模块十四汽轮机基本知识.doc

模块十四、汽轮机基本知识
子模块一、热力循环原理
1.1工作过程
最简单的水蒸气动力循环装置由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵组成，如图a所示。其工作过程如下：水在锅炉和过热器中吸热，由饱和水变为过热蒸汽；过热蒸汽进入汽轮机中膨胀，对外作功；在汽轮机出口，工质为低压湿蒸汽状态（称为乏汽），此乏汽进入冷凝器向冷却水放热，凝结为饱和水（称为凝结水）；水泵消耗外功，将凝结水升压并送回锅炉，完成动力循环。图b、c、d表示上述理想的简单蒸汽动力循环，称为朗肯循环：

1.2 循环分析
汽轮机中的膨胀过程1-2：可逆绝热过程，即定熵过程。应用开口系能量方程，过程中工质对外作功为 ；
冷凝器中的放热过程2-3：定压放热过程。过程中工质放热为 ；
水泵中的压缩过程3-4：定熵过程。过程中工质接受外功为 ；
锅炉中的吸热过程4-1：定压吸热过程。过程中工质吸热为 。
朗肯循环的热效率为

功比 是反映动力循环经济性的另一指标，其定义是循环的净输出功量及汽轮机作功量之比值。朗肯循环的功比为

由于水的不可压缩性（压缩过程中体积变化很小），故泵功常可按下式近似计算：

水泵耗功远小于汽轮机作功（在T-s图和h-s图上点3和点4几乎重合，图上是夸大了的画法），因此在近似计算中又常可忽略泵功wP不计，此时循环热效率为

评价蒸汽动力装置的另一个重要指标是汽耗率，其定义是装置每输出1kW×h（等于3 600 kJ）功量所耗费的蒸汽量，用d表示：
               kg/(kW×h)                               
式中，循环净功量w的单位是kJ/kg；汽耗率d 的单位为kg/(kw·h)。
如果考虑汽轮机内的摩擦，即蒸汽在汽轮机中如图11-4所示由状态1不可逆绝热膨胀至状态2’，则汽轮机的实际作功量 将小于无摩擦时的理想作功量 ，即

常用汽轮机相对内效率 来表示汽轮机内膨胀过程的理想程度，其定义为

的数值一般在85～95%之间。

考虑汽轮机内摩擦时的简单蒸汽动力循环
应当指出，朗肯循环是最基本的蒸汽动力循环，它的结构简单而热效率较低，但是，现代大、中型蒸汽动力装置中所实际采用的较复杂的蒸汽动力循环，都是在其基础上加以改进后得到的。

子模块二、汽轮机基本概念
2.1汽轮机的基本概念
汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式原动机。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，即：蒸汽流过汽轮机喷嘴时，将热能转换成蒸汽高速流动的动能；高速汽流流过工作叶片时，将蒸汽动能转换成汽轮机转子旋转的机械功。这就是汽轮机能作功的原理。
2.2 汽轮机的分类
2.2.1按热力过程特性分类
  凝汽式汽轮机：进入汽轮机的蒸汽，除很少一部分泄漏外，全部排入凝汽器，这种汽轮机称为纯凝汽式汽轮机。在现代汽轮机中，多数采用回热循环。此时，进入汽轮机的蒸汽，除大部分排入凝汽器外，尚有少部分蒸汽从汽轮机中分批抽出，用来回热加热锅炉给水。这种汽轮机称为有回热抽汽的凝汽式汽轮机，简称凝汽式汽轮机。
  背压式汽轮机：排汽压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机。其排汽可供工业或采暖使用，当其排汽作为中、低压汽轮机的进汽时，称为前置式汽轮机。
调节抽汽式汽轮机：在这种汽轮机中，部分蒸汽在一种或两种给定压力下抽出对外供热，其余蒸汽作功后仍排入凝汽器。由于用户对供汽压力和供热量有一定要求，需对抽汽压力进行调节(用于回热抽汽的压力无需调节)。因而汽轮机装备有抽汽压力调节机构，以维持抽汽压力恒定。
 中间再热式汽轮机：新蒸汽经汽轮机前几级作功后，全部引至加热装置再次加热到某一温度，然后再回到汽轮机继续作功。这种汽轮机称为中间再热式汽轮机。
2.2.2按新蒸汽压力分
低压汽轮机　新蒸汽压力为1.2 MPa ~2MPa；
　中压汽轮机　新蒸汽压力为2.1 MPa ~8MPa；
　高压汽轮机　新蒸汽压力为8.1 MPa ~12.5MPa；
　超高压汽轮机 新蒸汽压力为12.6 MPa ~15.1MPa；
　亚临界汽轮机 新蒸汽压力为15.1 MPa ~22MPa；
　超临界汽轮机 新蒸汽压力为22.12MPa以上。
超超临界汽轮机 新蒸汽压力为25MPa以上。
　锅炉的新蒸汽的压力大于临界压力(22.064MPa)小于25MPa的锅炉称为超临界锅炉，配套的汽轮机称为超临界汽轮机  
  锅炉的新蒸汽的压力介于25～31MPa的锅炉称为超超临界锅炉，配套的汽轮机称为超超临界汽轮机。  
  亚临界、超临界、超超临界发电机组，主要是就蒸汽的压力及温度参数而言：亚临界，170ata，535℃；超临界，240ata，560℃；超超临界，300ata，600℃。在超临界及超超临界状态，水由液态直接成为汽态（由湿蒸汽直接成为过热蒸汽、饱和蒸汽），热效率高。因此，超临界、超超临界发电机组已经成为国外，尤其是发达国家主力机组。
2.3 汽轮机型号
汽轮机的种类很多，为了便于使用，常采用一定的符号来表示汽轮机的基本特征，其中包括：蒸汽参数、热力特性和功率等；这种符号的组合称为汽轮机的型号。
国产汽轮机的型号表示方法：
Δ ××——××——×
变型设计次序

