《汽輪機設備及系統(tǒng)》學習知識點常用的工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)有溫度、壓力、比容、焓、熵、內(nèi)能等。過熱蒸汽的溫度與飽和蒸汽的溫度之差叫蒸汽的過熱度。焓的物理意義為:在某一狀態(tài)下汽體所具有的總能量,它等于內(nèi)能和壓力勢能之和。汽輪機設備及系統(tǒng)包括汽輪機本體、調(diào)節(jié)保安油系統(tǒng)、輔助設備及熱力系統(tǒng)等。汽輪機本體由轉(zhuǎn)子和靜子組成。按工作原理分類：沖動式和反動式汽輪機。蒸汽主要在各級噴嘴（或靜葉）中膨脹為沖動式汽輪機；蒸汽在靜葉和動葉中都膨脹為反動式汽輪機。汽輪機是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機械能的蝸輪式機械。按熱力特性分：凝汽式汽輪機、背壓式汽輪機（排汽壓力高于大氣壓力，直接用于供熱，無凝汽器）、調(diào)整抽汽式汽輪機（抽汽供熱）、中間再熱式汽輪機。主蒸汽壓力5.88~9.8Mpa屬高壓、15.69~17.65Mpa屬亞臨界汽輪機。國產(chǎn)中間再熱式汽輪機型號表示方法：主蒸汽壓力/主蒸汽溫度/中間再熱溫度，如N300-16.7/538/538汽輪機本體是汽輪機設備的主要組成部分，它由轉(zhuǎn)動部分（轉(zhuǎn)子）和固定部分（靜子）組成。轉(zhuǎn)動部分包括動葉柵、沖動式汽輪機的葉輪（或反動式汽輪機的轉(zhuǎn)鼓）、主軸和聯(lián)軸器及緊固件等旋轉(zhuǎn)部件；固定部件包括汽缸、蒸汽室、噴嘴室、隔板、隔板套（或靜葉持環(huán)）、汽封、軸承、軸承座、機座、滑銷系統(tǒng)以及有關堅固零件等。葉片是汽輪機中數(shù)量和種類最多的關鍵零件，其結構型線、工作狀態(tài)將直接影響能量轉(zhuǎn)換效率，因此其加工精度要求高。轉(zhuǎn)子按主軸與其他部件間的結合方式，可分為套裝轉(zhuǎn)子、整鍛轉(zhuǎn)子、焊接轉(zhuǎn)子和組合轉(zhuǎn)子四大類。組合轉(zhuǎn)子在高溫段采用整鍛結構，而在中、低溫段采用套裝結構，形成組合轉(zhuǎn)子，以減小鍛件尺寸。聯(lián)軸器一般可分為剛性、半撓性、撓性三類。剛性聯(lián)軸器結構簡單、連接剛性強，可傳遞較大的扭矩和軸向、徑向力，但對兩軸的同心度要求嚴格，對振動的傳遞比較敏感。轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)子不可避免地會存在局部的質(zhì)心偏移。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，這些質(zhì)心偏移產(chǎn)生的離心力就成為一種周期性的激振力作用在轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生受迫振動。當激振力的頻率與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在轉(zhuǎn)動條件下的自振頻率相接近時，轉(zhuǎn)子就會發(fā)生共振，振幅急劇增大，產(chǎn)生劇烈振動，此時的轉(zhuǎn)速就稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。