汽輪機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式：

蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械。又稱蒸汽透平。主要用作發(fā)電用的原動(dòng)機(jī)，也可直接驅(qū)動(dòng)各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和船舶螺旋槳等。還可以利用汽輪機(jī)的排汽或中間抽汽滿足生產(chǎn)和生活上的供熱需要。

 分類：

　　汽輪機(jī)的種類很多，分類方式也各異，主要有按工作原理分類，按蒸汽參數(shù)分類，按排汽方式分類等。

　　①按工作原理分類：汽輪機(jī)可分為沖動(dòng)式和反動(dòng)式兩大類。在沖動(dòng)式汽輪機(jī)中，蒸汽主要在噴嘴葉柵中膨脹降壓，增加流速，蒸汽熱能被轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。進(jìn)入動(dòng)葉柵改變流動(dòng)方向，推動(dòng)葉柵作周向運(yùn)動(dòng)，蒸汽的動(dòng)能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在反動(dòng)式汽輪機(jī)中，蒸汽不但在靜葉柵中膨脹，而且在動(dòng)葉柵中同樣膨脹加速，蒸汽不但給動(dòng)葉片以推動(dòng)力，而且在流出動(dòng)葉片時(shí)給動(dòng)葉片以反作用力。蒸汽在動(dòng)葉片中焓降占一級(jí)總焓降的百分比稱為級(jí)的反動(dòng)度。反動(dòng)式汽輪機(jī)反動(dòng)度常取50％，以使動(dòng)葉和靜葉可取相同葉型，從而簡(jiǎn)化制造工藝。為防止葉片根部出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象，減少流動(dòng)損失，沖動(dòng)級(jí)動(dòng)葉片中也設(shè)計(jì)為具有一定焓降，其反動(dòng)度視葉片長(zhǎng)度而定，一般取5～30％。沖動(dòng)級(jí)具有較大的熱-功轉(zhuǎn)換能力，并且變工況性能好，所以兩類汽輪機(jī)都采用沖動(dòng)級(jí)作為第一級(jí)（調(diào)節(jié)級(jí)）。中、小型汽輪機(jī)常采用復(fù)速級(jí)作為第一級(jí)，它是在一個(gè)葉輪上裝有兩列動(dòng)葉，在兩列動(dòng)葉之間裝有導(dǎo)向葉片。由噴嘴射出的高速汽流在第一列動(dòng)葉內(nèi)將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功；經(jīng)過(guò)導(dǎo)向葉片改變流動(dòng)方向后，再進(jìn)入第二列動(dòng)葉片繼續(xù)作功，因此復(fù)速級(jí)的焓降及作功能力比單列級(jí)大。

　　②按蒸汽參數(shù)分類:一般分為低壓（1.3兆帕）、中壓（6兆帕）、高壓（～9兆帕）、超高壓(～13.5兆帕)、亞臨界（～16.5兆帕）或超臨界(～24兆帕)汽輪機(jī)。由于高溫金屬材料性能的限制，目前汽輪機(jī)中使用的最高蒸汽溫度在565 ℃左右。世界一些先進(jìn)國(guó)家正在研究發(fā)展超超臨界汽輪機(jī),其蒸汽參數(shù)為：～35兆帕，～600℃。

　　③按排汽方式分類：汽輪機(jī)可分為凝汽式和背壓式兩類。凝汽式汽輪機(jī)的排汽在低于大氣壓的狀態(tài)下進(jìn)入凝汽器凝結(jié)成水。它具有較高的熱能－電能轉(zhuǎn)換率，廣泛應(yīng)用于大功率發(fā)電機(jī)組。在凝汽式汽輪機(jī)中，若在某一級(jí)后將部分蒸汽于該點(diǎn)壓力下引出，并用作工業(yè)過(guò)程用汽或生活用汽，這類汽輪機(jī)稱為抽汽式汽輪機(jī)。抽汽式汽輪機(jī)可以在不同壓力點(diǎn)多次抽汽。這類機(jī)型廣泛用于熱電聯(lián)產(chǎn)。背壓式汽輪機(jī)的排汽壓力高于大氣壓力,排汽可作為工業(yè)用汽源，一般功率較小。如用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，其發(fā)電量取決于工業(yè)用蒸汽的需要量。若背壓式汽輪機(jī)的排汽用作其他中、低壓汽輪機(jī)的汽源，則該汽輪機(jī)稱為前置式汽輪機(jī)。 　　此外，汽輪機(jī)還可按汽流方向分為軸流式和輻流式，按結(jié)構(gòu)分為單級(jí)和多級(jí)。以發(fā)電為主要目的的現(xiàn)代大功率汽輪機(jī)廣泛采用軸流式、多級(jí)、高初參數(shù)、凝汽式(或抽汽式)機(jī)組。