蒸汽参数

额定功率（MW）

汽轮机类型

制造的汽轮机类型采用汉语拼音来表示，如表2-1所示。蒸汽参数用数字来表示，如表2-2所示。
表1-2 国产汽轮机类型的代号
代 号
类 型

代 号
类 型
N
凝 汽 式
CB
抽汽背压式
B
背 压 式
H
船 用
C
一次调节抽汽式
Y
移 动 式
CC
两次调节抽汽式

表2-2 汽轮机型号中参数的表示方法
汽轮机类型
蒸 汽 参 数 表 示 方 法
示 例
凝 汽 式
主蒸汽压力/主蒸汽温度
N50-8.82/535
中 间 再 热 式
主蒸汽压力/主蒸汽温度/中间再热温度
N300-16.7/537/537
一次调节抽汽式
主蒸汽压力/调节抽汽压力
C50-8.82/0.118
两次调节抽汽式
主蒸汽压力/高压抽汽压力/低压抽汽压力
CC25-8.82/098/0.118
背 压 式
主蒸汽压力/背压
B50-8.82/0.98
抽 汽 背 压 式
主蒸汽压力/抽汽压力/背压
CB25-8.82/0.98/0.118

子模块三、汽轮机工作原理
3.1冲动式汽轮机
叶轮上装配一圈动叶片及喷嘴配合在一起，构成一个做功的简单机械，由喷嘴及其配合的动叶片构成的做功单元叫做级。由一个级组成的汽轮机叫做单级汽轮机。
喷嘴又叫静叶片，它是一个截面形状特殊且不断变化的通道，蒸汽进入喷嘴以后发生膨胀，消耗了蒸汽的压力能，也就是消耗了蒸汽的热能，蒸汽的压力和温度都下降了，而蒸汽的流速却增加了，变成了高速的气流，喷嘴的作用就是就是将蒸汽的热能变成动能。
动叶片又叫工作叶片，在叶轮的外圆周上装满的一整圈叶片常叫动叶栅，由喷嘴流出的高速气流流至动叶片时，其速度的大小和方向是一定的，之后气流由于受到动叶片的阻碍而改变其原来的速度大小和方向，这时气流必然给动叶片一个反作用力，推动叶片运动，将动能转化成叶轮转动的机械能。
由上述可知，在汽轮机连续工作过程中有两次能量转换：蒸汽热能→蒸汽动能→转子机械能。
所谓冲动式汽轮机就是蒸汽的热能变成动能的过程仅在喷嘴中进行，工作叶片上只是把蒸汽的动能转换成机械功的汽轮机，称冲动式汽轮机。
3.2反动式汽轮机
反动式汽轮机的工作原理在反动式汽轮机中，(如图3-4)蒸汽在静叶（起着喷嘴的作用）中膨胀，压力、温度下降，流速增加，然后进入动叶片（即工作叶片）。但这种汽轮机中，沿汽流方向上动叶片间槽道的截面形状及静叶片间的槽道截面变化完全相同，所以蒸汽在动叶片中继续膨胀，压力从P1继续降低到P2。由于汽流沿着动叶片内弧流动时，方向是改变的，因此动叶片上既受到冲动力P冲的作用，同时又因蒸汽在动叶片中膨胀，以高速喷离动叶片，所以动叶片又受到反动力P反的作用。因此，反动式汽轮机的动叶片上所承受的力，应该是P冲及P反的总合。严格地说，反动式汽轮机实际上既利用了冲动原理，又利用了反动原理。

