汽轮机设备及系统
一、汽轮机基本概念
本汽轮机为高压、单缸、单抽汽、冲动式汽轮机，与锅炉、发电机及其附属设备组成一个成套供热发电设备，用于联片供热或轻纺等行业的大中型企业中自备热电站，以提供电力和提高供热系统的经济性。
汽轮机在一定范围内，电负荷与热负荷能够调整以满足企业对电负荷与热负荷变化时的不同要求。本汽轮机的设计转速为3000r/min，不能用于拖动不同转速或变速机械。 1.汽轮机基本工作原理
汽轮机是用具有一定温度和压力的过热蒸汽(工质)为动力，并将蒸汽的热能转换为转子旋转的机械能的动力机械，是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机。汽轮机具有单机功率大、热效率高、运转平稳事故率低、寿命长等优点。在汽轮机中，蒸汽的热能转变为旋转的机械能，一般可通过两种不同的作用原理来实现：一种是冲动作用原理，另一种是反动作用原理。 1.1.冲动作用原理
由力学已知，当一运动物体碰到另一个静止的或运动速度比其低的物体时，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的变化。质量越大，冲动力越大；速度变化越大，冲动力也越大。受到冲动力作用的物体产生了速度变化，该运动物体就做了机械功。
以单级冲动式汽轮机结构为例，蒸汽在喷嘴中产生膨胀，压力降低，速度增加，蒸汽的热能转变为蒸汽的动能。高速汽流流经叶片时，由于汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮旋转做功，将蒸汽的动能转变为轴旋转
1 的机械能。 2.汽轮机概述 2.1 结构概述
汽轮机结构包括静止部分和转子部分。其静止部分又包括前、中、后气缸，隔板套、隔板、前后轴承座、前后轴承和前后汽封等。前汽缸借助前端的猫爪与前轴承座相连。前轴承座支承在前座架上。后汽缸则支承在后汽缸座架上，后轴承箱则支承在后轴承箱座架上。为了确保机组在运行中的膨胀和对中，前座架上布置了轴向导向键，使机组在运行中可以自由向前膨胀和上下膨胀。在后汽缸座架上有横向销，后汽缸尾部有轴向导板，保证了汽缸在膨胀时的对中。同时横向销与汽轮机中心线的交点形成了机组的膨胀死点。
转子部分包括主轴和套装叶轮叶片以及联轴器，它前后支承在前轴承和后轴承上，在汽缸中与喷嘴组及各级隔板组成了汽轮机的通流部分，并借助联轴器与发电机转子相连。前端的支承点为推力轴承前轴承，在运行中形成转子的相对死点。汽轮机端联轴器还装有盘车装置的传动齿轮，在起动前和停机后可以进行电动及手动盘车。 2.1.1 转子
本机转子是一种柔性转子，其高温高压部分采用叶轮与主轴整锻而成：低压部分采用了套装结构，其中还包括联轴器。整锻转子主要是强度高而结构紧凑，套装叶轮主要是叶片较长，轮缘强度要求高而结构比较复杂。本机所有叶片采用准四维设计的叶型。 2.1.2 喷嘴、隔板、隔板套
喷嘴、隔板、隔板套均装在汽缸内。它们和转子组成了汽轮机的通流部分，
2 也是汽轮机的核心部分。高压喷嘴组分成四段，通过T型糟道分别入四只喷嘴室内。每一段喷嘴组一端有定位销作为固定点，另一端可以自由膨胀并焊有密封环。
本机的隔板采用了三种形式：高压部分采用了窄喷嘴和宽叶型汽叶组成的分流叶栅，以提高隔板的强度和确保通流部分的经济性；铣制静叶的内外围带焊接式，最后与隔板内外环焊接而成。低压部分静叶两端直接和隔板体焊接在一起。
