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油化厂三联合车间 工业汽轮机基础知识工业汽轮机基础知识中国石油天然气集团公司中国石油天然气集团公司中国石油天然气集团公司中国石油天然气集团公司 汽轮机汽轮机 汽轮机是用蒸汽来做功的旋转式热能动力机械，又称蒸汽透平。具有效率高、功率大、转数容易控制、寿命长、运转安全可靠等优点。工业汽轮机是指除电站汽轮机、船舶汽轮机以外的其他汽轮机，在化工装置中应用的汽轮机主要用于驱动泵、风机、压缩机等机械的汽轮机。分分类类 汽轮机的类别和型式很多，有很多分类方法，可按热力特性、工作原理、蒸汽初压、结构型式、用途等进行分类。按热力特性分类按热力特性分类凝汽式汽轮机。纯凝汽式汽轮机一般简称为凝汽式汽轮机。蒸汽在汽轮机中作功后，全部排入凝汽器。凝汽器的压力比大气压力低。这类汽轮机在电力、化工等部门获得广泛使用。凝汽式汽轮机系统凝汽式汽轮机系统 凝汽器即复水器凝汽器即复水器，是凝汽式汽轮机的重要组成部分，其工作性能直接影响到整个汽轮机装置的热经济性和运行可靠性。复水器在汽轮机装置中复水器在汽轮机装置中执行冷源作用，执行冷源作用，即将凝汽式汽轮机的排汽凝结成水，并带走蒸汽凝结时放出的热量，建立和维持建立和维持汽轮机排汽口真空度，汽轮机排汽口真空度，使进入汽轮机的蒸汽膨胀到尽可能低的有力压力，增加蒸汽的可用焓降（蒸汽具有作功的能力），最后凝结成水重新送最后凝结成水重新送往除氧器，作为锅炉给水，循环使用往除氧器，作为锅炉给水，循环使用，从而挺高整个装置的热经济性。抽汽凝汽式汽轮机。蒸汽在汽轮机中膨胀作功时，将其中的一部分蒸汽从汽轮机中间抽出去，供工业使用或热用户使用，也可以供其他压力较低的汽轮机使用，其余大部分蒸汽在后面几级作功后排入凝汽器。抽汽压力可以在某一范围内调节时，称调节抽汽式汽轮机。这类汽轮机在化工部门获得广泛使用。抽汽凝汽式汽轮机系统抽汽凝汽式汽轮机系统背压式汽轮机。蒸汽进入汽轮机膨胀作功后，在大于一个大气压压力下排出汽缸。其排汽可供工业或其他生活用汽以及供压力较低的汽轮机用汽。背压式汽轮机系统背压式汽轮机系统多压式汽轮机。若工艺过程中有某一个压力的蒸汽用不完时就把这一股多余的蒸汽用管路注入汽轮机中的某个中间级内，与原来的蒸汽一起工作，这样可以从多余的工艺蒸汽中获得能量，得到一部分有用功，使得蒸汽热量能够综合利用，这类汽轮机称为注入式汽轮机，也称多压式或混压式汽轮机。按工作原理分类按工作原理分类有冲动式、反动式、冲动式和反动式的组合汽轮机。按结构分类按结构分类按结构汽轮机可分为单级汽轮机、多级汽轮机和速度级汽轮机。单级冲动式汽轮机。这种汽轮机只有一个级。因为其功率小、效率低，但结构简单，般用来驱动泵、风机等辅助设备。单级汽轮机在大型化工企业中获得广泛使用。多级汽轮机。这种汽轮机有两个以上的级。因为其功率大、转速高、效率高，在各个工业部门都获得广泛使用。按工作原理分类按工作原理分类汽轮机将蒸汽的热能转变为机械功汽轮机将蒸汽的热能转变为机械功通常是通过冲动作用原理和反动作用通常是通过冲动作用原理和反动作用原理这两种方式实现的。原理这两种方式实现的。冲动作用原理冲动作用原理：蒸汽只在喷嘴中膨胀（冲动式汽轮机蒸汽主要在静叶中膨胀，在动叶中只有少量的膨胀。），压力降低，速度增加，热能转变为动能。高速汽流流经动叶片时，汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮旋转作功，将蒸汽动能变成转子旋转的机械能。在动叶通道中，汽流只改变方向，压力和温度都不变。反动作用原理反动作用原理：从容器中高速流出的气体给容器一个与气体流动方向相反的力称为反动力。汽流在动叶片中降温降压向出汽边流动，由于蒸汽的流动，使其对动叶产生反作用力，推动叶片运动，向外输出机械功，这就是反动作用原理。反动式汽轮机蒸汽在静叶和动叶中膨胀，而且膨胀程度相同。冲动式和反动式汽轮机的区别在于：冲动式和反动式汽轮机的区别在于：1.反动式汽轮机的动叶片出入口侧的横截面不对称，叶型入口较肥大，而出口侧较薄。蒸汽流道从入口到出口呈溅缩状。而冲动式汽轮机的动叶片出入口侧的横截面相对比较匀称，气流流道从入口到出口其面积基本不变。2.冲动式汽轮机中的蒸汽的压力降产生在隔板的喷嘴中，反动式汽轮机中蒸汽的压力降产生在装在汽缸上的静叶片和装在转子上的动叶片中。冲动式汽轮机的动叶片装在叶轮上。反动式汽轮机的叶片装在转鼓上。3.