子模块四、蒸汽轮机本体构成
4.1蒸汽轮机本体
蒸汽轮机本体包括：静体（固定部分）--汽缸、喷嘴、隔板、汽封等；转子（转动部分）--轴、叶轮、叶片等；轴承（支承部分）--径向轴承和止推轴承。
4.1.1汽缸
汽缸本身是水平剖分为上下部分，上下缸又各分有前后缸。前缸因温度高用铸钢制造，后缸温度低用铸铁制造。
汽轮机组在起动或停机、增减负荷时，缸体温度均会上升或下降，会产生热胀和冷缩现象。由于温差变化，热膨胀幅度可由几毫米至十几毫米。但及汽缸连接的台板温度变化很小，为保证汽缸及转子的相对位置，在汽缸作为台板间装有适当间隙的滑销系统，其作用是：
a、保证汽缸和转子的中心一致，避免因机体膨胀造成中心变化，引起机组振动或动、静之间的摩擦；
b、保证汽缸能自由膨胀，以免发生过大应力而引起变形；
c、使静子和转子轴向及径向间隙符合要求。
根据滑销的构造，安装位置和不同的作用，滑销可分为：
a、横销(图4-1)：其作用是允许汽缸在横向能自由膨胀，一般装在低压缸排气室的横向中心线上或排气室的尾部，左、右各装一个。
图4-1 纵横销
b、纵销(图4-1)：其作用是允许汽缸沿纵向中心能自由膨胀，限制汽缸纵向中心的横向移动。纵销中心线及横销中心线的交点称为“死点”汽缸膨胀时这点始终保持不动。纵销安装在后轴承座、前轴承座的底部。

图4-2 立销
c、立销(图4-2)：其作用是保证汽缸在垂直方向能自由膨胀，并及纵销共同保持机组的纵向中心不变。立销安装在低压汽缸排气室尾部及台板之间、高压汽缸的前端及前轴承座之间以及双缸汽轮机的低压汽缸前端和高压汽缸端及中心轴承座之间。所有的立销均在机组的纵向中心线上。
d、猫爪横销(图4-3)：其作用是保证汽缸能横向膨胀，同时随着汽缸在轴向的膨胀和收缩，推动轴承座向前或向后移动，以保持转子及汽缸的轴向相对位置。猫爪横销安装在前轴承座及双气缸汽轮机中间轴承座的水平结合面上。猫爪横销和立销共同保持汽缸的中心和轴承座的中心一致。
图4-3 猫爪横销
e、角销(图4-4)：装在前部轴承座及双缸汽轮机中间轴承座底部的左右两侧，以代替连接轴承座及台板的螺栓，但允许轴承座纵向移动。

图4-5 斜销 图4-4 角销
f、斜销(图4-5)：它是一种辅助滑销，起纵销和横销的双重导向作用。装在排汽室前部左右两侧撑脚及台板之间。
前轴承箱座落在前座架上，前座架由地脚螺栓固定在基础上，前轴承箱及前座架之间有纵向键导向允许前轴承箱沿前座架沿纵向滑动。前汽缸靠猫爪及紧固在前轴承箱上的滑块连接，前汽缸及前轴承箱之间有垂直键定位保证两者纵向中心一致。后汽缸座落在后座架上，后座架由地脚螺栓固定在基础上，后汽缸导板保证后汽缸及纵向中心一致。
就每台汽轮机的滑销系统而言，都有一个点，不管汽轮机的汽缸怎么前后左右膨胀，这个点的相对位置都不变，这个点叫汽缸膨胀的死点。为保证汽缸能向前、后、左、右自由膨胀，为此各滑销及其槽的配合上，要求有一定的间隙，并且在精密加工之后，由钳工精心配制，滑动面要求光洁，无锈斑及毛刺，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。
4.1.2喷嘴组和隔板
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，汽缸内的一级隔板及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，以保证上下隔板组成一体。
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，它是由喷嘴组外缘、喷嘴及喷嘴组内缘所组成。
汽轮机隔板按制造方法来分，可分为铸造隔板、焊接隔板、组合隔板三种。
4.1.3汽封
汽轮机高压端轴封称为高压轴封，在单缸汽轮机中又称为前轴封。低压端轴封称为低压轴封，在单缸汽轮机中又称为后轴封。装在隔板汽封槽中的汽封称为隔板汽封。另外装在隔板上及围带配合防止漏汽的又称为围带汽封。不论是轴封还是隔板汽封、围带汽封，其构造及外形均大同小异，阻汽原理一致，统称为汽封。
（1） 汽封的作用
汽轮机汽缸两端轴孔处及转轴间有一定间隙，这样在工作时，汽缸内进汽端将发生高压蒸汽大量泄露。再看排汽端，一般凝汽式汽轮机的排汽压力在0.02公斤/厘米2(绝对)左右,即排汽端处于高真空状态,大气中的空气将沿后轴孔大量漏入排汽管和凝汽器，就会破坏汽轮机的真空。因此，为了减少高压端的向外漏汽和排汽端往里漏空气，要求在汽缸两端轴孔处配备汽封装置（又称轴封）。
（2） 汽封的结构
目前广泛采用的是高低齿型的梳齿结构，如图4-6所示
轴封片直接在轴封环上车出，或将轴封片压紧在轴封环的槽道里，轴封环一般由四个或六个弧段组成。齿尖最薄处厚度为0.1毫米。有弹簧片压住轴封环，使其紧贴隔板或汽封体，弹簧片的作用是箍紧轴封环，当轴封片及主轴相碰时，可自动退让，防止轴封受损。当压差较小时，可以不用高低齿，而用平齿。为了减少漏汽，要求轴封间隙尽量小，但为了保证机组的安全运行，要求轴封不发生碰擦现象，所以轴封间隙有一定的要求。