为了简化汽缸结构及降低汽缸的应力，并有利于启动及负荷变化，本机组采用了多级隔板套。在隔板套中再装入隔板。隔板与隔板套、隔板套与汽缸之间的联接均采用了悬挂销。隔板和隔板套的底部均有固定键以保证运行中的对中性。 2.1.3 汽封
机组的前汽封和隔板汽封，均采用了梳齿式汽封结构。这种汽封结构的转子上面的汽封高低槽与汽封环的长短齿相配，形成了迷宫式汽封。这种结构形式其汽封环的长短齿强度较高、汽封性能良好，同时便于维护和检修。 2.1.4 轴承
本机轴承有两只径向椭圆轴承。推力轴承与汽轮机前轴承组成了径向推力联合轴承，它是多层球面结构的椭圆轴承，安装在前轴承座内。后轴承为圆柱面结构的椭圆轴承。每个轴承的下半设有顶轴高压油通入小孔，孔周刮有油囊，作为顶起转子的压力区。推力轴承采用可倾瓦式推力瓦块，每个主推力瓦块和径向轴承的轴瓦均有测温元件，在运行中可监视轴承合金的温度。同时轴承的回油也布置了测温元件，以反应轴承回油温度。
3 2.1.5 前轴承座
前轴承座为焊接结构。它是汽轮机头部的主要部套。其内部除了布置推力支持轴承和油泵组外，调节部套和各保安部套以及控制油系统都安装在该部套上，并有各种测点，是汽轮机现场的操作台。汽轮机前汽缸借助猫爪结构支承在前轴承座上。为了阻断汽缸猫爪对前轴承座的热传导，避免前轴承座升高影响汽缸中心升高，在猫爪下的滑键可通入冷却水，以达到阻断热传导的目的。 2.1.6 汽缸
本机组的汽缸是由前汽缸和后汽缸组成的。前缸和中缸为铸钢件，后汽缸为焊接件。在设计中前汽缸有良好的对称形状，避免了水平中分面法兰的过厚过宽，以尽量减少热应力和热变形引起的结合面漏汽。前汽缸与中汽缸的连接是借助垂直法连接的，连接后采用密封焊。为确保密封良好，法兰面上十字交叉部位开有密封槽，在现场灌注密封涂料﹙耐温300℃以上，且耐压0.7MPa以上﹚，以加强汽密封。蒸汽室、喷嘴室与前汽缸焊为一体。四个蒸汽室分别布置在机组的前部左上、下侧和右上下侧，并由四根导汽管与主汽门相连。
中汽缸为简单的分上下半的圆筒结构，下半部有两个工业抽汽口，右侧配有一个支座和杠杆连接口，以固定旋转隔板油动机和安装旋转隔板调节连杆。借助后部的垂直法兰与后汽缸相连。
后汽缸由各种钢板，钢管等焊接而成，用排汽接管与空冷器相连，左右两侧支承在后汽缸座架上。在后汽缸上半装有排大气装置，当背压高于大气压时能自动打开，保护设备安全。
后轴承箱为焊接结构，内部有支承轴承和安放联轴器的空间及联轴器罩壳，上面装有盘车装置，通过后轴承箱座架直接座落在汽轮机平台上。
4 2.1.7 盘车装置
盘车设备采用两级齿轮减速的机械传动式的低速装置。其盘车转速约为4-6r/min。启动时，大小齿轮啮合后即开启阀门提供润滑油，这是按动启动电机的按钮机组进入盘车状态。冲动转子后，当转子速度超过盘车速度时，盘车齿轮能自动退出，并切断电机的电源和装置的润滑油。在无电源情况下，电机的后轴伸出端装有手轮，可进行手动盘车。投入盘车前应先投入轴顶油泵。
必须注意：在连续盘车时必须保证润滑油的连续供给。 2.1.8 主汽门
