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多用于驱动泵、风机等小型设备。

（2）多级汽轮机通流部分有两级以上的叶轮。

可为凝汽式、背压式、抽汽凝汽式、多压式汽轮机等。

多用于驱动离心压缩机、发电机等大型设备。

11．2．3按热力特性分类

按热力特性汽轮机可分为凝汽式、背压式、调节抽汽式、中间再热式、抽汽背压式五种。

（1）凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机结构如图11－l所示，凝汽式汽轮机的排汽进入凝汽器，排汽在低于大气压情况下凝结成水。

凝结水被引回作锅炉给水的一部分，排汽凝结放出热量不再利用。

图11－l凝汽式汽轮机结构图

1－排汽缸；

2－上汽缸；

3－调节阀；

4－调速机构；

5－前轴承座；

6－危急保安器；

7－推力轴承；

8－前轴承；

9－高压端汽封；

10－转子；

11－下汽缸；

12－后轴承座；

13－联轴器；

14－后轴承；

15－油封；

16－低压端汽封；

17－喷嘴；

18～25－隔板；

26－分流隔板；

27－动叶片；

28－隔板汽封；

29－叶轮；

30－挠性板

（2）背压式汽轮机背压式汽轮机结构如图11－2所示，这种汽轮机的排汽压力高于大气压，排汽进入蒸汽管网，供热用户使用。

图11－2背压式汽轮机结构图

1－调节阀；

2－油动机；

3－外汽缸；

4－隔饭；

5－喷嘴；

6－喷嘴室和内汽缸；

7－前轴承箱；

8－止推轴承；

9－前轴承；

10－前挠性支座；

11－前油封；

12－高压汽封；

13－内缸汽封；

14－隔板汽封；

16－后轴承；

17－后油封；

18－低压油封；

19－第二级叶轮；

20－第一列叶轮；

21－排汽缸

（3）调节抽汽式汽轮机调节抽汽式汽轮机结构如图11－3所示，这种汽轮机中，当蒸汽经过若干个级的膨胀作功后，将部分蒸汽从汽缸上开的一个或多个抽汽口抽出，随即进入热管网，供热用户使用。

未抽出的蒸汽继续在汽轮机中膨胀作功。

图11－3调节抽汽式汽轮机结构图

（4）中间再热式汽轮机进入这种汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被全部抽出送往锅炉的再热器，加热后重新返回汽轮机作功。

（5）抽汽背压式汽轮机这是一种具有调节抽汽的背压式汽轮机。

11．2．4汽轮机的其他分类方法

1．按新汽压力分类

按进入汽轮机新汽压力的高低可把汽轮机分为低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机、超高压汽轮机、亚临界汽轮机、超临界汽轮机六种。