它在運行中表現(xiàn)為：汽輪機啟動升速過程中，在某個特定的轉(zhuǎn)速下，機組振動急劇增大，超過這一轉(zhuǎn)速后，振動便迅速減小。汽缸的作用是將汽輪機的通流部分與大氣隔開，以形成蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機械能的封閉汽室。大容量中間再熱式汽輪機一般采用多缸，汽缸數(shù)目取決于機組的容量和單個低壓汽缸所能達到的通流能力。雙層缸結構的優(yōu)點是把原單層缸承受的巨大蒸汽壓力分攤給內(nèi)外缸，減少了每層缸的壓差與溫差，缸壁和法蘭可以相應減薄，在機組啟停及變工況時，其熱應力也相應減小，有利于縮短啟動時間和提高負荷的適應性，內(nèi)缸主要承受高溫及部分蒸汽壓力作用，且其尺寸小，可做得較薄，而外缸因設計有蒸汽內(nèi)部冷卻，運行溫度較低，可用較便宜的合金制造。外缸的內(nèi)外壓差比單層汽缸時降低了許多，減少了漏汽的可能，汽缸結合面的嚴密性能夠得到保障。分缸與合缸布置各有優(yōu)缺點，合缸可以減少1-2個軸承，縮短了高、中壓轉(zhuǎn)子的長度，制造成本和維修工作量降低。缺點是使機組的脹差不易控制，合缸后汽缸形狀復雜，轉(zhuǎn)子和汽缸的幾何尺寸相對單缸而言較大，管道布置困難。調(diào)節(jié)汽輪機的功率主要是通過改變進汽量進行，因此，汽輪機均設置有一個控制進汽量的機構，此機構稱為配汽機構。汽輪機的配汽方式主要有節(jié)流配汽、噴嘴配汽兩種。高壓自動主汽閥具有危急狀態(tài)時快速關閉截斷進汽和啟動時調(diào)節(jié)汽輪機轉(zhuǎn)速兩個功能。對低壓缸而言，缸體強度不是主要矛盾，而足夠的剛度、良好的氣動特性則是其結構設計的主要問題，即排汽通道應有合理的導流形狀，使末級排汽的余速損失盡量減小，并便于回收排汽動能，以提高機組效率。汽輪發(fā)電機組從啟動過程到正常運行狀態(tài)，由于汽缸和轉(zhuǎn)子在使用材料、幾何尺寸不同，汽缸和轉(zhuǎn)子、內(nèi)外缸之間膨脹量不完全相同，必然產(chǎn)生膨脹差，為了保證汽輪機在啟停過程中，汽缸、轉(zhuǎn)子能按照設計要求定位和對中，保證其膨脹不受阻礙，汽輪機配置了一套完善的滑銷系統(tǒng)。其主要有橫銷、縱銷，立銷、貓爪橫梢、斜銷、角銷等部件。轉(zhuǎn)子對汽缸的相對膨脹：當汽輪機啟動加熱或停機冷卻以及負荷變化時，汽缸和轉(zhuǎn)子都會產(chǎn)生熱膨脹或冷卻收縮。由于轉(zhuǎn)子的受熱表面積比汽缸大，且轉(zhuǎn)子的質(zhì)量比汽缸小，蒸汽對轉(zhuǎn)子表面的放熱系數(shù)較大，因此在相同的條件下，轉(zhuǎn)子的溫度變化比汽缸快，轉(zhuǎn)子與汽缸之間存在膨脹差，這差值是轉(zhuǎn)子相對于汽缸而言的，稱為相對膨脹差、簡稱脹差(汽缸與轉(zhuǎn)子間的相對膨脹之差)。在機組啟動加熱時，轉(zhuǎn)子的膨脹大于汽缸，其相對膨脹差值被稱為正脹差。而當汽輪機停機冷卻時，轉(zhuǎn)子冷卻較快，其收縮亦比汽缸快，產(chǎn)生負脹差。脹差值應小于高壓部分各級軸向間隙值。若超過了安裝時的冷態(tài)軸向間隙值，就會導致動、靜部件之間發(fā)生摩擦，造成事故，因此在啟停和運行中必須嚴密控制脹差的變化。推力軸承的位置是轉(zhuǎn)子相對于汽缸膨脹的死點，汽缸死點在低壓缸縱銷和橫銷中心線的交點上，在汽輪機上設置有脹差(DE)監(jiān)測表，用來連續(xù)監(jiān)測轉(zhuǎn)子相對于汽缸的膨脹量。