1-弹簧片 2-轴封套 3-轴封环 4-轴
图4-6 高低齿型轴封
除了汽轮机两端有轴封外，每一级隔板轴孔也需要安装汽封片，以减少级间漏汽 。隔板汽封的结构及轴端汽封相同，只是压差较小，所需要汽封片数目较少而已。此外，有的汽轮机叶片上也设有汽封装置。
（3） 汽封环和汽封片的材料
高温工作区汽封环用铬不锈钢1Cr13，或铬钼钒不锈钢Cr11MoV，汽封片用铬镍钛不锈钢1Cr18Ni9Ti。低温工作区汽封环用锡青铜，汽封片用铅黄铜。
（4）端部轴封系统
为了确保汽轮机的安全工作，合理地利用端部轴封的漏汽，提高汽轮机的经济性。汽轮机端部轴封都有一套专门的轴封管路系统。
高压端虽装有轴封，但仍不能避免蒸汽经过轴封向外漏，为了尽量减少这一损失，把高压端轴封分成若干段，每端之间留一定的空室，将这些空间的漏汽合理地引至不同的地方加以利用，以提高汽轮机的经济性。小型汽轮机的高压漏汽经管道可引至低压端轴封内作为密封用汽，其余少量漏汽再经几道轴封片，由信号管排至大气。运行人员可通过观察信号管的冒汽情况来判断端部轴封工作的好坏。
低压端为了防止空气经轴封片漏入汽缸，必须引用压力稍高于大气压力的蒸汽来封住轴封通道。这部分蒸汽是由高压端轴封引来的，在轴封室中一部分经部分轴封片后流如低压汽缸中，另一部分则沿轴封间隙外流，最后经信号管排至大气。
汽轮机正常工作时，高压端轴封漏汽除引入低压端轴封外，多余的部分可以经管道引入凝汽器汽轮机起动和停机时，高压端轴封没有蒸汽，则应引用经过节流降压的新蒸汽同时送入高、低压端轴封中去。
4.1.4转子