主汽门是由主汽门、自动关闭器及主汽门座架组成。由锅炉来的蒸汽通过主蒸汽管进入主汽门汽室中的滤网、流过阀门后分四路流向调节阀。主汽阀为单阀座型,为减小阀碟上的提升力, 采用了带减压式预起阀的结构。阀壳上设有阀前压力测点。阀后压力温度及阀壳壁温测点。阀杆漏汽分别接至除氧器和汽封加热器。自动关闭器由油动机和断流式错油门组成。来自主油泵的安全油作用在错油门下部，当克服弹簧阻力时打开油动机进油口使安全油进入油动机活塞下部。当油压足够时便将主汽门打开。油动机行程通过杠杆反馈到错油门活塞，这时它可停留在任意中间位置上，因而自稳定性能较好。自动关闭器设有活动试验滑阀，在长期运行时，可以活动主汽门，以防卡涩。油动机壳体下有冷却水腔室，以阻断蒸汽热量向自动关闭器传导。 2.1.9 调节汽阀与凸轮配汽机构: 本机组有四只调节汽阀,均采用带减压式预起阀的单阀座, 以减小提升力。本机采用高压抗燃油调节系统，高压油动机控制四只阀的开启顺序和升程。 2.1.10后汽缸冷却装置
5 当汽轮机在空负荷或低负荷运行时，其排汽温度往往高于65℃，本汽轮机的后汽缸布置了喷水装置。当排汽温度高于80℃时，可通入冷却水以降低后汽缸温度，确保后汽缸的安全运行。 2.2 主热力系统 2.2.1主热力系统
从锅炉来的高温高压新蒸汽,经由新蒸汽管道和电动隔离阀至主汽门。新蒸汽通过主汽门后,经四根导汽管流向四个调节汽阀。蒸汽在调节汽阀控制下流进汽轮机内各喷嘴膨胀作功。其中部分蒸汽中途被抽出机外作工业用抽汽和回热抽汽用,其余部分继续膨胀作功后排入空冷器,并凝结成水。借助凝结水泵经汽封加热器进入高压除氧器，然后经给水泵升压后送入两个高压加热器，最后进入锅炉。汽封加热器和高压加热器均具有旁路系统，必要时可以不通过任何一个加热器。
凝结水泵后有一路凝结水可进入冷凝器上部。在低负荷运行时，此回水可保持冷凝器内一定的水位以维持凝结水泵的正常工作。在启动时还可以用作冷却主汽门等的疏水和蒸汽。 2.2.2 回热抽汽系统
本机组共有两级回热调整抽汽，第一级调整抽汽送入二号高压加热器及2.5 Mpa工业管网，第二级调整抽汽送入一号高压加热器、高压除氧器及1.0 Mpa工业管网。 2.2.3 汽封系统
汽封系统为自密封系统，自密封溢流到空冷器中。这样布置的优点是能保证有足够的压差将溢流导入空冷器中，而不溢出前轴封，保证前轴封不漏汽、
6 不油中带水。
机组的汽封系统分前汽封和后汽封。前汽封有三段汽封环组成两档汽室；后汽封有三段汽封环组成两档汽室。其中：前汽封一漏去除氧器﹙CY﹚,二漏入自密封系统﹙SSR﹚，三漏去轴封加热器﹙CF2﹚。阀杆漏汽的一漏入除氧器﹙CY﹚，二漏入轴封加热器﹙CF2﹚。后轴封漏汽：共三段两个漏汽口，一漏来自自密封系统，二漏入汽封加热器。 2.2.4 自密封系统
汽轮机前后汽封的自密封接口用管子与汽封压力控制站相连接。压力控制站由高压汽源站、辅助汽源站及蒸汽溢流站组成。在启动或低负荷时，由辅助汽源站向汽轮机前后汽封供汽﹙若机组无备用辅助汽源或辅助汽源的参数达不到要求，供汽由主蒸汽减温减压后供给﹚。在高负荷时，由前汽封漏汽提供给后汽封供汽，其蒸汽流量足以满足后汽封密封要求，在这种情况下，压力控制站的溢流调节阀投入工作，维持自密封系统压力，系统正常压力是0.13Mpa。 2.2.5 疏水系统
汽轮机本体及各管道的疏水根据压力的高低分别送入高低压集水管后，排入排汽装置。 2.2.6 真空系统
真空系统的空气由两部分组成：一部分是蒸汽中含有的少量空气，这部分空气的含量取决于机组的除氧效果；另一部分是大气中的空气从机组真空部分的不严密处漏入。空气吸入量的多少，取决于机组的严密性，因此机组在电厂安装时，必须对真空系统所有焊缝和法兰接口作严密性检查，确认无泄漏。 机组投运后真空严密性试验每月一次，要求关闭抽气器后真空度下降速度不
7 超过0.2Kpa/min.
