汽轮机第一讲——汽轮机的基本知识
一、什么是汽轮机
汽轮机是用蒸汽来做功的旋转式原动机，蒸汽的热能转变成转子旋转的机械能，需要经过两次能量转换，即蒸汽流过汽轮机喷咀将热能转变成高速流动的动能，高速流动的汽流流过工作叶片时，将动能转变成汽轮机旋转的机械能。
二.、汽轮机的基本工作原理
蒸汽流动的热能转变成动能的过程，仅在喷咀中进行，工作叶片上只是把蒸汽的动能转变成旋转的机械能的汽轮机，称为冲动式汽轮机。
汽轮机的构造主要由：汽缸、转子和轴承等几个主要部件组成，汽缸是用以与大气隔离并固定喷咀的。转子由叶片、叶轮及轴等主要部件组成。转子支承在轴承上，以保证其转子转动灵活。
汽轮机的级：是由一列喷咀和一列动叶栅组成的最基本的工作单元。
新蒸汽以极高的压力及速度进入喷咀，在喷咀内膨胀，压力降低，速度提高。然后进入工作叶片，改变流动方向。将它的一部分动能转变成旋转的机械能。而汽流的速度降低，蒸汽不再膨胀，工作完成。再进入后几级隔板喷咀，继续做功后再排向凝汽器。
多级汽轮机，新蒸汽进入蒸汽室中，然后依次通过多级的喷咀和动叶片，将蒸汽的热能转变成动能，动能再转换机械能。作过功后的蒸汽最后排到凝汽器。
蒸汽在各级喷咀中膨胀，压力降低，流速增加。然后流入各级叶片的槽边。在各级动叶片中，汽流方向改变。利用蒸汽的动能作功，蒸汽在各级动叶片中压力不再下降，或只有少许下降，而蒸汽的动能因作功而减少，这种汽轮机由于上一级排出的蒸汽动能可以在下一级中得到利用，所以排气的余速损失少。
由于多级汽轮机的蒸汽总热焓降是分配给每一级中加以利用的，所以每一级所发出的功率的总和就是汽轮机的总功率。
在多级汽轮机中，由于蒸汽在各级中逐渐膨胀，压力不断降低，体积愈来愈大，为了保证蒸汽的流通，就必须随着蒸汽的流动不断增大动静叶片的流通面积，因此，多级汽轮机由高压端向低压端，喷咀与动叶片的高度不断加大的。
多级冲动式汽轮机中各级隔板前后都有压力差，为了减少隔板与轴的间隙中的漏汽，在隔板与轴之间装有汽封。
凝汽式汽轮机：蒸汽在汽轮机内作功时，有一部分蒸汽在中间抽出加热锅炉给水，用以提高循环热效率，其大部分蒸汽作功后，排入凝汽器中凝结成水。
供热抽汽式汽轮机：将进入汽轮机作过部分功的蒸汽，由汽轮机中间抽出一股或二股供给工业用汽。或取暖用汽，其余的蒸汽仍流到凝汽器中。由于这种汽轮机的抽气要求保证一定的抽汽压力，因此汽轮机的调节系统须保证发电和抽汽压力的同时稳定，这种汽轮机又叫作调整抽气的汽轮机。
我厂汽轮机的型号、特性、字母数字代码的意义：
n25——8.8/3/1.1
n——凝汽式 25——功率25mw
8.83/1.1——进汽压力/非调整额定抽汽压力(mpa)
三、热膨胀和热变形
（一） 汽轮机的受热特点：
1.当汽轮机冷态启动时，较高温度的蒸汽与冷态的汽缸内璧相接触，这时蒸汽的热量主要以凝结放热的方式传给金属内璧，由于凝结放热是一种剧烈换热方式，汽缸内璧的温度会很快上升，一直升高到该蒸汽压力下的饱和温度时，凝结放热阶段即告结束。蒸汽在以后的换热将以对流方式进行。
2．对流换热的程度远远低于凝结换热，且不稳定，其大小取决于蒸汽的流速和温度。流速越高，换热进行的越快，汽缸内璧温度不断升高，内外璧的温度差增大，使汽缸受热不均匀，因此一定要控制温度，流速，使之受热均匀。
