具有一定壓力、溫度的蒸汽，進入汽輪機，流過噴嘴并在噴嘴內(nèi)膨脹獲得很高的速度。高速流動的蒸汽流經(jīng)汽輪機轉(zhuǎn)子上的動葉片做功，當動葉片為反動式時，蒸汽在動葉中發(fā)生膨脹產(chǎn)生的反動力亦使動葉片做功，動葉帶動汽輪機轉(zhuǎn)子，按一定的速度均勻轉(zhuǎn)動。這就是汽輪機最基本的工作原理。

從能量轉(zhuǎn)換的角度講，蒸汽的熱能在噴嘴內(nèi)轉(zhuǎn)換為汽流動能，動葉片又將動能轉(zhuǎn)換為機械能，反動式葉片，蒸汽在動葉膨脹部分，直接由熱能轉(zhuǎn)換成機械能。

汽輪機的轉(zhuǎn)子與發(fā)電機轉(zhuǎn)子是用聯(lián)軸器連接起來的，汽輪機轉(zhuǎn)子以一定速度轉(zhuǎn)動時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動，由于電磁感應的作用，發(fā)電機靜子線圈中產(chǎn)生電流，通過變電配電設備向用戶供電。

汽輪機按熱力過程可分為：

⑴ 凝汽式汽輪機（代號為N）。

⑵ 一次調(diào)整抽汽式汽輪機（代號為C）。

⑶ 二次調(diào)整抽汽式汽輪機（代號為C、C）。

⑷ 背壓式汽輪機（代號為B）。

按工作原理可分為：

⑴ 沖動式汽輪機。

⑵ 反動式汽輪機。

⑶ 沖動反動聯(lián)合式汽輪機。

按新蒸汽壓力可分為：

⑴ 低壓汽輪機     新汽壓力為1.18～1.47MPa。

⑵ 中壓汽輪機     新汽壓力為1.96～3.92MPa。

⑶ 高壓汽輪機     新汽壓力為5.88～9.81MPa。

⑷ 超高壓汽輪機   新汽壓力為11.77～13.75MPa。

⑸ 亞臨界壓力汽輪機  新汽壓力為15.69～17.65MPa。

⑹ 超臨界壓力汽輪機  新汽壓力為22.16MPa。

按蒸汽流動方向可分為：

⑴ 軸流式汽輪機。

⑵ 輻流式汽輪機。

汽輪機型號表示汽輪機基本特性，我國目前采用漢語拼音和數(shù)字來表示汽輪機型號，其型號由三段組成：

×　××-×××／×××／×××- ×

（第一段） （   第  二   段    ） （第三段）

第一段表示型式及額定功率（MW），第二段表示蒸汽參數(shù)，第三段表示設計變型序號。

例N100-90／535型表示凝汽式100MW汽輪機，新汽壓力為8.82 MPa，新汽溫度為535℃。

沖動式汽輪機指蒸汽主要在噴嘴中進行膨脹，在動葉片中蒸汽不再膨脹或膨脹很少，而主要是改變流動方向?，F(xiàn)代沖動式汽輪機各級均具有一定的反動度，即蒸汽在動葉片中也發(fā)生很小一部分膨脹，從而使汽流得到一定的加速作用，但仍算作沖動式汽輪機。

反動式汽輪機是指蒸汽在噴嘴和動葉中的膨脹程度基本相同。此時動葉片不僅受到由于汽流沖擊而引起的作用力，而且受到因蒸汽在葉片中膨脹加速而引起的反作用力。由于動葉片進出口蒸汽存在較大壓差，所以與沖動式汽輪機相比，反動式汽輪機軸向推力較大。因此一般都裝平衡盤以平衡軸向推力。

凝汽式汽輪機是指進入汽輪機的蒸汽在做功后全部排入凝汽器，凝結成水全部返回鍋爐。進入汽輪機的蒸汽，對于一般中壓機組來說，每1kg蒸汽含熱量約3223kJ，這些熱量中只有837 kJ左右是做了功的，凝結水中約有126 kJ熱量，約2240 kJ熱量是被冷卻排汽的冷卻水帶走了，這是一個很大的損失。對于高壓汽輪機，由于進汽含熱量大些（約3433 kJ左右），可用的熱量相對來說要大些，但損失仍很大。為了減少這些損失，采用帶回熱設備的凝汽式汽輪機，就是把進入汽輪機做過一部分功的蒸汽抽出來，在回熱加熱器內(nèi)加熱鍋爐的給水，使給水溫度提高，節(jié)約燃料，提高經(jīng)濟性。

