第一節汽輪機一般概念第二節汽輪機本體結構和主要部件第三節蒸汽在汽輪機級內的能量轉換過程第四節凝汽式汽輪發電機組的效率及其評價指標第五節汽輪機凝汽設備及系統汽輪機設備及其工作原理一、最簡單的單級汽輪機及其基本工作原理熱能轉換為機械能的過程分兩部分進行：（1）蒸汽在噴嘴流道內流動，降壓增速，蒸汽的熱能轉換成高速汽流的動能；（2）高速汽流進入動葉流道，沖擊動葉片，蒸汽流速降低，蒸汽動能轉換成汽輪機轉子旋轉的機械能。級：由一列靜葉柵和與它配合的動葉柵組成的汽輪機的基本工作單元。只有一個級的汽輪機，叫單級汽輪機。第一節汽輪機一般概念二、多級汽輪機的一般概念將多個基本做功單元（級）串聯布置在同軸的汽缸體內，形成壓力多級結構，蒸汽在汽輪機內依次連續流過多個級，逐級降壓、降溫，將蒸汽的熱能轉換成機械功。三、汽輪機分類1、按工作原理分類：沖動式汽輪機：由沖動級組成，蒸汽主要在噴嘴中膨脹，在動葉柵內隨汽道形狀改變流動方向，產生離心力，稱為用沖動力做功。反動式汽輪機：由反動級組成，蒸汽在噴嘴和動葉柵中膨脹程度相同。在動葉通道內不僅改變方向，而且膨脹加速，加速的汽流流出汽道時對動葉柵施加一個與汽流流出方向相反的反作用力。稱為反動力。動葉柵在沖動力和反動力的合力的作用下轉動產生機械功。2、按熱力特性分類凝汽式汽輪機：蒸汽在汽輪機中作功后，排汽進入凝汽器，凝結成水。背壓式汽輪機：汽輪機排汽直接用于供熱，沒有凝汽器。2、按熱力特性分類調節抽汽式汽輪機：從汽輪機中間某幾級后抽出部分一定壓力的蒸汽對外供熱。中間再熱式汽輪機：蒸汽在汽輪機膨脹作功過程中被引出，再次加熱后返回汽輪機后面級繼續膨脹作功。3、按進汽參數分類低壓——主蒸汽壓力小于1.5MPa。中壓——主蒸汽壓力為2～4MPa。高壓——主蒸汽壓力為６～10MPa。超高壓——主蒸汽壓力為12～14MPa。亞臨界——主蒸汽壓力為16～18MPa。超臨界——主蒸汽壓力大于22.15MPa。超超臨界——主蒸汽壓力大于32MPa。四、汽輪機型號N300-16.7/537/537汽輪機類型額定功率（MW)蒸汽參數變型設計次序型號中汽輪機型式、蒸汽參數的表示型式代號參數表示方法例子凝汽式N主蒸汽壓力/主蒸汽溫度N100-8.83/535中間再熱式主蒸汽壓力/主蒸汽溫度/中間再熱溫度N300-16.7/538/538一次調整抽汽式C主蒸汽壓力/抽汽壓力二次調整抽汽式CC主蒸汽壓力/高壓抽汽壓力/低壓抽汽壓力C50-8.83/0.98/0.118背壓式B主蒸汽壓力/背壓B50-8.83/0.98抽汽背壓式CB主蒸汽壓力/抽汽壓力/背壓CB25-8.82/0.98/0.118功率單位為MW；壓力單位MPa；溫度單位為℃第二節汽輪機本體結構和主要部件汽輪機本體：轉動部分(轉子)：動葉片、主軸和葉輪（轉鼓）、聯軸器、盤車裝置靜止部分（靜子）：汽缸、隔板、軸承和汽封一、汽缸體、隔板、噴管組1、汽缸體基本結構汽輪機外殼。將蒸汽通流部分與大氣隔開，形成蒸汽能量轉換的封閉汽室。