为了平衡推力，在冲动式汽轮机叶片上开有平衡孔，而反动式汽轮机在转鼓上设有平衡活塞。冲动式叶片冲动式叶片反动式叶片反动式叶片 在实际汽轮机中，由于机械结构等方面的限制，使从喷嘴中流出来的汽流，不能与动叶片运动方向完全相同，而是有一定夹角。动叶片也不是一个简单的半圆弧，而是由好几段曲线组成，但其基本原理不变。在反动式汽轮机中，喷嘴和动叶片都做成截面逐渐收缩的汽流通道，蒸汽在喷嘴和动叶片中都要降压、膨胀和加速。汽轮机按照蒸汽参数（压力和温度）分为汽轮机按照蒸汽参数（压力和温度）分为：低压汽轮机：主蒸汽压力小于1.47Mpa；中压汽轮机：主蒸汽压力在1.963.92Mpa；高压汽轮机：主蒸汽压力在5.889.8Mpa；超高压汽轮机：主蒸汽压力在11.7713.93Mpa；亚临界压力汽轮机：主蒸汽压力在15.6917.65Mpa；超临界压力汽轮机：主蒸汽压力大于22.15Mpa；超超临界压力汽轮机：主蒸汽压力大于32Mpa；结构特点和零部件结构特点和零部件工业汽轮机主要由主汽阀、调节阀、缸体、转子、支承装置、滑销系统、调节保安系统等组成。中压蒸汽首先经过用法兰螺栓连接在工业汽轮机缸体上的主汽阀，流入工业汽轮机缸体上部的调节阀室，并由调节阀门控制进入汽轮机的蒸汽量，蒸汽首先流过第一级，然后依次流过后面各级，逐级膨胀作功后由排汽缸排入凝汽器。凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机 缸体为水平剖分结构，分上半缸和下半缸。汽缸沿轴向又分为前汽缸和排汽缸两部分，两者中间用螺栓连接。第一级喷嘴安装在高压蒸汽室的喷嘴弧段上，其余各级喷嘴安装在相应级的隔板上，各级隔板都安装在汽缸隔板槽中。在缸体下部设有疏水口，用来排放凝聚的冷凝水；在低压段的上部开有排汽口，把蒸汽引入凝汽器。缸体采用挠性支承板支撑，前轴承座下有一挠性支承板，支承前轴承座与前半缸重量，在排汽端两侧有两个与轴中心线平行的挠性支承板，支撑后轴承座与后半缸重量，在下汽缸前端同轴承座间设有立销。开车时前支承板起纵销作用，引导汽缸和前轴承座一起沿轴向向前膨胀，两后支承板起横销作用，引导汽缸左右方向膨胀。汽缸前端同轴承座间的立销作用是引导汽缸垂直方向膨胀，并保证汽缸同前轴承座对中。转子为合金钢整锻转子，转子上还安装有推力盘、联轴器、危急保安器等部件。转子的前后径向轴承均采用五油楔可倾瓦轴承，止推轴承采用金斯伯雷轴承。（1）组成和作用 汽轮机中所有转动部件的组合体称做转子。转子是汽轮机最重要的部件之一。它包括主轴、叶轮或转鼓、动叶片、止推盘、危急保安器、联轴器及其他装在轴上的零部件。汽轮机转子的作用是将蒸汽的动能转变为机汽轮机转子的作用是将蒸汽的动能转变为机械能械能，传递作用在叶片上的蒸汽圆周分力所产生的扭矩，向外输出机械功，以驱动压缩机、泵等。转子转子（2）结构型式 汽轮机转子按结构型式可分为轮式转子和鼓式转子两种。轮式转子是在主轴上直接锻出或以过盈形式安装有若干级叶轮，动叶片安装在叶轮外缘上，这种转子主要应用在冲动式汽轮机上。鼓式转子主轴中间部位较粗，外形像鼓筒一样，转鼓外缘加工有周向沟槽，转子的各级动叶片就直接安装在周向沟槽中，这种转子通常应用在动叶片前后有一定压差的反动式汽轮机转子上。鼓式转子结构简单，弯曲刚度大，但由于反动式汽轮机轴向推力较大，所以鼓式转子一般带有平衡活塞。按制造工艺转子可分为整锻式、套装式、焊接式等。转子叶片转子叶片（1）作用 汽轮机转子叶片又称动叶片，也称做工作叶片。汽轮机转子叶片是汽轮机中重要零部件之一，它装满了叶轮一周，由喷嘴流出的高速汽流流进动叶片时，其速度的大小和方向都是一定的，在动叶片中，汽流由于受动叶片的阻碍（作用力），改变原来的速度大小和方向，这时汽轮机 必然给动叶片一个反作用力，该反作用力沿转子轮周方向的分力，推动转子作旋转运动，对外作功，将蒸汽的动能转变为转子转动的机械能。因此其技术状况对汽轮机的安全、经济运行有直接的影响。（2）结构 叶片一般可以分为三个组成部分，即叶型部分、叶根部分和叶顶部分。叶型部分又称为工作部分，叶顶部分也称为连接件，自由叶片仅有叶型和叶根两部分。叶型部分（叶身）。是叶片最主要的部分，汽流流经叶型部分时，蒸汽的动能转变为机械能，因此叶型部分是实现能量转换的部位。叶片工作部分的横截面形状称为叶型，其周线称为型线。叶根部分。用来将叶片固定在叶轮或转鼓上。对叶根的要求是将叶片牢固地固定在轮缘中，在任何工作条件下保证叶片在转子中位置不变。常用的叶根形式有T形、叉形、纵树形等。叶顶部分（叶冠）。