汽封是裝設在汽輪機動靜部分之間、防止或減少蒸汽外泄及空氣漏入汽輪機的裝置，根據(jù)汽封裝設的位置不同，汽封分為葉片汽封、隔板汽封、軸端汽封。汽輪機的通流部分汽封主要作用是減少蒸汽從高壓區(qū)段通過非做功區(qū)段漏向低壓區(qū)段，保證盡可能多的蒸汽在通道內(nèi)做功。300MW機組軸封系統(tǒng)是由軸端汽封、軸封供汽母管壓力調(diào)整機構、軸封冷卻器、減溫器以及有關管道組成閉式軸封系統(tǒng)。軸承分為推力軸承和支持軸承兩種。支持軸承用來承擔轉(zhuǎn)子的重量和旋轉(zhuǎn)的不平衡力，并確定轉(zhuǎn)子的徑向位置，以保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心與汽缸中心一致，從而保證轉(zhuǎn)子與汽缸、汽封、隔板等靜止部分的徑向間隙正確。推力軸承承受蒸汽作用在轉(zhuǎn)子上的軸向推力，并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置，以保證通流部分動靜間正確的軸向間隙。各支持軸承應設滿足運行監(jiān)視要求的溫度測點。建立油膜的條件是：(1)兩平面之間必須形成楔形間隙；(2)兩平面之間有一定速度的相對運動，并承受載荷，平板移動方向必須由楔形間隙的寬口移向窄口；(3)潤滑油必須具有一定的粘性和充足的油量。油的粘性與油的種類和溫度有關。徑向支持軸承按軸瓦可分為圓筒形軸承、橢圓形軸承、多油楔軸承及可傾瓦軸承等。多級汽輪機在工作時產(chǎn)生軸向推力的原因有：蒸汽作用在動葉上、葉輪兩側(cè)存在壓差以及軸封凸肩處前后壓差等，這些力的和即為汽輪機的軸向推力。為了減少軸向推力，在設計制造時就采取許多平衡措施，如：高中壓汽缸的逆向布置，低壓缸雙分流對稱結構等。平衡后剩余的軸向推力由推力軸承承擔。推力軸承也是根據(jù)油膜潤滑原理工作的。盤車裝置的作用:(1)防止汽機轉(zhuǎn)子受熱不均產(chǎn)生的熱彎曲；(2)啟動前進行盤車以檢查汽輪機是否具備運行條件；(3)在沖動轉(zhuǎn)子時可減少慣性力。盤車裝置可以分為低速盤車(3-5r/min)和高速盤車(40-70r/min)兩種。汽輪機設置本體疏水系統(tǒng)的原因：汽輪機組在啟動、停機和變負荷工況時，蒸汽與本體和管道接觸時受冷凝結成水，若不及時排出，它會存積在某些管段和汽缸中，引起管道發(fā)生水沖擊，造成管道振動甚至破裂。一旦積水進入汽輪機，將使動葉片受到水的沖擊而損傷，甚至斷裂，使金屬部件急劇冷卻而造成永久變形，甚至使大軸彎曲。中間再熱式汽輪機一般都裝有旁路系統(tǒng)，旁路系統(tǒng)是指鍋爐產(chǎn)生的蒸汽部分或全部繞過汽輪機或再熱器，通過減溫減壓設備直接排入凝汽器的系統(tǒng)。旁路系統(tǒng)的作用：（1）加快啟動速度、改善啟動條件；（2）保護鍋爐再熱器；（3）回收工質(zhì)與消除噪聲。中間再熱機組的發(fā)電廠均采用單元制主蒸汽系統(tǒng)、給水系統(tǒng)。在蒸汽初、終參數(shù)相同的情況下，采用給水回熱循環(huán)的熱效率比純凝汽循環(huán)的熱效率高。加熱器按汽水介質(zhì)的傳熱方式分，有混合式和表面式兩種。在混合式加熱器中，汽水兩種介質(zhì)直接混合并進行傳熱。而在表面式加熱器中，汽水兩種介質(zhì)通過金屬受熱面來實現(xiàn)熱量傳遞。