汽轮机所有转动部件的组合体称为转子。它主要包括：主轴、叶轮、叶片等部件(如图)。
1、危急遮断器孔 2、轴位移凸肩 3、推力盘 4、前径向轴承 5、前汽封
6、内汽封 7、调节级 8、转鼓段 9、低压段 10、后汽封
11、后径向轴承挡 12、盘车棘轮 13、盘车油轮 14、联轴器挡 15、后端平衡面
16、主平衡面 17、前端平衡面
汽轮机转子除了受高温高压蒸汽的作用外，更主要的是由于它在高速下工作，受离心力的作用，还必须考虑振动的问题。我国国产机组主要采用的转子形式：（1）套装式转子；（2）整锻式转子；（3）组合转子；（4）焊接式转子。国产中小型、中等参数以下的机组的转子都采用套装式结构。
套装式叶轮在套装前叶轮内孔应比轴径小0.05～0.15%，套装时将叶轮内孔周缘加热，直至叶轮内孔比轴径大0.10～0.20毫米，或控制红套温度250～270℃，将叶轮红套在轴上，待叶轮冷却后内孔对轴就产生了很大的压紧力，保证叶轮高速旋转时的安全可靠。套装式叶轮的优点是加工制造方便，但是它在高温条件下工作时，叶轮及主轴之间容易发生松动，所以高温机组的转子常用整锻式结构。
（1叶轮的结构
叶轮的结构分为三个部分：
轮缘部分　是安装叶片的部分，具有及叶根结构相配合的形状。
轮毂部分　通过它叶轮红套在轴上。
轮体部分　是把轮缘及轮毂联成一体的中间部分。由于速度很高，
它的受力及变形主要取决于叶轮本身旋转时产生的离心力，以等强度的型式为好，但是制造困难。一般常用锥形。材料低压时用４５钢，中压用35CrMoA或34CrMoA.一般轮体上还钻有七个平衡孔，这是为了减少叶轮前后压差所造成的作用在转子上的轴向推力。
（2）叶片的结构及固定　　
叶片由叶根、工作部分和顶部组成。
叶根：用来将叶片固定在叶轮上，叶根及叶轮的连接应牢固可靠，而且要保证叶片在任何运行条件下都不会松动，同时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，并使叶轮缘的轴向尺寸为最小。常用的叶根有：T型、菌型叶根、叉形叶根、枞树型叶根。
工作部分：蒸汽从这里通过，将动能转化为机械功，工作部分是叶片的主要部分。叶片的凹入部分称为叶面，凸出部分称为叶背，一般汽轮机的叶片型线沿叶高是相同的，当叶高很长时，而叶高及直径之比大于１／１０时，则用扭曲叶片。
叶顶 ：一般做成铆钉状，上面有套装围带，它加强了叶片强度又减少了漏汽。围带有以下几种形式：
①铆接围带：围带由扁钢制成，然后用铆接法固定在叶片的顶部。
②整体围带：围带及叶片同为一整体，在加工叶片时一起铣出，待叶片组装后，再将围带焊在一起。
③弹性拱型围带：它是将弹簧钢片弯成拱型，用铆钉固定在叶片顶部，采用互圈环状联接。
当叶片很长时，还装有拉金，将叶片联接成叶片组，以增强叶片强度并改善叶片的振动特性。拉金通常做成棒状或管状，在一级叶片中一般有1~2圈拉金，最多不超过3圈，用拉金连接的方法有，分组联接、整圈连接及组间联接。
叶片的安装有以下几种：
①周向埋入法：将叶片从圆周方向依次嵌装在叶轮轮缘的相应槽内，最后一个叶片（末叶）封住缺口再用铆钉铆死，T型叶根和菌型叶根均采用此法。
②轴向埋入法：将叶片从轴向单个装入叶轮轮缘的相应槽内。枞树型叶根常采用此法安装。
③径向跨装法：将叶片的叉型叶根径向插入叶轮轮缘的叉形槽内，然后用铆钉固定。此法仅适用于叉型叶根的安装。
4.1.5轴承
目前大多数汽轮机都采用滑动轴承。汽轮机除了有径向轴承外，还有止推轴承。因为，汽轮机在工作时，转子上产生一个由高压端推向低压端的轴向推力。因此，通常在转子前端设有推力轴承，以承受轴向推力，并对保持通流部分的轴向间隙起了定位作用。目前我国国产机组的前轴承大多数都采用径向推力联合轴承。

子模块五、汽轮机调节系统
汽轮机的调速控制系统由起动装置、安全装置、保安装置、调速器、监视装置组成。
5.1 起动装置
起动装置的作用是打开速关阀，起动装置由危急保安装置来的压力油，作为起动油进入起动装置，随着操纵杆的移动，滑阀也随之移动，依次接通起动油压和速关油压，将速关阀打开。
5.2 安全装置--速关阀
速关阀是水平安装在汽轮机汽缸的进汽管路上，由阀体、滤网和油缸等部分组成（图5-1）。速关阀是新蒸汽管网和汽轮机之间的主要关闭机构，在运行中当出现事故时，它能在最短时间内切断进入汽轮机的蒸汽。
阀体部分：
图5-1 速关阀结构图
新蒸汽经过蒸汽滤网阀锥，在这个阀锥中装有一只卸荷锥，由于它的面积相对阀锥要小得多，所以在速关阀开启时能够减少提升力。在卸荷阀开启后，阀锥后的压差减小，容易被开启。阀套中的衬套有一个轴向密封面，当速关阀全开后，阀杆和衬套之间就不会有漏汽，而阀门关闭时，阀杆和衬套之间的漏汽经排凝口排出。
油缸部分：速关阀是由油压控制的，开启过程是通过启动装置来操作的，压力油经过外侧接口通到活塞前面，使活塞克服弹簧力并将其压向活塞盘，而由启动装置的速关阀油通过内侧的接口进入活塞盘后面，速关油压力将活塞盘和活塞一起推到终点位置，阀门也由阀杆提升而开启，这时活塞前的空间和启动装置中的回油口相通。如果危急保安装置动作，速关油路中压力迅速下降，弹簧力大于活塞盘后油压力，于是活塞盘和阀杆、阀锥被迅速推向关闭位置，活塞盘后残留的部分速关油流入活塞和弹簧空间并经卸压口排出。
5.3保安装置
5.3.1 危急保安装置

1、杠杆 2、托架 3、通向速关阀的油口 4、回油口 5、滑阀 6、从实验滑阀来的压力油 7、活塞 8衬套 9、滑阀壳体 10、弹簧 11、控制凸肩 12、控制凸肩13、衬套 14、压力油进口 15、节流孔板 16、活塞 17、钩
图5-2 危急保安装置结构图