結(jié)構(gòu)：

　　汽輪機(jī)本體由汽缸和轉(zhuǎn)子兩大部件構(gòu)成。大功率、高參數(shù)汽輪機(jī)通常由高壓、中壓（或高中壓）及低壓缸組成，超大功率汽輪機(jī)可以有兩個(gè)或兩個(gè)以上的中壓缸和低壓缸。每個(gè)缸體采取反向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)。高、中壓缸體由鉻鉬鋼鑄造后加工而成，低壓缸多用鋼板焊制。大容量汽輪機(jī)高壓缸多采用雙層結(jié)構(gòu)，在內(nèi)、外缸間的夾層中通以適當(dāng)參數(shù)的蒸汽，以減少汽缸厚度，降低起動(dòng)熱應(yīng)力。

　　轉(zhuǎn)子由主軸、葉輪和動(dòng)葉組成。高、中壓部分主軸和葉輪由鉻鉬釩高強(qiáng)度鋼鍛件車削而成；動(dòng)葉由高鉻不銹合金鋼銑制成型并鑲嵌組合在輪緣上。低壓部分葉輪與軸采用紅套組合成整體；動(dòng)葉加工成型后鉚接在輪緣上。靜葉柵（噴嘴）裝在隔板上。隔板制成兩個(gè)半圓形，分別組裝在上、下汽缸內(nèi)，上、下缸的法蘭對(duì)口后用螺栓緊固。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　為防止和減少高、中壓汽缸內(nèi)的高壓蒸汽從汽缸與轉(zhuǎn)軸的間隙向缸外漏泄，在間隙內(nèi)有多組交替安裝在汽缸或轉(zhuǎn)軸上的密封圈，稱為迷宮式汽封。

　　汽輪機(jī)除主軸承外，設(shè)有推力軸承，以承受轉(zhuǎn)子軸向推力，并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置。為了平衡轉(zhuǎn)子軸向推力，高、中壓轉(zhuǎn)子多采用汽流反向布置；低壓缸多采用鏡像布置。為了防止運(yùn)行中發(fā)生共振，葉片的自振頻率、轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，以及基礎(chǔ)的振動(dòng)頻率均應(yīng)避開汽輪機(jī)的工作轉(zhuǎn)速。

　　調(diào)速保安系統(tǒng) 　汽輪機(jī)的重要組成部分。其功能是：隨負(fù)荷的變化，調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量，維持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在額定范圍之內(nèi)，滿足負(fù)荷需要。汽輪機(jī)為了防止外界負(fù)荷發(fā)生大幅度變化時(shí)，汽輪機(jī)發(fā)生超速事故，一般汽輪機(jī)裝設(shè)超速保護(hù)系統(tǒng),當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)一定限度時(shí)，保安器動(dòng)作,將主汽門迅速關(guān)閉，切斷汽輪機(jī)汽源，以確保安全。

