汽轮机概述及本体介绍

杭州中能汽轮动力有限公司汽轮机概述及本体介绍2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying2目录一、汽轮机概述二、汽轮机两大流派简介三、汽轮机本体2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying3一、汽轮机概述定义：汽轮机是一种以蒸汽为工质，并将蒸汽的热能转化为机械能的旋转机械。使用领域：（三大领域）（1）中心发电站和中心热电站。在此领域内，无论在总千瓦数上，单机容量上，或者发展技术水平上，都居于首位，汽轮机处于绝对的垄断地位；（2）工业汽轮机：包括自备热电站行业和工业驱动行业，在这两种行业中，汽轮机由于既能供电又能供热或既能驱动又能供热，在此行业中，汽轮机的地位在可预见的时期内是不可动摇的；（3）船舶动力行业：包括商船和军舰，在此行业受到柴油机和燃气轮机的有力竞争。2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying4一、汽轮机概述分类标准不一样，汽轮机又分为各种类型。按热力系统特征分类：凝气式、调整抽汽式（抽凝和抽背）、背压式，中间再热式；按工作原理分：冲动式汽轮机、反动式汽轮机；按进汽压力分类：低压、中压、次高压、高压、超高压、亚临界、超临界；按汽缸数目分类：单缸、双缸、多缸；等等各种分类方法。2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying5一、汽轮机概述工业汽轮机特点：（1）变转速范围广:一般调速范围为75%~105%，甚至更广；（2）转速较高:可以直接驱动设备，省略齿轮变速装置；（3）品种规格较多:往往单台独立设计、生产。2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying6一、汽轮机概述选用工业汽轮机的一般考虑因素：在考虑选用工业汽轮机时，首先将本企业的热能、电力、机械动力三者需要量加以综合平衡，并分析计算出其最佳技术经济方案，然后在这些数据基础上进行选型。1，汽轮机型式方面考虑：对于向外供气，供热机组应首先考虑采用背压式或抽汽背压式，这样可以大幅度提高企业热经济性，对于下列情况的工厂应采用抽汽冷凝式或纯冷凝式汽轮机。（1）企业生产工艺上不需要蒸汽或者需要量很小；或者用汽量很不稳定，而某些装置的工作机械因其使用性能要求必需由工业汽轮机来拖动。（比如要求变转速、环境要求防爆等）；（2）在企业的蒸汽动力平衡计算中，所能给出的蒸汽量只有采用此种型式，才能满足被驱动机械的功率时；（3）在企业的蒸汽动力平衡方案中，尚余一定压力、一定流量蒸汽别无他用，而又适合装设工业汽轮机。采用这种型式，其热经济性虽比背压式或者抽汽背压式差，但其经济效益还是比较大的。2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying7一、汽轮机概述2、汽轮机蒸汽参数方面考虑：（1）当利用工矿企业副产蒸汽作为气源时，其进汽参数完全取决于余热介质状态及余热锅炉的设计，当采用专门设置的锅炉供气时，在相同的工艺或生活用汽参数条件下，新汽的参数应设当提高，使整个装置热经济性得到提高；（2）背压及抽汽压力数值的确定，应当按工艺用汽压力并考虑管道损失来选用。在一个企业中蒸汽管网应简化，以减少蒸汽流动阻力，提高汽轮机做功能力；3、汽轮机功率和转速方面的考虑：（1）对工业驱动用汽轮机，其功率和转速完全应按被驱动的工作机械实际需要来确定，并一般都与之直接连动而不再通过任何附加齿轮变速装置；（2）对于工业电站汽轮机，其功率要按热—动力平衡计算中所能给定的汽量及进、排汽参数而定，因此可能凑不上国内现行的发电功率标准等级，因而只能选用相邻的，较大的一档功率。4、汽轮机单级或者多级型式方面的考虑：小功率背压式汽轮机往往造成单级型式，因其体积小，价格低，但机组本身内效率比多级汽轮机差一些，因此在选型时应当计算分析工程投资及回收期，进行技术经济比较来确定；2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying8一、汽轮机概述5，其他方面考虑：（1）机组安装的环境条件及设备安装尺寸是否有限制要求；（2）机组布置型式；（单层还是双层，向上排汽还是向下排汽还是侧面排汽等）（3）冷却水的参数；（水温及变化情况，可供的水量等）（4）对驱动发电机的机组，要明确电压、周波、负荷变动情况等。