危急保安装置的作用是当汽轮机在运行中出现故障时，危急保安装置动作，将速关阀的速关油泄掉，使速关阀迅速关闭，切断汽轮机进汽。（见图5-2）
危急遮断滑阀及其壳体（9）通过托架（2）装在前轴承座上，壳体内装有衬套（8、13），滑阀（5）可以在衬套中沿水平方向滑动。滑阀上有两个控制凸肩（11、12），衬套（8，13）及滑阀凸肩相应的端面起对凸肩的限位和油路的密封作用。在危急保安装置未投入工作时，弹簧（10）使滑阀处于及衬套（13）端面接触的位置。滑阀的另一端是活塞（16），它的端部有一扁司和钩（17）的一端相连接，而钩的另一端插在汽轮机转子的两个凸肩之间。
在危急保安装置的滑阀处于工作位置时，压力油从接口（14）流经节流孔板（15）形成速关油进入危急保安装置。由于活塞（16）的环形面积比凸肩（12）的环形面积小，使得速关油作用在滑阀上的力大于弹簧的作用力。因此，控制凸肩（12）被紧密地压在衬套（8）的端面上，这样，回油口（4）被切断，速关油经油口流出壳体，通过启动装置进入速关阀。如果危急保安装置的油压下降，滑阀将被弹簧推向衬套（13）的端面，切断进油，同时将速关油及回油口接通，泄去速关油，使速关阀迅速关闭。
危急保安装置可以通过以下途径动作：
①手动：将杠杆（1）向下压
②转子轴向位移：钩被转子的凸肩抬起
③危急遮断器动作
上述情况均是切断压力油，同时泄掉速关油。
5.3.2 危急遮断器
危急遮断器的作用是当汽轮机转速超过最高连续运行转速的9-11％时，通过危急保安装置使汽轮机停机。
1、螺栓 2、螺纹套筒 3、导向片 4、导向环 5、飞锤
6、销 7、导向片 8、导向环 9、弹簧 10、螺钉
图5-3危急遮断器

危机遮断器的结构如图5-3所示，在汽轮机转子前轴端部分按要求加工的径向孔中，装配有两只导向环（4、8），上面一只用螺纹套筒（2）压在转子装配孔中的接触面上；下面一只由弹簧（9）压住，两只导向环中装入被弹簧压着的飞锤，飞锤中装有销（6），旋入螺纹套筒内的螺栓（1）使销不致落到另一侧。
若汽轮机转速升高到规定的动作转速时，飞锤和销的离心力克服弹簧力而使飞锤击出打在危急保安装置的拉钩上，引起速关阀关闭，汽轮机立即停机。
5.3.3电磁阀
两位三通电磁阀装在进入保安系统的压力油管路上。它可以切断进入危急保安装置的压力油，同时引起危急保安装置动作而将速关油泄掉，最终使速关油快速关闭。电磁阀可以由控制室或某一保护装置来操纵（视需要通过一定的保护装置将要求保护的物理量转换成电信号及电磁阀联锁）。
5.3.4错油门及油动机
1）油动机及错油门的作用
油动机通过错油门将由调速器输出的二次油压信号转换成油缸活塞的行程，并通过杠杆系统操纵调节汽阀的开度，使进入汽轮机的蒸汽流量及所要求的流量或功率相适应。错油门从二次油路中得到信号，并控制作为动力的压力油进入油缸活塞的上腔或下腔。
2）油动机及错油门的结构（见图5-4、图5-5
油动机主要由错油门（件9），连接体（件6），油缸（件4）和反馈系统组成。双作用油动机由油缸体、活塞（件5），活塞杆（件3）及密封体组成，活塞杆上装有反馈导板（件2）及及调节汽阀杠杆相接的关节轴承（件1）。错油门的滑阀（件8）和套筒（件7）装在其壳体中，错油门滑阀的上端是转动盘（件16），转动盘及弹簧座之间装有推力球轴承（件15），弹簧（件14）的作用力取决于及调节螺栓（件11）及杠杆（件10）的位置。

1、关节轴承 2、反馈导板 3、活塞杆 4、油缸 5、活塞
6、连接体 7、套筒 8、错油门滑阀 9、错油门 10、杠杆
11、调整螺栓 12、弯角杠杆 13、滚针轴承
图5-4 油动机结构图