從汽輪機某一級中經(jīng)調(diào)壓器控制抽出大量已經(jīng)做了部分功的一定壓力范圍的蒸汽，供給其它工廠及熱用戶使用，機組仍設有凝汽器，這種型式的機組稱為調(diào)整抽汽式汽輪機。它一方面能使蒸汽中的含熱量得到充分利用，同時因設有凝汽器，當用戶用汽量減少時，仍能根據(jù)低壓缸的容量保證汽輪機帶一定電負荷。

中間再熱式汽輪機就是蒸汽在汽輪機內(nèi)做了一部分功后，從中間引出，通過鍋爐的再熱器提高溫度（一般升高到機組額定溫度），然后再回到汽輪機繼續(xù)做功，最后排入凝汽器的汽輪機。

中間再熱式汽輪機優(yōu)點主要是提高機組的經(jīng)濟性。在同樣的初參數(shù)下，再熱機組比不再熱機組的效率提高4%左右。其次是對防止大容量機組低壓末級葉片水蝕特別有利，因為末級蒸汽濕度比不再熱機組大大降低。

大功率汽輪機由于采用了高參數(shù)蒸汽、中間再熱以及低壓缸分流等措施，汽缸的數(shù)目相應增加，這就帶來了機組布置、級組分段、定位支持、熱膨脹處理等許多新問題。

從總體結構上講，大功率汽輪機有如下特點：

⑴ 為了適應新蒸汽高壓高溫的特點，蒸汽室與調(diào)節(jié)汽門從高壓汽缸殼上分離出來，構成單獨的進汽閥體，從而簡化了高壓缸的結構，保證了鑄件質(zhì)量，降低了由于運行溫度不均而產(chǎn)生的熱應力。國產(chǎn)125MW、300MW機組的高、中壓調(diào)節(jié)汽門以及200MW汽輪機的高壓缸調(diào)節(jié)汽門都采用這種結構形式。

⑵ 高、中壓級的布置采用兩種方式。一種是高、中壓級合并在一個汽缸內(nèi)（上汽廠125MW機組和東方廠300MW機組上采用）。另一種是高、中壓級分缸的結構（上汽廠300MW機組和國產(chǎn)200MW機組采用這種結構）。

⑶ 大功率汽輪機各轉(zhuǎn)子之間一般用剛性聯(lián)軸器連接，由此帶來機組定位和脹差過大的問題，必須設置合理的滑銷系統(tǒng)。

⑷ 大機組都裝有脹差保護裝置，一旦脹差超過極限時，便發(fā)出信號報警或緊急停機。

⑸ 大機組大都不把軸承布置在汽缸上，而采用全部軸承座直接由基礎支持的方法。國產(chǎn)125MW、300MW汽輪機采用這種布置。

對大機組的高、中壓缸來說，形狀應盡量簡單，避免特別厚、重的中分面法蘭，以減少熱應力、熱變形以及由此而引起的結合面漏汽。

采用雙層缸結構后，很高的汽缸內(nèi)、外蒸汽壓差由內(nèi)、外兩層分擔承受，汽缸壁和法蘭相對講可以做得比較薄些，也有利于機組起停和工況變化時減小金屬溫差。所以目前高壓汽輪機高、中壓汽缸大多采用雙層缸結構，國產(chǎn)125MW、200MW、300MW機組都是如此。