2．按汽流方向分类

按蒸汽在汽轮机内流动的方向可把汽轮机分为轴流式汽轮机、辐流式汽轮机和周流式汽轮机三种。

11．3汽轮机的技术参数

工业汽轮机涉及的参数范同非常广泛，基本参数包括水蒸气参数、汽轮机的转速和功率等。

11．3．1水蒸气参数

蒸汽参数与整个汽轮机动力装置的经济性、安全可靠性、制造成本、运行费用、产品系列化以及用汽工艺流程和用汽参数等因素有关。

因此，蒸汽参数应按汽轮机、锅炉、凝汽设备、给水泵、回热系统、工艺流程和用汽系统等因素综合考虑，进行全面综合的技术经济分析后确定。

蒸汽参数一般用压力、温度、比容、内能、焓、熵等物理量来描述。

11．3．2汽轮机的功率

驱动用汽轮机的功率，一般按被驱动机械的耗功加上适当的储备而定。

发电用机组则根据系统供给的汽量，求得能发出的功率，然后再按发电机系列，选配合适的发电机。

汽轮机的功率有理想功率、内功率、轴功率、额定功率和设计功率。

（1）理想功率是指在不计任何损失的情况下，蒸汽在汽轮机中作等熵膨胀时，单位时间内所作的功。

（2）内功率汽轮机通流部分所发出功率称为内功率，也就是从汽轮机理想功率中去除所有内部能量损失所消耗的功率。

（3）轴功率从内功率中扣除外部能量损失所消耗的功率称为轴功率。

它表示汽轮机轴端输出功率，又称为有效功率。

（4）额定功率和设计功率额定功率是指汽轮机可以连续运转的最大功率，也就是铭牌功率。

设计功率是汽轮机热力设汁和通流部分设计的依据，在此功率下保证汽轮机运行时的最高效率。

11．3．3汽轮机的转速

工业汽轮机的转速一般按被驱动机械的需要而定。

汽轮机的转速通常比较高，用户可根据自己生产的实际需要，力求减小汽轮机的体积和重量，提高效率，同时根据蒸汽参数、功率和强度等条件，选择最佳转速。

当汽轮机的最佳转速与被驱动机械的转速无法协凋时，可增设变速器，以满足输出的需要。

汽轮机的转速通常分为额定转速、临界转速、跳闸转速等。

11．3．4汽轮机的主要运行经济指标

汽轮机运行经济指标主要用汽耗量、汽耗率、热耗率来表示：

（1）汽耗量汽轮机每小时消耗的蒸汽量叫汽耗量，也就是流过汽轮机的蒸汽流量。

（2）汽耗率驱动发电机的汽轮机组每发出1kw·

h电所需要的蒸汽量叫汽耗率。

（3）热耗率汽轮机发电机组每生产1kw·

h电所需要的热量叫热耗率。

11．4汽轮机的结构特点

汽轮机本体主要由静止部分和转动部分组成，其中静止部分包括汽缸、轴承座、机座、滑销系统、速关阀、调常阀等。

11．4．1汽轮机汽缸的结构特点

汽缸是汽轮机通流部分的包容体，它用来支撑汽轮机的隔板、静叶持环、调节阀等部件。

汽缸的另一个作用是把通流部分与大气隔开，形成密闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成能量转换过程。

为方便检修，汽轮机的汽缸通常是水平剖分式的，由上汽缸和下汽缸两部分组成，水平中分面法兰用螺栓连接。

汽缸体一般通过本身的猫爪（或搭脚）支撑在机座上，有上支撑和下支撑两种方式。

在中低压汽轮机中，一般采用单层结构汽缸。

高压汽轮机的汽缸通常采用双层结构，分为外缸和内缸两部分。

（1）汽轮机的外缸外缸通常由前缸和后缸（排缸）两部分组成，前缸和后缸沿水平面剖分为上、下两半，垂直、水平中分面法兰均用螺栓连接。

抽汽凝汽式汽轮机外缸结构如图11－4所示。

图11－4抽汽凝汽式汽轮机汽缸结构图

1－调节阀阀杆装配孔；

2－内缸支承凸台；

3－排缸；

4－后汽封装配凸环；

5－后轴承座安装面；

6－立销销槽；

7－后猫爪；

8－中分面螺栓孔；

9－内缸装配凸环；

10－前猫爪；

11－前汽封装配凸环；

12－进汽室；

13－调节阀阀座装配孔；

14－速关阀阀壳；

15－后轴承座导向键

（2）汽轮机的内缸汽轮机内缸用来支撑静叶片、汽封等部件，它通常也是沿水平剖分的，上、下半之间用螺栓连接且有锥销定位。

汽轮机内缸结构如图11－5（a）所示。

图11－5汽轮机内缸结构图

1－内缸；

2－喷嘴；

3－剖分面；

4－螺栓孔；

5－支撑凸台；

6－偏心柱；

7－外缸凹槽；

8－压板；

9－螺钉；

10－垫板

内缸用下半法兰支撑凸耳支撑在外缸下半的凸台上，通过改变前后支撑面垫板的厚度可

调整内缸上下中心，垫板与外缸下半支承面之间可相对滑移。

在支撑面的上侧也装有压板，用于调整内缸下半法兰支撑凸耳与外缸上半的法兰平面之间的间隙，这样既能防止内缸翘起，又不会约束内缸的热膨胀，其结构如图11－5（b）所示。