3.汽轮机金属的传热是以导热过程进行的，汽缸外璧温度是通过内璧传导而来，因此内外璧形成温差，对于转子来说，虽然叶片两面都受到蒸汽均匀接触，但转子的中心仍然是通过传导的方式进行的，所以转子的外缘与中心也存在着温差，正由于这样，而使金属部件热传导的过程进行下去。
（二） 汽轮机的热膨胀
1、物体在温度变化时产生热胀冷缩。汽缸在加热及冷却过程中也产生热胀冷缩。膨胀量除了与几何尺寸有关外，还与金属温度有关。由于汽缸轴向长度大，膨胀也大，汽轮机在运行中应保证横向膨胀均匀，否则汽缸中心将发生偏移。
2、汽缸与转子的相对膨胀，汽缸受热时将以死点为基准在滑销系统的作用下向各自的方向膨胀，因为轴向尺寸最长，所以轴向膨胀是主要的。转子与汽缸不仅金属材料不同、而且转子的质量与汽缸质量也不相同，转子的质量比汽缸小，而转子与蒸汽接触面积却比汽缸大。使两者受热情况不同、轴向膨胀值产生一定的差异。转子与汽缸沿轴向膨胀之差，称之为转子与汽缸的相对膨胀差，简称为胀差。
胀差的大小主要取决与蒸汽温度的变化率。当汽轮机采用额定参数启动时，由于蒸汽参数是恒定的，为了控制转子与汽缸的温差不致于过长，通常采用低速暖机。其目的是减少进汽量，使转子与汽缸温度均匀上升，使胀差控制在最小值。
（三）热变形
汽轮机在启动、停机及带负荷过程中，由于加热与冷却速度的不同，除产生热膨胀外，还会使汽轮机产生热变形现象，即热“凸”冷“凹”。
上下汽缸温度差引起的热变形：由于开、停机时。上下汽缸温差过大，使汽缸上热下冷，就产生了汽缸的变形。
转子弯曲，原因同上，为了使转子不产生弯曲，就必须在开、停机前后盘车，使转子均匀加热或冷却，直到接近室温为止。
四、 汽轮机的启动
将汽轮机从静止状态加速到额定转速，并将负荷加到额定负荷的过程称为启动过程，启动过程中，汽轮机各部件的金属温度将发生十分剧烈的变化，从冷态加热到对应负荷下运行时的高温工作状态。所以汽轮机启动过程的实质是对汽轮机各部件的加热过程
我厂汽轮机组的启动采用额定参数启动和滑参数启动，根据启动前的金属温度的高低可分为冷态和热态启动，无论是采用哪种启动方法，都应将金属温升、温差、胀差控制在允许的范围之内，在保证安全的前提下尽可能缩短启动时间，并严格执行运行规程。
（一） 额定参数下的冷态启动
启动过程中蒸汽参数始终保持额定值，称为额定参数启动，采用这种方式对冷态机组的启动称为额定参数下的冷态启动。启动过程中可分为启动前的准备，冲动转子、升速，接带负荷等几个阶段，下面按顺序进行叙述。
1、 启动前的准备：包括准备使用工具和仪表，与有关部门联系，对各系统进行检查。
2 、 暖管。暖管一般分为两个阶段：电动主汽阀前为一个阶段，自主汽门前为第二个阶段，首先进行低压暖管，压力一般维持汽压0.25~0.3mpa（绝对压力），疏水一般应全开，管璧温升一般控制在5℃/min，这样使管道只承受温度变化，而不承受压力变化，使管道温度均匀上升，不至产生过大温差。当管璧温度达到该压力下进行的饱和温度时，低压暖管即告结束，这段时间大约需要20分钟左右，接着开始升压，升压应逐步提高压力温度来进行，随着汽压的升高应逐渐关小疏水门，暖管结束，在暖管的同时还要进行下列操作，投入辅助设备的运行，如辅助油泵投入运行。并调速系统的调节试验、盘车，凝结器通水投入循环水，凝结水泵投入运行。调速汽门加减方向准确、灵活及信号的校试等。
2、 冲动转子