3）错油门工作原理
二次油压的变化使错油门滑阀产生上、下运动，当二次油压升高时，滑阀上移，由接口（23）通入的压力油进入油缸活塞上腔，而下腔及回油口相通，于是活塞向下移动，并通过调节汽阀杠杆使调节汽阀开度增大。及此同时，反馈导板，弯曲杠杆（件12）将活塞的运动传递给杠杆（件10），杠杆便产生及滑阀反方向的运动使反馈弹簧力增加,于是错油门滑阀返回到中间位置。通过活塞杆上调节螺栓调整反馈导板的斜度，可改变二次油压及活塞杆行程之间的比例关系。图示的反馈导板是直线，二次油压及活塞行程是线性关系。若反馈导板是特殊型线，则两者也可以是非线性关系。
反馈系统的作用是是油动机的动作过程稳定，它通过弯曲杠杆、杠杆、活塞杆及错油门滑阀构成反馈环节。弯曲杠杆一端的滚针轴承（件13）顶在反馈导板上，另一端和受弹簧作用的杠杆，调节螺栓连接。
压力油从接口（23）进入错油门，并经其壳体内的通道，由进油口（25）进入滑阀中心，而后从转动盘中的径向、切向孔喷出，由于压力油从转动盘的切线方向连续喷出，所以使错油门滑阀产生旋转运动，通过螺钉（24）调节喷油量的大小，可改变滑阀的转动频率，这一频率可用专门的测量仪表在螺栓套（26）中测出。
为提高油动机动作的灵敏度。在错油门滑阀旋转的同时，又使其产生轴向振动，这是通过在滑阀下部的一只小孔（22）来实现的，滑阀每转动一圈该孔便及回油孔（20）接通一次。这时就有一部分二次油压排出，于是引起二次油压下降并导致滑阀下移，当滑阀继续旋转，小孔被封闭时，则滑阀又上移，因此随着滑阀旋转，滑阀一直重复上述动作，这时，就有微量压力油反复进入油缸活塞上腔或下腔，使活塞及调节汽阀阀杆出现微小振动，从而使油动机对调节信号的响应不会迟缓，错油门滑阀的振幅可由螺钉（21）来调节。

14、反馈弹簧 15、推力轴承 16、转动盘 17、错油门滑阀 18、二次油
19、回油 20、回油孔 21、螺钉 22、回油孔 23、压力油
24、螺钉 25、进油孔 26、螺栓套 27、径向油孔
图7-12 错油门结构图

5.4调节系统的组成机构
汽轮机的调节系统，均可分成以下三个组成机构，即：
1、转速感应机构。
如小机的旋转阻尼、大机的磁阻发送器。它们的作用是感应汽轮机转速的改变，并将其转换成其他物理信号。其输入的是转速变化信号，输出都是油压或电信号。
2、传动放大机构。
如伺服阀、油动机等，它们的作用是进行信号的传递、转换、放大及信号的反馈。其输入信号为感应机构的输出信号；输出信号为油动机的位移。
3、执行机构
是指调节汽阀及其及油动机活塞间的连接装置，它们的作用是调整进入汽轮机的蒸汽流量，以适宜外界负荷的变化要求。其输入信号为油动机的位移信号，输出信号为调节汽阀的开度变化量。
5.5油系统设备
汽轮机必须设置油系统，为了简化系统结构往往及压缩机的油系统组合在一起，形成整个机组的统一油系统。其作用主要是供给机组各轴承润滑油，使轴颈和轴瓦之间形成油膜，以减少摩擦损失，同时带走由摩擦产生的热量和由转子传来的热量；供给动力驱动、调节系统和保安装置用油；供给油密封装置密封油以及大型机组的顶油装置用油。供油系统必须在任何情况下都能保证可靠用油，否则会引起轴瓦乌金的损坏或熔化，影响动力控制，严重时会造成设备的损坏事故。
汽轮机组的油系统是由贮油箱、油泵、油冷却器、油过滤器、安全阀、止回阀、调压阀、控制阀以及高位油箱、蓄压器、油管路等组成。
5.5.1油箱
油箱除具有储油任务之外，还担负着分离空气、水分和各种机械杂质及气泡的任务。回油从一侧进入油箱，吸油在另一侧，中间有垂直的隔板隔开。油箱的底部具有一定的坡度或做成圆弧形，并在最低处设有排污管、以便定期排除油箱中的水分和沉淀物。在油箱的吸油管侧装有油位计，指示油箱的油位。为了使油中机械杂质能沉淀下来，油箱中的油流速度应尽量缓慢，回油管尽量布置在接近油箱的油面，以利于气泡的逸出。油箱上均装有排烟管，用来排除油箱中的空气和其他气体。容量较大的汽轮机，在油箱上还装有排烟风机，除了排出油箱中空气和其他气体外，还可使油箱保持一定的负压，以使回油畅通。负压不宜过大，以免吸入灰尘和杂质。油箱的容积越大，油箱中的油流速度越小，有利于空气、水分及杂质的分离。但油箱的容积太大，不仅给现场布置带来困难，而且还要多消耗钢材。通常用循环倍率K来表示油系统的相对情况，他表明所有油量每小时通过油系统的次数，若以Q表示系统每小时的油流量，V表示油系统的容积，则循环倍率K=Q/V，通常规定K=8~10，K值越大，说明油每小时通过油系统的次数越多，油在油箱中分离效果差，油容易劣化。为了便于冬季开车时有利于油温的控制，有的油箱下部还设有加热装置（如蒸汽加热盘管或夹套）。
5.5.2油泵
工业汽轮机油系统设有多种油泵，如主油泵、辅助油泵和事故油泵等。有的主油泵及主轴相连，有的单独设置，常用的油泵型式有齿轮泵、螺杆泵和离心泵，某些机组还采用注油器。
5.5.3油冷却器
油冷却器是一种表面式热交换器，油走管外，冷却水走管内，用来降低油质的温度，使油温保持在35~40℃之间。管束胀接在固定管板和活动管板上，油在管外流动，冷却水在管内流动，产生热交换，将油的热量带走。油侧压力要高于水侧压力，以保证即使管束泄露，也不会发生冷却水漏入油中使油质恶化的现象。一台机组中常备有两台以上的油冷却器，即可保证冷却效果，又可轮换进行检修。
5.5.4油过滤器
汽轮机油系统要求清洁度很高，一般过滤精度为20~40μm左右，因此在油泵进口处设有粗过滤网外，经过油冷却器之后，还要经过精细的过滤器，常用的过滤器为网式或纸制滤芯，一般设置两台。每台都可单独处理全部流量，一台运行，另一台备用或清洗。过滤器前后有测压仪器，当过滤器的压差上升到一定程度时会报警，说明过滤器较脏，需要清洗。
5.5.5高位油箱（事故油箱）
安装在机组高5~8m处，确保机组在发生停电或停车事故时，机器每个润滑油部位具有必要的润滑油，其容量应保证供油时间不少于3分钟，对转动惯量较大的机组，应适当地增大油箱的容量。
5.5.6油蓄压器
在润滑油系统中设有油蓄能器用来稳定润滑油压力，在主油泵停车，备用油泵启动的瞬间，能够维持一定的润滑油压，而使机组不因正常的油泵切换而误停。油蓄压器内有蓄压器球囊，球囊内按规定压力充上氮气，用来稳定油的压力。

