*+*+*.所示。但也有一些机·%(,·
53www.plcworld.cn第二章汽轮机本体组的推力瓦块是以摆动棱线或摆动支点支承在支持环上。如果以摆动筋为界，则其进口部分的面积总是要大于出口部分的面积。只有这样，才能在推力的作用下，使推力瓦块与推力盘间形成油膜所需要的油楔。但也有的机组，其推力轴承不是瓦块，而是制成半圆环形推力块。在推力环上制成!"#$块下方相连的瓦块，如图%&%&’$所示。图%&%&%(推力瓦块#—推力瓦摆动筋；%—销孔图%&%&’$推力环推力环上的瓦块，底部%)’开有沟槽，只有#)’和环体连在一起，这样的构造可保证瓦块有一定的弹性；瓦块悬空部分在推力作用下，可略为倾斜形成一定的角度。这种瓦·#’*·
54www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统块乌金面的入口油坡，要比有摆线的活动瓦块做得大些，以保证推力瓦块工作时所需要的油楔。当推力盘紧贴在工作瓦块上时，推力盘和非工作瓦块之间应有一定的间隙，通常将此间隙称为推力盘窜动间隙，该间隙在中小型汽轮机中为!"#$%!"&$’’，大型汽轮机组一般为!"(%!")’’。窜动间隙过小，会造成推力瓦块温度升高，使润滑不良，乌金面出现磨痕。窜动间隙过大，在汽轮机负荷突然发生变化，特别是骤然甩负荷时会造成推力盘反弹，瞬间冲击非推力瓦块。间隙越大，冲击的动能越大，这对非工作瓦块的工作不利，严重时会造成转子动静摩擦。为保证推力盘有一个合适的窜动间隙，可调整非推力瓦块支持环后边垫片的厚度。图#*#*#+中的推力轴承调整垫)和,，是调整推力轴承轴向位置的，调整它可以改变整个汽轮机转子的动静间隙。在一些如-)*&"(&.!"(/、0&*&"(&.!"(/等的小型汽轮机中，径向止推联合轴承只有工作瓦块，而反向推力是靠主轴承后端面上的非推力面承担的。#"推力轴承的润滑径向止推联合轴承的供油是从下方油孔进入径向轴承的，并通过孔11进入推力轴承中，如图#*#*#+所示。冷却推力瓦块的油从内径方向流入，沿径向流出，润滑油充满推力瓦块的周围。为减少润滑油的摩擦损失，用半圆形的油封环（图#*#*#+中的1&）从外缘将推力瓦块罩上，该油封环与推力盘间有一定的轴向间隙，间隙过小，排油不畅，推力轴承温度升高。推力瓦块的结构如图#*#*#/所示。当推力盘转动时，附在推力盘表面及附近的润滑油便被推力盘沿圆周方向带入推力瓦块中，由于推力瓦块摆动棱角不在重心上，瓦块在轴向力的作用下，便形成一个倾向瓦块出口侧的油楔。如同支持轴承一样，由于油楔的存在而形成油膜，油膜的总压力和转子的推力相平衡，使推力盘不和推力瓦块直接接触，而形成液体摩擦。第二节汽轮机转动部分的结构汽轮机转动部件的组合体称为转子，它由主轴、叶轮（或转鼓）、动叶栅、联轴器及装在轴上的其它零件组成。转子在高温蒸汽中高速旋转，不仅要承受汽流的作用力和由叶·1&)·
55www.plcworld.cn第二章汽轮机本体片、叶轮本身离心力引起的应力，而且还承受着由温度差引起的热应力。此外，当转子不平衡质量过大时，将引起汽轮机振动。因此，转子的工作情况对汽轮机安全、经济运行有着极大的影响。一、汽轮机叶片叶片是汽轮机最重要的零件之一，这是因为：（!）叶片的结构型线对汽轮机效率有直接的影响；（"）叶片的工作条件恶劣，受力情况复杂，故其事故率较高（常达主机事故的#$%&’$%）；（#）数量多、加工量大。因此，要求叶片具有良好的流动特性、足够的强度及满意的转动特性、合理的结构和良好的工艺性能。（一）叶片的类型及结构叶片的类型很多，按工作原理可分为冲动式和反动式两大类；按制造工艺可分为铣制、轧制、模锻及精密铸造等类型；按叶片的截面形状还可分为等截面和变截面（扭曲）叶片。叶片由叶型、叶根和叶顶等三部分组成，图"("(#!所示为轧制叶片和铣制叶片的结构。图"("(#!叶片结构（)）轧制叶片（；*）铣制叶片!—围带；"—叶片；#—隔金；’—叶轮!+叶型部分叶型部分是叶片的工作部分，相邻叶片的叶型部分组成蒸汽的流道。·!#,·
56www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统叶型部分有两种型式，一种是断面沿叶高方向相同的等截面叶片；另一种是断面沿叶高方向变化的扭曲叶片。前者制造工艺及成本较低，但气动特性较差，适用于叶片相对高度较小的短叶片；后者气动特性较好，并具有较好的强度，但制造工艺较复杂，成本较高，适用于长叶片。在湿蒸汽区域内工作的叶片，为了提高叶片的抗冲蚀能力，在叶片进口的背弧上均采用强化的措施，如镀铬、电火花强化、表面淬硬及堆焊硬质合金。!"叶根部分叶片通过叶根固定在叶轮上，叶根与叶轮的连接应该牢固可靠，而且应保证叶片在任何运行条件下不会松动。此外，叶根的结构应在满足强度的条件下尽量简单，使制造、安装方便，并使叶轮轮缘的轴向尺寸为最小，以缩短转子的长度（对整锻转子而言）。常用的叶根有下列几种型式：（#）$型叶根图!%!%&!（’）所示为$型叶根。这种叶根结构简单、加工和装配方便，但是这种叶根在叶片离心力的作用下，对轮缘两侧产生较大的弯曲应力，使轮缘有张开的趋势。若要降低轮缘两侧的弯曲应力，则需使轮缘的轴向宽度加大，因而使得转子轴向长度增加。所以$型叶根仅适用于载荷不大的短叶片，如汽轮机的高压级叶片。为了改进上述缺点，在叶根和轮缘上设计了两个凸肩，这种叶根称为外包凸肩$型叶根，如图!%!%&!（(）所示。叶根凸肩的作用是阻止轮缘向外张开，以减少轮缘的弯曲应力，从而提高了承载能力，或者说在同样的载荷下可以减小轮缘的尺寸。因此，这种叶根在叶轮之间距离较小的整锻式转子中得到广泛的应用。若要在不增大轮缘尺寸的情况下进一步提高叶根的承载能力，可采用外包双$型叶根，其结构如图!%!%&!（)）所示。（!）菌型叶根（外包型叶根）菌型叶根结构如图!%!%&!（*）所示。这种叶根和$型叶根同属一个类型。它采用了叶根包围轮缘的形式，叶根和轮缘的载荷分配比较合理。因此，在同一结构尺寸下，菌型叶根的连接强度较高。但是，菌型叶根加工比较复杂，叶片材料消耗较多，故国内目前采用较少，国外引进的机组中应用较多，如日立!+万千瓦及意大利,-.&!万千瓦的汽轮机除末级外，叶片均采用菌型叶根。（&）叉型叶根叉型叶根结构如图!%!%&!（/）所示。这种结构是将叶根制成叉型，插在轮缘上相应的槽内，并用铆钉固定。铆钉的位置可以设在叶根的中心线上也可交错地设在相邻叶根的接缝处。叉型叶根的优点是：连接强度高，而且可随着叶片离心力增加相应增加叶·#&0·
57www.plcworld.cn第二章汽轮机本体根的叉数，故强度适应性好；叉型叶根采用铆钉固定，连接刚性较好；叉型叶根制造工艺比较简单，是径向单个跨装，检修更换叶片比较方便。其缺点是装配时钻孔和铆接工作量较大，整锻转子和焊接转子由于装配不便，不宜采用这种结构。叉型叶根常用于大功率汽轮机的末几级的叶片，如国产!"万千瓦和#"万千瓦的汽轮机的末三级均采用叉型叶根。图#$#$%#叶根结构（&）’型叶根（；(）外包凸肩’型叶根（；)）菌型叶根（；*）外包凸肩双’型叶根；（+）叉型叶根（；,）枞树型叶根（-）枞树型叶根枞树型叶根结构如图#$#$%#（,）所示。这种叶根分为轴向装配式和周向装配式两种，冲动式汽轮机主要采用轴向装配式。枞树型叶根按照叶根和轮缘的载荷分布设计成尖劈形、接近等强度结构，其齿数可以根据载荷的大小确定。因此，枞树型叶根有以下主要优点：!合理利用了叶根和轮缘部分的材料，承载能力高，能按照不同载荷设计不同数量的齿数，强度适应性好；"采用轴向单个安装，装配和更换都很方便。其缺点是：接合面多、加工复杂、精度要求高，为了减小应力集中及使各齿上受力均匀，要求材料塑性较好。枞树型叶根主要用于载荷较大的叶片，如国产%"万千瓦的汽轮机调节级和末级叶片采用的是枞树型叶根。·!%.·
58www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统!"叶顶部分（#）围带汽轮机的叶顶部分通常装有围带，它将若干个叶片联接成叶片组，围带的主要作用是：!用围带联接后，相当于在叶片顶部增加了一个支承点，使叶片刚性增加；当叶片受外力作用而弯曲时，围带相应变形产生一个反弯矩，使叶片弯曲应力减小。"可以改变叶片的自振频率从而避开共振；能减少叶片的振幅，提高叶片的振动安全性。#可使叶片构成封闭槽道；并可装置围带汽封，减少叶片顶部的漏汽损失。常用的围带有以下几种型式：!铆接围带。这种围带的结构如图$%$%!#（&）所示，围带由扁钢制成，然后用铆接法固定在叶片的顶部。叶片的铆钉头可采用多种结构型式，如图$%$%!!所示。图$%$%!!铆钉头结构型式（&）圆形（；’）方形（；(）型线形（；)）双圆形"整体围带。这种围带与叶片为同一整体，在加工叶片时一起铣出（见图$%$%!#，’），待叶片组装后，再将围带焊在一起（也可以不焊接），如图$%$%!*所示。图$%$%!*焊接围带上述两种围带常用于中、短叶片上。#弹性拱型围带。这种围带结构如图$%$%!+所示，它是将弹性钢片弯成拱型，用铆钉固定在叶片顶部，采用整圈环状联接。拱型围带可以增加叶片的刚性，抑制叶片,·#*-·
59www.plcworld.cn第二章汽轮机本体型振动和扭转振动，国产!"万千瓦汽轮机的末级就是采用这种围带。图#$#$%&弹性拱型围带有些叶片特别是大型机组的末级叶片没有围带，为了减轻叶片重量和防止运行中与汽缸碰撞而损坏叶片，通常将片顶部削薄至"’&(!毫米。（#）拉金拉金用来将叶片联接成叶片组，其作用是增加叶片的刚性以改善其振动特性。拉金通常作成棒状（实心拉金）或管状（空心拉金），穿在叶型部分的拉金孔中。拉金与叶片之间有焊接的（焊接拉金），也有不焊接的（松拉金或阻尼拉金）。在一级叶片中一般有!(#圈拉金，最多不超过%圈。用拉金联接叶片的方式有：分组联接、整圈联接及组间联接等方式，如图#$#$%)所示。组间联接是拉金一半穿在一组叶片中，另一半穿在另一组叶片中。国外的某些大型机组（如日立#&万千瓦及*+,%#万千瓦汽轮机）其末级叶片采用了-型拉金，如图#$#$%.所示。拉金和叶片一起铣出，然后用氩弧焊将五片联成一组，这种拉金节距较小，不仅能提高叶片的刚性，而且有利于避免拉金因离心力过大而造成的损坏。采用拉金以后，将增加蒸汽在叶片中的流动损失，此外拉金的离心力及拉金孔都将影响叶片的强度。因此，在满足强度和振动特性的条件下，有些长叶片不装拉金而作成自由叶片。图#$#$%)拉金联接方式（/）分组联接（；0）整圆联接（；1）组间联接·!2!·
60www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"!"#$%型接金（二）叶片的安装根据不同类型的叶根，叶片的安装方法有以下几种：&’周向埋入法周向埋入法是将叶片从圆周方向依次嵌装在叶轮轮缘的相应槽内，(型叶根和菌型叶根均采用这种安装法。例如(型叶根的叶片在安装时，叶片从轮缘上专留的一个或对称的两个锁口（图!"!"#)）依次插入槽中，然后沿周向移至适当的位置，使叶根与叶根紧密配合，最后装在锁口处的叶片称为锁口叶片，其叶根形状与锁口槽形相同，经钳工研配后插入，并用铆钉固定在轮缘上，如图!"!"#*所示。用此法安装的叶片在更换某一叶片时，必须拆出此叶片至锁口之间的全部叶片，工作量较大。图!"!"#)(型叶根锁口结构·&+!·
61www.plcworld.cn第二章汽轮机本体图!"!"#$锁口叶片的安装!%轴向埋入法轴向埋入法是将叶片从轴向单个装入叶轮轮缘的相应槽内。枞树型叶根常用此法安装，其方法是：叶根沿轴向装入轮缘，底部用楔型填隙条!将叶片向外胀紧，然后在由两个相邻叶根上半圆槽所组成的圆孔内，插入两根具有斜劈形的半圆销#，将叶片周向胀紧，如图!"!"&’所示。为了减小轮缘的热应力，还可以采用冷态松装法，即在冷态安装时，允许叶片在叶轮平面内有微量的摆动，在工作时由于受热膨胀，叶根便紧固在轮缘的槽内。图!"!"&’枞树型叶根的安装(—叶根；!—填隙条；#—半圆销#%径向跨装法径向跨装法只适用于叉型叶根叶片的安装。即将叶片的叉型叶根径向插入叶轮轮·(&#·
62www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统缘的叉型槽内，然后用铆钉固定。（三）叶片的受力分析汽轮机正常运行时，叶片要受到多种力的作用，使叶片产生相应的应力，主要有：（!）叶片、围带和拉金的离心力引起的拉应力，当离心力的作用线不通过叶片承力断面的形心时，还将产生弯曲应力；（"）汽流对叶片作用力所引起的弯曲应力和扭转应力，扭应力一般不大；（#）叶片发生振动时引起的振动应力。设计叶片时已经充分考虑叶片的弯曲应力和拉应力，因此只要运行中不发生严重超载时，一般是不会发生问题的。振动应力比较复杂，当叶片不在共振条件下工作时，振动应力很小，不会影响叶片的工作安全。但是由于装配不当或运行中叶片某些因素变化（如叶片、围带及拉金松动等），可能使叶片自振频率改变而发生共振现象，损坏叶片。二、叶片振动在汽轮机各种事故中，叶片损坏特别是由于叶片振动造成的损坏，占有相当大的比例，因此必须对叶片振动的概念及防止措施加以讨论。（一）叶片振动的基本概念叶片是一个弹性体，当突受外力作用后，叶片将产生自由振动，其频率称为叶片的自振频率（或称固有频率）。叶片的自振频率取决于叶片的尺寸、材料及叶片固定方式等因素。当叶片自振时，由于材料的内摩擦和外部介质的阻尼作用，其振幅将逐渐减小，直至振动消失，如图"$"$%!（&）所示。在振动的衰减过程中，频率保持不变。当叶片受到周期性的外力（激振力）作用时，就会发生强迫振动。若叶片的自振频率等于或倍于激振力的频率时，叶片就会发生共振现象，使叶片的振幅增大，甚至造成叶片损坏。图"$#$%!（’）所示为叶片自振频率等于激振力频率时，叶片振幅的变化情况；图"$#$%!（(）所示为叶片自振频率二倍于激振力频率时振幅的变化情况；图"$#$%!（)）所示为叶片自振频率三倍于激振力频率时振幅的变化情况。由图可知，当叶片自振频率等于激振频率时，振幅增加值最多；当自振频率倍于激振力频率时，振幅增加值减小，倍数越大，振幅增加值越小。为了保证叶片的工作安全，应避免叶片在运行中发生共振，即在设计、制造和装配中应使叶片的自振频率避开激振力的频率。（二）引起叶片振动的原因在汽轮机工作中，沿圆周方向汽流的不均匀将对叶片产生激振力，引起叶片振动。·!%%·
63www.plcworld.cn第二章汽轮机本体激振力按其频率高低可分为两类。图!"!"#$叶片的振动（%）衰减振动（；&）!’$（；(）!’!（；)）!’*$+低频激振力———第一类激振力低频激振力是由于在轮周上有若干处汽流不均匀（大小或方向），叶片每经过此处就受到一次扰动而产生的。产生这种激振力的原因有：（$）采用喷嘴配汽方式时，第一级喷嘴沿圆周布置成若干个弧段，当叶片经过相邻喷嘴弧段的间隔时，没有蒸汽的作用，引起一次扰动而产生激振力；（!）采用部分进汽时，叶片经过不进汽的弧段时，没有蒸汽作用，引起一次扰动，产生激振力；（*）上、下隔板结合处的静叶由于结合不良引起汽流变化，产生激振力；·$#,·
64www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统（!）个别喷嘴或导叶由于制造或装配工艺误差、引起汽流不均匀，产生激振力；（"）级后局部汽流参数变化（节距不均匀、级后抽汽口或排汽口有筋条存在等），产生激振力。若叶片每旋转一周受到一次扰动，则激振力的频率等于#!；叶片每转一周受到二次均匀分布的扰动则激振力的频率为$!；对于有"个均匀分布的扰动时，则激振力的频率为"!。必须指出，上述计算激振力频率只适合扰动处是均匀对称分布情况。否则应具体分析确定，例如有两个相隔%&’的异常喷嘴产生扰动时，此时激振力的频率应为：#%&’#((#(!!（$+$+#）$)*&’·!即此时激振力的频率是!!而不是$!。低频激振力对长叶片的影响较大，因为叶片较长时，其自振频率较低，在低频激振力的作用下容易引起共振。$,高频激振力———第二类激振力由于喷嘴出口边缘有一定厚度，使叶片每经过一个喷嘴时，所受的蒸汽作用力就要突然变化一次，因而产生一次激振力，如图$+$+!$所示。此时，激振力的频率为喷嘴的数量乘以转速，由于喷嘴的数量较多，故激振力的频率较高，称为高频激振力。高频激振力对短叶片的影响较大，因为短叶片的自振频率较高，在高频激振力的作用下容易引起共振。图$+$+!$叶片上汽流作用力的变化（三）叶片振动的型式及分类#,单个叶片的振动单个叶片的振动可分为弯曲振动和扭转振动。弯曲振动又可分为切向和轴向两种型式。绕截面最小惯性矩轴线的弯曲振动称为切向振动（可近似认为在叶轮平面内）；绕截面最大惯性矩轴线的弯曲振动称为轴向振动（可近似认为在通过汽轮机轴线的平面内）。沿叶高方向绕通过截面形心轴线的振动称为扭转振动，如图$+$+!)所示。·#!*·