上述工作完毕后准备冲转，冲转前应注意，真空不能低于-0.081mpa，润滑油（各轴承油温不低于25℃）各轴承油情况正常，调速汽门在关闭位置，电动主汽门、自动主汽门全部打开。一切正常后开始冲转，冲转过程中要严格按运行规程进行。
3、 暖机与升速
汽机冲动转子后开始暖机，一般将保持在额定转速的10~15%的暖机称为低速暖机，低速暖机进汽较少，达不到预期效果，一般只运行20~30分钟，然后以每分钟工作转速5~10%的升速率。将转速提升到1000~1400转/分继续暖机，这个阶段称为中速暖机，这段时间应根据机组的情况来定。我厂机组一般定为5~10分钟，暖机完毕一切正常后开始速，升升速时应以常平稳的通过临界转速，在此过程中，正要严格注意机组的振动及膨胀情况，直至一切正常后再通过临界转速，如不清楚则应停下检查。
4、 接带负荷
机组升速后应全面进行检查，机组是否有不正常的振动和异声，各运行参数是否正常。调速系统是否已投入工作，调速系统应无摆动现象，然后提升到正常转速，全开主汽门，再进行全面检查，正常后，可与系统并网，但要注意空负荷运行时间不能过长，并严格控制增加负荷的速度。每增加一定负荷就要停留一点时间进行暖机，称为低负荷暖机。随着机组负荷的增加，运行人员应在具备向外送工业用汽的条件后，再向工业用户送蒸汽。
（二）滑参数启动
目前使用高温高压汽轮机的单位越来越多，为什么大家对高温高压机组感兴趣，主要原因是该汽轮机效率高，经济性好。高温高压蒸汽参数一般情况蒸汽压力8.83mpa温度535℃。高温高压机组的启停机要求比较高，高温高压机组的启停是非常关键的，如果启停不合理会产生非常严重的后果，会出现汽缸、汽封、蒸汽室变形、转子弯曲。
正确的冷态启动方法使用蒸汽滑参数来启动汽轮机。什么叫滑参数？当蒸汽压力在1.5mpa左右，温度在250-300℃以上可以启动汽轮机，也许你们会产生疑问为什么要在这个参数下启动汽轮机？因为在这个参数下启动汽轮机，这时汽轮机所需的蒸汽量比较大，汽轮机的上下汽缸温度增长比较接近，高温高压汽轮机上下汽缸允许温度差值50℃以内，如果温差太大汽缸会出现变形，会出现动静摩擦，振动就会产生。你们要知道汽轮机启动后600r/min暖机时间只要20分钟即可，1200r/min时间要1个小时以上，蒸汽参数在这时可以缓慢地提升并网后随着负荷的增加，可以逐步提高到额定参数。
启动时汽封的送汽温度、时间非常重要一开始温度在180～210℃即可，在汽轮机启动前2～3分钟送汽，如果过早送汽转子汽封段开始升温，汽缸还处在冷态这种状态非常不好，此时汽轮机汽封段会出现非常复杂的变形。
滑参数起动前的准备工作与额定参数起动时相同，不同在于起动过程中，汽轮机前的蒸汽参数随锅炉起动工况而变化，汽轮机组与锅炉同时起动，启动过程的主要程序为：锅炉升温升压及暖管；冲动转子及升速暖机；并列带负荷等几个阶段。
锅炉升温升压前，应启动高或低压电动油泵，保证调节及润滑系统油温、油压正常，并做好调节系统静态试验。然后启动顶轴油泵，投入盘车装置；测量转子晃度。
1、锅炉升温、升压前的准备
a、 电动主闸阀开启，速关阀、调节汽阀关闭，汽机本体上的疏水门开启。
b、 通往低压热网的减温减压旁路进汽门、减温水进水门关闭，进汽门和进水门在起动过程中根据压力温度需要投入。
c、 投入循环水系统、凝结水系统。
d、 投入油系统、盘车装置。
e、 起动真空泵组抽真空。