包括叶片顶部的围带、铆头和拉筋等。汽轮机高压段的动叶片一般都装有围带，围带在叶片顶部形成一个盖板，可以防止叶片顶部的漏汽，提高汽轮机的效率。围带有两种结构型式，一种是整体围带结构，另外一种结构型式是外加围带，围带靠叶片顶端的铆钉将叶片铆接在叶片上，在叶片顶部形成一层盖板。拉筋是一根6-12mm的金属丝或者金属管，穿过叶片中间的拉筋孔，将几个叶片连成一个叶片组。如果叶片与拉筋之间用银焊焊牢，称为焊接拉筋，如果拉筋穿过叶片中的拉筋孔是松装而不焊牢，称为松装拉筋。隔板（1）作用 冲动式多级汽轮机调节级以后的级称压力级，各级间都用隔板隔开，因此，隔板是汽轮机各级的间壁，其上安装有喷嘴，同时还起到阻止级间漏汽的作用。喷嘴叶栅与转子上相应的叶轮上的工作叶栅构成一个级，所以可以说，用隔板使每个叶轮都在一个相应的蒸汽室内运转。（2）构成 隔板由隔板体、喷嘴、外缘以及隔板内圆汽封等组成。按喷嘴在隔板上的固定方法不同，可分为焊接隔板与铸造隔板。静叶片静叶片（1）作用 汽轮机静叶片汽轮机静叶片又称喷嘴，其作用是蒸汽在作用是蒸汽在喷嘴中流动时降压、升速，将热能转换为动能喷嘴中流动时降压、升速，将热能转换为动能，并使高速汽流按一定的方向喷向工作叶片并使高速汽流按一定的方向喷向工作叶片。（2）结构 调节级喷嘴是直接安装在高压蒸汽喷嘴室中的，调节级的喷嘴按需要分成几个喷嘴组，每一个喷嘴组由一个调节汽阀控制。冲动式汽轮机调节级以后的各级喷嘴均安装在相应各级的隔板上，在整周均匀分布。在反动式汽轮机中通常不使用隔板，各反动级静叶片直接安装在汽轮机缸体上或静叶持环上，静叶持环再安装在汽轮机缸体上。高压段的静叶片一般都带有围带，它可提高静叶片的强度和密封效果，围带也分自带和铆接两种。采用静叶持环结构，把反动式汽轮机的几级甚至几十级的静叶片分成几段安装在相应的数个静叶持环上，简化了汽轮机缸体结构，也方便了检修。缸体缸体（1 1）作用）作用 汽轮机缸体主要用来支撑转子、隔板、静叶持环、调节阀等部件，容纳并通过蒸汽，保证蒸汽在汽轮机内完成能量的转换作功过程，同时把汽轮机的喷嘴、静叶、转子等与大气隔开，形成密封腔体。（2 2）受力分析和结构要求）受力分析和结构要求 受力分析。受力分析。在汽缸上产生的作用力主要有以下几种。a.汽缸壁的内外压力差。高压段汽缸内压力高于大气压，汽缸壁承受着向外的张力，而凝汽式汽轮机的低压段汽缸中的压力低于大气压，汽缸壁承受着向内的压力。沿着汽缸轴向作用在汽缸壁上的压力是不同的，因为蒸汽在缸内膨胀，压力降低，此外蒸汽压力随工况而改变，尤其是启动、停机时变化更大。b.喷嘴和隔板或静叶片对汽缸的作用力。当蒸汽流过喷嘴组、隔板上的喷嘴或者静叶片时，产生一个反力作用于汽缸上，使汽缸受到一个与转子旋转方向相反的力矩。该力矩也随着工况的改变而变化。c.由蒸汽压力所产生的轴向拉应力。d.承受汽缸本体以及固定在汽缸上的零部件的重量。e.如果低压端轴承安装在排汽缸上，汽缸还要承受转子的部分重量和振动。f.汽缸连接的进气管、抽汽管对汽缸产生作用力。g.汽缸运行过程中由于温差引起的热应力。结构要求。结构要求。为了保证汽轮机汽缸在运行时的安全、使用方便以及节约金属材料等，一般对汽缸结构有以下要求。a.应有足够的强度、刚度和良好的气动性能，汽缸的结构力求简单、对称，汽缸直径、缸壁厚度及其他尺寸不应有突变处，尽可能减薄缸壁厚度，尽量避免出现平壁和特别笨重的水平中分面法兰。b.为避免产生过大的热应力，除汽缸形状应力求对称、均匀以外，还要保证汽缸能够自由膨胀，有完整可靠的定位与膨胀滑销系统来保证转子与汽缸的对中性不变或变化很小。c.合理地使用金属材料，通常采用垂直中分面结构，这样前、后汽缸可以采用不同的金属材料，节约耐高温贵重金属。d.工艺性好，便于制造、安装、检修以及运输。e.下汽缸应开有疏水孔，以排除凝结水。缸体结构缸体结构汽轮机缸体为检修方便，一般设有水平中分面。为了合理利用材料，还常沿轴向分为两段，高压段因承受压力、温度较高，通常用耐高温贵重金属材料制造，而低压段则常采用铸铁浇铸或钢板焊接结构。对于中低压汽轮机，一般采用单层汽缸结构，即静叶片或静叶持环、隔板直接安装在汽缸中。外缸体一般通过本身的猫爪（或搭脚）支撑在机座上，机座又用地脚螺栓固定在基础上。滑销系统滑销系统 汽轮机在启动、停机和变工况运行时，汽缸各部分的温度都要发生很大的变化，会产生很大的热膨胀和收缩，如果这种胀缩不合理或受到阻碍，就会造成汽缸的变形、机组的振动甚至动、静部件发生摩擦和碰撞。