65www.plcworld.cn第二章汽轮机本体图!"!"#$叶片振动类型!"!—最小惯性轴；"""—最大惯性轴（%）切向振动（；&）轴向振动（；’）扭转振动由于汽流作用力的主要方向是切线方向，而切向振动又与叶片截面刚度最小的方向相重合，所以切向振动最容易发生，也是最危险的一种叶片振动。切向振动按照叶顶是否偏离平衡位置可分为两类：（(）)型振动叶根固定，叶顶自由的叶片振动型式称为)型振动。叶片作)型振动时，又有下列不同型式：#)*型振动：叶片作)型振动时，沿叶片全长均有位移，叶顶振幅最大，自叶顶向叶根逐渐减小，如图!"!"##（%）所示；$)(型振动：这种振动沿叶片高度有一个节点（节点处振幅为零），节点上、下部振动方向相反，各分别出现一个振幅最大值，如图!"!"##（&）所示；%)!型振动：这种振动沿叶片高度出现两个节点和三个振幅最大值，如图!"!"##（’）所示。图!"!"##叶片)型振动·(#+·
66www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统上述各型振动的自振频率之间有一定的比值，对等截面叶片该比值为：!!#!!#!!&$#’()#$*(’"$%（%）+型振动叶根固定，叶顶不动的叶片振动型式称为+型振动。这种振动型式，同样可按节点数目分为+、+、+等型式，如图%,%,-.所示。它们的自振频率也有一定比值，对等"$%截面叶片：图%,%,-.叶片+型振动!/#!/#!/&$#)(%#’(0"$%在汽轮机实际运行中，二个节点以上的更多节点的振动很少发生，即使发生，由于频率很高、振幅很小，其应力也很小，故危险性不大。实际上对叶片安全影响最大的振动是!"、+"和!$型振动。%(叶片组的振动叶片用围带或拉金连成叶片组后，共振型较单个叶片的振动复杂，这时除了考虑叶片在组内的振动外，还需考虑整个叶片组的振动。叶片组的切向振动也可以分为!型和+型振动。!型振动的特点是：振动时，组内各叶片的振幅、相位和频率都同，且同样可分为!、!、!等振型，如图%,%,-’所示。"$%但是，由于围带和拉金的影响，叶片组的振动频率与单个叶片同振型的频率有所不同。在多数情况下，叶片组的振动频率比单个叶片高。+型振动的特点是：振动时，组内各叶片叶根固定、叶顶不动，同样也可分为+、+⋯⋯等振型，但是对同一种振动，组内各叶片"$的振幅和相位可以不同，由此又出现不同的振型。一般可归纳为两类，以+型振动为"例：一类是组内左右对称的叶片（即组内第一个叶片和最末一个叶片，第二个叶片和倒数第二个叶片⋯⋯）相位相反（若组内叶片为奇数，则中间叶片保持不功），称为第一类对称+型振动，如图%,%,-*（1）所示；另一类是组内左右对称的叶片的相位相同，称为第二·$-0·
67www.plcworld.cn第二章汽轮机本体类!型振动，如图"#"#$%（&）所示。图"#"#$’叶片组(型振动（)）(*型（；&）(+型（；,）("型图"#"#$%叶片组!*型振动叶片组的振动以(、!和(型振动最危险，特别是(型振动。**+*由于叶片在工作时是随转子高速旋转的，其自身必然产生离心力，该力起到阻碍叶片弯曲变形的作用，相当于增加了叶片的刚性。因此，叶片工作时的频率（称为动频率），将高于它的静频率（静止时叶片的自振频率），它们之间的关系为：·+$-·
68www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统##!!"!!$%"#（#&#&#）式中!———叶片的动频率；!!$———叶片的静频率；#———机组每秒的转数。式（#&#&#）中的’称为动频系数，对于(型振动，’值可由下经验公式确定：)$,等截面叶片"")*+&)*+-%,$,#变截面叶片"")*./&)*0%$12!%,#3!"0!)%#!3上二式中、———分别为叶根及叶顶截面的最大惯性轴与转动平面的夹角；!3!#$,———叶片平均直径；%,————叶片工作部分高度。##对其他振型，由于振动频率相对很高，则!$""#，可以近似认为动频率等于静频率。（四）叶片频率的测定出于影响叶片频率的因素很多，用计算的方法来确定叶片（叶片组）的频率不但有一定的困难，而且不够实用，故现场中广泛采用试验的方法来测定叶片（叶片组）的频率。3*静频率的测定测定叶片静频率常用的方法有自振法和共振法两种。（3）自振法自振法测定叶片频率的原理图如图#&#&4+所示。测频时，用橡皮锤或铜锤敲打叶片，使它发生自由振动，然后用拾振器将叶片的振动转变成电气信号，送入示波器的5轴，在示波器的6轴上送入音频讯号发生器的音频信号。调整音频讯号发生器的输出频率，使示波器屏上出现一定形状的图形———李萨育图（见图#&#&4/）根据李萨育图可以知道叶片频率与音频讯号发生器的频率（由数字频率计读得）的比例，从而求出叶片的频率。若音频讯号发生器本身有准确的频率刻度指示时，则数字频率计可以不用。新式叶片测频仪表，当拾振器将信号送入后，可直接由数字频率表显示出叶片的频率。自振法是一种简单、准确和迅速测定叶片静频率的方法。但是由于叶片高频自由振动不易产生，即使产生，其振幅也很小，且消失很快，故很难用自振法测频，因此自振法多用来测量频率较低的中、长叶片的静频率。·3-)·
69www.plcworld.cn第二章汽轮机本体图!"!"#$自振法测定叶片频率的原理图图!"!"#%李萨育图（!）共振法共振法测定叶片频率的原理图如图!"!"&’所示。音频讯号发生器的信号一路送入示波器的(轴，另一路送入放大器，将信号功率放大后送到激振器，在激振器内将电气信号转变成机械振动，经拉杆拉动叶片，使叶片发生强迫振动。当叶片频率等于或倍于音频信号频率时，则叶片发生共振，振幅明显增大，根据示波器屏上显示出的李萨育图即可求出叶片的静频率。共振法不仅可以测出叶片的静频率，而且可以测定振型。只要将拾振器沿叶高度缓慢移动，观察示波屏上显示的沿叶高各点振幅的变化情况即可确定振型，若叶顶处振幅为零则为)型振动，反之则为*型振动。显然，根据叶片振幅为零的点数还可进一步断定*、*及)、)等振型。+!+!·+&+·
70www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"!"#$共振法测定叶片频率的原理图!%动频率测定通过自振法测得叶片的静频率之后，虽然可用式（!"!"!）计算出叶片的动频率，但是动频系数&的影响因素很多，用经验公式计算结果很难准确。因此，直接测定叶片的动频率具有很大的实用意义。测定叶片在工作状态的频率，其设备较复杂，其工作原理为：测定叶片振动的感受元件是用粘结剂贴在叶片弧背上的晶体应变片，它将叶片机械振动的变形转变成电气信号，此信号用导线引至装在末级叶轮平衡槽内的微型发射机，经调制处理后发出，再由装在排汽缸内的环形天线接收，由高频电缆送至汽缸外的接收机，经调制放大后分别送至示波器和录波器中，在示波器屏上，可以直接观察叶片振动的波形，并配合音频讯号发生器求出叶片振动频率。录波器用来记录试验中叶片振动的波形。（五）避开叶片共振范围及调频为了捉高叶片振动安全性，可以采取多种措施，例如：避免叶片发生共振、减小激振力、增加振动阻尼、减小汽流冲击的静弯曲应力以及选择抗振性好的叶片材料。在发电厂中，避免产生叶片共振是主要手段。由于同一激振力下，叶片共振的振幅及由此引起的振动应力，随着振动阶次的提高而越来越小，故避开叶片的振动主要是指避开低阶共振，首先是避’、&及’型共振。$$((%避开低频激振力共振的范围低频（一般低于)#$(*秒）激振力主要是引起长叶片’型振动。$当叶片的动频率等于激振力频率时，叶片产生共振，此时的转速称为共振转速+，即,!!!!-."#,/$#,由此可得出共振转速为：!#,/!-*!$""（!"!")）式中$为共振倍率，$/!、)、0⋯⋯。由于目前叶片最低的’型自振频率均在1$2$·(#!·
71www.plcworld.cn第二章汽轮机本体!""!#秒以上，不可能与频率为$"!%秒的激振力发生共振，故&值中未列入等于!的情况。为了保证叶片振动的安全性，必须使汽轮机的工作转速!避开叶片的共振转速"!’。考虑到在共振转速附近，叶片的振幅仍然很大、汽轮机工作转速有一定变化以及由于运行工况改变时，叶片工作温度将发生变化，叶片动频率也将随之变化等方面原因，要求转速避开一定的范围，这个转速范围称为共振安全率!，即!’)!"!(*!""+（,),)-）!"共振安全率与叶片振动的振型和共振倍率有关，对.型振动其共振安全率应符合"下面的标准：&,/-$0!不低于1!$+12+10+1$+1-+共振安全率的标准随共振倍率"增大而降低，这是因为"越大，叶片在两次激振力作用之间作衰减振动的周期越多，共振振幅也就越小。当"!3时，允许叶片在共振状态下工作。,4避开高频激振力共振的范围高频激振力的频率（#!）较高，一般常引起叶片（叶片组）5型、.型及部分短叶片"!."型共振。高频共振安全率可以直接用叶片（叶片组）动频率与激振力频率之差的百分数表示，即$’)#!"!(*!""+（,),)$）#!"式中#为全周进汽的喷嘴数，若为部分进汽时应折合为全周进汽的喷嘴数、$为动频率，’由于在高频振动时与静频率相差不大，可用静频率代替。高频共振安全率应符合下面标准：振型成组叶片."单个叶片5".".!!不低于12+1!$+1!,+1$+上面所介绍的共振安全率标准，是将强度与振动分开来考虑的，也没有考虑叶片的工作环境及叶片本身结构差异等方面因素的影响，因而是不完善的。有的叶片虽然符合上述标准，但仍发生损坏现象。目前我国正在试行一种考虑了上述因素的叶片安全准则。实践证明，新的准则比较符合实际。此方面内容，请参阅有关书籍。/4对频率分散度的要求·!$/·
72www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统在同一级中所测得叶片（叶片组）的最大静频率差与其平均值之比称为频率分散度!!!，即（#!$%&’!$()）!!!"+,--.（#’#’/）!$%&*!$()一般要求!!!01.。对于新安装的机组，若!2!过大，说明叶片的安装质量不佳，应对安装不合格的叶片重新装配。对于运行后检修的机组，若!2!过大，可能是叶片冲蚀、结垢、腐蚀、紧拉金或围带松动以及叶片损坏等原因引起的，应仔细检查加以消除。34调频方法当叶片（叶片组）的振动特性不合格时，应对叶片（叶片组）的自振频率或激振力频率进行调整，以避开共振，这种调整称为叶片的调频。实用上，通常是调整叶片（叶片组）的频率，这是因为激振力的情况很难准确估计。发电厂中常用的调频方法主要有：（,）改善叶根的研合质量或捻铆叶根，增加叶片安装紧力以提高刚性。此法对于因制造或安装质量不佳而导致频率不合格的叶片，是提高其自振频率及减小频率分散度的有效方法。（#）改善围带或拉金的连接质量。对于焊接结构可在拉金处加焊或在围带内侧加焊；对于铆接围带应捻铆不合格的铆钉。此法仅适用于因围带或拉金连接质量不佳而导致频率不合格的情况，若原来的连接质量较好，则无明显效果，甚至还会因加焊后使质量增大而使频率降低。（5）改变叶片组的叶片数。组内叶片数增加，则频率提高；反之，则频率降低。实践表明，只有在组内叶片数较少时，改变叶片数量来改变频率，效果才比较明显。当组内叶片达16,#片时，再改变组内叶片数量，频率的变化就不显著了。（3）加装拉金。加装拉金不仅可改变叶片组的频率，而且还可以抑制7型振动。但是加装拉金后不仅会降低级的效率，而且还会增加叶片的应力，因此在加装拉金时应进行详细的核算。（8）在叶片顶部钻减荷孔。此法用于非铆接围带的短叶片，一般是从叶片顶部径向钻一个"36"1毫米、深度不超过叶片高度的一半的小孔，这样可以改变叶片的质量，提高其自振频率。此外，改变拉金位置，变更拉金或围带的尺寸也可改变叶片组的频率。总之，不管采用哪种凋频方法，都应全面考虑，即不仅应尽可能使强度、级效率不受或少受影响，而且还要防止避开一种共振型式而又落入另一种共振型式的情况。·,83·
73www.plcworld.cn第二章汽轮机本体三、汽轮机转子（一）转子的类型及结构汽轮机转子按形状可分为转轮型和转鼓型转子：冲动式汽轮机常采用转轮型转子；反动式汽轮机则采用转鼓型转子；某些大功率冲动式汽轮机的低压部分也采用转鼓型转子。按制造工艺分，则可分为套装、整锻、组合及焊接转子。!"套装转子套装转子的结构如图#$#$%!所示。这种转子是将主轴及叶轮分别加工制造，然后将叶轮热套（过盈配合）在主轴上。主轴加工成阶梯形，中间直径大，两端直径小，这样不仅有利于减少转子的挠度，而且便于叶轮的套装和定位。套装转子的优点是叶轮和主轴可以单独制造，故锻件小、加工方便、节省材料、容易保证质量、转子部分零件损坏后也容易拆换。其缺点是轮孔处应力较大、转子的刚性较差，特别是在高温下工作时，金属的蠕变容易使叶轮与主轴套装处产生松动现象。因此这类转子只适用于中、低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中、低压部分，其工作温度一般在&’’(以下。图#$#$%!套装转子!—油封环；#—汽封环；)—轴；&—叶片；%—叶轮#"整锻转子整锻转子的结构如图#$#$%#所示，这种转子的叶轮和主轴及其它主要零部件是用整体毛坯加工制成的。主轴的中心通常钻有中心孔，其作用是：（!）去掉锻件中残留的杂质及疏松部分；（#）用来检查锻件的质量；（)）减轻转子的重量。·!%%·
74www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"!"#!整锻转子整锻转子的优点主要有：叶轮和主轴作成整体，因而不会产生松动，能适应高温工作和快速启动的要求；装配零件少、结构紧凑（轴向尺寸较短）、刚性较大。其主要缺点是：由于锻什尺寸大，要求有生产大型锻件的技术和设备，工艺及质量检验比较复杂，材料损耗较大，当转子上零件损坏时更换困难，甚至造成整个转子报废以及整锻转子加工制造周期较长等。但是对于高参数或超高参数机组的高压转子，防止高温下松动是主要的，故广泛采用整锻转子。例如国产!$万千瓦及%!&#万千瓦的汽轮机的高压转子均为整锻转子。’&组合转子组合转子的结构如图!"!"#’所示。它是在同一转子上，高压部分采用整锻结构，中、低压部分采用套装结构，这种结构兼顾了整锻转子和套装转子的优点，因而广泛用于高参数、中等功率的汽轮机上，如国产#万千瓦、%$万千瓦高压汽轮机的转子均为组合转子。图!"!"#’组合转子·%#(·
75www.plcworld.cn第二章汽轮机本体!"焊接转子焊接转子的结构如图#$#$%!所示。它是由若干个实心轮盘和端轴拼合焊接而成。焊接转子主要的优点是：不存在松动问题，采用实心的轮盘强度大、不需要叶轮轮毂、结构紧凑，轮盘和转子可单独制造，材料利用合理，加工方便且容易保证质量，焊成整体后转子刚性较大等。但是焊接转子要求材料的可焊性好，焊接工艺及检验方法要求高而且比较复杂，因而在一定程度上妨碍了焊接转子的应用。随着技术的不断发展，焊接转子将越来越得到广泛地应用，既可用于高压转子，也可用于低压转子。目前我国的&’万千瓦、(#"%万千瓦汽轮机的低压转子采用了这种结构。图#$#$%!焊接转子（二）叶轮结构及其在主轴上的固定("叶轮结构叶轮一般由轮缘、轮体和轮毂等三部分组成。轮缘用来固定叶片，其结构应根据叶片受力情况及叶根形状确定，大多数轮缘具有比轮体大的截面。轮毂是将叶轮套在主轴上的配合部分，故只在套装转子才有，其结构取决于叶轮在主轴上的套装方式。为了保证有足够的强度，轮毂部分一般都要加厚。轮体是轮缘与轮毂连接的部分，其断面应根据不同的受力情况确定。叶轮工作时，将受到以下的作用力：叶片及叶轮自身的离心力，；蒸汽通过叶片传递的切向力、轴向力以及叶轮前后压力差所引起的轴向力；由于叶轮沿径向温度不均所引起的热应力及转体所引起的振动应力；叶轮与轴过盈配合（套装转子）时，叶轮内孔处所产生的接触应力。在上述作用力中，叶片及叶轮的离心力是主要的，叶轮轮体断面型线主要由它决定。·(%)·