（5）机组调节自控要求。总结：汽轮机的选型询价需要由用户提供如下内容：机型、蒸汽参数、功率转速、公用条件、布置型式、调节仪控配置等。2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying9二.汽轮机两大流派简介蒸汽的热能转变为汽轮机转子旋转的机械功需要经过两次能量转换：（1）蒸汽流过静叶时，热能转换成蒸汽高速流动的动能；（2）高速汽流流过动叶时，将蒸汽动能转换成转子旋转的机械功。冲动式汽轮机：指蒸汽主要在静叶中进行膨胀增加流速，蒸汽热能被转换为动能，进入动叶栅改变流动方向，推动叶栅作周向运动，蒸汽的动能进一步转化为机械能。为了改善蒸汽在动叶中流动的合理性，现代冲动式汽轮机各级均具有一定的反动度（一般在5%~30%的范围内），即蒸汽在动叶片中也发生很小的一部分膨胀，从而使汽流得到一定的加速作用，但仍算作冲动式汽轮机。反动式汽轮机：指蒸汽不仅在喷嘴中，而且在动叶片中也进行膨胀的汽轮机，反动式汽轮机的动叶片上不仅受到由于汽流冲击而产生的作用力，而且受到蒸汽在动叶片中膨胀加速而产生的作用力。反动度在0.5左右。反动式汽轮机反动度常取0.5,以使动叶和静叶可取相同叶型，从而简化制造工艺。2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying10二.汽轮机两大流派简介一、两种技术各有优缺点，其中欧洲以反动式汽轮机为主流（如SIEMENS），美、日以冲动式汽轮机为主流(如GE、三菱重工）见附图，国内以杭汽集团为龙头，杭汽股份以反动式为主，中能公司做冲动式汽轮机。对于两种技术相互比较来说，效率高低并不是由做功原理不同决定的，影响效率的因素有很多：如（1）叶型开发能力的高低；（2）工况参数，适用范围是否是叶型开发的最佳工况；（3）机械加工水平，装配水平的高低。（4）本身两种技术各自存在的一些优缺点；下面我简单的谈谈我对两种技术的一些了解及对比。如有不对的地方，请大家提出互相交流。因为国内对两种技术有代表性的是杭汽股份和中能公司，所以我下面就以此作为对比对象，向大家介绍一下。2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying11二.汽轮机两大流派简介冲动式具有较大的热-功转换能力，并且变工况性能好，所以两类汽轮机都采用冲动级作为第一级（调节级）。中、小型汽轮机常采用复速级作为第一级，它是在一个叶轮上装有两列动叶，在两列动叶之间装有导向叶片。由喷嘴射出的高速汽流在第一列动叶内将一部分动能转变为机械功；经过导向叶片改变流动方向后，再进入第二列动叶片继续作功，利用了一部分余速动能。因此复速级的焓降及作功能力比单列级更大。杭汽股份西门子反动式汽轮机结构和中能公司冲动式汽轮机结构也是如此。杭汽股份反动式汽轮机均采用单列冲动式调节级，而中能公司根据设计参数的不同，在低参数时（如1.0MPa,280℃）也采用单列冲动式调节级，但在中温中压（如3.43MPa，435℃）或者高温高压（8.83MPa，535℃）时，采用双列复速级，这样使机组在保证效率的前提下，能减少压力级数，提高转子刚性，使临界转速能避开运行转速。反动式汽轮机与冲动式汽轮机结构上最大的不同，冲动式汽轮机的动叶片出、入口侧比较薄，中间比较厚，从入口到出口，流道截面积基本不变；反动式汽轮机叶片入口侧比较厚，出口侧比较薄，流道从入口到出口横截面积逐渐缩小后再逐渐扩大。（见附图一、二、三、四、）2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying12二.汽轮机两大流派简介由于反动式汽轮机每一级前后都存在压力差，因而在整个转子上产生很大的轴向推力。为了减小这个轴向推力，反动式汽轮机不能像冲动式汽轮机那样采用叶轮结构，而是在转子前部装设平衡活塞来抵消轴向推力(见附图一、附图二)。活塞前的空间用联通管和排汽管联通，使活塞上产生一个向前的轴向推力，以达到平衡转子轴向推力的目的。反动式级，动叶前后压差较大，如果做成叶轮式，推力问题难以解决，因此只能不要叶轮。