因此，汽轮机缸体都设有一套滑销系统。一般采用在汽缸前、后端下部设立销，前轴承座或前机座下面设纵销，在排汽端两侧搭板下设横销的办法给缸体定位，保证运行时缸体按规定方向膨胀。也有一些汽轮机外缸体采用挠性支撑板支撑，利用支撑板的弹性变形保证机组均匀合理地膨胀。汽轮机内缸在外缸中一般采用位于其中心线两侧的挂耳支撑，内缸上的挂耳和外缸间设有定位销，起给内缸轴向定位和横向膨胀导向的作用，内缸下部同外缸间设有纵向滑销，起给内缸横向定位的作用。对有水平中分面的内缸来说，也有下缸猫爪支撑和上缸猫爪支撑两种支撑方式，利用上缸猫爪支撑法，能有效地保证内缸在受热膨胀后，其内缸中心同外缸体中心保持一致。（1 1）分类）分类 对于工业透平机械（汽轮机、离心压缩机），从承受载荷的角度来说，常用的是支撑轴承和止推轴承两类。支撑轴承的作用是承受转子重量和其他附加径向力，保持转子转动中心与汽缸中心一致，并在一定的转速下正常运行。轴承轴承 止推轴承的作用是承受转子的轴向力，限制转子的轴向窜动，保持转子在汽缸中的轴向位置。从轴承的工作原理角度来说，普遍采用动压轴承。动压轴承就是依靠本身轴颈（或止推盘）的回转，把润滑油带入轴（或止推盘）与轴承之间，建立起油压而把轴支撑起来（或承受转子的轴向推力）的轴承。汽轮机、离心压缩机转速很高，它们的支持轴承线速度一般在 50m/s以上，止推轴承线速度一般在80m/s以上，均属于高速滑动轴承，所以对轴承的要求是安全可靠、运行稳定、抗振性好、使用寿命长，尤其突出的是要求高度可靠。与其他轴承相比，动压轴承能够更好地满足这些要求。（2 2）动压轴承的工作原理）动压轴承的工作原理 动压轴承在运行过程中，轴承与轴颈之间会形成一层薄薄的油膜，这层油膜可以使轴浮起来。对于止推轴承，在止推轴承和瓦块之间形成楔状间隙，止推盘旋转，由于润滑油有一定的黏性，止推盘把油带进这个间隙中，进油口大，出油口小，便在油楔中形成油模压力，承受转子的轴向推力。同样，在径向轴承运行过程中，由于轴颈不停地回转，轴颈便把润滑油带入轴颈与轴承之间，从而形成了一层薄薄的油膜。由于轴颈与轴承中心并不同心，而是有一个偏心，这种楔形油膜可使沉重的轴浮起来。概括来说，动压轴承为了获得液体润滑，在结构上必须满足有楔形间隙的要求，使进油口大与出油口小。轴承油膜的形成以及产生油膜压力的大小受轴的转速、润滑油的黏度、轴承间隙和轴承承受的负荷等因素的影响。一般来说，轴的转速越高，油的黏度越大，被带进的油就越多，油膜压力就越大，承受的载荷也就越大。但是，油的黏度过大，会使油分布不均匀，增加摩擦损失，不能保持良好的润滑效果。轴承间隙过大，对油膜形成不利，并增加油的消耗量；轴承间隙过小，又会使油量不足，不能满足轴冷却的要求。一定的轴承结构，在一定的转速下，只能承受相当的负荷，如果负荷过大，油膜形成会很困难，当超过轴承的承载能力时，轴瓦就会被烧坏。（3）常用的径向轴承 在工业汽轮机上常用的径向轴承有圆瓦轴承、椭圆瓦轴承、多油楔固定轴承和可倾瓦轴承。近年来在高速透平机械上主要采用了可倾瓦轴承.可倾瓦轴承可倾瓦轴承主要由轴承壳、两侧油封和可以自由摆动的瓦块构成。这种轴承由三个或更多个瓦块所组成，一般是五块瓦。轴瓦可以摆动。沿轴颈的周围均匀分布五个瓦块，各自可以绕自身的一个支点摆动。在轴颈的正下方有一个瓦块，以便停机时支撑轴颈及冷态时用于找正。瓦块与轴颈有正常轴承间隙量，瓦块浇注有巴氏合金，巴氏合金厚度为0.8-2.5mm.为了保证巴氏合金与瓦块紧密贴合，在瓦块上预制出沟槽。轴承壳体上下水平剖分，安装在轴承座内，并用螺栓和定位销钉定位以保证对中，为了防止轴承壳体转动，装有一个径向定位销钉。一般情况下，轴承壳体外径紧配在轴承座内。可倾瓦轴承可倾瓦轴承 常用的止推轴承常用的止推轴承 在工业汽轮机上常用的止推轴承有米楔尔止推轴承和金斯伯雷止推轴承，这些轴承的共同特点是有多个活动的止推瓦块，在瓦块后有承力点，止推瓦块可以绕支点摆动，以形成最佳状态的润滑油膜。米楔尔止推轴承止推块同基环直接接触，是单层的；金斯伯雷止推轴承是止推块下还有上、下水准块，然后才是基环，是三层结构。米楔尔止推轴承的优点是结构简单，轴向尺寸小；缺点是当瓦块厚度稍有差别或轴承基环同止推盘平行度有误差时，每瓦块间负荷不能调节，会造成部分瓦块过载。金斯伯雷止推轴承的优点是瓦块间载荷分布均匀，调节灵活，能自动补偿转子不对中、偏斜；缺点是结构复杂，需要轴向安装尺寸较长。金斯伯雷止推轴承的结构中，止推瓦块下垫有上水准块、下水准块和基环，它们之间用球面支点接触，保证止推瓦块、水准块可以自由摆动，使载荷分布均匀。