混合式加熱器無端差，熱經(jīng)濟性高；它沒有金屬受熱面，構造簡單，價格便宜；易于匯集不同溫度的水流，并能除去水中所含的氣體。但混合式加熱器出口必須配置水泵，有的水泵還需在高溫下工作。加熱器疏水裝置的作用是將加熱器中的蒸汽凝結水及時排走，同時又不讓加熱蒸汽隨疏水一起流出，以維護加熱器內(nèi)汽側(cè)壓力和凝結水水位。高加給水系統(tǒng)中設有自動旁路保護裝置，當高加發(fā)生故障或管子破裂水位上升時，能迅速切斷進入高加的給水，避免高壓給水從抽汽管倒流入汽輪機，同時開啟給水旁路向鍋爐供水避免給水中斷。加熱器設有排氣系統(tǒng)（啟動時排氣和正常運行排氣），排除加熱器內(nèi)的不凝結氣體，減小端差改善換熱，并使加熱器不被腐蝕。停用高加100MW機組標煤增加6g/（kw?h）左右，300MW機組增加14g/（kw?h）左右。加熱器運行中應做好疏水水位控制，在加熱器的投運時，應控制合適的溫度變化率，停機時對管子和殼側(cè)進行保護。驅(qū)動給水泵輪機的汽源有兩路，一路來自主蒸汽（高壓汽源），另一路為第4段抽汽（低壓汽源）。汽輪機抽汽管道逆止閥的主要作用是防止汽輪機進水和甩負荷時加熱抽汽管中蒸汽倒流入汽輪機，造成水沖擊和超速。300MW機組7、8號低加布置在凝汽器喉部，其抽汽管道也全在凝汽器內(nèi)，無法裝設電動閘閥和逆止閥。除氧器的首要任務是及時除掉鍋爐給水中溶解的氧氣和其它氣體，除此，除氧器還起著回收熱力設備各種疏水和排汽、混合式的加熱器、儲存大量給水的作用。亨利定律提出：當液體和氣體間處于平衡狀態(tài)時，對應一定的溫度單位體積水中溶解的氣體量與水面上該氣體的分壓力成正比。除氧器有滑壓和定壓兩種運行方式。機組運行中，除氧器主要監(jiān)視控制項目有除氧器壓力、給水箱水位、溶氧，調(diào)整方面應防振動和排汽帶水。凝汽設備一般由凝汽器、循環(huán)水泵、抽汽器（或真空泵）和凝結水泵等主要部件以及其連接管道和附件組成。按供水方式的不同，有開式供水和來自冷卻水塔或冷卻水池等人工水源的閉式供水兩種，在特別缺水的地區(qū)，則可采用空氣作為冷卻工質(zhì)。表面式凝汽器在火電廠中得到廣泛應用，同一股冷卻水在凝汽器內(nèi)轉(zhuǎn)向前后兩次流經(jīng)冷卻水管，稱為雙流程凝汽器，不在凝汽器內(nèi)轉(zhuǎn)向的，稱為單流程凝汽器。凝汽設備作用有兩個：在汽輪機排汽口建立并維持一定的真空；回收潔凈的凝結水作為鍋爐給水的一部分。凝汽設備的工作原理：凝汽器中真空的形成主要原因是由于汽輪機的排汽被冷卻成凝結水，其比容急劇縮小。如蒸汽在絕對壓力4kPa時蒸汽的體積比水的體積大3萬多倍。當排汽凝結成水后，體積就大為縮小，使凝汽器內(nèi)形成高度真空。凝汽器的真空形成和維持必須具備三個條件:⑴凝汽器銅管必須通過一定的冷卻水量。⑵凝結水泵必須不斷地把凝結水抽走，避免水位升高，影響蒸汽的凝結。⑶抽氣器必須把

漏入的空氣和排汽不凝結的氣體抽走。所謂最佳真空就是提高真空所增加的汽輪機功率與循環(huán)水泵等所消耗的廠用電之差達到最大時的真空值，這時經(jīng)濟上的收益最大。凝汽器使用的管材有黃銅管材（空氣冷卻區(qū)用B30）、不銹鋼管、鈦管等等，不銹鋼管能抗腐蝕但導熱系數(shù)較低，海水冷卻的電廠必須用鈦管。抽氣設備的任務是在汽輪機組啟動時建立真空以及在運行中抽除從真空系統(tǒng)不嚴密處漏入的空氣和未凝結的蒸汽，以維持凝汽器的真空度。