子模块六 给水除氧系统及设备
6.1给水除氧的必要性
火电厂中锅炉给水主要由主凝结水及补充水组成，众所周知，水中经常含有大量溶解的气体，如氧气、二氧化碳等，它们不仅存在于化学补充水中，而且也存在于主凝结水中，因为主凝结水在凝汽器中或通过在真空条件下工作的低压加热器和管道时，空气会通过不严密处渗入到主凝结水中。
水中含有溶解的活性气体，其溶解度随温度升高而下降，温度愈高这些气体就愈容易直接和金属发生化学反应，使金属表面遭到腐蚀。其中危害最大的是氧气，对钢铁构成的热力设备及管道产生较强的氧腐蚀，而二氧化碳将加剧这种腐蚀。随着锅炉蒸汽参数的提高，对给水的品质要求愈高，尤其是对给水中溶解氧量的限制更严格。
6.2给水除氧方法
给水除氧有化学除氧和物理除氧两种方法。
6.2.1化学除氧
化学除氧是向水中加入化学药剂，使水中溶解氧及它产生化学反应生成无腐蚀性的稳定化合物，达到除氧的目的，该法能彻底除氧，但不能除去其他气体，且价格较贵，还会生成盐类，故在电厂中较少单独采用这种方法。目前在大机组中应用较广的还是在给水中加联胺N2H4，它不仅能除氧，而且还可提高给水的PH值，同时有钝化钢铜表面的优点。
一般认为采用联胺除氧的合理条件为：150℃以上的温度，PH值在9～11之间的碱性介质和适当的过剩联胺。由于该法价格贵且只能除氧不能除去其他气体，所以通常是在其他方法难以除尽的残留溶解氧时作为辅助除氧手段来应用，一般将联胺加入地点放在除氧器水箱出口水管上。
化学除氧除了加联胺外，还有在中性给水中加气态氧或过氧化氢，使金属表面形成稳定的钝化膜。也有同时加氧加氨的联合水处理以及开发出新型化学除氧剂等方法，在实践中都有较好的效果。
6.2.2物理除氧
物理除氧是借助于物理手段将水中溶解氧和其他气体除掉，并且在水中无任何残留物质。火电厂中应用最普遍的是热力除氧法，其价格便宜，同时除氧器作为回热系统中的一个混合式加热器，而突现了回热系统其热经济上的优势。所以在现代大型热力发电厂中，热力除氧法也是最主要的除氧方法。
热力除氧原理是建立在亨利定律和道尔顿定律基础上的。水中溶解的气体量及水面上混合气体的全压、各气体的分压和水的温度有关，通常随各气体分压的减少、温度的升高，水中溶解的气体量会下降，当采用加热的方法使水温达到全压下的沸腾状态，使水蒸汽的压力接近于全压、其它气体的分压接近于零，并及时排除离析的气体，则水中溶解的气体量将趋向于零，这就是热力除氧的原理。为此，除氧