汽輪機本體主要由以下幾個部分組成：

⑴ 轉(zhuǎn)動部分：由主軸、葉輪、軸封和安裝在葉輪上的動葉片及聯(lián)軸器等組成。

⑵ 固定部分：由噴嘴室汽缸、隔板、靜葉片、汽封等組成。

⑶ 控制部分：由調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護裝置和油系統(tǒng)等組成。

汽缸是汽輪機的外殼。汽缸的作用主要是將汽輪機的通流部分（噴嘴、隔板、轉(zhuǎn)子等）與大氣隔開，保證蒸汽在汽輪機內(nèi)完成做功過程。此外，它還支承汽輪機的某些靜止部件（隔板、噴嘴室、汽封套等），承受它們的重量，還要承受由于沿汽缸軸向、徑向溫度分布不均而產(chǎn)生的熱應力。

汽輪機的汽缸一般制成水平對分式，即分上汽缸和下汽缸。

為合理利用鋼材，中小型汽輪機汽缸常以一個或兩個垂直結合面分為高壓段、中壓段和低壓段。

大功率的汽輪機根據(jù)工作特點分別設置高壓缸、中壓缸和低壓缸。

高壓高溫采用雙層汽缸結構后，汽缸分內(nèi)缸和外缸。

汽輪機末級葉片以后將蒸汽排入凝汽器，這部分汽缸稱排汽缸。

汽缸通常制成具有水平結合面的水平對分形式。上、下汽缸之間用法蘭螺栓聯(lián)在一起，法蘭結合面要求平整，光潔度高，以保證上、下汽缸結合面嚴密不漏汽。汽缸分成上、下缸，主要是便于加工制造與安裝、檢修。

根據(jù)機組的功率不同，汽輪機汽缸有單缸和多缸之分。通常功率在100MW以下的機組采用單缸，300MW以下采用2～4個汽缸，600MW以下采用4～6個汽缸。

如國產(chǎn)100MW機組為單缸，125MW機組為雙缸，200MW機組為三缸，300MW機組為三缸或四缸，總的趨勢是機組功率愈大，汽缸個數(shù)愈多。

主要分鑄造與焊接兩種。

汽缸的高、中壓段一般采用合金鋼或碳鋼鑄造結構；低壓段根據(jù)容量和結構要求采用鑄造或簡單鑄件、型鋼及鋼板的焊接結構。

汽缸的支承要求平穩(wěn)并保證汽缸能自由膨脹而不改變它的中心位置。

汽缸都是支承在基礎臺板（也叫座架、機座）上；基礎臺板又用地腳螺釘固定在汽輪機基礎上。小型汽輪機用整塊鑄件做基礎臺板，功率汽輪機的汽缸則支承在若干塊基礎臺板上。

汽輪機的高壓缸通過水平法蘭所伸出的貓爪（亦稱搭爪）支承在前軸承座上。它又分為上缸貓爪支承和下缸貓爪支承兩種方式。

中、低參數(shù)汽輪機的高壓缸通常是利用下汽缸前端伸出的貓爪作為承力面，支承在前軸承座上。這種支承方式較簡單，安裝檢修也較方便，但是由于承力面低于汽缸中心線（相差下缸貓爪的高度數(shù)值），當汽缸受熱后，貓爪溫度升高，汽缸中心線向上抬起，而此時支持在軸承上的轉(zhuǎn)子中心線未變，結果將使轉(zhuǎn)子與下汽缸的徑向間隙減小，與上汽缸徑向間隙增大。對高參數(shù)、大功率汽輪機來說，由于法蘭很厚，溫度很高，貓爪膨脹的影響是不能忽視的。

上缸貓爪支承方式亦稱中分面（指汽缸中分面）支承方式。主要的優(yōu)點是由于以上缸貓爪為承力面，其承力面與汽缸中分面在同一水平面上，受熱膨脹后，汽缸中心仍與轉(zhuǎn)子中心保持一致。

當采用上缸貓爪支承方式時，上缸貓爪也叫工作貓爪。下缸貓爪叫安裝貓爪，只在安裝時起支持作用，下面的安裝墊鐵在檢修和安裝時起作用，當安裝完畢，安裝貓爪不再承力。這時上缸貓爪支承在工作墊鐵上，承擔汽缸重量。

大功率汽輪機的高、中壓缸采用雙層缸結構有如下優(yōu)點：

⑴ 整個蒸汽壓差由外缸和內(nèi)缸分擔，從而可減薄內(nèi)、外缸缸壁及法蘭的厚度。

⑵ 外層汽缸不致與高溫蒸汽相接觸，因而外缸可以采用較低級的鋼材，節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材。