76www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统轮体断面型线主要有以下几种：（!）等厚度叶轮这种叶轮的轮体断面沿径向相同（见图"#"#$$，%、&），其应力分布不均，故承载能力较差，一般仅在圆周速度低于!"’(!)’米*秒时采用，但是这种叶轮加工方便，轴向尺寸较小，故广泛用于整锻转子上的高压部分。当叶轮径向尺寸稍大时，为了提高其承载能力，可以适当加厚靠近内径部分的轮体厚度，如图"#"#$$（+）所示。图"#"#$$叶轮轮体结构（"）锥形叶轮这种叶轮断面沿径向作成锥形（见图"#"#$$，,、-），故其应力分布比较均匀，强度较好，可在圆周速度低于)’’米.秒时采用。锥形叶轮加工也较方便，而且可以根据载荷来改变叶轮的锥度，如图"#"#$$（,）所示的叶轮常用于调节级或中低压级，而图"#"#$$（-）所示的叶轮则用于载荷更大的低压级。（)）双曲线叶轮这种叶轮断面沿径向按双曲线规律变化，见图"#"#$$（/）。它的应力分布比锥形叶轮更均匀，但是由于加工困难，故一般应用较少。（0）等强度叶轮这种叶轮断面按照等强度设计（见图"#"#$$，1），叶轮各处的应力基本相同，一般没有中心孔，故其强度最高，可用于圆周速度0’’米.秒以上。但是它加工比较复杂，要求也高，故一般只在高转速的单级汽轮机中应用。为了减少叶轮前后的压力差，以防止转子过大的轴向推力及叶轮产生挠曲，通常在·!$2·
77www.plcworld.cn第二章汽轮机本体叶轮的轮体上开有!"#个平衡孔。$%叶轮在主轴上的固定对套装转子，叶轮套装在主轴上应紧密可靠，保证叶轮与主轴同心，同时还要保证在离心力和不太大的温差作用下不发生松动。常用的固定方法有以下几种：（&）热套（过盈配合）法叶轮内孔直径略小于轴的直径（过盈值根据工作条件确定，一般为轴径的’%’’&"’%’’&(），装配时用火焰或电加热装置将轮毂加热到一定温度后套在主轴上，冷却后叶轮便紧密地套在轴上。叶轮的转矩传递给轴的方式有两种：一种是在叶轮的内孔与轴之间对称布置两个平键（见图$)$)!(），这种方法适用于叶轮载荷不太大的情况。另一种是采用端面径向键传递转矩（图$)$)!#），叶轮的端面上装有径向键&和$，叶轮通过径向键将转矩传递给套筒!，套筒再通过平键将转矩传递给主轴。径向键与叶轮为过盈配合，与套筒则有’%’$"’%’*毫米的间隙。采用这种方法可以不在叶轮的内孔上开键槽，从而可避免削弱轮毂的强度和产生应力集中的现象。因此，这种方式常用在载荷很大的叶轮上。图$)$)!(叶轮平键连接图$)$)!#径向键连接·&!+·
78www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统（!）径向销钉连接法热套法连接主要的缺点是容易发生松动现象，如机组在启动及增负荷时，叶轮和主轴受热情况不同，叶轮受热面比主轴大，故其温度上升比主轴快，造成膨胀不一致，可能使配合的紧力消失，发生松动。此外高温下材料的蠕变也会使紧力降低。为了克服上述缺点，可采用径向销钉连接法（见图!"!"#$）。这种连接法是将套筒!无过盈配合装入叶轮的内孔中，再用一组径向销钉%将套筒与叶轮连接一起，套筒用热套法固定在轴上，套筒与轴之间对称装有二个平键传递力矩。这种连接法的优点是：在离心力和温度差作用下，叶轮轮毂内孔胀大时，叶轮与套筒之间由于径向销钉的连接不会发生松动；而套筒自身的离心力较小，温度与主轴相差较小，它与轴之间也不易发生松动；套筒的载荷较小，在其上面开二个键槽也不会使其强度削弱过多。图!"!"#$径向销钉连接&—叶轮；!—套筒；%—销钉（%）锥形开口套筒固定法锥形开口套筒固定法如图!"!"#’所示。圆锥形开口套筒用弹簧钢制成，圆锥坡度约为%度。装配时先将叶轮套在轴上，然后将锥形套筒压入叶轮与主轴之间。锥形套筒的长度略短于轮毂的宽度，以便能装入一个定位环，定位环突出轮毂约()&*()!毫米，这种固定方法比较准确而且具有足够的紧力。（+）叶轮在轴上的定位为了固定叶轮的轴向位置，并保持叶轮之间留有一定的膨胀间隙，通常采用以下两种方法：一种是对分定位环法（见图!"!",(，-），定位环嵌装在轴上的凹槽内，然后叶轮套在定位环上，在两个叶轮之间留有()&#*()!#毫米的间隙；另一种是圆形定位环法·&,(·
79www.plcworld.cn第二章汽轮机本体（见图!"!"#$，%），定位环热套在轴上并嵌入轴上的凹槽内，定位环与叶轮留有$&’()$&!(间隙。图!"!"(*锥形开口套筒固定图!"!"#$叶轮的轴向定位’—定位环；!—轴；+—叶轮（三）转子的临界转速在汽轮发电机组的启动或停机过程中，当转速达到某一数值时，机组出现剧烈振动，而越过这一转速后，振动又减少到正常值，这个使机组产生剧烈振动的转速称为转子的临界转速。临界转速下的剧烈振动现象，相当于共振现象。汽轮机在转动时，由于制造、装配的误差或材料的不均匀造成转子质量偏心所引起的离心力，相当于一个频率等于转子角速度的周期性激振力，转子在此激振力作用下作强迫振动。当激振力的频率等于转子的自振频率时，便发生共振，使振幅急剧增大，产生剧烈振动。设有一理想的单叶轮转子，将其垂直放置（这样可以不考虑转子重量的影响），假定转子由于加工误差，其重心!与转子的几何中心",不重合，偏心距为#，如图!"!"#’（-）所示。当转子以角速度!旋转时，由于质量偏心产生离心力的作用，使转轴变形，其挠度为$，如图!"!"#’（%）所示。若转子处于相对平衡状态，则质量偏心所产生的离心力应·’#’·
80www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统与转子变形所引起的弹性力相等，即"!（"!#）!#$"（"$"$%）式中!———转子的质量；$———转子的刚度系数，即转子产生单位挠度所需要的力，其值取决于材料的性质，转子的结构及支承情况。图"$"$&’不同转速时单轮盘转子的工作情况式（"$"$%）又可写为："!#!#"#"#（"$"$(）$$!!$"$’!!上式反映了转子的挠度与其他各量之间的关系。当!、$和#一定时，则"与!的变化关系如图"$"$&"的曲线所示。由此曲线可知：图"$"$&""与!关系·’&"·
81www.plcworld.cn第二章汽轮机本体!!（!）当"#!#!时，#随!的增加而增加，当!接近时，#增加得越快。"!"!（$）当!%!时，#为无穷大。实际上由于存在阻尼，#不可能为无穷大，但已足以"引起转子的剧烈振动，若长时间在此转速下停留，则可能导致转子损坏，此时的转速为临界转速!（$）。&&!（’）当!(!时，#为负值，随着!的增大，#的绝对值减小，如图$)$)*$（&）所"示。（+）当!",时，#")%，则转子将绕重心&旋转，如图$)$)*$（-）所示。显然上述分析与转子在实际运行中的情况是相符的。’若将转子水平放置，由于重力的作用，转子将产生静挠度#"，#"%（’为转子的重!量），并形成一相应的弹性线()*（见图$)$)*’）。当转于转动时，将围绕着()*线而不是围绕着().*线旋转，在偏心质量离心力的作用下，还要产生动挠度#，并形成新的弹性线().*，此时离心力与动挠度的弹性力的平衡关系为：$"（#/%）!%!#（$)$)0）图$)$)*’水平转子弹性线此式与转子垂直放置时相同，故对垂直放置转子的临界转速的分析也完全符合水平放置。由此可知转子的临界转速为：’"’"!$&%!&%!"!"’’将!%和"%代入则得：#"+’"+!$&%%$00（$)$)!"）!!#"!#"经验表明，对于多级汽轮机转子，考虑到各叶轮及主轴的质量影响，其最低的临界转·!*’·
82www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统速可近似认为：#$%!!"（&’&’$$）!"%机组的工作转速可以高于或低于临界转速，工作转速高于临界转速的转子称为挠性转子；工作转速低于临界转速的转子称为刚性转子。为了保证转子的工作安全，要求工作转速必须高于或低于临界转速&()#%*以上。对挠性转子，在运行操作时，应迅速通过临界转速，否则将可能造成转子的损坏。实际上汽轮机转子与发电机转子（包括多缸汽轮机各转子之间）是用联轴器连结起来的，从而构成一个多支点的转子系统，称为轴系。此时，临界转速的概念仍如上述两支点的单跨转子相同，但由于各转子连接后，增加了各转子的刚性，因而它们在轴系中的临界转速比各自单独存在时要高，增高的数值与联轴器的刚性等因素有关。组成轴系的各个转子的临界转速不同，但都是轴系的临界转速。当转子的工作转速与轴系中任一临界转速相等时，轴系都会发生共振而引起机组的剧烈振动。四、联轴器联轴器又叫靠背轮，其作用是连接汽轮机的各转子及发电机转子，并传递转矩。联轴器的型式按其特性可分为刚性、半挠性和挠性三类。（一）刚性联轴器刚性联轴器是由两根轴上的带有凸缘的圆盘（称为对轮）组成，用螺栓将两个对轮紧紧地连接在一起，如图&’&’+,（-）所示。对轮与轴之间一般用热套加键的方法连接，整锻转子的对轮与轴作成整体结构。有些刚性联轴器，为了使两个转子中心一致，对轮间还采用了止口配合（在一个对轮端面上车有凹槽，而另一对轮端面上相应车有一凸肩，使两者准确地嵌装在一起）。转矩是通过对轮之间的摩擦力和螺栓来传递的（一般在正常工作时靠摩擦力传递转矩。当发电机发生短路等异常情况时，产生很大的瞬时转矩，则需由螺栓来承担）。为了使螺栓受力均匀，螺栓与螺孔应精密配合，两个对轮上的螺孔是在找好中心后一起铰出的，出厂时螺栓与螺孔均作有标记，现场装配时不能互换。有的联轴器在两个对轮之间还设有垫片（见图&’&’+,，.），安装时修刮垫片厚度可以少量的调整转子的轴向位置。传动转矩很大的刚性联轴器，除用螺栓联接外，有的还采用了剪力环结构（见图&’&’+(），这种结构在法国/01&%万千瓦以上的机组上广泛应用。螺栓采用加热办法旋紧，紧力为%2&*，它在对轮端面上产生的摩擦力可以保证正常工作时的转矩传递。当发电机短路时，瞬时产生的最大转矩由剪力环承受。由于螺栓与剪力环之间有%2&毫米的间隙，即使剪力环有微小的变形，螺栓仍能够容易的拆卸。·$+,·
83www.plcworld.cn第二章汽轮机本体图!"!"#$刚性联轴器%、!—联轴器；&—螺栓；&—盘车齿轮图!"!"#’带剪力环的刚性联轴器图!"!"##半挠性联轴器%、!—联轴器；&—波形套筒；$、’—螺栓·%#’·
84www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统刚性联轴器的优点是连接刚性强、传递转矩大、尺寸小、结构简单、加工方便，工作时不需要润滑、没有噪声。此外，采用刚性联轴器，两个转子可用三个轴承支持，减少了一个轴承，从而简化结构并缩短机组的轴向长度。它的缺点是工作时传递振动和轴向位移，要求制造精密，找中心要求准确。随着机器制造技术的提高，刚性联轴器的缺点已成为次要矛盾，因此在大功率的机组中被普遍采用。（二）半挠性联轴器半挠性联轴器是由套装在两个轴上的对轮、半挠性波形筒及连接螺栓组成，如图!"!"##所示。波形筒在扭转方向是刚性的，在弯曲方向则有一定的挠性。因此，这种联轴器的优点是：在工作中能够吸收一部分振动、允许两轴中心有少量的偏差，能够传递不大的轴向力并允许相连两转子间有少许轴问位移、不需润滑及没有噪声等。半挠性联轴器广泛用于大、中型机组汽轮机与发电机的连接。（三）挠性联轴器挠性联轴器又称为活动联轴器，常用的有齿轮式联轴器和蛇形弹簧联轴器两种。齿轮式联轴器的结构如图!"!"#$所示。两个齿轮%、!分别用热套加键套装在两根图!"!"#$齿轮式联轴器%、!—齿轮；&、’—螺帽；(、#—套筒；$、)—挡环轴上，用螺帽&、’压紧，两个具有内齿的套筒(、#用螺栓连接在一起，为了防止套筒轴向位移，在套筒的两端用与旋转方向相反的螺纹旋入挡环$、)。工作时，主动轴通过齿轮带动套筒，套筒再带动从动轴上的齿轮及轴旋转。这种联轴器是活动联接，因而具有允许稍大的偏心，可以消除或减弱振动的传递、不传递轴向力等优点。其缺点是结构复杂；需要润滑，容易磨损，而且在磨损后或装配质量不佳时，产生噪音及振动。这种联轴器过去常用于小型机组。蛇形联轴器的结构如图!"!"#)所示，在分别套装在两根轴上的对·%##·
85www.plcworld.cn第二章汽轮机本体轮外缘上，铣出嵌装弹簧用的齿槽，然后将若干段用钢片制成的蛇形弹簧!装入槽内，为防止蛇形弹簧飞出，还装有由二半组合成的外壳"，外壳用螺栓固定在对轮上。由于两个对轮间用蛇形弹簧连接，因而具有允许转子间有较大中心和轴向误差、可以避免传递振动和轴向力等优点。其缺点是，结构复杂，成本较高，运行中需要润滑。图#$#$%&蛇形弹簧联轴器’—主动轮；#—从动轮；!—蛇形弹簧；"—外壳五、盘车装置在汽轮机冲动转子以前或停机以后，使转子转动的装置，称为盘车装置。盘车装置的作用是：（’）防止转子受热不均产生热弯曲而影响再次启动或损坏设备。在停机后汽缸上部与下部之间存在温差，在启动冲转之前一般需要汽封送汽，这些蒸汽进入汽缸后大部分留在汽缸上部，也会造成汽缸上、下部之间温差，若转子静止不动就会产生弯曲变形，因此必须盘动转子；（#）启动前盘动转子，可以用来检查汽轮机是否具备运行条件（如是否存在动静部分摩擦及主轴弯曲变形是否符合规定等）。对盘车装置的要求是既能盘动转子，又能在汽轮机冲动转子达到一定转速后自动脱开，停止转动。盘车装置可分为手动盘车装置，电动盘车装置及水力盘车装置等三类。手动盘车装·’%(·
86www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统置仅用于小型汽轮机，电动盘车装置广泛用于大、中型汽轮机，水力盘车装置仅用于大功率汽轮机。手动盘车装置常用的结构是在联轴器外缘上套一个棘轮，利用往复摇动的杠杆推动棘轮，使转子旋转。它只能用于定期盘车，即每隔一定的时间将转子旋转!"#$。电动盘车装置常用的有以下两种：!%具有螺旋轴的电动盘车装置这种盘车装置的工作原理如图&’&’()所示。电动机*通过小齿轮!、大齿轮&、游动齿轮+及盘车大齿轮,带动汽轮机主轴旋转。游动齿轮与螺旋轴之间用螺旋滑动键相连，推动手柄可以改变游动齿轮在螺旋轴上的位置，并同时控制润滑油错油门和电动机行程开关。投入盘车装置时，首先拔出保险销，然后将手柄从原位向左推，使游动齿轮+在手柄下部叉杆的作用下向右移向盘车大齿轮,，当两个齿轮接触时，应试推手柄并盘动电动机的联轴器，使游动齿轮+与盘车大齿轮,完全啮合并靠在凸肩上，如图&’&’()所示的位置。当手柄推至工作位置时，润滑油错油门自动接通，向盘车机构供油，同图&’&’()盘车装置示意图!—小齿轮；&—大齿轮；+—游动齿轮；,—盘车大齿轮；*—电动机；(—小轴·!("·
