汽轮机的工作原理简述(【汽机】汽轮机介绍)

汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要 。

简介

将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要 。

发展历史

公元1世纪，亚历山大的希罗记述的利用蒸汽反作用力而旋转的汽转球，又称为风神轮，是最早的反动式汽轮机的雏形。1629年，意大利的G.de布兰卡提出由一股蒸汽冲击叶片而旋转的转轮。1882年，瑞典的C.G.P.de拉瓦尔制成第一台5马力（3.67千瓦）的单级冲动式汽轮机。1884年，英国的C.A.帕森斯制成第一台10马力（7.35千瓦）的多级反动式汽轮机。1910年，瑞典的B.＆ F.容克斯川兄弟制成辐流的反动式汽轮机。

19世纪末，瑞典拉瓦尔和英国帕森斯分别创制了实用的汽轮机。拉瓦尔于1882年制成了第一台5马力(3.67千瓦)的单级冲动式汽轮机，并解决了有关的喷嘴设计和强度设计问题。

20世纪初，法国拉托和瑞士佐莱分别制造了多级冲动式汽轮机。多级结构为增大汽轮机功率开拓了道路，已被广泛采用，机组功率不断增大。帕森斯在1884年取得英国专利，制成了第一台10马力的多级反动式汽轮机，这台汽轮机的功率和效率在当时都占领先地位。

20世纪初，美国的柯蒂斯制成多个速度级的汽轮机，每个速度级一般有两列动叶，在第一列动叶后在汽缸上装有导向叶片，将汽流导向第二列动叶。现在速度级的汽轮机只用于小型的汽轮机上，主要驱动泵、鼓风机等，也常用作中小型多级汽轮机的第一级。

工作原理

汽轮机是能将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。

配套设施

汽轮机通常在高温高压及高转速的条件下工作，是一种较为精密的重型机械，一般须与锅炉（或其他蒸汽发生器）、发电机(或其他被驱动机械)以及凝汽器、加热器、泵等组成成套设备，一起协调配合工作。

结构部件

由转动部分和静止部分两个方面组成。转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。

优点

与往复式蒸汽机相比，汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，单位面积中能通过的流量大，因而能发出较大的功率。大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，故热效率较高。19世纪以来，汽轮机的发展就是在不断提高安全可靠性、耐用性和保证运行方便的基础上，增大单机功率和提高装置的热经济性。

发展前景

汽轮机在社会经济的各部门中都有广泛的应用。汽轮机种类很多，并有不同的分类方法。汽轮机的蒸汽从进口膨胀到出口，单位质量蒸汽的容积增大几百倍，甚至上千倍，因此各级叶片高度必须逐级加长。大功率凝汽式汽轮机所需的排汽面积很大，末级叶片须做得很长。

汽轮机装置的热经济性用汽轮机热耗率或热效率表示。汽轮机热耗率是每输出单位机械功所消耗的蒸汽热量，热效率是输出机械功与所耗蒸汽热量之比。对于整个电站，还需考虑锅炉效率和厂内用电。因此，电站热耗率比单独汽轮机的热耗率高，电站热效率比单独汽轮机的热效率低。

一座汽轮发电机总功率为1000兆瓦的电站，每年约需耗用标准煤230万吨。如果热效率绝对值能提高1%，每年可节约标准煤 6万吨。因此，汽轮机装置的热效率一直受到重视。为了提高汽轮机热效率，除了不断改进汽轮机本身的效率，包括改进各级叶片的叶型设计(以减少流动损失)和降低阀门及进排汽管损失以外，还可从热力学观点出发采取措施。

根据热力学原理，新蒸汽参数越高，热力循环的热效率也越高。早期汽轮机所用新蒸汽压力和温度都较低，热效率低于20％。随着单机功率的提高，30年代初新蒸汽压力已提高到3～4兆帕，温度为400～450℃。随着高温材料的不断改进，蒸汽温度逐步提高到535℃，压力也提高到6～12.5兆帕，个别的已达16兆帕，热效率达30％以上。50年代初，已有采用新蒸汽温度为600℃的汽轮机。以后又有新蒸汽温度为650℃的汽轮机。

现代大型汽轮机按照其输出功率的不同，采用的新蒸汽压力又可以分为各个压力等级，通常采用新蒸汽压力24.5～26兆帕，新蒸汽温度和再热温度为535～578℃的超临界参数,或新汽压力为16.5兆帕、新汽温度和再热温度为535℃的亚临界参数。使用这些汽轮机的热效率约为40％。