⑶ 雙層缸結構的汽輪機在起動、停機時，汽缸的加熱和冷卻過程都可加快，因而縮短了起動和停機的時間。

高壓、中壓汽缸采用雙層結構有很大的優(yōu)點，但也需注意一個問題。

國產(chǎn)200MW、300MW機組，在高壓內(nèi)、外缸之間由于隔熱罩的不完善以及抽汽口布置不當，會造成外缸內(nèi)壁溫度升高到超過設計允許值，并且使內(nèi)缸的外壁溫度高到不允許的數(shù)值，這種情況應設法予以改善，否則有可能造成汽缸產(chǎn)生裂紋。125MW機組取消正常運行中夾層冷卻蒸汽后，由于某些原因，也出現(xiàn)外缸內(nèi)壁溫度過高的現(xiàn)象。

大機組的低壓缸有如下特點：

⑴ 低壓缸的排汽容積流量較大，要求排汽缸尺寸龐大，故一般采用鋼板焊接結構代替鑄造結構。

⑵ 再熱機組的低壓缸進汽溫度一般都超過230℃，與排汽溫度差達200℃，因此也采用雙層結構。通流部分在內(nèi)缸中承受溫度變化，低壓內(nèi)缸用高強度鑄鐵鑄造，而兼作排汽缸的整個低壓外缸仍為焊接結構。龐大的排汽缸只承受排汽溫度，溫差變化小。

⑶ 為防止長時間空負荷運行，排汽溫度過高而引起的排汽缸變形，在排汽缸內(nèi)還裝有噴水降溫裝置。

⑷ 為減少排汽損失，排汽缸設計成徑向擴壓結構。

所謂徑向擴壓結構，實質(zhì)上是指整個低壓外缸（汽輪機的排汽部分）兩側(cè)排汽部分用鋼板連通。離開汽輪機的末級排汽由導流板引導徑向、軸向擴壓，以充分利用排汽余速。然后排入凝汽器。

采用徑向擴壓主要是充分利用排汽余速，降低排汽阻力。提高機組效率。

低壓汽缸（雙層缸時的外缸），在運行中溫度較低，金屬膨脹不顯著，因此低壓外缸的支承不采用高、中壓汽缸的中分面支承方式，而是把低壓缸直接支承在臺板上。內(nèi)缸兩側(cè)擱在外缸內(nèi)側(cè)的支承面上，用螺栓固定在低壓外缸上。內(nèi)、外缸以鍵定位。外缸與軸承座僅在下汽缸設立垂直導向鍵（立銷）。

排汽缸的作用是將汽輪機末級動葉排出的蒸汽導入凝汽器。

在汽輪機起動、空載及低負荷時，蒸汽流通量很小，不足以帶走蒸汽與葉輪摩擦產(chǎn)生的熱量，從而引起排汽溫度升高，排汽缸溫度也高。排汽溫度過高會引起排汽缸較大的變形，破壞汽輪機動靜部分中心線的一致性，嚴重時會引起機組振動或其它事故。所以，大功率機組都裝有排汽缸噴水降溫裝置。

小機組沒有噴水降溫裝置，應盡量避免長時間空負荷運行而引起排汽缸溫度超限。

噴水減溫裝置裝在低壓外缸內(nèi)，噴水管沿末級葉片的葉根呈圓周形布置，噴水管上鉆有兩排噴水孔，將水噴向排汽缸內(nèi)部空間，起降溫作用。噴水管在排汽缸外面與凝結水管相連接，打開凝結水管上的閥門即進行噴水，關閉閥門則停止噴水。

大功率汽輪機的極限功率實質(zhì)上受末級通流截面的限制，增大葉片高度能增大機組功率，但增大葉片高度又受材料強度和制造工藝水平的限制。如采用同樣的葉片高度，將汽輪機由單排汽口改為雙排汽口，極限功率可增大一倍。為增加汽輪機的極限功率，現(xiàn)在大功率汽輪機采用多個排汽口。如國產(chǎn)125MW汽輪機為雙排汽口，200MW汽輪機為三排汽口，300MW為四排汽口（200MW、300MW汽輪機末級采用長葉片后改為雙排汽口）。