87www.plcworld.cn第二章汽轮机本体时手柄的偏心轮使电动机行程开关闭合接上电源，再按启动按钮，盘车装置即投入工作，带动转子旋转。通过螺旋齿的轴向分力，齿轮!被压紧在凸肩上。当汽轮机冲转以后，转子转速高于盘车转速时，则游动齿轮!反被盘车大齿轮"带动，此时螺旋齿的轴分力改变了方向，齿轮!便被推向左边直至退出啮合位置，手柄等部件借助润滑油错油门下部弹簧及油压作用回到原位，保险插销自动落入销孔，同时断开电动机电源，盘车装置停止工作。若需手动停止盘车，只要切断电动机电源即可。电源被切断后，电动机停转，螺旋轴亦随之停转，汽轮机转子因惯性仍在旋转，游动齿轮变成被动状态并向左退出（与自动退出原理相同）最后使手柄回到原位，盘车装置处于停用状态。这种盘车装置的结构如图#$#$%&所示。国产中型汽轮机及’#()万千瓦、!&万千瓦汽轮机均采用这种盘车装置。#(具有摆动齿轮的盘车装置这种盘车装置的工作原理如图#$#$%’所示。电动机通过齿轮’、#、#、"带动热套在汽轮机联轴器外缘上的齿轮)，使转子旋转。齿轮#和摆动壳’*装在中间轴*上，中间轴装在盘车装置壳体+上，摆动壳可在拉杆’#的作用下绕中间轴摆动。摆动壳内的齿轮"既能绕装在摆动壳内的轴,旋转，又能随摆动壳一起摆动，故称为摆动齿轮。盘!车装置的投入或退出工作，都是通过操作杠杆系统使摆动壳和摆动齿轮上下摆动来实现、杠杆系统的动作可由手轮’’控制。盘车装置不工作时，其位置处于图#$#$%’所示的“脱开”状态。此时摆动壳和摆动齿轮被杠杆系统吊起，行程开关断开，电动机不转，手轮的锁紧销’-插入销孔内，手轮被锁紧在脱开位置。同时，连杆##在弹簧#!的作用下将曲柄’&向左推紧，使盘车装置可靠地处在“脱开”位置。盘车装置投入工作的过程如下：拔出锁紧销，顺时针方向转动手轮’’，曲柄’&随之转动，带动连杆##压缩弹簧#!，同时使拉杆’#下移，使摆动壳’*和摆动齿轮"顺时针方向摆动。当摆动齿轮"与齿轮)啮合后，行程开关’+的触头落入手轮上的凹坑内，电路接通，盘车装置随即启动。在电动机开始转动的瞬间，转子尚处于静止状态，需要的加速力矩很大，故摆动齿轮"实际上是沿着齿轮)向左移动，并带动摆动壳向左转动，直至与顶杆#’接触。顶杆在盘形弹簧#&的支持下，承受着摆动壳的冲击并顶住它，齿轮"便带动齿轮)使转子旋转。但此时摆动壳的位置要稍为偏左一些，即齿轮"和齿轮)为不完全啮合，因而可能出现轻微的冲击声。当转子达到正常的盘车转速时，加速力矩消失，摆动壳将右移回到正常工作位置，即齿轮"与齿轮)完全啮合，冲击声消失，盘车装置正常工作。在投入盘车装置时，旋转手轮’’使齿轮"与齿轮)啮合，有时会碰到两个齿顶部分相碰的情况，齿轮不能顺利啮合。此时可转动电动机的小手轮-，使齿顶部分错开，再继续旋转手柄’’，便能达到启动状态。·’+*·
88www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统·#"!·
89www.plcworld.cn第二章汽轮机本体图!"!"#$摇摆式盘车装置脱开及工作状态原理图$—齿轮$；!—齿轮!；%一齿轮%；&—齿轮（&摆动轮）；’—齿轮’；(—盘车装置壳体；#—电动机；)—小手轮；*—中间轴；$+—曲柄；$$—手枪；$!—拉杆；$%—后轴承箱盖；$&—汽机轴；$’—发电机轴；$(—行程开关；$#—行程限制销；$)—锁紧销；$*—摆动壳；!+—盘形弹簧；!$—顶杆；!!—连杆；!%—推紧弹簧；!&—缓冲弹簧冲动转子后，当转子的转速超过盘车转速时，摆动齿轮&则由主动轮变成被动轮，被齿轮’推向右边，带动摆动壳逆时针方向摆起，推动拉杆$!上升。当拉杆上升使杠杆!!超过水平位置时，杠杆!!便在弹簧!%的作用下，立即推动曲柄$+反时针方向旋转，将摆动壳拉起，直到手轮$$转过预定角度，锁紧销自动落入销孔中，重又将手轮锁紧在“脱开”位置为止，盘车装置便退出工作。与此同时，行程开关$(被顶出而断路，电动机停转。若要手动停止盘车装置，只需按电动机的断开按钮，盘车装置便能自动弹起到“脱开”位置。因为在断开电源后，电动机及摆动齿轮&转速迅速降低，而汽轮机转子因惯性仍继续旋转，故摆动齿轮&成为被动轮，被齿轮’推向右边并带动摆动壳逆时针方向摆起，从而达到“脱开”状态。国产$+万千瓦及!+万千瓦的汽轮机，采用了这种盘车装置。水力盘车装置的原理如图!"!"#!所示。它是将具有一定压力的水（一般使用凝结水）引入对称布置在末级叶轮前下汽缸上的)个射水喷嘴小，利用喷嘴出口的高速水流来冲动末级叶片，使转子旋转。盘车的转速可以通过改变水的压力及流量来控制。·$#$·
90www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"!"#!水力盘车装置示意图·$#!·
91www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统第三章汽轮机的调节、保护及供油系统第一节汽轮机调节系统概述一、汽轮机调节系统的作用由于交流电能不能大量储存，因此发电厂必须根据外界负荷及时地生产相应数量的电能。在火电厂中，汽轮发电机组的工作是由蒸汽在汽轮机转子上产生的作用力矩和发电机转子受到负载的反作用力矩之间的平衡关系所决定的。当这两个力矩相等时，汽轮发电机组在一定的转速下稳定运转。但外界用户的用电情况总是经常不断地变化，因此发电机的负载力矩随外界用户的变化也在不断地变化，如果汽轮机蒸汽力矩不能随着相应地变化，机组的稳定运转就遭到破坏，从而导致汽轮机转速的变化。例如，当外界负荷增加时，发电机的负载力矩增加，若汽轮机的蒸汽力矩未变，则汽轮机的转速就会降低，相反，当外界负荷减小时，汽轮机的转速就要上升。然而，汽轮发电机组在运行时，它的转速只允许在很小的范围内变化。因为转速偏离规定值就会引起电能质量变化，使供电频率与电压不能满足用户的要求；此外转速过高或过低也影响机组本身的安全。因此，为了保证供电质量，确保机组安全运行，汽轮机都装有调节系统，其基本任务是：在外界负荷变化时，及时地调节汽轮机功率，以满足用户用电量变化的需要，同时保证汽轮发电机组的工作转速在正常允许范围之内。·#"!·
92www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统二、液压调节系统的基本原理汽轮机的调节系统按其调节阀动作时所需能量的供应来源可分为直接调节系统和间接调节系统。!"直接调节系统原理图#$%$!是一个直接调节系统，其调节阀动作所需的能量直接由调速器供给。当外界负荷增加时，汽轮机转速下降，经减速器齿轮!的传动，调速器#的转速也下降，调速器飞锤离心力减小，在弹簧力的作用下使滑环%下移，通过杠杆&开大调节汽门’，增加汽轮机的进汽量，于是汽轮机的功率增加，当功率增加至与外界电负荷相平衡时，调节系统重新稳定。当外界负荷减小时，动作过程与上述相反。由于调速器的能量有限，使得直接调节系统的应用范围只限于小功率汽轮机。图#$%$!直接调节系统示意图!—减速器齿轮；#—调速器；%—滑环；&—杠杆；’—调节汽门#"间接调节系统原理功率稍大的汽轮机，改变调节汽门位置需要较大的提升力，必需将感受装置的输出信号在能量上通过中间环节加以放大，这种调节系统称为间接调节系统。图#$%$#是一种简单的间接调节系统示意图。系统中调速器(所带的不是调节汽门，而是一个断流式滑阀又称错油门。图中可以看出，一个间接调节系统由下列几部分组成：图#$%$#间接调节系统示意图!—减速齿轮；#—调速器；%—错油门；&—油动机；’—调节汽门·!)&·
93www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统（!）转速感应机构。它能感应转速的变化并将其转变为其它物理量的变化（滑环位移）。（"）传动放大机构。由于转速感应机构产生的信号往往功率太小，不足以直接带动配汽机构，因此，传动放大机构的作用是接受转速感应机构的信号，并加以放大，然后传递给配汽机构，使其动作（图中错油门和油动机）。（#）反馈机构。传动放大机构在将转速信号放大传递给配汽机构的同时，还发出一个信号使滑阀复位，油动机活塞停止运动（图中油动机带动滑阀的杠杆段）。（$）配汽机构。它的作用是接受传动放大机构的信号来改变汽轮机的进汽量（图中调节汽门）。当外界负荷增加时，汽轮机的转速降低，调速器飞锤的离心力减小，滑环下移，杠杆%&以&为支点，带动错油门#下移，打开错油门上的上下两个油口，压力油进入活塞下部油室，活塞上部油室的油经错油门上油口排走，油动机活塞在上下油压差的作用下移至&位置，调节汽门’开大，进汽量增加，汽轮机的功率增加。在油动机活塞上移的同"时，杠杆%(以%为支点，带动错油门#上移，使其回到中间位置关闭错油门的上下油"口，油动机活塞停止移动，汽轮机的功率与外界负荷相平衡，调节系统处于新的稳定状态。当外界负荷减小时，动作过程与上述相反。三、电液调节系统原理电液调节系统由电子控制回路和液压执行机构组成，其测量及运算放大等元件采用电子元件，执行机构仍采用液压油动机。按其控制系统不同又分为功频电液调节系统和数字电液调节系统。!)功频电液调节系统该系统采用了功率和频率两个调节信号，有三种基本的调节回路。（!）转速调节回路。它用于单机运行工况，在机组启动时升速、并网和在停机（包括甩负荷过程）中控制转速之用。（"）功率调节回路。在机组并入电网运行时或机组在电网中不承担一次调频任务时，频差放大器（转速调节回路）均无输出信号，此时，机组由功率调节回路控制。（#）功*频调节回路。当汽轮机参与一次调频时，调节系统构成了功率*频率调节回路，此时，频率、功率调节回路均参与工作。无论功率通道产生不平衡，还是频率通道产生不平衡，都引起调节系统动作，直至系统趋于稳定。")数字电液调节系统·!+’·
94www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统该系统不仅引入功率、频率信号而且考虑了如调节级压力等与机组运行关系密切的参数，并且其给定、比较、综合和!"#的运算部分都在数字计算机内进行，使系统更加完善。图$%&%&所示为一数字电液调节系统方框图，该系统的调节规律是!"调节规律，而且是两级!"调节的所谓串级调节系统，因此，整个系统是由内回路和外回路组成，内回路加速了调节过程的快速性，外回路则保证了输出应严格等于给定值；!"调节规律既保证了对系统信息的运算处理和放大，又可以保证消除静差，从而实现无差调节。图$%&%&某机组电液调节系统方框图无论是功频电液调节系统还是数字电液调节系统，目前还没有取代推动力大、动作迅速的液压执行机构部分的放大装置，因此，都保留液压调节部分的执行机构，都有把电量转换成液压量的电液转换装置。四、调节系统的静态特性’(调节系统的静态特性曲线稳定工况下，汽轮机的转速!与功率"之间的关系称为调节系统的静态特性，表示这个特性的曲线叫调节系统的静态特性曲线。它由转速感受机构、传动放大机构和执行机构的静态特性决定。如图$%&%)所示，把转速感受机构的静态特性表示在第二象限，传动放大机构的静态特性表示在第三象限；执行机构的静态特性表示在第四象限；这样就可以在第一象限中求得调节系统的静态特性曲线。图中可以看出改变任一环节的静态特性，均可以改变调节系统的静态特性。$(调节系统的速度变动率汽轮机空负荷时的稳定转速!与满负荷时的稳定转速!之间的差值与额定转速$’!*比值的百分数叫调节系统的速度变动率，以符号!表示，即!$%!’!+,’**-（$%&%’）!*·’/.·
95www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统图!"#"$静态特性四象限图速度变动率对汽轮机运行有较大的影响，速度变动率过小时，调节系统表现过于灵敏，电网频率的较小变化，便可以使机组负荷产生较大的变化，机组运行稳定性差，反之，速度变动率大，调节系统工作稳定，但机组甩负荷动态性能差，一般应取!%#&’(&。#)调节系统的迟缓率由于调节系统的各机构中存在着摩擦、间隙以及错油门过封度等，使调节系统的动作出现迟缓。在同一功率下，转速上升过程的静态特性曲线和转速下降过程的静态特性曲线之间的转速差与额定转速之比的百分数称为调节系统的迟缓率，以符号"表示，即#!"%+,**&（!"#"!）!*迟缓率的存在延长了调节系统的动作时间，对机组运行十分不利，一般要求迟缓率不超过*)!&。五、运行对调节系统的要求一个良好的调节系统必须满足以下要求：（,）调节系统应能保证机组在额定参数下稳定地在满负荷至零负荷的范围内运行，而且当参数和频率在允许范围内变动时，机组也能在额定负荷至零负荷范围内运行，并保证汽轮发电机能顺利地并网和解列。（!）为了保证稳定运行，由迟滞等原因引起的自发性负荷变动应在允许范围内，以保证机组的安全经济运行。（#）当负荷变化时，调节系统应能保证机组平稳地从一种工况过渡到另一种工况，而不发生较大的和长期的摆动。（$）当机组突然甩去全负荷，调节系统应能保证不使转速升至危急保安器的动作转速。·,--·
96www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统第二节汽轮机液压调节系统前面已讲到，汽轮机的调节系统由转速感受机构、传动放大机构、执行机构和反馈机构等四部分组成。在稳定工况下，汽轮机功率和转速之间的关系叫汽轮机调节系统的静态特性。它的性质是由组成调节系统各机构的静态特性决定的。一、转速感受机构及其特性调节系统转速感受机构又称调速器，其工作原理可分为液压式、机械式和电子式三大类。液压式和机械式调速器都已有多年的运行历史，目前应用非常广泛。随着机组容量增长，电子式调速器也开始得到广泛应用。本节着重介绍液压式调速器和机械离心式调速器。（一）液压式调速器液压式调速器种类很多，这里以径向钻孔泵和旋转阻尼两种液压离心式调速器为例说明。!"径向钻孔泵径向钻孔泵又称脉冲油泵，它的结构如图#$%$&所示。泵轮是一个有若干径向钻孔的轮盘，固定在主油泵的抗震轴上，由汽轮机主轴直接带动，在泵轮出口与泵壳之间装设有带很多孔的稳流网，其作用是稳定油泵出口的出口油压。这种调速器的工作原理是利用离心泵的进出口压差和油泵转速!的平方成正比的特性，使油泵进出口油压差随着转速作相应变化，然后送入放大机构，即图#$%$&径向钻孔泵!—泵轮；#—泵壳；%—稳流网；’—导流杆；&—密封环；(—固定螺丝；)—排油口·!)*·
97www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统"!!!"#（"#$#$）式中"为常数。由于转速变化与油压差呈平方关系，只能在工作转速附近局部区域内把转速与油泵出口油压按线性考虑，故径向钻孔泵调速器不能作为全行程调速器。其特性曲线如图"#$#%所示。东方汽轮机厂生产的$&&’(汽轮机径向钻孔泵工作范围为")&&*$%&&+,-./。图"#$#%径向钻孔泵调速器静态特性曲线"0旋转阻尼旋转阻尼调速器的结构如图"#$#1所示，它由八根用螺纹紧旋在转轮上的阻尼管组成，并通过螺纹直接连接在汽轮机主轴上。主油泵的压力油经针型调节流后，进入旋转阻尼器的环形一次油压室2通过八根阻尼管排掉一部分油，在油室2中建立一次油压!-3，转速变化时，阻尼管中离心力发生变化，油室2中一次压力油也随着发生变化，并与转速有平方关系，即图"#$#1旋转阻尼3—阻尼管；"—阻尼器体；$—泄油孔；)—外接小轴·314·
98www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统$!!"#"#（$%&%’）式中"为常数。由上式可得到旋转阻尼调速器的静态特性，如图$%&%(所示。这种调速器也只能在额定转速附近近似地看成转速与油压成直线关系，因此也不是全行程调速器。图$%&%(旋转阻尼调速器的静态特性曲线（二）机械离心式调速器机械离心式调速器有低速机械离心调速器和高速弹性调速器两种。图$%&%$中调速器即为低速机械离心调速器，它由飞锤、弹簧、滑环所组成。当转速增加时，重锤的离心力增大而外张，拉伸主弹簧使滑环上移，即将转速变化信号转换为滑环位移信号。图$%&%)所示为高速弹性调速器的结构图。它主要由重锤、钢带、弹簧、调速块、座和套筒等部件组成。这种调速器工作转速较高，可直接装在汽轮机主轴上，不需减速装置。当汽轮机转速变化时，弹簧片因重锤的离心力变化而变形，从而使固定在弹簧片上的调速块移动，输出位移信号。这种弹性调速器可完全避免零部件的摩擦和磨损，因而迟缓率低，灵敏度高，并从较低的转速起就有位移输出，故这种调速器又有全速调速器之称。该调速器的静态特性曲线即转速与位移（调速块或滑环）的关系曲线，如图$%&%"*所示。图$%&%)高速弹性调速器"—弹簧；$—调速块；&—重锤；’—弹簧片；+—杆；,—座：-—套筒·"(*·