另外，汽轮机的排汽压力越低，蒸汽循环的热效率就越高。不过排汽压力主要取决凝汽器的真空度，真空度又取决于冷却水的温度和抽真空的设备（通常称为真空泵），如果采用过低的排汽压力，就需要增大冷却水流量、增大凝汽器冷却水和冷却介质的换热面、降低被使用的冷却水的温度和抽真空的设备，较长的末级叶片，但同时真空太低又会导致汽轮机汽缸（低压缸）的蒸汽流速加快，使汽轮机汽缸（低压缸）差胀加剧，危及汽轮机安全运转。凝汽式汽轮机常用的排汽压力为5~10千帕（一个标准大气压是101325帕斯卡）。船用汽轮机组为了减轻重量，减小尺寸，常用0.006～0.01兆帕的排汽压力。

此外，提高汽轮机热效率的措施还有，采用回热循环、采用再热循环、采用供热式汽轮机等。提高汽轮机的热效率，对节约能源有着重大的意义。

大型汽轮机组的研制是汽轮机未来发展的一个重要方向，这其中研制更长的末级叶片，是进一步发展大型汽轮机的一个关键；研究提高热效率是汽轮机发展的另一方向，采用更高蒸汽参数和二次再热，研制调峰机组，推广供热汽轮机的应用则是这方面发展的重要趋势。

目前发展瓶颈主要在材料上，材料问题解决了，单片的功率就可以更大。

汽轮机常见问题

在汽轮机运行过程中，汽轮机渗漏和汽缸变形是最为常见的设备问题，汽缸结合面的严密性直接影响机组的安全经济运行，检修研刮汽缸的结合面，使其达到严密，是汽缸检修的重要工作，在处理结合面漏汽的过程中，要仔细分析形成的原因，根据变形的程度和间隙的大小，可以综合的运用各种方法，以达到结合面严密的要求。

汽轮机汽缸漏气产生原因：

1．汽缸是铸造而成的，汽缸出厂后都要经过时效处理，就是要存放一些时间，使汽缸在住铸造过程中所产生的内应力完全消除。如果时效时间短，那么加工好的汽缸在以后的运行中还会变形，这就是为什么有的汽缸在第一次泄漏处理后还会在以后的运行中还有漏汽发生。因为汽缸还在不断的变形。

　　2．汽缸在运行时受力的情况很复杂，除了受汽缸内外气体的压力差和装在其中的各零部件的重量等静载荷外，还要承受蒸汽流出静叶时对静止部分的反作用力，以及各种连接管道冷热状态下对汽缸的作用力，在这些力的相互作用下，汽缸发生塑性变形造成泄漏。

3．汽缸的负荷增减过快，特别是快速的启动、停机和工况变化时温度变化大、暖缸的方式不正确、停机检修时打开保温层过早等，在汽缸中和发兰上产生很大的热应力和热变形。

　　4．汽缸在机械加工的过程中或经过补焊后产生了应力，但没有对汽缸进行回火处理加以消除，致使汽缸存在较大的残余应力，在运行中产生永久的变形。

5．在安装或检修的过程中，由于检修工艺和检修技术的原因，使内缸、汽缸隔板、隔板套及汽封套的膨胀间隙不合适，或是挂耳压板的膨胀间隙不合适，运行后产生巨大的膨胀力使汽缸变形。

　　6．使用的汽缸密封剂质量不好、杂质过多或是型号不对；汽缸密封剂内若有坚硬的杂质颗粒就会使密封面难以紧密的结合。VIF900高温汽缸密封剂是最新汽轮机汽缸密封材料，高、中、低压缸可通用，避免了型号选择不当而造成的汽缸泄漏。

7．汽缸螺栓的紧力不足或是螺栓的材质不合格。汽缸结合面的严密性主要靠螺栓的紧力来实现的。机组的起停或是增减负荷时产生的热应力和高温会造成螺栓的应力松弛，如果应力不足，螺栓的预紧力就会逐渐减小。如果汽缸的螺栓材质不好，螺栓在长时间的运行当中，在热应力和汽缸膨胀力的作用下被拉长，发生塑性变形或断裂，紧力就会不足，使汽缸发生泄漏的现象。

8．汽缸螺栓紧固的顺序不正确。一般的汽缸螺栓在紧固时是从中间向两边同时紧固，也就是从垂弧最大处或是受力变形最大的地方紧固，这样就会把变形最大的处的间隙向汽缸前后的自由端转移，最后间隙渐渐消失。如果是从两边向中间紧，间隙就会集中于中部，汽缸结合面形成弓型间隙，引起蒸汽泄漏。

9． 高压缸上下缸温差过大 汽轮机首次冲转时，转速在 2 1 3 0 r ／ mi n时开始进行中速暖机，在暖机过程中，高压外缸缸中部检水温差达到汽轮机厂汽轮机运行说明书中所规 定的上限值 5 5 . 6℃，此时上、下外缸的温度分别达 到 2 0 7℃和 1 5 1℃，但此时机组各运行参数稳定， 各轴承振动没有明显变化。考虑到机组首次冲转，并且是高压外缸下缸温度明显高于上缸，存在积水的可能，因而手动打闸停机 。