從調(diào)節(jié)汽門到調(diào)節(jié)級噴嘴這段區(qū)域叫做進汽部分，它包括蒸汽室和噴嘴室，是汽缸中承受壓力、溫度最高的區(qū)域。

一般中、低參數(shù)汽輪機進汽部分與汽缸澆鑄成一體，或者將它們分別澆鑄好后，用螺栓連接在一起。高參數(shù)汽輪機單層汽缸的進汽部分則是將汽缸、蒸汽室、噴嘴分別澆鑄好后，焊接在一起。這種結構由于汽缸本身形狀得到簡化，而且蒸汽室、噴嘴室沿著汽缸四周對稱布置，汽缸受熱均勻，因而熱應力較小。又因高溫、高壓蒸汽只作用在蒸汽室與噴嘴室上，汽缸接觸的是調(diào)節(jié)級噴嘴出口后的汽流，因而汽缸可以選用比蒸汽室、噴嘴室低一級的材料。

新汽壓力在9.0MPa、新汽溫度在535℃以下的中、小功率汽輪機，調(diào)節(jié)汽門均直接裝在汽缸上。更高參數(shù)的大功率汽輪機，為減小熱應力，使汽缸受熱均勻及形狀對稱，這就要求噴嘴室沿圓周均勻分布，而且汽缸上下都要有進汽管和調(diào)節(jié)汽門。由于調(diào)節(jié)汽門布置在汽缸下部，會給機組布置、安裝、檢修帶來困難，因此需要調(diào)節(jié)汽門與汽缸分離單獨布置。另外，大功率汽輪機新汽和再熱汽進汽管道都為雙路布置，需要兩個主汽門。這樣就可以把兩個主汽門分置于汽缸兩側(cè)，并且分別和調(diào)節(jié)汽門合用一個殼體，每個主汽門控制兩個或多個調(diào)節(jié)汽門。

對于采用雙層缸結構的汽輪機，因為進入噴嘴室的進汽管要穿過外缸和內(nèi)缸，才能和噴嘴室相連接，而內(nèi)外缸之間在運行時具有相對膨脹，進汽管既不能同時固定在內(nèi)、外缸上又不能讓大量高溫蒸汽外泄。因此采用了一種雙層結構的高壓進汽短管，把高壓進汽導管與噴嘴室連接起來。

國產(chǎn)125MW汽輪機和300MW汽輪機的高壓進汽短管外層通過螺栓與外缸連接在一起，內(nèi)層則套在噴嘴室的進汽管上，并有密封環(huán)加以密封。這樣既保證了高壓蒸汽的密封，又允許噴嘴室進汽管與雙層套管之間的相對膨脹。

為遮擋進汽連接管的輻射熱量，在雙層套管的內(nèi)外層之間還裝有帶螺旋圈的遮熱襯套管，或稱遮熱筒。遮熱襯套管上端的小管就是汽缸內(nèi)層中冷卻蒸汽流出或起動時加熱蒸汽流入的通道。

隔板的具體結構是根據(jù)隔板的工作溫度和作用在兩側(cè)的蒸汽壓差來決定的，主要有以下三種形式：

⑴ 焊接隔板：焊接隔板具有較高的強度和剛度，較好的汽密性，加工較方便，被廣泛用于中、高參數(shù)汽輪機的高、中壓部分。

⑵ 窄噴嘴焊接隔板：高參數(shù)大功率汽輪機的高壓部分，每一級的蒸汽壓差較大，其隔板做得很厚，而靜葉高度很短，采用寬度較小的窄噴嘴焊接隔板。優(yōu)點是噴嘴損失小，但有相當數(shù)量的導流筋存在，將增加汽流的阻力。國產(chǎn)125MW、300MW汽輪機都是有用的窄噴嘴焊接隔板。

⑶ 鑄造隔板：鑄造隔板加工制造比較容易，成本低，但是靜葉片的表面光潔度較差，使用溫度也不能太高，一般應小于300℃，因此都用在汽輪機的低壓部分。

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