沿水平對分成上半缸和下半缸，上、下缸之間通過法蘭螺栓連接。雙層缸結構超高參數及以上汽輪機，高壓缸多采用雙層結構。采用單層缸,汽缸壁及法蘭都很厚，在汽輪機啟動、停機及工況變化時，汽缸與法蘭、法蘭與螺栓之間將因溫差過大而產生很大的熱應力，甚至使汽缸變形、螺栓拉斷。采用雙層缸，并在內、外缸的夾層中通以一定壓力和溫度的蒸汽。2、汽缸法蘭和螺栓加熱裝置汽缸水平中分結合面的汽密性要求高，使高中壓缸法蘭寬、厚，螺栓緊固件尺寸大且排列緊密。汽輪機啟停過程中，由溫度差產生的熱應力很大，嚴重時導致缸體變形、振動、裂紋、螺栓拉斷。在機組啟、停過程中對法蘭和螺栓進行補充加熱或冷卻，以減小汽缸、法蘭及連接螺栓間的溫差，減小熱應力，縮短機組啟、停時間。3、隔板體和噴嘴組作用：固定靜葉片，并將汽缸內分隔成若干個汽室。每一個隔板與其后面的葉輪組成一個級。汽輪機進汽部分：由蒸汽室到噴嘴室區域，是汽缸內承受蒸汽壓力、溫度最高的部分。為適當降低對汽缸體材料的要求，進汽部分大多獨立制造。自動主汽門來的蒸汽，經蒸氣室中的若干個調節汽門（調節進汽量以調節汽輪機功率），分別進入對應的噴嘴室內的噴嘴弧段。該級稱為調節級。300MW汽輪機：噴嘴室布置在高壓缸的內缸體上，調節閥為6個單座球形閥。蒸汽經6個調節閥的汽室后，導入高壓內缸中的6組噴嘴。每個調節閥由單獨的油動機控制，調節閥由抗燃油壓驅動開啟，靠壓縮彈簧壓力推動關閉。每3個調節閥與一個主汽閥組成一套調節供汽系統，分列于高壓缸兩側。二、汽輪機主軸、葉輪和動葉片汽輪機由主軸、葉輪、動葉片和聯軸器組成轉動體，稱為汽輪機的轉子。汽輪機轉子匯集各級動葉柵的機械能并傳遞給發電機。由軸承支持在汽缸體內高速旋轉，承受汽流的沖擊力、高速旋轉的離心力和扭矩。1、汽輪機主軸和葉輪300MW及以上汽輪機組高、中壓轉子普遍采用整鍛型。軸與葉輪體整鍛結構，聯軸器也與軸整體鍛制。優點：結構緊湊，強度和剛度較高，消除了軸與葉輪體在熱態下可能發生的松動問題。問題：加工精度要求高，工藝復雜，制造成本高。對生產設備要求較高，貴重材料消耗大。應用：大容量汽輪機高、中壓轉子。低壓轉子300MW及以上汽輪機組低壓轉子：蒸汽壓力低，體積流量大，低壓轉子尺寸龐大，受到鑄造工藝、材料性能和加工技術的制約，多采用焊接轉子。一些中低壓汽輪機，由于蒸汽壓力低，溫度低，功率小，多采用套裝型轉子。各級葉輪和主軸分別鍛造，然后將加熱的葉輪體逐級套裝在主軸上。某些高壓汽輪機轉子或超高壓汽輪機中壓轉子，采用組合式轉子形式：高壓高溫段采用整鍛結構，中低溫段采用套裝結構。套裝轉子轉子的臨界轉速在汽輪發電機組啟動和停機過程中，當轉速達到某些數值時，機組發生強烈振動，而越過這些轉速后，振動便迅速減弱。這些機組發生強烈振動時的轉速稱為轉子的臨界轉速。轉子有多個臨界轉速，分別稱為一階、二階、三階、…臨界轉速。機組在共振發生時，會導致動靜部分摩擦、軸承損壞、主軸彎曲甚至斷裂等重大事故。我國汽輪機的工作轉速為n0=3000r/min。