止推瓦块由碳钢制成，上面浇铸巴氏合金，其厚度应小于汽轮机动、静部分间的最小轴向间隙，目的是一旦巴氏合金熔化后，止推盘尚有钢圈支撑着，短时间内不致引起汽轮机内动、静部分碰伤，一般巴氏合金厚度为1-1.5mm。调节系统调节系统1 1、作用、作用 提高或改善热力系统的热循环效率，对热力系统进行功率或热量平衡。工业汽轮机调节系统的作用主要有以下两点：一方面是调节汽轮机与被驱动的机械所组成机组的机械参数（如转速、功率等）；另一方面是调节既与汽轮机本身有关又与整个工艺系统有关的热力参数和气动参数（如背压压力、抽汽压力、离心压缩机的入口或出口压力等）2 2、分类、分类 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和间接调节两大类。（1）直接调节 当汽轮机负荷瞬间降低时，转速升高，调速器飞锤离心力增大，使滑环上移，通过杠杆的传动，关小调节阀，减小汽轮机发出的功率，直至与外界负荷重新平衡为止；汽轮机负荷增加时其动作相反。由于这种调节系统中，调节阀动作所需的能量直接由转速感受机构调速器供给，所以称为直接调节。由于调速器的能量有限，使得直接调节的应用范围只限于小功率汽轮机。（2）间接调节 功率稍大的汽轮机，由于开启调节阀需要较大的提升力，所以需要将感应机构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。在这个系统里，调速器滑环所带动的不是调节阀，而是一个断流式滑阀（又称错油门）。3.3.感应机构感应机构 也称感应元件，或称测量元件、敏感元件，其作用是将一种物理量转换成为与调节过程相适应的另一种物理量（如将转速、压力的变化转换成机械位移等）。调节系统中的感应元件的工作原理是基于对给定值的任何偏差作出反应，以感受到该偏差送给调节系统后面的环节，完成整个调节系统的动作。被调节的对象和要求不同，所采用的感应元件往往也不同，对于同一对象，当所采用的调节系统不同时，也可能需要采用不同的感应元件，因此，感应元件的种类是相当多的。在工业汽轮机的自动调节系统中，应用较多的有转速、压力等感应元件。调速器 在汽轮机调节系统中，通常把能对转速偏差作出敏感反应，并相应地输出一个与它成函数关系的适当信号的感应机构称为调速器。调速器的任务有两个：一是当速度给定值不变时维持机组在给定转速下运转；二是通过改变速度给定值，使机组能在规定范围内的任意转速下运转。按工作原理可分为机械离心式、液压离心式、电子式等几大类。4 4、放大机构、放大机构 对高参数、大功率的汽轮机来说，开启调节阀时所需的能量较大，由于调节系统的转速感应机构输出的信号，其能量和变化幅度均较小，因此无论在功率上或位移上都不足以打开调节阀和提升必要的高度。所以一般的汽轮机都需要经一些中间环节将其能量和幅度加以放大，再去控制执行机构。这些中间环节统称传动放大机构，其作用就是进行信号的传递、转换和放大。在调节系统中，传动放大机构的输入即是转速感应机构的输出，传动放大机构的输出一般为油动机活塞的位移。5、执行机构 汽轮机的功率调节，是通过改变调节阀的开度进而改变汽轮机的进汽量来实现的。油动机可直接带动调节阀，但通常是经传动装置间接地带动调节阀，因此调节阀及其传动装置被称为执行机构。执行机构的输入信号是传动放大机构的输出信号，执行机构的输出信号是汽轮机调节阀的开度变化。（1）传动装置。油动机直接带动调节阀的，调节阀阀杆直接同油动机活塞杆相连，中间不需要传动装置，但大部分情况下还是由传动装置带动调节阀。传动装置一般采用杠杆传动。（2）调节阀 调节阀控制进入汽轮机的蒸汽量，主要由阀杆、提板、阀头等部分组成，每个调节汽阀独立地控制着一组喷嘴。在负荷变动时，通过开几个阀而另几个阀关闭的方式控制进入汽轮机的蒸汽量。例如，满负荷时阀门会全开，在某一负荷时，会开启三个而全关另外两个。当然，在部分负荷时也完全可能某阀是半开状态。由于在结构安排上使这些阀依次开启，并且只有当前一个调节汽阀基本全开之后，后一个调节汽阀才开始开启，因此，处于半开状态的阀只能有一个，也就是说，节流过程只可能在某一个调节汽阀中产生，使节流损失减到最小。保安系统保安系统1.1.作用作用 汽轮机除了具有高水平的自动调节系统外，还备有对转速、轴向位移、热应力、振动等主要参数进行监视的元件。这些元件监视汽轮机的运行参数，当参数超过了一定的安全范围时，保护系统就开始工作，或者使汽轮机减少负荷，或者使汽轮机停止运转。