汽輪機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu)
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
1 汽輪機(jī)工作原理
汽輪機(jī)是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的蝸輪式機(jī)械。在汽輪機(jī)中，蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹，壓力降低，速度增加，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。如圖1所示。高速汽流流經(jīng)動(dòng)葉片3時(shí)，由于汽流方向改變，產(chǎn)生了對(duì)葉片的沖動(dòng)力，推動(dòng)葉輪2旋轉(zhuǎn)做功，將蒸汽的動(dòng)能變成軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。
圖1 沖動(dòng)式汽輪機(jī)工作原理圖
1-軸；2-葉輪；3-動(dòng)葉片；4-噴嘴
2 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)
汽輪機(jī)主要由轉(zhuǎn)動(dòng)部分(轉(zhuǎn)子)和固定部分(靜體或靜子)組成。轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括葉柵、葉輪或轉(zhuǎn)子、主軸和聯(lián)軸器及緊固件等旋轉(zhuǎn)部件。固定部件包括氣缸、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(jī)座、滑銷系統(tǒng)以及有關(guān)緊固零件等。
套裝轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)如圖2所示。套裝轉(zhuǎn)子的葉輪、軸封套、聯(lián)軸器等部件和主軸是分別制造的，然后將它們熱套(過盈配合)在主軸上，并用鍵傳遞力矩。
圖2 套裝轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)
1-油封環(huán) 2-油封套 3-軸 4-動(dòng)葉槽 5-葉輪 6-平衡槽
汽輪機(jī)主要用途是在熱力發(fā)電廠中做帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)。為了保證汽輪機(jī)正常工作，需配置必要的附屬設(shè)備，如管道、閥門、凝汽器等，汽輪機(jī)及其附屬設(shè)備的組合稱為汽輪機(jī)設(shè)備。圖3為汽輪機(jī)設(shè)備組成圖。來自蒸汽發(fā)生器的高溫高壓蒸汽經(jīng)主汽閥、調(diào)節(jié)閥進(jìn)入汽輪機(jī)。由于汽輪機(jī)排汽口的壓力大大低于進(jìn)汽壓力，蒸汽在這個(gè)壓差作用下向排汽口流動(dòng)，其壓力和溫度逐漸降低，部分熱能轉(zhuǎn)換為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。做完功的蒸汽稱為乏汽，從排汽口排入凝汽器，在較低的溫度下凝結(jié)成水，此凝結(jié)水由凝結(jié)水泵抽出送經(jīng)蒸汽發(fā)生器構(gòu)成封閉的熱力循環(huán)。為了吸收乏汽在凝汽器放出的凝結(jié)熱，并保護(hù)較低的凝結(jié)溫度，必須用循環(huán)水泵不斷地向凝汽器供應(yīng)冷卻水。由于汽輪機(jī)的尾部和凝汽器不能絕對(duì)密封，其內(nèi)部壓力又低于外界大氣壓，因而會(huì)有空氣漏入，最終進(jìn)入凝汽器的殼側(cè)。若任空氣在凝汽器內(nèi)積累，凝汽器內(nèi)壓力必然會(huì)升高，導(dǎo)致乏汽壓力升高，減少蒸汽對(duì)汽輪機(jī)做的有用功，同時(shí)積累的空氣還會(huì)帶來乏汽凝結(jié)放熱的惡化，這兩者都會(huì)導(dǎo)致熱循環(huán)效率的下降，因而必須將凝汽器殼側(cè)的空氣抽出。凝汽設(shè)備由凝汽器、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵和抽氣器組成，它的作用是建立并保持凝汽器的真空，以使汽輪機(jī)保持較低的排汽壓力，同時(shí)回收凝結(jié)水循環(huán)使用，以減少熱損失，提高汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
圖3 汽輪機(jī)設(shè)備組成圖
1-主汽閥 2-調(diào)節(jié)閥 3-汽輪機(jī) 4-凝汽器 5-抽汽器 6-循環(huán)水泵
7-凝結(jié)水泵 8-低壓加熱器 9-除氧器 10-除水泵 11-高壓加熱器
為了調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速，每臺(tái)汽輪機(jī)有一套由調(diào)節(jié)裝置組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。另外，汽輪機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，它的轉(zhuǎn)子和定子間隙很小，是既龐大又精密的設(shè)備。為保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行，配有一套自動(dòng)保護(hù)裝置，以便在異常情況下發(fā)出警報(bào)，在危急情況下自動(dòng)關(guān)閉主汽閥，使之停運(yùn)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護(hù)裝置常用壓力油來傳遞信號(hào)和操縱有關(guān)部件。汽輪機(jī)的各個(gè)軸承也需要油潤滑和冷卻，因而每臺(tái)汽輪機(jī)都配有一套潤滑油系統(tǒng)。
總之，汽輪機(jī)設(shè)備是以汽輪機(jī)為核心，包括凝汽設(shè)備、回?zé)峒訜嵩O(shè)備、調(diào)節(jié)和保護(hù)裝置及供油系統(tǒng)等附屬設(shè)備在內(nèi)的一系列動(dòng)力設(shè)備組合。正是靠它們協(xié)調(diào)有序地工作，才得以完成能量轉(zhuǎn)換的任務(wù)。