　　蒸汽參數(shù) 　提高汽輪機(jī)的蒸汽初參數(shù)不但能提高裝置的熱循環(huán)效率，而且可以提高設(shè)備本身的效率。選擇合理的蒸汽初參數(shù)不僅決定于裝置的熱效率，還要考慮隨著蒸汽初參數(shù)的提高，對(duì)金屬材料的品質(zhì)和設(shè)備的制造技術(shù)水平、造價(jià)、金屬消耗量以及發(fā)電成本和運(yùn)行可靠性等因素的影響。中壓（及以下）汽輪機(jī)的蒸汽初溫一般為400～450℃,以便采用碳素鋼;高壓（及以上）汽輪機(jī)初溫采用520～565℃,一般多取535℃，以便采用低合金元素的珠光體鋼，避免采用高價(jià)的奧氏體鋼。蒸汽初壓的選擇主要受到末級(jí)葉片容許最大濕度(12～14％)的限制。大容量熱能動(dòng)力裝置由于采用蒸汽中間再熱和給水回?zé)幔欣诔鯄旱奶岣摺４笮推啓C(jī)的蒸汽初壓一般采用超高壓和亞臨界壓力，個(gè)別的采用超臨界壓力。中國(guó)制造的汽輪機(jī)的功率及進(jìn)汽參數(shù)已系列化（表1）。當(dāng)蒸汽初參數(shù)不變時(shí)，降低汽輪機(jī)的背壓可明顯提高裝置的熱循環(huán)效率。但過(guò)低的背壓會(huì)導(dǎo)致末級(jí)蒸汽濕度增加，降低了汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率，還會(huì)使汽輪機(jī)的末級(jí)排汽面積和凝汽器結(jié)構(gòu)尺寸隨之增大，循環(huán)冷卻水泵的容量也得相應(yīng)增加。事實(shí)上，一些大功率的汽輪機(jī)采用了較高的背壓。

　　單機(jī)容量 　單機(jī)容量較大的汽輪機(jī)，每千瓦的設(shè)備投資較低。因裝置熱效率較高，發(fā)電成本也較低。但另一方面，在電力系統(tǒng)中如果較大容量的單機(jī)機(jī)組經(jīng)常處于低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行,裝置的熱效率會(huì)降低很多,因而很不經(jīng)濟(jì)。此時(shí)應(yīng)將建設(shè)費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合，以確定是否代之以若干臺(tái)較小容量的機(jī)組。中國(guó)的《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，在新建的發(fā)電廠中，最大機(jī)組的單機(jī)容量一般為電力系統(tǒng)總?cè)萘康?～10％。而在電力負(fù)荷增加迅速的電力系統(tǒng)中,也可選用單機(jī)容量更大的機(jī)組。

　　起動(dòng)與停運(yùn) 　采用高溫、高壓參數(shù)的汽輪機(jī)，在起動(dòng)、停運(yùn)的過(guò)程中由于溫度的急劇變化，可能導(dǎo)致汽缸發(fā)生變形、裂紋。因此，必須制訂合理的起動(dòng)、停運(yùn)操作程序,保證汽輪機(jī)各部位的溫度梯度在安全值以內(nèi),同時(shí)也能有效縮短起停時(shí)間。一般規(guī)定，蒸汽與金屬的溫差應(yīng)在－30～＋55℃范圍內(nèi)。金屬溫度的上升率應(yīng)小于278℃/h（h為小時(shí)），下降率應(yīng)小于42℃/h。

　　起動(dòng)加熱時(shí)汽缸的膨脹滯后于轉(zhuǎn)子，起動(dòng)速度過(guò)快會(huì)引起汽缸與轉(zhuǎn)子的膨脹差過(guò)大,使軸向間隙消失,導(dǎo)致動(dòng)、靜部件發(fā)生摩擦。摩擦部位局部過(guò)熱會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子永久性彎曲變形。為了隨時(shí)監(jiān)視脹差，汽輪機(jī)裝有相對(duì)脹差指示器。大功率汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子直徑達(dá)600～700mm，轉(zhuǎn)子表面與中心部位的溫差會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。因起動(dòng)與停機(jī)時(shí)的熱應(yīng)力正負(fù)符號(hào)相反而形成交變應(yīng)力。在交變應(yīng)力作用下將產(chǎn)生疲勞損傷及至裂紋，特別是在轉(zhuǎn)子鍛件存在固有缺陷的地方。如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取預(yù)防措施，裂紋擴(kuò)展會(huì)造成嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子斷裂事故。因此，應(yīng)定期對(duì)大型汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行無(wú)損探傷。尤其對(duì)起停頻繁的調(diào)峰機(jī)組，除在設(shè)計(jì)上和材料選用上需作特殊考慮外，還應(yīng)加強(qiáng)預(yù)防性檢查以保證安全。為消除因轉(zhuǎn)子上下溫度不均引起的轉(zhuǎn)子熱變形，汽輪機(jī)備有盤車裝置。汽輪機(jī)在起停過(guò)程中都要盤車數(shù)小時(shí)以減小溫度變化率。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