另外，这些保护元件往往还同时具备指示被监视参数的作用，对于汽轮机正常运行也有很大的意义。（1）超速保护。当汽轮机的转速超过一定安全范围（一般是超过最高连续运行转速的10%左右）时，危急保安器动作，通过液压传动元件，关闭主汽阀，使汽轮机停止运转。（2）轴向位移和差胀保护。当轴向位移或差胀超过一定的安全范围时，通过联锁动作或危急保安器动作，使汽轮机停车。（3）热应力保护。当汽轮机转子或汽缸的热应力超过了安全范围时，限制汽轮机功率或转速的变化速度。（4）振动保护。当汽轮机的轴或外壳振动超过一定值时，发出报警信号；当振动值进一步升高超过安全范围时，发出联锁信号，使汽轮机停车。（5）低油压保护。当汽轮机的润滑油或控制油压力低于一定数值时，发出报警信号，同时启动辅助润滑油泵；若油压继续降低至某一设定值时，发出联锁信号，使汽轮机停车。（6）蒸汽压力、温度保护。当主蒸汽压力、温度参数超出标准范围时，开始减小汽轮机功率；若主蒸汽参数进一步下降或上升，同标准值偏差超出限制值时，发出联锁信号，使汽轮机停车。（7）低真空保护。当汽轮机排汽压力升高至某一数值时，发出报警信号；若排汽压力继续升高至某一设定值时，发出联锁信号，使汽轮机停车。2.2.主要元件主要元件（1）主汽阀（紧急停车阀、紧急切断阀）主汽阀装在调节阀前，是蒸汽系统和汽轮机之间的主要切断装置，在汽轮机正常工作时，主汽阀是全开的。当发生紧急情况时，就立即关闭，切断供给汽轮机的蒸汽，使机组立即停车，避免机组遭到破坏。有些汽轮机的主汽阀还担负着在启动过程中控制进入汽轮机蒸汽量的任务，使汽轮机逐步升速，直到达到调速器所能控制的转速。（2 2）危急保安器）危急保安器 为了防止汽轮机超出预定的转速，通常均设置超速保护机构，这个机构称为危急保安器。当汽轮机转子的转速超过一定的限度时（此限度一般为最高连续运行转速的110%左右），危急保安器动作，通过各种不同的机构使跳闸油泄压，主汽阀关闭，从而切断汽源使汽轮机停机。通常采用的危急保安器的型式有两种，一种为飞锤离心式，另一种为偏心飞环式，虽然其结构不同，但其作用原理是相同的。一般汽轮机上还设有电子测速探头，用于监视汽轮机转速同时设有电子超速联锁，在转速超速到设定值时，电子超速装置动作，发出联锁信号，关闭主汽阀，使汽轮机停止运转。一般电子超速的设定值低于机械超速的动作值。(3)危急遮断器 危急遮断器又称快速脱扣装置，在汽轮机运行时，若出现非正常的状态如超速等，液压危急遮断器就打开跳闸油系统，主汽阀在弹簧力作用下迅速关闭，切断汽轮机进汽，达到停车的目的。当机组出现危急情况时，如汽轮机发生水击、轴承缺油、压缩机突然大量漏气等，为防止扩大，人手打击手柄使滑阀下落，跳闸油泄压，使汽轮机停车。机组停车后再要启动，必须要先复位，手提手柄，克服弹簧向下的力，压力油进入油腔，产生油压，使滑阀又保持在最高位置。（4）电磁阀 电磁阀是一种电动保护装置，它装在危急遮断器前面的控制油油路上，当机组出现异常情况或其他原因要求立即停车时，在控制室可按停车按钮使电磁阀动作，将电磁阀后面的压力油泄掉，关闭主汽阀，使汽轮机停止运转。另外，机组的各联锁信号动作，也是通过电磁阀将跳闸油泄压，使汽轮机停止运转。凝汽系统凝汽系统 凝汽系统是汽轮机装置的一个重要组成部分。它的工作性能直接影响整个汽轮机装置的功率、热效率和运行可靠性。主要作用是将汽轮机排出的乏汽冷凝为凝结水，藉以使汽轮机排气部分建立并保持一定的真空，以此来增大蒸汽的可用焓降；冷凝下来的凝结水作为抽气冷凝器的冷却水再送出装置作为锅炉给水，从而提高整个装置的热效率。其主要组成设备有：其主要组成设备有：冷凝器凝结水泵抽气器抽气冷凝器冷凝器冷凝器 冷凝器外壳用钢板焊成，包括前水室、汽室及后水室。两端水室与汽室由管板隔开。汽轮机排气由进汽室进入汽室，在汽室与管内冷却水进行热交换，并形成凝结水，流向冷凝器下部的热井，由凝结水泵送出。冷凝器应具有高的传热系数，以保证良好的传热效果，使汽轮机在同样工作条件下具有尽量低的运行背压。抽气器抽气器 抽气器不断从冷凝器中抽出不凝汽及漏入的空气，以保证冷凝器足够的真空度。蒸汽喷射泵，主要由工作喷嘴、混合室及扩压器三部分组成。蒸气在喷嘴中自工作压力膨胀到混合室中的压力，由于蒸汽在喷嘴中压力降落很大，喷嘴出口的流速很高，在混合室内造成低压区，这样就将冷凝器中的不凝汽和空气混合物抽进混合室，并被高速汽流带入扩压器中。油系统油系统1 1、作用、作用 供给机组各轴承润滑油，使轴瓦和轴颈之间形成油膜，以减少摩擦损失，同时带走由磨擦产生的热量和转子传来的热量。