剛性轉子——正常工作轉速遠低于一階臨界轉速的轉子。撓性（或柔性）轉子——工作轉速接近或超過轉子的一階彎曲臨界轉速的轉子視為撓性轉子。2、動葉片及動葉柵布置作用：構成汽流通道按葉型沿葉高的變化規律，葉片分為：等截面直葉片——截面積和葉型沿葉高相同扭曲葉片——截面積和葉型沿葉高按一定規律變化，葉片發生扭轉。動葉柵動葉片通過葉根組裝在葉輪體外緣上，承受汽流引起的彎應力、振動應力和自身重量產生的離心力。短葉片和中長葉片長在葉頂用圍帶連在一起，構成葉片組。為增強長葉片的剛度和抗振能力，長葉片每7~9只用高級合金連接件（拉金）串聯成一組。三、汽輪機軸封和隔板汽封汽輪機靜子和轉子之間有間隙，為減小漏汽損失，設置汽封裝置。1、汽輪機軸端汽封汽輪機轉子穿出缸體兩端處的汽封。防止機內高壓蒸汽外泄，或外界空氣漏入機內。2、隔板汽封做成弧狀汽封塊，嵌裝在隔板體內。阻止蒸汽繞過噴嘴到隔板后面而造成能量損失。3、軸封系統為阻止低壓側空氣漏入汽缸，并回收高壓端泄露的蒸汽和利用漏汽的熱量，汽輪機設置有軸封系統。機組冷態啟動時，先用輔助蒸汽向軸封供汽。機組正常運行時，軸封用汽主要靠高中壓缸軸封漏汽供給，多余蒸汽通過溢流閥至汽輪機疏水擴容器。四、聯軸器和盤車裝置聯軸器作用：連接各轉子；傳遞轉子上的扭矩。形式：按照結構和特性，分為剛性聯軸器、半撓性聯軸器和撓性聯軸器。盤車裝置盤車裝置——在汽輪機不進蒸汽時驅動轉子以一定轉速旋轉的設備。作用：1）在汽輪機沖轉前和停機后使轉子轉動，避免轉子受熱和冷卻不均而產生熱彎曲。2）啟動前盤動轉子，用來檢查汽輪機是否具備正常啟動條件。組成：盤車電機、離合器、減速齒輪。布置位置：通常布置在傳動功率最大的汽輪機低壓轉子與發電機轉子聯軸器處的軸承旁。當汽輪機啟動時，當蒸汽沖轉轉速超過盤車轉速后，盤車自行脫扣，停止工作。五、汽輪機軸承和轉子定位汽輪機轉子靠軸承安裝定位。支持軸承和推力軸承都是滑動軸承。滑動軸承的工作原理在兩表面間建立穩定的油膜。支持軸承和推力軸承1、支持軸承作用：承擔轉子的重量及轉子不平衡質量產生的離心力；確定轉子的徑向位置。2、推力軸承作用：承受轉子上未平衡的軸向推力，并確定轉子的軸向位置。第三節蒸汽在汽輪機“級”內的能量轉換過程汽輪機內的蒸汽能量轉換，是在軸向串聯的各個級內分別完成的。蒸汽在靜葉柵（噴嘴）和動葉柵內的流動規律和能量轉換過程:一、蒸汽在噴管中的能量轉換過程級的靜葉片沿圓周向布置在隔板體上。隔板體分上下兩半固定在汽缸內壁的環形槽道內。每相鄰兩靜葉片之間形成一個蒸汽通道，即噴嘴。蒸汽在噴管中膨脹的熱力過程由于蒸汽的粘性作用，使蒸汽最終在出口截面上獲得的動能減小。絕熱流動中摩擦產生的熱量重新被蒸汽吸收。蒸汽在出口截面上實際流速偏小，實際焓值偏高。用噴嘴速度系數來反映噴嘴損失的大小。——噴嘴速度系數