99www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统图!"#"$%机械离心式调速器静态特性曲线径向钻孔泵、旋转阻尼和高速弹性调速器分别应用在我国东方汽轮机厂、上海汽轮机厂和哈尔滨汽轮机厂的汽轮机产品上。二、传动放大机构及其静态特性转速感受机构输出的信号变化幅度和能量均较小，不足以推动执行机构，需要经过中间环节将其幅度和能量加以放大，再去控制执行机构。这些中间环节统称为传动放大机构。（一）贯流式传动放大装置信号放大装置一般采用贯流式，因其放大后的提升力还不大，所以多用作调节系统的前置放大级。常见的有波纹筒放大器，随动滑阀和压力变换器三种形式。$&波纹筒放大器波纹筒放大器按一次油压增加后，二次油压增加还是减小，可分为正向波纹筒放大器和反向波纹筒放大器两种。图!"#"$$为正向波纹筒放大原理示意图，当一次油压升高时，波纹筒收缩，蝶阀上移，关小泄油口，二次油室的泄油量减小，二次油压上升，这样，波纹筒放大器将较小的一次油压变化信号放大为二次油压信号。图!"#"$$正向波纹筒放大器$—波纹筒；!—蝶阀；#—二次油室；’—弹簧·$($·
100www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"#"$!为反向波纹筒放大器的原理示意图。当一次油压!升高时，波纹筒伸%$长，杠杆以&点为支点上移，蝶阀泄油间隙增大，泄油量增加，二次油压降低；同样将一次油压变化放大为二次油压变化信号。该放大器发生泄漏使二次油压降低时，将发出信号关闭调节汽门，因此运行中是较安全的。图!"#"$!反向波纹筒放大器原理示意图$—辅助同步器弹簧；!—杠杆；#—波纹筒；’—蝶阀；(—限位螺帽；)—节流孔板；*—过压阀；+—主同步器弹簧!,随动滑阀图!"#"$#所示为随动滑阀的原理示意图。当机组转速降低时，调速器上的调速滑块向左移动，喷油间隙-减小，随动滑阀.室油压升高，在.、/两室压力差推动下，活塞左移，随动滑阀位移通过杠杆传动，使调速滑阀也向左移动，关小二次油压溢油口，二次油压升高，开大调节汽门。当转速升高时，动作过程相反。图!"#"$#随动滑阀原理示意图#,压力变换器压力变换器的原理示意图如图!"#"$’，它与径向钻孔泵联用。当机组转速下降时，径向钻孔泵出口脉动油压下降，压力变换器的活塞在弹簧作用下向下移动，开大二次油油口，二次油压降低。当转速升高时，动作过程与上相反。·$+!·
101www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统图!"#"$%压力变换器原理示意图图!"#"$&东汽#’’()汽轮机调速器滑阀$—弹簧；!—滑阀；#—随动活塞；%—滑套；&—同步器滑套东方汽轮机厂生产的#’’()汽轮机的初级放大联合采用了随动滑阀和压力变换器，如图!"#"$&所示。!*’滑阀与弹簧组成压力变换器，调速滑阀为随动滑阀。当汽轮机转·$+#·
102www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统速降低时，一次油压降低，!!"滑阀下降，油口打开，压力油进入随动滑阀上侧，随动滑阀在压差作用下也下降，当位移与!!"滑阀位移一致后，油口堵死，随动滑阀停止移动；同时，随动滑阀将二次油压油口关小，二次油压升高，将一次油压变化转换为二次油压变化。（二）断流式传动放大装置大容量汽轮机开启调节汽门所需用的功率也大，为此，在信号放大装置后还须装设功率放大装置。国产汽轮机的功率放大装置均采用断流式油动机。断流式传动放大装置由断流滑阀、积分活塞和反馈元件组成。图#$%$&!是断流式传动放大装置油路图。当控制油压（二次或三次脉动油压）下降时，断流滑阀下移油动机活塞上部油口打开，活塞下部排油口也被打开，活塞下移关小调节阀，同时，活塞杆带动反馈滑阀上移，关小反馈进油口，控制油压上升，待控制油恢复正常时，断流滑阀回到中间位置进入新的一个平衡状态。由于动作前后控制油压相等，这种系统也称常油压控制系统。图#$%$&’为双侧进油油动机的示意图。其动作过程为：当来自中间传动放大装置的控制油压升高时错油门%的阀芯上移，压力油经(油口进入油动机活塞下部油室，活塞上部油室则经)油口泄油，油动机活塞&在其上、下油室的压差作用下向上移动，开大调节汽门。当控制油压降低时，动作过程与上相反。图#$%$&!断流式传动放大装置油路图图#$%$&’双侧进油油动机示意图&—活塞；#—反馈斜铁；%—错油门；*—油动机；+—反馈滑阀·&,*·
103www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统（三）传动放大机构的静态特性在稳定工况下，传动放大机构的输入信号（位移!或油压"）与其输出信号（油动机!位移#）之间的关系叫传动放大机构的静态特性。表示这个关系的曲线叫做传动放大机构的静态特性曲线。如图"#$#!%所示。图"#$#!%传动放大机构的静态特性曲线三、执行机构及其静态特性调节汽门和它的传动装置叫做执行机构。（一）调节汽门的传动装置调节汽门的传动装置，大致有以下两种类型：!&凸轮传动装置凸轮传动装置的示意图如图"#$#!’所示。油动机经齿条与齿轮啮合，齿轮又带动装有四个凸轮的轴转动，各凸轮通过杠杆分别控制各调节汽门，并依靠凸轮型线的不同来确定调节汽门的开启顺序，即凸轮轴转过的角度不同，杠杆被抬起的高度也不同，使调节汽门处于不同的开度位置。调节汽门的关闭是靠各弹簧向下的弹性压力来完成的。图"#$#!’凸轮传动装置示意图"&直接传动装置·!%(·
104www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统直接传动即指每个调节汽门都各由一个油动机带动，调节汽门门杆与油动机的活塞杆利用连接器直接连接，油动机行程和调节汽门行程一致，具有结构简单、传动可靠的优点。另外，还有提板式等传动装置，这些系统用于小功率机组，大机组上很少应用。（二）调节汽门调节汽门通常做成球形，称为球形门。图!"#"!$（%）为一种普通单座球形门，这种阀门开启后，通过阀门的蒸汽流量!与阀门升程"的关系曲线，即阀门的流量特性，如&图!"#"!$（’）所示。图!"#"!(为另一种阀门，这种阀门的门芯有一个伸入门座的节流锥体，故称之为锥形门。锥形门在开启的初始阶段，通流面积增加很缓慢，故蒸汽流量增加不太显著，只有当节流锥体脱离门座后，通流面积才有较快的增长，其流量特性在起始阶段有一平缓段，如图!"#"!!所示。由于锥形门具有这种特性，因而被广泛用做喷嘴调节中的第一个调节汽门，以提高机组空负荷运行时的稳定性。图!"#"!$普通单座球形门（%）结构示意（；’）流量特性图!"#"!(普通单座锥形门·(*)·
105www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统图!"#"!!锥形门的流量特性采用喷嘴调节的汽轮机是由多个调节汽门来控制进汽量的，各调节汽门的流量特性联合在一起，便构成了汽轮机调节汽门的联合流量特性。图!"#"!#为三个调节汽门的联合流量特性。图中实线所示阶梯状为调节汽门开启时完全没有重叠度所致。如果当前一个调节汽门尚未完全开启时，就让后一个调节汽门开启，即调节汽门具有一定的重叠度，则调节汽门的联合流量特性曲线如图!"#"!#中的虚线所示。图!"#"!#调节汽门的联合流量特性（三）执行机构的静态特性稳定工况下，执行机构的输入信号（油动机活塞位移!）与输出信号（进汽流量"）的关系称作执行机构的静态特性。但在实际应用时，因为汽轮机的功率#正比于流量"，故常把油动机位移!与汽轮机功率#之间的关系也称作执行机构的静态特性。表示其关系的曲线叫执行机构的静态特性曲线，如图!"#"!$中虚线所示。若第一个调节汽门采用锥形门，则该曲线为图!"#"!$中的实线。图!"#"!$执行机构的静态特性曲线·’&%·
106www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统四、反馈机构调节系统中起反馈作用的装置叫反馈机构。它是调节系统稳定工作不可缺少的组成部分。常用的反馈机构有以下几种：!"杠杆反馈机构图#$%$#为典型的杠杆反馈。当转速升高时，调速器滑环上移，杠杆&’(的(为支点带动错油门芯上移，压力油进入油动机活塞上部使活塞下移。在油动机下移的同时，杠杆(点跟随下移，杠杆以滑环（&点）为支点，又带动错油门芯下移，使其回到中间!位置。#"油口反馈机构油口反馈机构如图#$%$#)所示。当汽轮机转速升高时，调速滑阀右移，增大泄油口*，使控制油压降低，断流滑阀下移，压力油进入油动机活塞上部油室，油动机活塞下移。与此同时，油动机活塞杆上的反馈斜铁也下移，反馈滑阀右移，开大反馈油口+，控制油压回升，直至断流滑阀回到中间位置，调节过程结束。油口反馈的另一种形式是套筒反馈，通过套筒位置变化改变油口开度达到新的平衡。图#$%$#)油口反馈示意图%"弹簧反馈机构图#$%$#,为弹簧反馈机构示意图。图中压弹簧#仅在调节过程中起阻尼作用，故称为动反馈弹簧。二次脉动油压作用在继动器活塞!的上部，与动静两个反馈弹簧的作用相互平衡。当汽轮机转速升高时，二次脉动油压降低，继动器活塞在拉弹簧%的作用下向上移动，蝶阀-控制的排油间隙增加，断流滑阀上移，油动机活塞下移，与此同时，反馈杠杆的*点也下移，使弹簧%的拉力减小，继动器活塞在油压作用下重又下移，蝶阀排油间隙减小，错油门芯回到中间位置。·!..·
107www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统图!"#"!$弹簧反馈示意图%—继动器活塞；!—动反馈弹簧；#—静反馈弹簧；&—蝶阀第三节同步器和电网调频由调节系统静态特性曲线知，机组负荷与转速是单值对应的。孤立运行的机组，其转速将随负荷变化，影响供电质量，对并网运行机组，则只能带与电网频率相对应的一个固定功率，机组负荷不能随用户的需要而变化。为此，调节系统须设有能改变机组转速或负荷的装置———同步器。一、同步器（一）同步器的作用同步器是通过平移静态特性曲线来改变机组转速或负荷的。当机组孤立运行时，如图!"#"!’（(）所示，转速由外界负荷来决定，在!负荷下对应的转速为"，当外界负%)荷降至!时，对应的转速为"，要使机组仍保持"，可用同步器向下平移静态特性曲!%)线，这样机组可在!负荷下维持"转速运行；对并网运行的机组，其转速"由电网决!))定而基本不变，机组在!负荷运行。若欲增加机组负荷，可用同步器向上平移静态特性%曲线，如图!"#"!’（*）所示，则机组在"转速下，负荷增至!。)!综上所述，同步器有以下几个作用：（%）机组孤立运行时，同步器可以保证在任何负荷下保持转速不变。（!）机组并网运行时，同步器可以改变汽轮机功率。·%,+·
108www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"#"!$同步器的作用（%）孤立运行机组（；&）并网运行机组（#）机组并网前，同步器可以改变汽轮机的进汽量来调整汽轮机的转速，使发电机与电网同步并列。（二）同步器的类型汽轮机调节系统所使用的同步器，其构造是多种多样的，但不外乎是移动调速器静态特性曲线和移动传动放大机构静态特性曲线这两类。’(移动调速器静态特性曲线的同步器该类同步器通过改变转速感受机构的某些环节，使得静态特性发生变化。图!"#"!)所示的机械式调速器的调节系统中，设置主弹簧’和辅助弹簧!。主弹簧’装在调速器上并随之一起旋转，辅助弹簧!则固定在专门的支架上，弹簧力通过杠杆作用在调速器滑环上。调速器重锤的离心力是由主弹簧的变形力和辅助弹簧的变形力共同平衡的。改变辅助弹簧的预拉力，也就改变了调速器弹簧的总的预拉力，从而实现转速感受机构静态特性曲线的平移。这种同步器在大机组中很少应用。图!"#"!)移动调速器静态特性曲线的同步器’—主弹簧；!—辅助弹簧!(移动传动放大机构静态特性曲线的同步器改变传动放大机构的环节，使传动放大机构静态特性曲线平移的同步器就称为移动传动放大机构静态特性曲线的同步器。图!"#"!*所示为国产#++,-汽轮机改变二·’*+·
109www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统次脉动油压排油口的套筒式同步器。通过改变同步器套筒位置使二次油压排油口发生变化。套筒下移时（同步器右旋），关小二次油排油口，二次油压升高，静态特性曲线上移。在有波纹筒放大器的调节系统中，改变波纹管下部弹簧的预紧力，可以实现平移传动放大机构的静态特性曲线。北京重型电机厂生产的汽轮机调节系统中，同步器是通过改变控制油压管路上的附加泄油口，达到平移传动放大机构静态特性曲线目的的。图!"#"!$移动传动放大机构静态特性曲线的同步器（三）同步器的工作范围汽轮机不仅在额定参数下运行，而且又在其它各种工况下运行，因此，同步器应能满足机组各工况下正常调整的要求，故须做到：（%）额定参数下，同步器的工作能保证汽轮机功率在空负荷到满负荷之间作任意变动。（!）低限位置应满足：!在电网允许的最低频率下，能维持机组空负荷运行；"新蒸汽参数和背压在允许范围内升高或降低时，应能保证机组在额定转速下维持空负荷运行。（#）高限位置应满足：!在电网允许的最高频率下，能满负荷运行；"新蒸汽参数降低及背压升高时，机组能在额定转速下接带满负荷运行。二、电网调频汽轮发电机组向外供电时，既要满足电能数量、又要满足电能质量的要求，使频率保持在合格的范围内，因此必须经常性的对电网频率进行调整，通常称为电网调频。·%$%·
110www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统（一）一次调频各机组并网运行时，受外界负荷变动影响，电网频率发生变化，这时，各机组的调节系统参与调节作用，改变各机组所带的负荷，使之与外界负荷相平衡。同时，还尽力减少电网频率的改变，这一过程即为一次调频。图!"#"#$所示为机组一次调频示意图。根据相似原理可以求得转速变化!!时，功率变化量!"：!"%!!"&%!!"&（!"#"’）!!$"!$图!"#"#$一次调频示意图上式表明，电网频率变化时，引起的负荷变化与机组调节系统速度变动率成反比。速度变动率大的机组一次调频能力弱，速度变动率小的机组一次调频能力强。所以，在设计中，要根据运行要求使不同的机组有不同的速度变动率。承担调峰的机组速度变动率较小，能承担大的负荷变动；带基本负荷的机组速度变动率较大，不能承担大的负荷变动。（二）二次调频一次调频是有差调节，不能维持电网频率不变，只能缓和电网频率的改变程度。所以还需要利用同步器增、减某些机组的负荷，以恢复电网频率，这一过程称为二次调频。只有经过二次调频后，电网频率才能精确地保持恒定值。二次调频的实现有以下两种方法。（(）电网调频由中心调度所调度员根据负荷潮流及电网频率，给各厂下达负荷调整命令，由各发电单位进行调整，实现全网的二次调频。（!）采用自动发电控制系统（)*+），由计算机（电脑调度员）对各厂机组进行遥控，来实现调频全过程，参加该系统的各机组必须具有机炉协调控制系统。·(,!·
111www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统第四节汽轮机的保护系统为了保证汽轮机设备的安全，防止设备损坏事故的发生，除了要求调节系统动作可靠以外，还应具有必要的保护装置，以便在汽轮机调节系统失灵或发生其它事故时，能及时动作，迅速停机，避免事故的扩大和设备的损坏。一、自动主汽门自动主汽门的作用是在汽轮机的保护装置动作后，迅速切断汽轮机的进汽而停机。自动主汽门应动作迅速，关闭严密。在正常运行的进排汽参数下，汽轮机保护装置动作到主汽门全关的时间，通常要求不大于!"#$，关闭后汽轮机转速应该能降到%!!!&’()*以下。图+,-,-%所示为一种常见的高压自动主汽门操纵座。它主要由油动机，操作滑阀（错油门）和活动试验阀组成。当操作滑阀下部的控制油压升高时，弹簧%.被压缩，操作滑阀#上移，油口/开启，控制油经节流油口0和油口/进入油动机活塞%1下部油室，克服弹簧%-和%2的向下作用力，将活塞%1顶起，使主汽门开启。在活塞%1上移的同时，通过反馈杠杆.压缩弹簧%.，弹簧紧力增加，迫使操作滑阀#下移，直到油口/重新被关闭为止，因此，操作滑阀下的每一个控制油压值均对应着一个固定的活塞位置。随着控制油压的升高，油动机活塞%1不断上升，直至主汽门全开。当汽轮机的保护装置动作后，油动机活塞下部的控制油经泄油孔+!泄掉，在弹簧%-、%2的作用下活塞迅速下移，关闭主汽门。当油动机活塞关到接近终点时，排油口被封死，活塞下部的油只能经活塞四周微小间隙和节流孔%3排出，因而排油速度大大减缓，主汽门关闭速度降低，起到缓冲作用，防止活塞冲击损坏操纵座。活动试验阀1用于在汽轮机运行中活动主汽门，以防止主汽门长期不动造成卡涩。活动时，转动手轮4，使油动机活塞下部控制油的两个泄油口!和!先后开启，仅下油%+口!全开时，控制油压下降，使活塞%1下降%#5左右，这种方式可以在运行中活动主汽%门；若!，!油口同时被打开，则活塞%1下部的油压可以全关主汽门。%+在操纵座外壳下部的隔层中通入冷却水，用以防止主汽门的辐射热能传到活塞下部，使油温过高影响油动机正常工作。·%.-·