供给动力驱动、调节系统和保安装置用油以及密封油。2 2、组成、组成 油箱、油泵、油冷却器、油过滤器、高位油箱、蓄压器、脱气罐等。机组运行操作与维护机组运行操作与维护 一、机组投入运行前应具备的重要条件1.机组包括辅助设备应具有制造厂提供的技术参数和清晰的铭牌。2.机组技术档案资料齐全，内容完整，3.机组及其他主要辅机设备的安装记录，竣工资料，包括现场试压、查漏等交接记录、单机试运行、联动试运转记录。4.如为已投用机组大修后启动，则应有停机、检修或事故停机记录、事故维修情况记录。5.热力蒸汽管路吹扫合格，支吊架调整结束，应有记录。6.机组的油路经油循环清洗合格，管路已恢复正常，应有记录7.现场运行规程或运行操作方案（临时）已经有关主管批准使用。8.机组透平缸体和蒸汽管路保温完整，装饰罩板组装到位。9.透平调节系统，压缩机防喘振系统，机组联锁保护，报警系统 应做静态调试和模拟试验，其性能应符合设计要求。有下列情况者，禁止启动、投运有下列情况者，禁止启动、投运1.主蒸汽、工艺等参数不符合规程或制造规定。2.透平超速保安器动作不正常，防喘控制系统不正常，机组重要保安系统不能正常投入使用者，主汽阀、调节阀、压机排气逆止阀卡涩，或不能关闭严密者。3.无转速表或有表但失准的机组，缺少重要仪表或失常者。如透平、压缩机的轴位移指示表，抽汽压力表，真空表等。4.透平无法维持空负荷运行的机组。5.机组及其系统存在严重故障，但又未查明排除的机组。6.油系统（包括密封油系统）或其设备、阀门、控制系统不能正常工作时。透平的主要操作透平的主要操作1 1、油系统准备、油系统准备 油系统投运前，应检查油箱油位、油箱油温、油冷器应供水并排除水侧空气，如果油箱油温过低，应投用油箱加热装置，不允许在过低油温下启动油泵。一般要求当油温高于25时，启动主油泵，并将备用（辅助）油泵置于自启动状态位置。注意及时对油冷器油侧排气，及时停止油箱加热，用油冷器将油温调至规定值。检查油系统各部分油压，并调至规定正常值。这些调整也包括控制油和密封油供、排油系统。启动开始后，应注意油过滤器压差，及时切换，及时反冲洗，保证工作状态良好，不允许过滤器压差超报警状态下继续使用。油系统正常投运后，如果压缩机有密封油系统也应投入运行，这类带浮环或机械密封的压缩机的工艺气是不允许与空气混合的。2 2、盘车、盘车 盘车工作在启动之前，尤其在停机之后是非常重要的，因为启动过程是机组被加热过程，而停机过程是机组被冷却过程。在启动前，由于阀门内漏后通入轴封汽等原因，缸体内会进入蒸汽。如果转子不是在运动状态下加热，则转子会发生热变形，使得转子会向上弯曲，影响径向间隙，产生振动，严重时还会引起动静部件间磨损，发生事故。因此在汽轮机冲转之前，在暖管时就要启动润滑油系统，并使盘车装置投入运行，使转子缓慢转动后，才可以向轴封供汽，加速抽真空。盘车可分为手动盘车（定期盘车）和电动盘车（连续盘车）两种方式。应当注意，在盘车时（特别是连续盘车）应尽可能地保证轴承必要的润滑条件，以免损坏轴瓦。在盘车时转子以低速转动，在轴颈处不能形成正常的油膜，可能形成半干摩擦，使轴承的轴瓦会发生额外的磨损，因此盘车时间也不要拖得太长。对于没有盘车装置的汽轮机，启动时最好先冲转后再向轴封供汽，以免转子静止受热变形。3 3、暖管和疏水、暖管和疏水 暖管和疏水是汽轮机启动前的一项重要工作。当蒸汽进入冷态的蒸汽管道时，将提升管壁温度，同时蒸汽急剧冷凝成水。因此暖管和疏水必须相互配合，把冷凝水及时疏出，防止管道出现水击。另外当汽轮机冲转时，若这些水被高速蒸汽流带入工业汽轮机时，会使工业汽轮机内部产生水冲击而使轴向推力大大增加，并可能损伤转子和止推轴承。暖管所需时间取决于管道长度、管径尺寸、蒸汽参数的高低和管道强度所允许的温升速度。要很好地掌握升温升压速度，当升温太快时，管道内外壁面温差很大，会引起很大的热应力。暖管过程分低压暖管和高压暖管两步进行。暖管时应当注意防止蒸汽漏入工业汽轮机内，以防止上下汽缸温差过大和转子热弯曲。机组启动前，新蒸汽温度要高于饱和蒸汽温度50 以上。4 4、轴封供汽、轴封供汽 在工业汽轮机转子冲动前，抽气装置已经投入工作，它所建立的真空值能够达到要求时，即可以在不向轴封供汽条件下冲动转子，一旦冲动后立即向轴封供汽，使真空值随转速不断升高。如果抽汽装置不能达到汽轮机冲转要求的真空度，就应首先向轴封供汽，向轴封供汽的目的是为了防止空气沿汽封进入汽缸，较快地建立起有效的真空。在转子静止状态下一般禁止向汽封供汽。