二、蒸汽在動葉槽道內的流動特點和能量轉換過程1、動葉柵的輪周速度u動葉柵平均直徑上的輪周速度。2、蒸汽在動葉柵進出口的速度三角形蒸汽以實際絕對速度C1離開噴嘴，進入以輪周速度u旋轉著的動葉柵入口。此時蒸汽進入動葉通道的相對速度為w1。動葉柵進出口速度三角形為：蒸汽以絕對速度c2離開動葉柵，這部分動能在動葉柵中沒有轉變為機械功，成為損失——余速損失3、級的反動度蒸汽以相對速度w1進入動葉柵，在其中流動并改變方向。若動葉通道通流面積不變，則動葉僅靠蒸汽汽流的沖擊力旋轉作功。若動葉通道通流面積逐漸減小，蒸汽將象在噴嘴中一樣，壓力、溫度、焓值下降，流速、比體積增加。動葉在蒸汽的沖擊力和反擊力共同作用下工作。蒸汽在動葉通道中膨脹程度的大小，用級的反動度表示。蒸汽在動葉柵中的理想焓降與蒸汽在整個級中的滯止理想焓降之比。根據反動度大小，汽輪機級的類型：級的反動度反映了蒸汽在動葉柵中膨脹的程度。反動度越大，蒸汽在動葉中的理想焓降越大，則蒸汽對動葉柵的反動力也越大。

沖動級1）純沖動級：=0工作特點：蒸汽只在噴嘴葉柵中膨脹，在動葉柵中不膨脹而只改變其流動方向。結構特點：動葉葉型對稱彎曲。2）帶反動度的沖動級：=0.05~0.2

工作特點：蒸汽的膨脹大部分在噴嘴葉柵中進行，只有一小部分在動葉柵中進行。反動級

=0.5

工作特點：蒸汽在噴嘴和動葉中的膨脹程度相同。結構特點：動、靜葉片葉型基本相同4、蒸汽在動葉槽道內的能量轉換過程對于純沖動級：理想情況下蒸汽在動葉槽道進出口的相對速度w1、w2不變。實際上，因蒸汽粘性作用導致的摩擦和擾動，蒸汽在動葉槽道內將存在動葉損失。對于反動度>0的級：三、蒸汽作用于動葉柵上的力和級的輪周功率1、蒸汽作用于動葉柵上的力對于反動度>0的級，動葉柵所受的力有：汽流的沖擊力、蒸汽在動葉槽道內膨脹加速的反作用力。此兩力的合力，可分解為圓周方向的分力（切向力）和沿轉子軸向的分力（軸向力）。切向力使汽輪機的轉子旋轉，對外輸出機械功。2、級的輪周功率切向力與動葉柵平均直徑上的輪周速度的乘積，稱為級的輪周功率。是單位時間內汽流對動葉片上所做的功。四、級內損失和級的相對內效率1、級的內部損失蒸汽在級內的焓降，并不能完全轉換成汽輪機的旋轉機械功。（1）噴嘴損失：（2）動葉損失：（3）余速損失：除單級汽輪機和多級汽輪機的最末級外，余速損失都能被下一級部分再利用。1、級的內部損失（4）級內漏汽損失：隔板漏汽——由于隔板前后的壓差、隔板與主軸的間隙而發生。葉頂漏汽——由于動葉前后的壓差、葉頂與隔板外緣的間隙而發生（5）葉輪摩擦損失蒸汽與葉輪、蒸汽內部摩擦1、級的內部損失（6）部分進汽損失汽輪機的壓力級為全周進汽。調節級噴嘴組直接裝在汽缸體上。全部噴嘴出口截面占據的圓弧長與級的節圓直徑圓弧之比，稱作級的部分進汽度。鼓風損失：部分進汽的級中葉片在非工作弧段鼓風消耗機械能。斥汽損失：產生于裝有噴嘴的進汽弧段內。1、級的內部損失（7）濕汽損失發生于在濕蒸汽區工作的級。部分蒸汽凝結成水珠后，不能膨脹作功；水珠需要高速蒸汽的帶動而耗功；水珠撞擊葉片，對葉輪產生制動。2、級的相對內效率蒸汽在實際工況下級內的有效焓降與級