内缸下半底部加工有偏心导柱，它与装在外缸下半的轴向弧形槽相配，用于调整内缸的横向中心。

汽缸所用材料主要由蒸汽的温度决定，为了便于制造和合理使用材料，减少优质材料的消耗，常常把汽缸分为高压汽缸、中压汽缸和低汽压缸。

高压汽缸由于其中蒸汽的压力、温度较高，一般用合金钢或铸钢制造，而中、低压汽缸多用优质铸铁或普通铸铁制造。

11．4．2汽轮机隔板的结构特点

汽轮机的隔板一般由上、下两半组成，上半隔板通过上汽缸两边的锁垫安装在上汽缸的隔板槽中，锁垫也起防止隔板转动的作用。

下半隔板通常用下汽缸两侧的凸台支撑，便于调整隔板的中心。

在上、下两半隔板的结合面处，配有密封键，在装配时起定位和密封的作用。

按隔板的制造方法不同，隔板可分为铸造式隔板和焊接式隔板两种。

（1）铸造式隔板铸造式隔板的结构如图11－6所示，先用钢板把喷嘴制作好后放入砂型中铸造而成的，它具有制造简单、成本低等优点。

但是这种隔板的强度较低，喷嘴形状易出现尺寸上的偏差。

通常用于汽轮机的低压部分。

图11－6铸造式隔板

（2）焊接式隔板焊接式隔板的结构如图11－7所示，把铣制好的喷嘴片先焊接在内、外环上，然后与隔板本体、轮缘找平后焊接在一起。

因此，焊接式隔板能得到形状精确和表面光洁的汽流通道，蒸汽流动的能量损失较小。

图11－7焊接式隔板

1－喷嘴片；

2－内环；

3－外环：

4－隔板轮缘；

5－隔板体；

6－焊缝

11．4．3汽轮机喷嘴的作用

汽轮机的喷嘴又叫静叶片，它的作用是把蒸汽的热能转变为高速汽流的动能，使高速汽

流以一定的方向从喷嘴喷出，进入动叶片，推动叶轮旋转作功。

汽轮机第一级喷嘴一般直接安装存汽缸高压端专门的喷嘴室上，分成不同数目的弧段。

第一级以后的喷嘴通常安装在隔板上。

反动式汽轮机不采用隔板式结构，各级静叶片直接安装在汽缸上。

第一级喷嘴的各喷嘴弧段直接受各调节汽阀的控制，用它来调节汽轮机的进汽量，以适应机组负荷的需要，所以，第一级喷嘴又叫调节级喷嘴。

11．4．4汽轮机转子的结构特点

汽轮机的转子是汽轮机所有转动部件的组合体。

它由主轴、叶轮或转鼓、动叶片、止推盘、危急保安器等组成。

按转子的结构形式可分为转轮式转子和转鼓式转子两种。

按转子的制造工艺可分为整锻式转子、套装式转子、焊接式转子和组合式转子等四种。

冲动式汽轮机常采用转轮式转子，反动式汽轮机则多用转鼓式转子。

（1）转鼓式转子其中间部位较粗，外形像鼓状。

转鼓外缘加工有周向沟槽，转子各级动叶片直接安装在周向沟槽中。

这种转子通常应用在动叶片前后有一定压差的反动式汽轮机上。

其优点是结构简单，弯曲刚性大。

但由于这种转子产生的轴向推力较大，所以，鼓式转一般都带有平衡活塞，用于平衡轴向力。

转鼓式转子的结构如图11－8所示。

图11－8转鼓式转子

1－危急保安器；

2－轴位移凸肩；

3－推力盘；

4－前轴承轴预；

5－前汽封；

6－平衡活塞汽封；

7－调节级；

8－转鼓级；

9－中间汽封；

10－低压级；

11－后汽封；

12－后轴承轴颈；

13－盘车棘轮；

14－油涡轮动轮；

15－联轴器轴段；

16－平衡环；

17－主平衡面；

18－前辅助平衡面

（2）整锻式转子转子的各级叶轮与主轴一起锻出，它具有强度高、叶轮受力情况好、不会出现叶片脱落和松动的优点，同时转子结构紧凑、装配简单，没有叶轮的套装过程。

不足之处是转子直径不宜过大。

整锻式转子如图11－9所示。

（3）套装式转子采用叶轮和主轴分别加工，然后采用过盈配合的方式把叶轮热装在轴上。

这种转子的优点是加工方便，便于合理使用材料，主轴及叶轮的质量容易得到保证。

其缺点是不宜在高温和温度变化大的条件下工作，否则会出现叶轮松动的现象。

汽轮机套装式转子如图11—10所示。

图11－9整锻式转子

图11－10套装式转子

（4）焊接式转子由几个强度很高的实心轮盘和两个轴端在外缘部分焊接而成。

其优点是强度高、刚性好、重量轻、结构紧凑，应用较广泛。

但是要求转子材料有较好的焊接性能，并且焊接技术要求很高。

汽轮机焊接式转子的结构如图11－11所示。

图11－11焊接式转子

（5）组合式转子组合式转子由整锻和套装两部分组成，兼有整锻式转子和套装式转子的优点，多用在高参数、中等功率的汽轮机上。

在组合式转子中，高压部分通常是整锻式，而低压部分通常是套装式。

组合式转子结构如图11－12所示。

图11－12组合式转子

11．4．5汽轮机动叶片的结构特点

汽轮机动叶片又称动叶栅，它一般由叶型、叶根和叶顶三部分组成。

动叶片是汽轮机最重要的零件之一，其形状对汽轮机的效率有直接的影响。

调节级动叶片由于要承受很高的离心力，所以通常把，动叶片加工成有跨状叶根和整体铣成的围带的结构，如图11－13（a）所示。

汽轮机高压部分动叶片的顶部通常装有围带，围带的作用主要是增加叶片的刚性，减少蒸汽从叶顶处损失，改变叶片的自振频率从而避开共振，其结构如图11－13（b）、（c）所示。