对凝汽式汽轮机，若不投轴封汽达不到真空要求，汽轮机又没有盘车装置的话，可以在冲转之前向轴封供汽，但时间越短越好，供轴封汽后要争取尽快冲转。5 5、建立真空、建立真空 对凝汽式汽轮机来说，建立真空对机组出力及经济性都有很大的影响。启动时真空度高，也就是凝汽器内绝对压力低，从而汽缸内压力低，则机内空气密度小，转子转动时摩擦鼓风损失就少，转子冲动时所需要的蒸汽量也会减少。这样减少了蒸汽消耗，提高了经济性，同时又减小了叶片所受的力，因为叶片所受力是与蒸汽流量成正比的，有益于安全启动。冲动转子时对真空值要求达到60-70KPa，不允许在过低的真空度下冲动转子。如果启动真空度低，则转子冲动时阻力大，启动汽量大，除了不经济外，叶片受力也大，同时排汽温度也高，不利于凝汽器安全运行。一般中压机组启动真空值为正常真空值的60%-70%左右，随着转速的增加，真空值也应随之上升。一般的设备对启动所需最低真空值都有明确的要求。6、冲动转子 冲动转子是启动操作的关键，真正的启动从这里开始。冲动转子是汽轮机由冷态变到热态、由静止到转动的开始，关键是控制工业汽轮机金属温度的升高和转子转速的升高。转子刚一转动，接近额定温度的新蒸汽进入金属温度较低的工业汽轮机，这时蒸汽对金属进行剧烈凝结放热，因此工业汽轮机金属温度变化剧烈，容易造成很大的热应力。随着转速的升高，工业汽轮机温度也将升高，汽缸内蒸汽对金属对流放热逐渐增大，金属温升速度才放慢。为了减少热应力，在额定参数下冷态启动的机组，采用限制新蒸汽流量、延长暖机升速时间的办法来控制金属加热速度。转子转动后，要对机组进行详细检查，监视转子并判断转子转动是否正常。大部分汽轮机都装有轴承温度、转子振动、转子轴位移等在线监测装置，通过监测仪表判断汽轮机转动是否正常。另外还要用听棒倾听机组内部有无金属碰擦声，用手凭经验感觉或用测振仪器检查汽轮机轴承箱、缸体的振动。如机组有明显的振动、内部有金属摩擦声，说明转子存在碰擦，应当紧急停机，并找出原因处理后再开车。汽轮机冲转后，应立即检查凝汽器的真空度，由于一定数量的蒸汽突然进入凝汽器，真空度可能降低很多，当蒸汽正常凝结后，真空度又要上升。要注意调整凝汽器的水位，防止凝汽器无水和满水情况。转子冲转一切正常后，在规定的转速下进行低速暖机，暖机时注意疏水。7 7、暖机和升速、暖机和升速 转子冲转之后，在转速升到额定转速之前，需要有一个暖机和升速过程。暖机的目的在于使工业汽轮机部件受热均匀、减少温差，避免产生过大的热变形和热应力。暖机的转速和时间随着机组参数、功率和结构的不同而不同。对于冲动式汽轮机的级数不多、间隙较大、叶轮式的转子，所需暖机时间相对较少。对级数多、间隙小的反动式汽轮机来说暖机所需的时间就要很长；根据制造厂的规定目前多采用分段升速暖机，即在不同的转速阶段进行暖机，这种暖机方式要比稳定在一个低转速下进行暖机效果为好。一般分为低速暖机、中速暖机和高速暖机三个过程。低速暖机使各部件均匀受热，一方面可以减少各部件的热变形和热应力，另一方面也给操作、维修人员全面检查设备提供了时间。中速暖机是为过临界转速做准备，暖机时间也要充分，一般在中速暖机前后，法兰内外壁温差不断增加，法兰与螺栓的温差也不断增加，因此这时要严格控制法兰内外壁、法兰与螺栓和汽缸左右两侧法兰温差，注意检查汽轮机各部位的膨胀情况。另外还要检查好蒸汽参数、真空度是否稳定并符合要求，油系统是否正常等，做好过临界转速的前期工作。暖机过程结束后，即可将汽轮机转速升到调速器控制转速。在转子的每一个升速过程中都要严密监视汽轮机振动，汽轮机振动值是升速中汽轮机状态好坏的重要监视指标，当发生不正常振动时，表明暖机不良或升速过快，造成汽轮机主要部件变形或中心线变动，甚至引起摩擦，此时应当把转速降低，直到异常振动消失，再进行暖机。振动过大时，绝不允许强行升速，否则会造成转子内件严重磨损，转子永久性弯曲等事故。临界转速是机组的共振转速，在这个转速下振动加剧，特别是对动平衡较差的转子，振动更大。长时间在临界转速附近运转会造成机械损坏，因此升速过程中通过临界转速要快，不允许在此转速下长时间停留。8 8、调节、保安系统的检查和试验、调节、保安系统的检查和试验 当机组转速接近调速器工作转速时，升速应缓慢，注意观察调速器投入工作时有没有抖动和转速波动情况，并记录调速器开始工作转速。在调速器不能自动维持机组转速或变速机构不能有效调整和控制转速的情况下禁止汽轮机投入运行。在确认调速器正常投入工作后，稳定运行10-15min，对机组进行全