112www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"#"#$自动主汽门操纵座$—下横梁；!—下部限位环；#—套筒；%—节流孔；&—操作滑阀；’—活动试验阀；(—手轮；)—上部限位环；*—回复杠杆；$+—特制螺帽；$$—压紧环；$!—导向杆套；$#—小弹簧；$%—大弹簧；$&—活塞杆；$’—活塞；$(—活塞环；$)—节流孔；$*—弹簧；!+—泄油孔；!$—上横梁；!!—弹簧座二、危急保安器装置（一）危急保安器滑阀危急保安器滑阀是各种停机保护信号的传动放大机构。它感受两个信号：一是飞锤或飞环引起杠杆位移信号，二是滑阀下部附加保安油压信号。危急保安器动作后泄掉调节汽门二次脉动油压和主汽门保安油压，使主汽门、调节汽门迅速关闭。图!"#"#!所示为东汽#++,-汽轮机的危急保安器滑阀。机组启动前，大滑阀$下部承受附加保安油压向上作用力，上部承受启动阀来的挂闸油路油压作用力，启动阀退至零位（挂闸位置）时，挂闸油压泄压，大滑阀$上升至上限位置（正常工作位置），这时，滑阀凸肩将调节汽门二次油路和主汽门保安油路与排油口隔开。继续上摇启动阀，滑阀上部建立挂闸油压，危急保安器滑阀进入工作状态。·$*%·
113www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统图!"#"#!危急保安器滑阀$—大滑阀；!—弹簧；#—套筒；%—阀体：&—阀盖；’—小滑阀；(—垫圈；)—罩螺母；*—限位块当危急保安器动作时，危急保安器杠杆将小滑阀’压下，压力油进入!室，此时，大滑阀上部油压作用面积大于下部作用面积，大滑阀在压差作用下落下，将调节汽门二次油和主汽门保安油与排油口接通，从而迅速关闭调节汽门和高、中压主汽门实现停机。"室的附加保安油压受辅助超速滑阀、轴向位移遮断阀、手动遮断阀和电磁遮断阀的控制。当上述任一保护动作时，附加保安油压迅速跌落，大滑阀落下，同样实现停机。（二）超速保护装置为了防止汽轮机发生超速飞车事故，各汽轮机均设置超速保护装置。一般当转速升高至额定转速的$$+,-$$!,时，动作停机。$.危急保安器危急保安器是超速保护装置的转速感受机构，按其结构特点可分为飞锤式和飞环式两类。（$）图!"#"##为飞锤式危急保安器的结构图。它装在汽轮机的主轴前端，由飞锤%、外壳$、弹簧’和调整螺母#等组成。飞锤的重心和旋转中心偏离一段距离（东方汽轮机厂#++/0汽轮机飞锤偏心’.&11）。飞锤’被弹簧压至紧靠塞头*，当转速低于飞出转速时，弹簧力大于离心力，飞锤处于图示位置不动。当转速高于飞出转速时，弹簧力小于离心力，飞锤向外飞出。飞锤一旦动作，偏心距增大，所以飞锤必然加速走完全行程。·$*&·
114www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统飞锤飞出后击打危急保安器杠杆，使危急保安器滑阀动作，实现迅速停机。飞锤的动作转速可通过改变弹簧!的预紧力加以调整，转动调整螺母"，使得导向衬套#移动就能改变弹簧的预紧力。图$%"%""飞锤式危急保安器&—飞锤外壳（短轴）；$—两半环；"—调整螺母；’—飞锤，#—导向衬套；!—弹簧；(—螺钉；)—限位衬套；*—塞头；&+—特制键；&&—特制螺塞；&$—键；&"—泄油孔口（$）图$%"%"’是飞环式危急保安器的结构图。它和飞锤式危急保安器主要不同之处，就是用一个具有偏心重量的飞环&代替偏心飞锤套在汽轮机主轴上，当汽轮机转速升高到动作转速时，偏心飞环的离心力克服弹簧力向外飞出。螺母$可以改变飞环动作转速。图$%"%"’飞环式危急保安器&—飞环；$—调整螺母；"—主轴；’—弹簧；#—螺钉；!—圆柱销；(—螺钉；)—孔口；*—泄油孔口；&+—套筒·&*!·
115www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统为防止机组启动和运行中飞锤或飞环卡涩，多数危急保安器还设置了充油压出试验装置。该试验在机组空负荷或正常带负荷情况下均可以进行，试验时，用压出试验滑阀移开一支杠杆，充油压出后恢复。!"辅助超速保护辅助超速保护亦称附加超速保护。其作用为，若危急保安器失灵，机组的转速上升至额定转速的##$%&##’%时，辅助超速保护动作，使危急保安器滑阀动作，汽轮机停机。所以它是防止汽轮机转速飞升过大而设置的一道重要超速保护装置。辅助超速保护结构型式繁多，图!($($)所示为东方汽轮机厂$**+,汽轮机辅助超速保护滑阀。机组正常运行（额定转速）时，由于弹簧力远大于一次脉动油压对!$*滑阀$下端的作用力，滑阀排油口关闭。当机组转速升高到额定转速的##$%&##’%时，!$*滑阀在脉动油压力作用下克服弹簧力打开套筒上的控制油口，从而使危急保安器滑阀下油压下跌到掉闸值，危急保安器滑阀落下，关闭调节汽门、主汽门停机。辅助超速滑阀动作值通过调整螺母)进行调整。图!($($)辅助超速保护滑阀#—阀体；!—套筒；$—滑阀；’—弹簧；)—调整螺母；-—可调整挡板螺栓；.—销钉·#/.·
116www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统（三）危急遮断转换阀对于采用双工质调节系统的汽轮机，即转速感受及初级放大部分采用汽轮机油，而功率放大部分采用抗燃油，两者之间的调节保护信号就是通过中间继动滑阀和危急遮断转换滑阀完成传递的。图!"#"#$是一种遮断转换阀的结构图。其中活塞%的运动受危急保安器来的保安油控制。机组挂闸后，主汽门保安油压建立，作用于活塞%下部，使活塞上移，这时，通过杠杆&使滑阀#下移，逐渐关小排油口，抗燃安全油路油压逐渐升高，主汽门油动机逐渐开启。当危急保安器滑阀跳闸后，汽轮机保安油泄掉，活塞%在弹簧’的作用下关闭，滑阀#打开排油口，抗燃保安油泄压，主汽门关闭。图!"#"#$危急遮断转换阀&—杠杆；!—套筒；#—滑阀；’—弹簧；%—活塞三、汽轮机保护系统大功率汽轮机保护装置要求齐全、可靠，为此采用多种保护系统。保护系统和调节系统一样，由感应、传动放大和执行机构三部分组成。图!"#"#(是)#**"&$+(,%#(,%#(型汽轮机保护装置动作关系方框图。图中各保护为保安系统的感应机构，当某一保护动作时，感应机构给出信号，通过传动放大机构即危急保安器滑阀放大信号，执行机构动作，达到停机目的。汽轮机保护系统中，除前述的液压保护外，还有多种电气信号保护装置，对汽轮机各个重要方面进行保护。它们的信号通过电磁控制阀和电磁遮断阀传递，实现停机。主要有：·&.-·
117www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统图!"#"#$%#&&"’()$*+#$*+#$型汽轮机保护装置动作关系方框图（’）电气超速保护：通过测速电机测量转速到##&&,*-./时，发出信号，执行停机。（!）轴向位移保护：通过涡流传感器测量转子轴向位移，越限时发出信号停机。（#）低油压保护（润滑油）：润滑油压低至一定值时，联动直流油泵，低至停机值时，发出信号执行停机。（0）低抗燃油压保护：抗燃油压低至低一值时，联动备用泵；低至低二值时，发出停机信号停机。（+）低真空保护：通过压力开关感应真空值低二值，接通后，发停机信号停机。（(）胀差保护：应用涡流传感器测量各缸汽缸与转子胀差，达到极限值时，动作停机。（$）轴承振动：对各瓦振动进行测量，若某一瓦振动值达到’&&时，动作停机。!-·’11·
118www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统第五节汽轮机的供油系统随着机组单机容量的增加，驱动执行机构所需的油压也应提高，同时汽门装设位置也有了较大的变动，由汽缸上方移到汽缸的两侧，带动这些汽门的执行机构—油动机也相应移位，一般都装在灼热的壳体和管道周围，这就增加了发生火灾的危险性，为此在大机组中多数采用了抗燃油作为这些执行机构的工质。而调节系统的其它部件仍用汽轮机油作工质，和润滑油共用一套系统。对调节系统而言，以中间继动滑阀为界，对保安系统而言，以危急遮断转换阀为界。现分别介绍两套供油系统。一、润滑油供油系统润滑油供油系统主要用来供给汽轮发电机组润滑和冷却用油以及调节保安部套用的压力油。（一）供油系统的类型供油系统按设备与管道布置方式不同，可分为集装供油系统和分散供油系统两类。!"集装供油系统集装供油系统将高、低压交流油泵和直流油泵集中布置在油箱顶上且油管路采用套装管路即系统回油作为外管，其它供油管安装在该管内部，这种系统的主要优、缺点如下：（!）油泵集中布置，便于检查维护及现场设备管理。（#）套装油管可以防止压力油管跑油，发生火灾事故和造成损失。（$）套装油管检修困难。由于具有以上特点，因此被广泛应用在大机组上。#"分散供油系统与上述系统相反，分散供油系统各设备分别安装在各自的基础上，管路分散安装。由于该系统布置分散，占地面积大，且压力油管外露，容易发生漏油着火事故，故在现代大机组中已很少使用这种供油系统。（二）供油系统的组成润滑油供油系统必须满足机组正常运行要求，因而其所属设备除考虑供油量外，还·#%%·
119www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统要保证供油质量及满足其它一些机组安全运行的要求。润滑供油系统如图!"#"#$所示，主要由油箱%#、射油器&、主油泵%、交流润滑油泵#、直流油泵’、高压启动油泵!、冷油器%!、油净化器%(、排烟装置)、溢油阀*及油管等组成。图!"#"#$润滑油供油系统%—离心式主油泵；!—高压启动油泵；#—交流润滑油泵；’—直流事故油泵；&—%号、!号射油器；+—启动排油阀；*—溢油阀；$—油位指示器；)—排烟装置；%(—油净化装置；%%—油压降低继电器；%!—冷油器；%#—组合式油箱%,油箱油箱在油系统中除了用来储油外，还起着分离油中水分、沉淀物及气泡的作用。油箱用钢板焊成，底部倾斜以便能很快地将已分离开来的水、沉淀物或其它杂质由最低部放出。油箱上还带有油位计、滤网等附件。为保证油箱内以及轴承箱油烟顺利排出，设有排油烟机。排油烟机使油箱内形成微负压（一般(,!’&-./），一方面防止可燃烟气的聚积，另一方面可使各瓦顺利回油。!,油泵供油系统设有主油泵、启动油泵、辅助润滑油泵、直流事故油泵等。其工作原理与水泵相同。主油泵多数与汽轮机转子同轴安装，它应具有流量大、出口压头稳定的特点。即扬程—流量特性平缓，以保证在不同工况下向汽轮机调节系统和轴瓦稳定供油。主油泵不能自吸，因此在主油泵正常运行中，需要有射油器提供(,(&0(,%1./的压力油，供给主油泵入口。在转子静止或启动过程中，启动油泵是主油泵的替代泵。在机组启动前应首先启动启动油泵，供给调节系统用油。待机组进入工作转速后，停止启动油泵运行作为备用。·!(%·
120www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统辅助润滑油泵是由交流电机驱动的离心泵。机组正常运行时，机组润滑油通过射油器供给。在机组启动或射油器故障时，辅助润滑油泵投入运行，确保汽轮机润滑油的正常供给。事故油泵是在失去厂用电或辅助润滑油泵故障时投入运行，以保证机组顺利停机。!"冷油器由于转子的导热和轴瓦摩擦发热，油温会逐渐升高。因此为保证轴瓦的正常工作，必须保持一定的供油温度。冷油器就是为满足这一要求而设置的。冷油器多为管式或板式换热器，一般用循环水作为冷却水。运行中要求冷却水压力低于润滑油压力，防止管路破裂后，水进入油中使油质变差。冷油器出口油温可通过手动或自动调节冷却水量来控制。（三）润滑油供油系统的运行润滑油系统正常运行是汽轮机安全稳定运行的前提，所以必须保证系统各部正常，以保质保量地向汽轮机供油。机组启动前，先启动交流润滑油泵，向汽轮机各轴瓦供油，同时向调节系统供油排空。投入顶轴油系统以后，机组进入盘车状态。启动高压启动油泵正常后，机组具备启动条件。机组定速后，汽轮机主油泵投入工作，向机组供调速油，且通过射油器向机组供润滑油，这时可停止高压启动油泵和交流润滑油泵，由主油泵维持正常运行。当机组正常或事故停机时，应启动交流润滑油泵和高压启动油泵，直至机组停机完毕进入盘车状态后，维持交流润滑油泵运行。在正常运行和停机过程中，直流润滑油泵均作备用，以保证汽轮机安全停机。二、抗燃油供油系统抗燃油供油系统主要是供给靠近热体的执行机构用油，防止运行中漏油着火。（一）抗燃油供油装置抗燃油供油装置如图#$!$!%所示，由抗燃油箱&、抗燃油泵#、蓄能器!、抗燃油冷却系统及抗燃油再生装置等组成。抗燃油箱主要用作储油，油箱内装有磁过滤器，用以吸附油箱内抗燃油中的微小铁末，提高抗燃油的品质；抗燃油泵采用型式有多种，常用的是螺杆泵，具有安装方便（集装于油箱），维护简单，运行特性稳定等优点。蓄能器的作用主要是当调节系统动作大量用油时，释放所蓄油压力能以保持系统压力稳定；保证主汽门关闭速度。由于高压力的抗燃油系统不宜装设冷油器，因而设计了并列循环冷却系统用以调节抗燃油温在合格范围，油净化装置是用来消除系统长期运行而产生的化学粘结·#’#·
121www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统物和进入系统的机械杂质，保证抗燃油油质符合运行要求。图!"#"#$抗燃油供油系统%—抗燃油箱；!—抗燃油泵；#—蓄能器；&—冷却循环泵；’—冷油器；(—抗燃油再生装置（二）抗燃油系统使用要求抗燃油系统投入运行前必须按有关标准对新油的各项质量标准进行化验，其中酸值必须小于)*%’+,-./0,。抗燃油系统应防止水分进入，水分会使磷酸脂抗燃油水解，并给油质的再生处理带来困难。同时其水解产物对磷酸脂的水解过程又是极强的催化剂，因此，必须在运行中用油再生系统来控制抗燃油的酸值，防止系统中酸性分解物的增加。抗燃油箱应封闭严密，防止灰尘落入。抗燃油系统起动前，可进行油循环来逐步提高油温，不能采用加热元件温度超过%!)1的加热设备，防止油质因局部加热加速老化。系统各部套的工作环境温度不得过高，应有良好的通风条件。·!)#·
122www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统第六节再热式汽轮机的调节特点中间再热式汽轮机由于能提高循环的热效率，同时解决新蒸汽压力提高以后排汽湿度增大的问题，因而得到了广泛的应用。图!"#"$%是中间再热式汽轮机工作原理示意图。蒸汽进入汽轮机高压缸膨胀做功后，全部回到锅炉中间再热器再一次加热，加热后的蒸汽重又回到汽轮机中压缸及低压缸继续膨胀做功后，排入凝汽器。图!"#"$%中间再热汽轮机工作原理示意图&—锅炉；!—高压缸；#—中压缸；$—低压缸；’—过热器；(—再热器；)—冷凝器；*—主汽门；+—高压调节汽门；&%—中压主汽门；&&—中压调节汽门一、中间再热给汽轮机带来的问题（一）单元制运行方式的影响机组采用中间再热后，中间再热器内的压力随机组功率变化而变化，各台机组不一定相同。因此，再热器之间无法设置母管。这样，再热式机组就必须采用单元制。而单元制的采用给汽轮机调节带来了不利的影响，表现在：&,减小了对锅炉蓄能的利用单元制系统中，机炉一一对应。汽轮机没有利用其它锅炉及母管蓄能的可能，特别是采用直流炉的单元制系统，可被利用的蓄能更小。而锅炉本身的热惯性较大，其时间常数达&%%-#%%.。所以，当系统负荷发生变化时，锅炉不能适应外界负荷变化的需要，降低了机组参加一次调频的能力。当汽轮机功率变化较大时，锅炉出口压力剧烈变化。可能引起汽水共腾，影响汽轮机的安全运行。!,机炉的相互配合问题突出了单元制中，由于汽轮机和锅炉的特性不同，使某些工况下机炉之间保持协调存在一·!%$·