運(yùn)行方式：

　　汽輪機(jī)的運(yùn)行方式可按負(fù)荷分為低負(fù)荷運(yùn)行、過(guò)負(fù)荷運(yùn)行及變負(fù)荷運(yùn)行。汽輪機(jī)的負(fù)荷隨電力系統(tǒng)負(fù)荷常處在變動(dòng)中。在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)負(fù)荷的一定范圍內(nèi)，汽輪機(jī)能安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。一般情況下過(guò)負(fù)荷在5％以內(nèi)是允許的，但要采取增大進(jìn)汽流量、減少抽氣量或提高進(jìn)汽壓力等措施。汽輪機(jī)的過(guò)負(fù)荷能力還受到不同季節(jié)冷卻水溫的影響。火力發(fā)電設(shè)備有一個(gè)不能穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行的最低負(fù)荷限度。低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)常發(fā)生汽輪機(jī)汽缸熱應(yīng)力增大、排汽濕度過(guò)大等問(wèn)題，熱效率也顯著降低。

　　運(yùn)行方式也可按蒸汽參數(shù)分為定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行。滑壓運(yùn)行是指來(lái)自鍋爐的蒸汽壓力隨汽輪機(jī)負(fù)荷降低而降低的運(yùn)行方式。滑壓運(yùn)行能顯著提高低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)的熱效率并基本維持汽輪機(jī)內(nèi)溫度不變。

　　負(fù)荷變化率也是影響汽輪機(jī)正常運(yùn)行的因素之一。由于負(fù)荷急驟變化和自動(dòng)調(diào)整裝置的遲延，汽溫及汽流量的過(guò)大波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致汽缸熱應(yīng)力過(guò)大，出現(xiàn)裂紋、轉(zhuǎn)子脹差增大以致發(fā)生強(qiáng)裂振動(dòng)。汽輪機(jī)運(yùn)行中最常見的故障是不正常的振動(dòng)。運(yùn)行良好的汽輪機(jī)，軸承部位的振幅不應(yīng)超過(guò)0.03～0.05mm。引起振動(dòng)異常的常見原因有轉(zhuǎn)子不平衡，軸彎熱變形，動(dòng)、靜部件摩擦等。轉(zhuǎn)子上萌發(fā)的疲勞裂紋也會(huì)引起振動(dòng)。

　　調(diào)峰汽輪機(jī)的運(yùn)行 　機(jī)組的設(shè)計(jì)與其運(yùn)行方式密切相關(guān)。承擔(dān)基本負(fù)荷的凝汽式汽輪機(jī)常為大功率機(jī)組,要求運(yùn)行負(fù)荷穩(wěn)定在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷左右。電力系統(tǒng)的負(fù)荷在一天內(nèi)可能發(fā)生幅度較大的周期性變化。調(diào)峰機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷變化的主要部分。在用電高峰的時(shí)間，調(diào)峰機(jī)組投入運(yùn)行；在用電低谷的時(shí)間，調(diào)峰機(jī)組處在低負(fù)荷運(yùn)行或停機(jī)。承擔(dān)調(diào)峰負(fù)荷的機(jī)組，要求：①起動(dòng)帶負(fù)荷速度快。主要方法是改進(jìn)汽輪機(jī)設(shè)計(jì),如緊湊的整體結(jié)構(gòu),增大圓角半徑，采用新型材料，采用全周進(jìn)汽的節(jié)流配汽方式，增加汽輪機(jī)保溫措施等，以降低快速起動(dòng)時(shí)的熱應(yīng)力水平。②具有長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。主要方法是將機(jī)組的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷設(shè)計(jì)為額定負(fù)荷的75～90％，采取滑壓運(yùn)行等。