現(xiàn)在大型機組多使用機械式真空泵即包括離心式真空泵和水環(huán)式真空泵等形式。我廠100MW機組使用的是射水噴射式抽氣器。凝汽設備的運行維護內(nèi)容：保證達到最有利真空、減少凝結水過冷度和保證凝結水的品質(zhì)合格。潤滑油系統(tǒng)主要由潤滑油主油箱、主油泵、交流電動輔助油泵、注油器、冷油器、直流事故油泵、頂軸裝置、油煙分離裝置和凈油裝置等組成。油箱的容量要求保證一定的循環(huán)倍率，使回油在油箱中停留時間足夠長，以利油中雜質(zhì)分離。直流油泵由蓄電池組供電，在廠用電中斷停機時保證軸承潤滑油和氫密封油供給。頂軸油泵在汽輪機啟、停時投入，減小啟停時的磨擦阻力矩，保證平穩(wěn)地切換到盤車運行狀態(tài)。頂軸油泵一般為軸向柱塞泵，流量小、出口壓力高。汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)歷了機械液壓系統(tǒng)、功頻電調(diào)系統(tǒng)到數(shù)字電調(diào)系統(tǒng)幾個變化階段。再熱機組特點：（1）由于再熱機組有再熱器及其聯(lián)接管道構成的龐大蒸汽容積，會導致機組總功率的“滯后”，調(diào)節(jié)系統(tǒng)應采取相應的校正辦法；（2）中間再熱容積內(nèi)存在大量的蒸汽在機組甩負荷時會引起超速，除高壓缸調(diào)節(jié)閥外，還須增設中壓缸調(diào)節(jié)系統(tǒng)（；3）汽輪機和鍋爐的動態(tài)特性不同，必須設置旁路及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)，解決機爐的協(xié)同配合問題。離心泵的H-Q特性曲線與管路特性曲線的交點即為離心泵的工作點。離心泵通過改變泵的特性或改變管路特性來改變工作點，從而改變流量。改變管路特性改變泵的轉(zhuǎn)速改變管路特性改變泵的轉(zhuǎn)速前置泵的轉(zhuǎn)速低，其必須汽蝕余量較小，可以降低除氧器的安裝高度，減少主廠房建設費用，同時有效地防止了給水泵的汽蝕。給水泵再循環(huán)用于保證通過水泵的流量不低于允許的最小流量，避免給水泵汽化。凝結水泵在真空狀態(tài)下工作，設置有空氣管、水封管，設置凝結水再循環(huán)的目的是保證軸封冷卻器有足夠的冷卻水量。驅(qū)動給水泵汽輪機的熱力系統(tǒng)一般包括主蒸汽系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)及疏水系統(tǒng)三部分。是一種變參數(shù)、變轉(zhuǎn)速、變功率的原動機在汽輪機啟動、停機或變負荷過程中，其零部件由于溫差變化而產(chǎn)生膨脹或收縮變形，稱為熱變形。當變形受到某種約束（包括金屬纖維之間的約束）時，則要在零部件內(nèi)產(chǎn)生應力，這種由于溫度（或溫差）引起的應力稱為熱應力。在汽輪機啟停和負荷變化過程中，為了避免出現(xiàn)過大的脹差和熱應力，應當合理控制蒸汽的溫升速度和轉(zhuǎn)速、負荷變化速度，合理地使用汽缸法蘭螺栓加熱裝置，以及利用抽封供汽控制脹差。合理的啟動不便要保證機組安全可靠，而且還要求啟動時間最短，即應按理想的啟動速度進行啟動。限制啟動速度的主要因素有：汽輪機零部件的熱應力和熱疲勞、轉(zhuǎn)子和汽缸的脹差、汽輪機主要零部件的熱變形、機組的振動值等。