123www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统定困难。突出表现在!锅炉的最小稳燃负荷通常为!"#$%"#，而汽轮机的空载流量却很小，一般只为额定值的!#$&#，甚至更小，这样，在汽轮机空载和升负荷运行时，锅炉将向空排汽造成热能和工质的损失。"在低负荷下，中间再热器需要保护。但汽轮机空载时的流量只有!#$&#，甩负荷的瞬间甚至为零。因此在起动、空载和低负荷下运行时，存在中间再热器的保护问题。（二）中间再热容积的影响由于再热式汽轮机在高压缸和中压缸之间加入了一个中间再热器及其连接管道，再热器及其来回的再热蒸汽管形成了很大的中间蒸汽容积，这个中间蒸汽容积给再热式汽轮机的调节带来了以下不利的影响：’(机组的功率滞延在汽轮机调节汽门开大时，凝汽式汽轮机的流量和功率几乎是同时发生变化的，而中间再热式汽轮机高压缸功率在最初瞬间几乎是无迟延地变化的。而中、低压缸的功率由于再热器庞大的中间容积，其压力的变化滞后于高压缸流量的变化，中压缸、低压缸的功率随之缓慢变化。直到中间再热器压力稳定下来。因此，中压缸、低压缸的功率的滞延现象大大降低了机组参加电网一次调频的能力。)(增加了甩负荷时的动态超速影响中间再热机组动态升速的一个重要原因，是由于再热器及其管道在高、中压缸之间组成了一个庞大的中间蒸汽容积，当汽轮机甩负荷后，即使高压缸调节汽门和主汽门都完全关闭，这个中间再热蒸汽容积内所蓄存的蒸汽进入中低压缸继续膨胀做功，将使汽轮机严重超速约*"#$!"#。显然，这已远远超出了汽轮机零件的强度极限。二、再热式汽轮机调节系统的特点（一）采用过调节过调节即高压缸调节汽门的动态过开或动态过关。过去一些国产机组上，过调节是通过调节系统中的动态校正器来实现的。当负荷变化时，动态校正器使高压缸调节汽门的开度变化超过静态所要求的数值，以后再逐渐减小至静态值，即利用高压缸的超发来补偿中、低压缸的功率滞后。但是，采用高压缸动态过调要求锅炉提供更多的蒸汽量，在负荷变化较大时，锅炉无法满足要求，因而动态过调节受到限制。随着电网容量的增大，外界负荷的变化对电网频率的影响较小，故每台并网运行的机组所分担的负荷变化量也就很小，对机组参加一次调频的要求也就不强烈了。所以现代大机组已不再采用动态过调的方法。·)"!·
124www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统（二）设置中压主汽门和中压调节汽门设置中压主汽门和中压调节汽门后，中间再热蒸汽经过中压主汽门和中压调节汽门后才进入中压缸。中压调节汽门和高压缸调节汽门同时受调速器控制。当机组甩负荷，调速器同时控制高压调节汽门和中压调节汽门切断进入高压缸的新蒸汽和进入中压缸的再热蒸汽，并维持机组在低于危急保安器动作转速下运行。当转速超过危急保安器动作转速时，危急遮断滑阀将同时关闭高、中压主汽门，切断汽轮机的全部进汽使机组停止下来。中压缸调节汽门在设计时，考虑了因经常的节流作用会给汽轮机带来附加损失，因而在汽轮机负荷高于!"#额定负荷时中压调节汽门全开。当负荷低于!"#额定负荷时，中压调节汽门开始关小，参加调节。为使结构紧凑，节流损失减小，通常将中压主汽门和调节汽门壳体设计成一个整体，称之为中压联合汽门。（三）设置旁路系统为了解决汽轮机空、低负荷时流量和锅炉低负荷流量的不平衡以保护中间再热器，再热机组都设置有旁路系统。第七节电液调节系统随着汽轮发电机组参数的提高、容量的增大以及中间再热的采用，对汽轮机调节系统、集中控制以及电厂综合自动化水平等各方面提出了更高的要求。汽轮机液压调节系统以频率（转速）的偏差作为唯一的调节信号，调节过程中一个转速的变化对应一个负荷的变化，不能实现无差调节。对于大容量机组，由于动态飞升时间常数减小，动态特性变差，所以对调节系统静态和动态特性提出了更高要求。另外，随着电厂自动化水平的提高，必然采用集中控制，机炉协调的运行方式，液压调节系统也是不能满足要求的。而电液调节系统控制部分元件采用电子元件，具有测量方便，运算、比较、综合能力强，运算速度快、精确度高，还可以较方便地改变放大倍数、时间常数等，从而可比较方便地改变调节特性，满足机组不同运行方式的要求。因此电液调节系统在大机组上被广泛应用。一、电液调节系统的特点$%大范围测速·’"&·
125www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统电液调节系统采用电子元件测速，转速和模拟电压可以在很大范围内保持良好的线性关系，因而电调系统测速范围均在!"#!!!$%&’(，为实现机组自启动奠定了基础。)*灵敏度高，过渡品质好电液调节系统既具有电气部分快速、灵敏、准确的特点，又具有液压执行机构提升力大、动作迅速的优点，调节精确度高，迟缓率不超过!*+,。另外，电调系统采用-./调节系统，可以实现无差调节。0*静态、动态特性良好电液调节的转速能准确地等于给定转速，静态性能良好；动态特性方面更为突出，在机组甩负荷时，由于可以切除功率给定，系统的动态升速可以比液压调节系统降低一个速动变动率值。#*综合信号能力强电液调节便于多种信号的综合，除功率、频率外，还可以引入其它一些内部或外部扰动信号，使调节稳定性和准确性大大增强。1*便于集中控制电液调节中的电气部分，便于综合和比较各种信号，便于参数调整和运行检查，便于集中控制和机炉协调控制，有助于机组自动化水平的提高。2*能够实现不同的运行方式电子元件作为传动放大元件，设定静态特性容易，可以满足不同运行方式的要求。二、电液调节系统的功能电液调节系统种类繁多，其工作原理和功能各异。下面就上海汽轮机厂生产的0!!34汽轮机的/56调节系统做一介绍。（一）/56调节系统的组成图)707#+为上海汽轮机厂0!!34机组的/56系统图，该系统主要由五大部分组成。（+）电子控制器：主要包括数字计算机、混合数模插件、接口和电源设备等，集中于+"2号控制柜中，主要用于给定和接受反馈信号、逻辑运算和发出指令进行控制等。（)）操作系统：主要设置有操作盘%显示器和打印机等，为运行人员进行人机对话，提供运行信息、监督和操作。（0）油系统：包括高压油与润滑油系统。（#）执行机构：主要是具有附加快关、隔离和逆止装置的单侧油动机，用于带动主汽·)!8·
126www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统门、调节汽门。图!"#"$%上海汽轮机厂#&&’(机组的)*+调节系统图（,）保护系统：设有六个电磁阀，其中两个用于超速时关闭上述两种汽门，其余用于：轴承油压过低、)*+系统油压过低、轴向位移过大、凝汽器真空低以及手动停机之用。（二）)*+的系统功能%-汽轮机自动调节功能从启动过程的功能看，系统能自动地迅速通过临界转速区，并能自动同期。从启动方式来看，能适应冷态、温态和热态启动的控制，当达到切换转速时，可由主汽门控制方式自动切换到调节汽门控制方式，当用中压缸冲转时，达到冲转方式切换转速后，能由中压缸调节汽门控制自动地切换到主汽门控制，当达到主汽门控制与调节汽门控制切换转速时，又能自动地切换到调节汽门控制方式。从运行状态来看，系统主要有以下功能：%）可根据电网要求，选择调频运行方式和基本负荷运行方式。!）可由运行人员调整或设置负荷的上下限、升降率。#）系统采用串级的!%运行方式，在负荷大于%&.以后，也可由运行人员选择是否采用第一冲动级汽室压力!和发电机功率"反馈回路。%$）可供选择定压运行方式和滑压运行方式，当定压运行时，系统有阀门控制功能，以保证汽轮机能获得最大功率。,）可根据需要选择炉跟机、机跟炉或协调控制方式，当机组参与协调控制时，可由电厂调度或运行人员操作发出指令，自动地控制汽轮发电机的出力。除此以外，为确保系统的可靠性而采取的措施是：计算机是双机系统，并能自动或手·!&/·
127www.plcworld.cn第三章汽轮机的调节、保护及供油系统动切换；对重要模量（如转速、功率、压力等）进行三选处理，对重要的开关量进行两选；对操作员的命令按规则检查；对系统进行自检等。!"汽轮机启停和运行监控系统的功能该监控系统在启停和运行中对机组和#$%装置两部分进行监控，其内容包括操作状态按钮指示、状态指示和&’(画面，其中#$%监控的内容包括重要通遭、电源、内部程序运行的工作情况等。&’(画面包括机组和系统的重要参数、运行曲线、潮流趋势和故障显示等。)"汽轮机超速保护功能为了避免机组超速，#$%系统具有三种保护功能。*）甩全负荷超速保护。机组运行时，如发生油开关跳闸，保护系统检测到这种情况后，将迅速关闭调节汽门，以免大量蒸汽进入汽轮机而引起超速事故，延迟一段时间后，如不出现升速，再开调节汽门使机组维持空负荷运行，这样做的目的是为了减少机组再次启动的损失，使机组能迅速重新并网。!）甩负荷保护。当电网发生瞬间短路故障时，引起发电机功率突降这一情况时，为维持电网的稳定性，保护系统迅速将中压调节汽门关闭一下，然后再行开启，以维持机组的正常运行。)）超速保护。该保护有*+),和**+,两种。*+),超速保护是指汽轮机转速超过)+-+./012时，迅速将高压缸和中压缸调节汽门同时关闭；**+,超速保护是指汽轮机转速超过))++./012时，将所有的主汽门、调节汽门同时关闭，进行紧急停机避免事故的发生，与此同时，旁路门也协同动作，以保证再热器的冷却和减少机组的工质损失。除此之外，#$%的保护系统还能在运行中定期进行*+),超速试验、**+,超速试验、紧急停机电磁阀试验，以保证系统能始终保持良好的备用状态。3"汽轮机自动（4(&）功能#$%系统的自动4(&包括自启动4(&和带负荷4(&。它由若干个子程序组成，能完成汽轮机各种启动状态的全程自动启动过程，包括冲转前检查、冲转、暖机、定速、并网接带负荷以及启动过程中辅助设备的投入，直至额定负荷工况的全过程。·!+-·
128www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统第四章汽轮机的热力系统及设备第一节热力系统的基本概念原则性热力系统是把主要热力设备按工质热力循环顺序连接起来构成的系统。同类型、同参数的设备，在图上只用一台表示。它概括了发电厂工质的流程与热力设备之间的有机联系，表明了能量转换过程的完善性和经济性。一般的原则性热力系统包括：锅炉给水的回热系统；疏水系统；补充水系统；锅炉排污利用系统等。现以!"##$%#$&’&型汽轮机原则性热力系统为例加以说明。如图($)$"所示。它配用*+)##,"##型锅炉。该机共有-级不调整抽汽，一、二级抽汽供高压回热加热器，第三级抽汽作为./0（/#1.23/）除氧器加热汽源，第四至第七级抽汽供给四台低压回热加热器。由于各级抽汽压力随负荷正比下降，在低负荷工况下，无法保证除氧器除氧效果，因此在第二级与第三级抽汽之间，加装自动切换阀，低负荷运行时加热汽源切换至第二级抽汽。各回热加热器疏水基本上采用逐级自流法，高压回热加热器逐级自流至除氧器，低压回热加热器逐级自流至冷凝器。为了减少疏水在冷凝器的放热损失，在正常情况下第六级和第七级回热加热器疏水用疏水泵打入加热器出口的主凝结水管中。只有在疏水泵故障时，才采用逐级自流至冷凝器。第七级回热加热器后，有一台轴封加热器，以回收轴封用汽的工质和热量。·("#·
129www.plcworld.cn第四章汽轮机的热力系统及设备图!"#"$%$&&"’&"()(型汽轮机原则性热力系统该系统采用一只*+,（+&-*./+）排污扩容器，扩容后的蒸汽回收作为除氧器加热蒸汽使用，排出的污水加热化学处理后的补充水，然后排入地沟。化学补充水加热后，进入凝汽器进行真空除氧，之后与主凝结水一起参加热力循环。发电厂的全面性热力系统是指全厂所有运行和备用的热力设备以及连接这些设备的管道和附件的总系统图。它既表明了各种运行工况下的切换方式，又表明了备用设备投入运行的可能性。因此，它是发电厂设计、运行、检修、培训等工作的重要依据。第二节主蒸汽管路系统发电厂的主蒸汽管路系统，主要指锅炉与汽轮机之间的连接管路。目前，发电厂常用的主蒸汽管路系统有：单元制、扩大单元制、切换母管制、集中母管制等。在形式上它们大体都有类似之处，因此以下在详细介绍单元制和切换母管制的同时，附带说明扩大单元制和集中母管制。一、单元制系统单元制系统是指一炉一机单独配合的系统。与其他机组之间没有横向联系。如图!"#"!所示。这种系统的主要优点是，系统简单，管道短，阀门少，管阻小，给设计、运行、检修，施工带来很大方便。主要缺点是，当一台锅炉或汽轮机发生故障或检修时，整个单元必须停止运行。因而，其运行的灵活性较差。·!$$·
130www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"#"!单元制主蒸汽管路系统对于现代大容量高参数的中间再热机组来说，由于不同机组之间的中间再热蒸汽压力随负荷变化有着不同数值，很难实现并联，迫使主蒸汽管路都毫无例外地采用单元制系统。二、切换母管制切换母管制系统，是每台汽轮机与其相对应的锅炉仍然组成一个单元，但各单元之间则通过切换母管可互相联系。如图!"#"$所示。当某台汽轮机或锅炉故障或检修时，通过切换母管三通处的三个切换阀门的操作，达到切换交叉运行的目的。图!"#"$切换母管制切换母管系统的优点是：调度灵活，尤其是对机、炉台数多的电厂就更为突出，为充分利用锅炉的富裕容量创造了良好的条件。但由此亦引出了阀门多、管路长而复杂、压力损失和散热损失增加、阀门事故可能性增大，投资增加等缺点。因此，这种系统适用于非中间再热的中小容量机组。·!%!·
131www.plcworld.cn第四章汽轮机的热力系统及设备三、集中母管制系统所谓集中母管制系统，是把全厂锅炉生产的蒸汽首先集中送入母管，再由母管分送至各台汽轮机。为了避免因检修母管而全厂停止运行，母管上设有几个分段阀门，在正常情况下分段阀门全开，只有在母管、机、炉等发生事故或检修时，才关闭某个有关的分段阀门。显然，当母管分段检修时，与该段母管相连的机、炉必须停止运行，其灵活性较切换母管制差。因此，除机与炉的单位容量相差较大不能组成单元以外，一般不采用集中母管制系统。第三节中间再热机组的旁路系统中间再热机组均采用机、炉对应的单元制系统。单元制系统亦给中间再热机组运行带来了困难，特别是在机组起动、低负荷或空负荷时。例如，一般空负荷时汽轮机所需蒸汽量约为额定流量的!"左右。而锅炉维持稳定燃烧所需的最小蒸发量为额定蒸发量的#$"左右。因而，在低负荷或空负荷时产生了如何处理锅炉多余蒸汽量的问题。另外，在空负荷时为了保证中间再热器不致烧坏，中间再热器至少需保持%&"左右的额定流量。这与汽轮机的空负荷流量也不配合。为了解决机组起动和低负荷或空负荷下机、炉蒸汽量的平衡和保护中间再热器的问题，中间再热机组一般均设置旁路系统，旁路系统主要有两种形式：一、两级旁路系统图’()()所示为国产*%’&(%#&+&&$+&&$型机组的两级旁路系统。一级旁路从主蒸汽管引出通过减温减压器进入中间再热管冷段。其容量按#$"额定流量设计。在起动、低负荷或空负荷时投入，以保护中间再热器不致烧坏。二级旁路从再热器热段引出通过减温减压器进入冷凝器，其容量亦按#$"额定流量设计。此系统在机组起动、低负荷或空负荷时投入，可满足锅炉的供汽量与汽机的需汽量不平衡时进行调节的要求。二、三级旁路系统图’()(&所示为国产*’$$(%#$+&#&+&#&机组的三级旁路系统。一级和二级旁·’%#·