2、干熄炉投红焦、锅炉升温、升压
a、 真空达到0.0267mpa(200mmhg)，。
b、 蒸汽压力升至与低压热网压力平衡后，开启减温减压旁路进汽门。
3、起动
a、 当蒸汽压力达到1.5mpa 250～300℃时，向轴封送汽，维持凝汽器真空
为0.06～0.067mpa(450～500mmhg)。
b、 起动机组，暖机。
c、 投入排汽喷水装置。
d、 升至额定转速后全面检查，进行保安系统试验。
e、 一切正常后，并入电网，此时主蒸汽压力达到2.0~2.5mpa，温度300~350℃。一般情况下，定速后应迅速与电网并列，然后带少量负荷（一般为额定负荷的5%-10%），进行低负荷暖机。
汽轮机在冷态滑参数启动过程中，一般金属加热比较剧烈的时间是在开始冲动转子后，以及低负荷时的加负荷过程中，特别是在低负荷阶段的加负荷过程中，最容易出现较大的金属温差和胀差。因此在这个阶段必须严格控制蒸汽的温度变化率及金属温差外，尚需监视胀差的变化，如果发现胀差过大，应延长暖机时间，同时可以采取调整真空和增大法兰加热装置的进气量的方法进行调整，如果达到投入抽汽的条件，尽早投入抽汽。
此外，在加负荷阶段要严格监视汽轮机振动情况，一旦振动增大，应停止加负荷，延长暖机时间；若在升速时发现振动过大，应采取与额定参数启动时的相同措施来消除振动。
（三）汽轮机在额定参数下的热态启动
1、汽轮机热态启动的特点
当汽轮机刚停机时，汽缸和转子等部件的金属温度还接近与运行的温度。由于保温的原因，停机后降温过程十分缓慢，我厂机组一般要8小时后才能接近于冷态温度水平，与冷态机组比较，热态机组具有下列特点：
1.汽轮机停机后冷却过程中，下汽缸比上汽缸冷却快，上下汽缸之间出现温差，在停机初期，上下缸温差逐渐增大，冷却到一定时间温差达到最大值，然后才逐渐减少。如果停机后蒸汽阀关不严密，则上下汽缸温差的消失将会更加缓慢。
2.转子的热弯曲
在上下汽缸的温差影响下，汽缸要发生向上拱起变形，使汽缸纵向中心线弯成向上的弧度线。同时转子在逐渐冷却过程，受温度的限制，也要向上弯曲。热弯曲最大值往往出现在调节级附近，转子的弯曲值与上下汽缸的温差成正比。一般来讲，弯曲最大值发生在停机后的5-12小时，在转子与汽缸弯曲最大时启动汽轮机是相当危险的。因为：a.转子弯曲加上汽缸变形，可能造成动静部分产生径向摩擦，如在这种情况下启动汽轮机，有可能使轴封、隔板汽封摩擦发热而加剧转子弯曲，最终使转子产生永久性变形。b.即使不发生上述情况，由于转子弯曲，在启动过程中，随着转速的升高将会出现剧烈的振动。
3.怎样区分哪种情况为热态启动？哪种情况为冷态启动呢？
一般来讲，以调节级汽室温度高低来划分，当调节级汽室处温度高于250℃为热态启动，低于250℃为冷态启动。
汽轮机热态启动要注意以下几个问题：
① 停机后必须要在连续盘车的条件下进行
② 应根据汽缸温度而确定负荷，即与汽缸温度相对应的负荷。
③ 为了适应热态启动，较快的提升转速和加负荷的需要，冲转前，油温不得低于30℃。
④ 要严格注意 振动情况，振动较大时，要采取停机的措施，待消除引起振动的原因后再重新启动。
附：启动标准化作业程序
作业条件：符合运行规程规定的机组启动条件
工具材料：转数表、听音棒、手电筒、搬手、运行日志。
程序：
1、 接受启动指令。
a. 值长通知汽机班长可以启动机组。