通過調(diào)整蒸汽參數(shù)或流量的方法來確保合適的溫升速度和控制合適的變轉(zhuǎn)速、變負荷速率，就能保證汽輪機安全而又快速啟動。汽輪機的啟動方式分類（1）按啟動過程主蒸汽參數(shù)分為額定參數(shù)啟動和滑參數(shù)（真空法、壓力法）啟動，滑參數(shù)啟動方式經(jīng)濟性好、零部件加熱均勻，目前大容量機組廣泛采用。壓力法冷態(tài)滑參數(shù)啟動沖轉(zhuǎn)時采用低壓過熱蒸汽（放熱系數(shù)相當于額定參數(shù)時的1/10），以便與汽輪機金屬溫度合理匹配。（2）按啟動前汽輪機金屬溫度（汽輪機內(nèi)缸或轉(zhuǎn)子表面的溫度）水平分為冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)（極熱態(tài)）等。金屬溫度為滿負荷時金屬溫度的40%以下、40%-80%、80%區(qū)分。也可按停機的時數(shù)來劃分，大于72h為冷態(tài)，10~72h為溫態(tài)，小于10h為熱態(tài)。（3）按沖轉(zhuǎn)時汽輪機進汽方式分類：高中壓缸啟動和中壓缸啟動兩種方式（再熱機組）。熱態(tài)啟動升速過程或并網(wǎng)后不必暖機，只要檢查和操作能跟上，應盡快地達到對應于該溫度水平的冷態(tài)滑參數(shù)啟動工況，避免或減少對金屬的冷卻。在熱態(tài)啟動條件檢查過程中，應特別注意大軸晃度不允許超過規(guī)定值、上下汽缸溫差及脹差在允許范圍內(nèi)，嚴防轉(zhuǎn)子的殘余熱撓曲過大造成啟動事故。與冷態(tài)啟動相比，熱態(tài)啟動時應注意以下幾點：（1）根據(jù)高壓缸調(diào)節(jié)級金屬溫度在啟動曲線上確定汽輪機沖轉(zhuǎn)參數(shù)；（2）熱態(tài)啟動前盤車裝置連續(xù)運行，先向軸端汽封供汽，后抽真空，以防冷空氣從軸封段吸入冷卻軸封段轉(zhuǎn)子。軸封供汽溫度應根據(jù)轉(zhuǎn)子表面或汽缸溫度水平及脹差確定；（3）加強疏水,防止冷汽冷水進入汽缸,真空應適當提高一些；（4）熱態(tài)啟動的沖轉(zhuǎn)及帶負荷方式與冷態(tài)啟動相同，但要求順利迅速地進行。汽輪機的停機分正常停機和事故停機，正常停機的有滑參數(shù)停機和額定參數(shù)停機兩種，事故停機有故障停機和緊急停機兩種。所謂滑參數(shù)停機，就是在調(diào)節(jié)汽閥接近全開位置并保持開度不變的情況下，采用逐漸降低主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)的方法進行減負荷，直至停汽停機。機組啟停及運行中，均應保證50°C以上過熱度。汽輪機運行中的主要監(jiān)視項目，除汽溫、汽壓及真空外，還有監(jiān)視段壓力、軸向位移、脹差、轉(zhuǎn)子（軸承）振動、支持軸承溫度、推力軸承溫度以及油系統(tǒng)的油溫、油壓、油位等；在正常運行過程中，為保證機組經(jīng)濟性，運行人員必須保持：規(guī)定的主蒸汽參數(shù)和再熱蒸汽參數(shù)、最佳真空、給定的給水溫度、凝結水最小的過冷卻度、汽水損失最小等。當負荷不變，主蒸汽壓力升高會使最后幾級的蒸汽濕度將增加，對末級葉片工作不利。壓力下降，則蒸汽流量增加，經(jīng)濟性降低且軸向推力增大。新蒸汽溫度升高使金屬機械性能的惡化，溫度降低使效率下降且濕度、軸向推力增加，對汽輪機安全不利。新溫度急劇下降時可能引起汽輪機水沖擊。真空降低會使軸向位移過大,