132www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统路系统与上述两级旁路系统相同，但设计容量较小，两级皆为!"额定流量，主要满足机组起动时调节再热蒸汽温度和保护再热器的需要。三级旁路从主蒸汽管引出，通过减温减压后进入冷凝器，设计容量为#$"额定流量，使汽轮机甩负荷时，能迅速排出炉内蒸汽，防止锅炉超压而引起安全阀动作。图%&’&’两级旁路系统图%&’&(三级旁路系统三级旁路的运行灵活性较两级为好，但其系统复杂、投资大。第四节凝汽设备及供水系统发电厂都采用冷凝器作为热力循环的冷源装置，它起到提高循环的经济性和回收工质的作用。冷凝器及其辅助设备统称为凝汽设备。·%)’·
133www.plcworld.cn第四章汽轮机的热力系统及设备一、凝汽设备的组成图!"#"$是一个最简单的凝汽设备原则性系统图。汽轮机排汽进入冷凝器%的汽侧，循环水泵#不断向冷凝器水侧供给冷却水，通过表面传热，汽轮机排汽放出汽化潜热而凝结成水，冷却水吸热后排出冷凝器。凝结水由凝结水泵&抽出经过回热加热进入除氧器给水箱作为锅炉的给水。每千克汽轮机排汽在冷凝器内凝结成水后，其体积缩小约三万多倍，从而使冷凝器形成了高度真空。为了避免漏入冷凝器内的空气不致越积越多而影响传热效果，降低真空，系统中设有射汽抽气器$，及时抽出漏入冷凝器内的空气，以维持冷凝器真空。图!"#"$凝汽设备的组成’—汽轮机；!—发电机；%—冷凝器；#—循环水泵；&—凝结水泵；$—射汽抽气器二、冷凝器的结构发电厂中大多采用表面式冷凝器，其结构如图!"#"(所示。它有一个圆筒形外壳’，两端连接形成水室的端盖!和%，在端盖和外壳间，装有管板#，很多冷却水管&装在两端管板上。为了增加管子的刚度和减少管子的挠度，在两管板之间设有中间隔板，管子较松地穿过中间隔板。在冷凝器外壳右下侧，有空气抽出口)，漏入的空气通过射汽抽气器从这里抽出。循环水泵打入的冷却水，从进口’’进入冷凝器各根水管内，然后从出水口’!流出。汽轮机排汽从进汽口$进入冷凝器，蒸汽在冷却水管外壁放热而凝结，所有凝结水最后聚集在下部热井(中，由凝结水泵抽出供锅炉给水用。·!’&·
134www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统图!"#"$表面式冷凝器的结构图%—外壳；!、&—端盖；#—管板；’—冷却水管；(—排汽进口；$—热井；)—空气抽出口；*—空气冷却区；%+—挡板；%%—冷却水进口；%!—冷却水出口；%&—水室隔板；%#—汽空间；%’、%(、%$—水室三、抽气器汽轮机排汽带入冷凝器的空气和漏入冷凝器的空气，如不及时抽出，就会影响传热，恶化真空，从而增高汽轮机的排汽温度，这不仅影响汽轮机效率而且危及汽轮机安全运行。因此，抽气器的主要任务是及时抽出冷凝器中的空气，维持冷凝器的真空。抽气器一般有射汽抽气器和射水抽气器两种形式。由于它们的结构和工作原理基本相同，因此以下只以射汽抽气器为代表作简要介绍。图!"#")为射汽抽气器的结构示意图。它主要由缩放喷管!、混合室"、扩压管#三部分所组成。工作蒸汽通过缩放喷管膨胀至混合室压力"，喷管出口速度可达%+++,-.左右，由于混合室/和冷凝器的抽气口相连，因而"室的动压力加静压力的全压力与冷凝器压力相同（主要是静压力），但"室的%"%截面和!"!截面之间汽流速度很大，动压力很大，其静压力必然小于冷凝器压力（静压力）。在这个静压力差的作用下，冷凝器中的空气被吸入抽气器，由于喷管出口的射流汽体工质微粒将其一部分动能传递给吸入的空气，使其获得动能而被一起携带进入扩压管#，汽和气的混合物在扩压段#处，速度不断降低，压力不断升高，直至出口处达到大气压力而被排出。图!"#")射汽抽气器结构示意图·!%(·
135www.plcworld.cn第四章汽轮机的热力系统及设备四、供水系统发电厂的供水系统，主要是指汽轮机冷凝器的冷却水系统。这个系统虽也供应汽轮机、发电机等轴承润滑油的冷却用水以及其他工业用水，但供水量仅占冷凝器用水量的!"#左右。冷凝器的冷却水量，一般用循环倍率来估算。根据冷凝器的热平衡方程!汽（"$%#$）&$水!#%’式中，!汽、"$、#$分别为汽轮机的排汽量、排汽焓、凝结水饱和温度（即其焓值）；!#为进、出冷凝器冷却水的温差；%为冷却水的定压比热约为!()*+,(-，或./!01(2,(-。一般冷’7凝器绝对压力为3/33"45（*3/3"(-,)6）左右，则"$%#$!·"73()*+,(-，相当7!11(2,(-。$水一般!8&190:，如果令循环倍率&&，则!汽$水"$%#$"73&&&&&;0911!汽%’!#1（或0）也就是说，冷却水量较排汽量大;0至11倍左右。一台<334=的汽轮机组其排汽量约为0338,>，所需冷却水量约为;33338,>。可见，发电厂用水量是十分可观的。发电厂供水系统基本上分为两大类，一类是开式供水系统，又称直流供水系统；另一类是闭式供水系统，又称循环供水系统。（一）开式供水系统应用流量相当大的河流或者储水量很大的湖泊作为供水的水源时，冷却水通过循环水泵从水源的上游引入冷凝器，经吸热后排入水源的下游，这种系统称为开式供水系统。在开式供水系统中，随着循环水泵房设置的位置不同，又可分为岸边水泵房开式供水系统和汽机房循环水泵的开式供水系统。对于厂区在水源水位以上很高或者水源水位变化很大的情况下，考虑到水泵的有限吸水高度，往往采用岸边水泵房形式。反之，则采用汽轮机房内安置循环水泵的形式，水源的水用明沟引入汽轮机房附近的吸水井中，再由循环水泵在井中抽吸供水。显然，后者的投资和水泵耗电较前者少。对于厂区位置高出水源水位很多的情况下，也有采用两级提水的中继水泵房开式供水系统，即一个水泵房设在岸边，另一个水泵房设在厂内，串接供水。但这种供水系统比较少见。（二）闭式供水系统在水源不十分充裕的情况下，往往采用闭式供水系统。所谓闭式供水系统，就是循环水泵输送的冷却水，经冷凝器加热后，进入冷却设备冷却，然后再由循环水泵抽出供水，如此循环往复的系统。·7!1·
136www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统根据采用冷却设备的不同，又可分为喷水池闭式供水系统和冷却塔闭式供水系统两种。喷水池闭式供水系统是冷却水从喷水池用明沟自流至吸水井，再由循环水泵抽出供冷凝器冷却排汽，吸热后的冷却水沿着具有一定压力的出水管，进入分布在喷水池上的配水管，经装设在配水管上的很多喷管喷溅成伞状细雨后落入池中，达到加强冷却的目的。如此循环供水。图!"#"$%所示，为冷水塔闭式供水系统。冷却水由循环水泵升压自贮水池送到冷凝器，被加热后的冷却水沿压力水管进入冷水塔身中部距地面约$%米左右高度处，再沿配水槽由塔中心流向四周，再由配水槽下边的滴水管呈线状流落到下面与滴水管孔眼同心的溅水碟上，溅成细小的水滴，经淋水装置流入贮水池。由此再重复供水。图!"#"&喷水池闭式供水系统$—喷水池；!—喷管；’—循环水井；#、(—压力管道及配水管道；)—吸水管道；*—汽机间；+—冷凝器；&—循环水泵图!"#"$%冷水塔闭式供水系统$—循环水泵；!—冷凝器；’—冷水塔；#—冷却装置；(—贮水池冷空气被塔身所形成的抽吸力从下部吸入塔内，与水滴的下落呈逆向流动换热，空气被加热后自塔顶冒出。·!$+·
137www.plcworld.cn第四章汽轮机的热力系统及设备冷却塔较喷水池具有冷却效率高，占地面积小，冷却效果不受风力大小的影响等优点。但也存在结构复杂，投资费用大等缺点。第五节给水回热系统及其设备采用回热循环，循环效率可得到提高。因此，发电厂毫无例外地都采用给水回热加热系统。图!"#"$$所示，为%$&&"’&()*)型汽轮机组的回热系统图。该机具有七级不调整抽汽，高压缸五级和低压缸两级，分别依次供应两台高压表面式回热加热器、一台高压除氧器和四台低压表面式回热加热器作为加热蒸汽用。通过七级回热加热，锅炉给水温度可达!*&+左右，与不用回热加热的郎肯循环来比较，大大提高了循环热效率。图!"#"$$%$&&"’&()*)型机组回热系统对于混合式加热器除氧器来说，加热抽汽与给水直接接触换热，不存在疏水的问题。而对表面回热加热器来说，抽汽加热给水后本身冷却成凝结水，必须及时排出回热加热·!$’·
138www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统器，以保证加热器汽侧不致满水而影响正常换热。回热加热器的凝结水的疏出办法，不外乎两种：一种是利用各个回热加热器的压差，从高压向低压逐级自流疏水，高压加热器逐级自流至除氧器与给水混合，低压加热器逐级自流至冷凝器与凝结水混合。另一种是将各级疏水用疏水泵打入本级回热加热器的出水管内。逐级自流虽然简单可靠，但热经济性不及采用疏水泵式的疏水方法。道理很简单，表面式加热器由于受到传热面积不能过大的限制，疏水温度总大于该级的出口水温，这个温差称为出口端差。因此，如果将该级的疏水用疏水泵打入该级的出水管内，必然增加该级的出口水温，也就是下一级的进口水温得到了提高，如果下一级加热后的出口水温仍保持原温度不变，则下一级所需加热抽汽量可以减少。相反，如果该级将疏水自流至前一级回热加热器，用来加热前一级的给水，自然前一级加热抽汽量亦将减少。很明显，前者节省的是更高压力的抽汽，后者节省的是较低压力的抽汽。因此，前者热经济性优于后者。即用疏水泵的疏水方式优于逐级自流的疏水方式。但是，疏水泵故障的可能性较逐级自流大得多，故运行可靠性后者胜于前者。发电厂权衡两种疏水方式的利弊以后，往往采用折衷的办法，把高压回热加热器的疏水逐级自流至除氧器，因为高压加热器的疏水温度很高，疏水泵故障可能性较大。低压回热加热器逐级自流至最后一级或最后两级回热加热器后，才采用疏水泵将该级疏水打入该级的出水管内，如图!"#"$$所示。即便如此，为了防止疏水泵故障，仍设有逐级自流至冷凝器的备用切换管路，以防不测。以下，对回热系统中的回热加热器和除氧器两个主要设备的结构作一些介绍。一、表面式回热加热器的结构表面式回热加热器可分为立式和卧式两种。立式加热器占地面积小，检修方便，所以被发电厂广泛应用。在立式加热器中由于加热管子的形状不同，又可分为%形管式和盘香管式两种，现分述如下：（一）%形管式回热加热器加热器的受热面是由黄铜管或钢管组成的%形管束，如图!"#"$!所示。管子&胀接在管板’上，整个管束安装在圆筒形外壳内，外壳上部用法兰和端盖相连组成进、出分隔的水室$。给水由进水口$&进入水室，通过%形管内侧从出水管$(流出。加热抽汽从进汽口$#流入，按导向板)组成的通道，曲折通过%形管外侧，放热后凝结成水由排水管!*排出。上一级的自流疏水由疏水管$*和$$疏入。抽汽带入的空气由空气抽出管+抽出。为了防止铜管破裂造成大量给水漏入汽侧，使凝结水水位暴涨，影响加热·!!*·
139www.plcworld.cn第四章汽轮机的热力系统及设备器运行，设有浮子式自动疏水器!"，当凝结水位上涨时，浮子!#上浮，以连接外壳处为支点的杠杆，打开疏水阀，将水直接疏至低位疏水箱。图"$%$!"&形管式加热器!—水室；"—锚形拉撑；#、%—垫；’—管板；(—&型管；)—骨架；*—导向板；+—空气抽出口；!,、!!—前级疏水入口；!"—疏水器；!#—浮子；!%—抽汽进口；!’—护板；!(、!)—给水进、出口；!*—前级空气进口；!+—浮子把手；",—疏水出口；"!—水位计（二）盘香管式回热加热器图"$%$!#所示为这种加热器的结构图。它的受热面积是由四组对称的螺旋钢管所组成，如图中的!$!剖面。给水从进水管!和"于中间进入底部，分两路进入两侧直立的两根集水管#中，再送入螺旋管组中，并经另外两根直立集水管’导出。每个双·""!·
140www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统层螺旋管!的管端，都焊接在邻近的进、出水集水管上，水的进出都通过外壳盖上的连接管。抽汽从进汽管"进入加热器的汽侧，按导槽#和导向板$所规定的蒸汽通道曲折流动，以提高传热效果。抽汽放热凝结后，由放水口%&疏出。抽汽带入的空气，由抽汽口%’抽出。它的自动疏水装置由连接管%%和%(连接，设置在加热器的外部。图()*)%&盘香管式加热器%、(—给水进口；&、+—集水管；*—给水出口；!—双层盘香管；"—抽汽入口；#—抽汽导槽；$—导向板；%’—排气口；%%、%(—接浮子室口；%&—凝结水出口；%*—撑架；%+、%!—集水管隔板；%"—外壳这种加热器由于螺旋管焊接在集水管上，所以严密性得到了保证。但其螺旋管管壁较厚，热阻较大，传热效果较差，价格亦贵。因此，仅用于给水绝对压力较高的情况下。二、除氧器在锅炉的给水中，一般都存在溶解空气，这将加速锅炉、汽轮机等热力设备的氧化腐蚀。因此，发电厂热力系统中，都设有除氧装置。·(((·
141www.plcworld.cn第四章汽轮机的热力系统及设备亨利的溶解定律指出：单位体积水中，溶解的气体量与水面上该气体的分压力成正比。由此可知，要除掉水中的溶解气体，只需设法使水面上该气体的分压力降至零。根据道尔顿定律，水面上的全压力!等于水面上的蒸汽分压力!和各种气体分压力!!!"#$$之和，即!%"&!’$(!!$可见，只要在水面上的全压力!不变的情况下，设法不断提高水面上的蒸汽分压力%"!)$和降低各种气体的分压力!!$，就能达到!%"&!)$、!!$&*的除气目的。热力除氧法就是基于这个道理。即将给水加热到一定压力下的饱和温度（沸腾温度），使水面上的蒸汽分压力!达到最大值，必然使各种气体的分压力!!趋于最小值。也就是说，饱和水)$$中所溶解的气体大部分逸出水面，溶解于水中的气体达到最小值。与此同时，把水中逸出的气体迅速排除，使水面上的气体分压力!"继续降低，则蒸汽分压力随之不断升高，$最终使水面上的全压力!%"!!)$，!!$!*，即使给水中溶解的气体基本上逸出除尽。习惯上，把上述除气称为除氧。根据以上的加热除氧原理，可做成不同型式的加热除氧器，常见的有淋水盘式和喷雾式两种。（一）淋水盘式除氧器图+,-,.-所示为淋水盘式除氧器的结构图。需要除氧的主凝结水（锅炉给水）、化学补充水、高压回热加热器疏水等，由除氧塔上部分别进入配水槽.中，然后从配水槽淋落，进入下部筛盘+，每层筛盘和配水槽底部皆有直径为-/011的小孔，把水形成淋雨状的水柱。加热蒸汽由下部送人蒸汽分配箱2，按筛盘规定的通道曲折上升，逆向加热淋雨状的给水，本身大部分凝结成水和给水一起落入下部给水箱，剩余少量未凝结的抽汽和分离出来的气体，一起从除氧塔顶部排气门排出。（二）喷雾式除氧器图+,-,.3所示为喷雾式除氧器结构图。主凝结水（锅炉给水）分两路由进水管2进入除氧塔，塔内进水管上装有很多喷管，向外作雾状喷水。加热蒸汽分两路，一路由除氧塔中部0进入，对喷管喷出的雾状水珠进行第一次加热，本身大部分凝结成水和给水一起落入蒸汽喷盘4中。另一路加热蒸汽由除氧塔底部进汽管-进入，在蒸汽压力的作用下，把被弹簧力压在出汽管口的蒸汽喷盘4顶开，蒸汽从顶开的缝隙中以很高的速度喷出，把盘内的给水冲散于周围空间进行第二次加热，给水通过这样两次加热后与部分加热蒸汽凝结的水一起，落入连接除氧塔下部的给水箱。未被凝结的二次加热蒸汽和分离出来的气体，沿锥形筒3和夹层..上升至除氧塔顶部排气孔排出，在上升过程中可同·++2·
142www.plcworld.cn第二篇发电厂汽轮机设备及其系统时对喷管喷出的雾状水珠再进行加热。图!"#"$#淋水盘式除氧器$—配水槽；!—筛盘；%—蒸汽分配藕图!"#"$&喷雾式除氧器$—外壳；!—汽室筒壁；%—进水管；#—下部进汽管；&—锥形筒；’—中部进汽管；(—蒸汽喷盘；)—高加疏水；*—下部空间；$+—锥形挡板；$$—夹层；$!—安全阀·!!#·
143www.plcworld.cn第四章汽轮机的热力系统及设备喷雾式除氧器与淋水盘式除氧器比较，由于雾状水较雨状水加热接触面积大，热交换强烈，加热除氧效果较好。但雾状水珠虽小，表面张力却很大，扩散除氧效果变差（溶解气体不易扩散逸出）。为克服这个缺点，近年来在喷雾层下部再增设填料层，使经过喷雾除氧后的雾状给水，在填料层上形成水膜，以减小表面张力，增强扩散除氧效果，这就是所谓的“喷雾填料式除氧器”。·""!·
此文档下载收益归作者所有