b. 班长向司机传达启动指令。
c. 司机明确启动时间。
d. 检查劳保用品穿戴齐全正确与否。
e. 搞好设备卫生，安全道畅通。
2、 联系
a. 联系锅炉做好用汽准备。
b. 测定发电机、励磁机及附属设备的绝缘。
c. 联系热工仪表，投入热工仪表。
3、 检查
各系统检查按运行规程规定进行
4、 启动电动油泵
a. 合上电源开关。
b. 检查油泵运行情况正常。
c. 各轴承油流正常。
5、 启动盘车
a. 开启润滑油泵。
b. 逆时针方向转动盘车电机手轮，合上盘车手柄。
c. 将盘车电机转换开关打到正确位置，合上电源。
d. 倾听机组内有无异音。
6、 投入循环水：
a. 开启出水管空气门，有水流出时关闭。
b. 开启进水门。（两道）
c. 开启循环水泵，根据进出水温差决定开几台循环水泵。
7、 启动凝结水泵
a. 向凝汽器内补充除盐水水，使水位达到2/3处。
b. 开启进水阀，空气阀。出水阀
c. 合上电源开关。
d. 水泵防护装置牢固。
e. 按运行规程对水泵进行全面检查。
8、 启动电动油泵：
a. 全开电动油泵进、出油阀。
b. 用手转动油泵转子应灵活。
c. 在监控画面上或现场启动电动油泵。
d. 按规程规定调整好油压。
e. 做低油压试验应正常。
9、 调速系统静态试验：
a. 联系主控室试表盘信号：
b. 加减负荷试验时，调速电机转动方向应正确。
c. 手动危机保安器、自动主气门和调速汽门应迅速、平稳、灵活关闭、无卡涩、并挂好危急保安器。
10、暖管升压
① 通知锅炉开总气门之旁路门，保持汽压0.2mpa。暖管15分钟。
② 开主蒸汽管道疏水门。
③ 按规程规定升压至3.5mpa，全开总汽门，关旁路门。
11、启动射水抽气器运行
① 启动射水抽气器，先开射水抽汽器进水阀，全部打开，。
② 启动射水泵，注意启动射水抽汽器时要保持射水箱溢流口有水流出。
③ 再打开射水抽汽器空气门。
12、冲动转子前的检查：
① 真空不能低于规程规定最低值。
② 控制油、润滑油压力应正常。
③ 各轴承油流情况正常，油温不能低于25℃。
13、冲转
① 用505e调速器冲转，保持转速在500转/分，低速暖机5分钟。
② 主汽门后汽压达0.8mpa时转子未冲动应查明原因后再行冲转。
③ 投入汽封。
④。细听机组内部及各轴承有无异声，检查振动情况应正常。
14、提升转速
① 以每分钟100转的速度提升到1200r/min，暖机10分钟，。
② 全面进行检查一次，确认一切正常。
③ 迅速平稳越过临界转速，此时应特别注意机组振动情况。
④ 主油泵开始工作后，注意油压情况，主油泵出口油压正常后停止电动油泵运行。。
15、并列前的检查
① 润滑油压、调速油压、油流正常。
② 冷油器油温应在35~45℃之间。
③ 当发电机进风温达到35℃时，投入冷风器运行。
④ 汽温达到400℃时，全关主蒸汽管道疏水。
⑤ 检查机组无异声。
⑥ 提升转速到3000r/min。
16、并列
① 确认机组转速正常后，先向总调电话申请，询问是否允许并网
② 发电机并列后，向总调及分厂调度室报告并网时间。
17、带负荷
① 并列后应带负荷3000kw,待向除氧器送水后再慢慢增加负荷（按规程规定）
② 缓慢增加负荷到额定负荷。
③ 每增加一次负荷，司机应详细检查、细听机组内部声音，确无异常方可增加负荷。