这导至转子直径较大，隔板汽封面积大，级间漏汽量大，而且级间漏气会影响下一级叶片顶部和底部的汽流流动，使级效率降低。但由于反动度较大，气流折转较小，又使级效率提高。反动式汽轮机额外有推力盘的耗汽损失。相反，冲动式级，动叶前后压差小，可以做成叶轮式(见附图一、附图二)，这样，转子直径可以做小，使隔板漏汽量减少，隔板漏汽少导致的效率提高完全可以弥补叶轮面磨擦的负面影响。少量的漏汽通过平衡孔流入下一级，不影响动叶中的流动，这也是优点。冲动式在保证最佳速比的情况小，每级可以吸收较大的焓降，使级数减少，机身较短，降低成本，减少汽机房尺寸，降低土建成本。但主轴加工量的增加又使制造成本有一定的增加。2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying13二.汽轮机两大流派简介所以，冲动，反动效率的高低是一个综合的结果，不能简单的比较。任何一项措施都有利有弊。但就目前国内两家代表厂家（杭汽股份和中能公司）现有技术来说，我可以大概的概括一下：（1）安全性的比较：此方面不需要任何怀疑，因为两家单位产品在出厂前均做过高速动平衡和超速强度试验，厂内空车试车，故在安全性上面均能保证；（2）加工成本的比较：因为反动式汽轮机级数大大多于冲动式汽轮机，一般说来反动式汽轮机的级数约为冲动式汽轮机2~3倍，故加工成本来说，相同参数的汽轮机，反动式加工成本稍高于冲动式汽轮机；2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying14二.汽轮机两大流派简介（3）效率的比较：（a）高温高压，高转速的背压机组比较：反动式汽轮机效率较高；（b）中温中压、低温低压低速（冷凝、背压）汽轮机组比较，冲动式汽轮机效率高；（c）反动式汽轮机末级余速损失较大，故冷凝机组的排汽压力设计偏高；冲动式汽轮机排汽压力设计可以偏低，增加了一定的效率。故在冷凝机组的比较上，要根据实际机型情况来决定。（4）其余外配套方面的比较：除了两者做功原理的不同，其余如调节系统、保安系统、油管路、辅机等其余外围部套，两者均一样。（5）性价比上面比较：国产冲动式汽轮机高于反动式汽轮机。2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying15三.汽轮机本体汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分，它由转子和静子组成。转子包括动叶、叶轮、主轴、联轴节及紧固件等旋转部件。静子包括汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套、汽封、轴承、轴承座、轴承座座架、底盘、滑销系统及有关紧固零件等。简单的笼统的讲就是除了装在转子上面的零部件外，其余均可以归至静子部分。（附图一、附图二）2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying16三.汽轮机本体本体方面我主要结合中能公司具体的机型介绍一些主要部套。下面就分转子、汽缸、滑销系统、喷嘴、转向导叶环、隔板、汽封、轴承等介绍一下。2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying17A.转子•转子是汽轮机的最重要的部套，他的工作条件比较复杂。在设计中，重点需要关注的是临界转速和强度。这两方面在实际运行过程中主要体现在升速时跨临界和超速时跳闸停机两方面的保护。这两方面，临界转速确定了汽轮机运行的稳定性，强度方面确定了汽轮机运行的安全性。任何一方面出现问题均是没法补救的，故我们在设计中需要重点关注这两方面的问题，在实际使用中也需对这两方面重点关注，尤其是试车阶段，必须明确确定该机组的临界转速和跳闸转速，以免因这方面的疏忽造成重大事故。2020年2月14日星期五4时33分57秒Joying18转子的分类根据分类方法的不同有很多种，我也就不一一介绍了，我只结合我们公司的机型和用户关心的方面来简单介绍一下。（1）按制造工艺的不同：分为套装转子、整锻转子、组合转子。一般来说，中温中压进汽参数的发电汽轮机，基本上采用套装转子。高速工业驱动汽轮机采用整锻转子。高参数进汽参数的发电汽轮机采用组合转子，即前半部分采用整锻转子，后半部分采用套装转子。（2）按临界转速是否在运行转速范围内，分为刚性转子和柔性转子。在启