工业汽轮机的设计及应用

摘 要：介绍工业汽轮机在应用、设计、参数和运行等方面的特点。利用新技术、新成果提高经济性和安全性，提高质量和降低制造成本。

关键词：工业汽轮机； 设计 ；应用 ；特点

中图分类号： TK26 文献标识码： A

Characteristic of Industrial Steam Turbine

Jin Cun

(Dongfang Turbine Co., Ltd. Deyang Sichuan 618000)

Abstract: Introduce the characteristic of industrial steam turbine in the parameter、design、use and application and so on. We use new technology and new result to improve economy and safety, improve quality and reduce the manufacturing costs.

Key words: industrial steam turbine, design,application,

characteristic

工业汽轮机广泛应用于热电、造纸、化工、炼油、钢铁、冶金、制药等行业。工业汽轮机既要与锅炉和其它的辅机相配合，还要与被它驱动的发电机、风机、压缩机等配合并协调工作。具有热力参数 、功率、转速变化范围较大，应用广泛，品种繁多等特点。

工业汽轮的主要分类有：按进汽参数分：高压汽轮机，中压汽轮机，低压汽轮机。按热力特性分：凝汽式汽轮机，背压式汽轮机，抽汽凝汽式汽轮机，抽汽背压式汽轮机。

随着工业的发展，工业汽轮机应用于石油化工，冶金钢铁等，除了满足这些特殊用途外，设计、制造还需多方面考虑。提高机组的效率，设计运行经验的积累，热力性能提高，设计遵守标准化规则，备件与原零部件之间具有互换性，通流部分采用气动性能良好的叶型和流道，让设计更加完善。蒸汽初参数的选择是初压应与初温相匹配，在一定初温下有一最佳的初压。

工业汽轮机的运行过程包括：启动、带负荷和停机。启动方式包括冷态、温态、热态和极热态启动。启动参数分为额定参数和滑参数两种。

汽轮机总的结构设计即机组总的外形和重量，机组总体布置以及机组的基础框架结构和整个电厂的设计规模。总的设计原则是：采用标准化设计，选用已有的经过运行实践验证

过的有效的合理的结构，充分利用新技术和科研新成果，保证机组的经济性和安全可靠性，保证质量和降低制造和运行成本。

汽封系统的设计原则要尽量减少漏汽损失，回收漏汽的能量，系统简单，自动化程度高，以确保机组运行的经济性和安全可靠性。汽封系统的设计依据是汽轮机热力设计确定的蒸汽参数。汽封系统设计的好坏将影响到机组的经济性和安全可靠性。汽轮机汽封系统的主要作用是为了防止蒸汽沿高、中压缸轴端向外泄漏，甚至窜入轴承箱致使油中进水；防止空气漏入汽缸而破坏机组的真空。汽封系统还要回收沿着高、中压主汽阀和调节阀的阀杆漏出来的蒸汽。

叶片应力应以机组转速范围的上限转速作为计算转速，可按一般定速汽轮机强度计算判别准则来判别是否安全。同时，还应注意高应力部位的应力集中问题。选择适当形式的叶根、围带结构，对扭叶片采用阻尼松拉筋或其它阻尼形式，有效地降低振动应力。由于此类机组运行工况变动较频繁，因此必须考虑叶片在过渡区的运行可靠性。在此区段内工作的叶片，变工况运行时将有可能在湿蒸汽区与过热区反复过渡，使得叶片材料的疲劳强度大为降低，并造成腐蚀损坏。为保证叶片安全，应将材料的许用应力安全系素提高。在蒸汽的湿蒸汽区工作的末几级叶片，为提高其使用寿命，除应采取有效的去湿措施去湿外，也应将叶片材料许用应力的安全系数提高。

工业汽轮机的转子主要采用套装、整锻转子两种型式。联轴器通常采用半挠性联轴器，特点是能减少转子之间标高变化的影响。

套装转子设计工作温度在400℃以下，工作转速相对不高的的汽轮机转子通常采用套装结构。工作温度在400℃以上的单缸凝汽式汽轮机转子，高温段叶轮采用整锻结构，低压级叶轮采用套装结构，这样既可满足转子材料强度的要求，又可降低生产制造成本。

转子稳定性设计，高速变转速的驱动汽轮机转子，除需计算油膜刚度和弹性支座刚度的轴系临界转速外，还应核算在规定的动平衡精度下，机组在整个运行转速范围内轴振幅都在安全范围内，即转子稳定性计算。

轴向推力：蒸汽流过汽轮机一级的动叶栅时，产生作工的周向分力和不作工的轴向分力，叶轮前后由于压力差的存在产生轴向推力，集合蒸汽流动的轴向分

力和叶轮压力差产生的轴向力，即为一级叶轮上的轴向力.多级工业汽轮机由多

级组成，综合各级叶轮上的轴向力，即汽轮机转子的轴向推力。

利用先进的试验设备和测试仪器，不断开发出低损失的动、静新叶型，代替现有的叶型，以提高级效率。尤其是低压缸的通流部分和末级长叶片的改进，可以提高机组效率。叶片顶部和根部采用径向和轴向汽封，改进通流部分的汽封结构可提高内效率。

轴承结构形式：主要有三油楔轴承、椭圆轴承、可倾瓦轴承。其中椭圆轴承、可倾瓦轴承是使用最多的径向滑动轴承形式。

径向滑动轴承设计技术特点：轴承设计压强，大小确定的主要因素包括最大载荷时最小油膜厚度在规定的许可范围内；在工作载荷变化范围内轴承运行具有足够的稳定裕度。

选择轴承宽径比通常原则：高速轻载取较小值；低速重载取较大值；转子挠性较大时去较小值。为了确保轴承在液体条件下安全运转，计算的油膜厚度必须大于许用最小油膜厚度。

在汽轮机运行时，各部件的温度分布不同，热膨胀量也不一样，它们之间存在相对热膨胀胀差。为保证机组按预定方向膨胀和机组安全地运行，必须设计一个合理的滑销系统。机组的滑销系统一般设置一个绝对死点和一个相对死点，为合理设置通流动静间轴向间隙，机组的绝对死点一般设置在排汽端轴承箱某处或排汽中心线处，机组的相对死点通常设置转子的推力盘处。

工业汽轮机有着广阔的发展远景，结构的进一步细致，效率的进一步提高，将推动工业向更环保、更人性方向发展。

参考资料： 1.《火力发电设备技术手册》 第二巻 汽轮机 机械工业出版社

2.《热能动力工程》期刊 第9巻