凝汽式汽轮机低压部分的动叶片通常采用自由状态的扭曲和变截面的叶片，其结构如图11－13（d）所示。

汽轮机叶片的工作条件恶劣，事故率较高，因此，要求叶片具有良好的流动特性、足够的强度、合理的结构和良好的工艺性能。

（a）（b）（c）（d）

图11－13动叶片结构图

（a）调节级有2只和3只跨脚的动叶片

（b）带有反T形叶根和整体围带的动叶片

（c）高压部分典型的动叶片

（d）低压部分典型的动叶片

汽轮机的叶片按其工作原理可分为冲动式和反动式两大类。

按制造工艺可分为铣制、轧制、模锻、精密铸造及电化学加工等类型；

按叶片的截面形状可分为等截面和变截面叶片。

常见的叶根有反T形叶根、菌形叶根、叉形叶根和枞树形叶根等四种。

11．4．6汽轮机转子轴向力产生的原因及平衡方法

11．4．6．1轴向力产生的原因

一般情况下，汽轮机转子的轴向推力主要来源于蒸汽作用于动叶片上的轴向分力、动叶片和叶轮的前后压差、轴变径产生的压差等。

1．作用于动叶片上的轴向分力

汽轮机转子工作时，蒸汽作用在动叶片上的力除沿圆周方向的力外，还有一个沿轴向的分力，这使转子产生一定的轴向力。

现代应用的汽轮机大都带有一定的反动度，动叶片前后存在一定的压差，该压差也会使动叶片产生轴向力。

2．作用在叶轮上的轴向力

在冲动式汽轮机（带有一定反动度）中，叶轮前后存在一定的压差，由于叶轮面积较大，所以产生一定的轴向推力。

3．由于轴变径产生的轴向力

由于汽轮机主轴变径形成的阶梯形、锥面、凸肩等也存在一定的压差，所以也会使转子产生轴向推力。

11．4．6．2轴向力的平衡方法

汽轮机正常工作时，转子上受到很大的轴向推力，其巾的大部分由平衡装置平衡掉，小部分由止推轴承承受。

在汽轮机中，平衡轴向力的常用方法有设平衡活塞、开平衡孔、采用相反流动的布置方法等。

1．平衡活塞

在大型反动式多级汽轮机中，通常在转子前端设有平衡活塞。

靠汽缸侧为高压蒸汽，另一侧为低压蒸汽。

这样，在平衡活塞上就产生了一个与转子轴向力方向相反的轴向推力，以抵消转子大部分的轴向力。

2．开平衡孔

在冲动式汽轮机中，通常在叶轮上开几个孔，这样叶轮两侧的蒸汽可相互流动，使轮盘两侧的蒸汽压力差减少，从而减少轮盘的轴向推力。

平衡孔一般为奇数，通常开5个或7个（也有开偶数的），这样可避免在同一径向截面上开设两个平衡孔，从而使叶轮截面强度不过分削弱。

3．用相反流动的布置方法

把蒸汽在汽轮机内的流动方向布置成相反的，使产生的轴向推力方向相反，相互抵消达到平衡轴向力的目的。

也可以让蒸汽在高压缸和低压缸中的流动方向相反，使轴向力自动平衡。

11．4．7汽轮机汽封系统的结构特点

为了防止汽轮机动、静部分发生碰磨和减少蒸汽泄漏，提高汽轮机的经济性能，在汽轮机的轴端、级间、段间、围带及平衡活塞等处设有汽封。

汽轮机的汽封按结构可分为迷宫式、碳精式和水封式三种；

按用途可分为轴端汽封、隔板汽封和围带汽封三种。

汽轮机的轴端汽封通常采用迷宫密封和碳精密封两种。

迷宫密封有梳齿形、齿片形和伞柄形三种。

梳齿形迷宫密封分为高低齿形和平齿形两种。

平齿形梳齿密封的结构简单，安装检修方便，但其密封效果不及高低齿形密封好。

汽轮机高压端通常用高低齿迷宫密封，低压段则用平齿迷宫密封。

汽封片通常采用强度较高的不锈钢制作，在防止蒸汽泄漏的同时平衡掉一部分轴向力。

汽轮机典型的轴端汽封结构如图11－14所示。

图11－14汽轮机典型的轴端汽封示意图

1－密封套；

2－方嵌条；

3－汽封片；

4－漏汽出口；

5－信号管；

6－盘；

7－汽轮机转子：

D－汽缸；

L－大气

汽轮机汽缸的高、低压端虽然都装有汽封，但仍然不能避免高压端蒸汽通过汽封的间隙外漏，以及外界空气从低压端汽封的间隙漏入汽轮机内。

为了回收汽轮机高压端的汽封漏汽和阻止外界空气由低压端漏入汽缸，汽轮机均设置有汽封系统如图11－15所示，以提高汽轮机的经济性能。

凝汽式汽轮机低压端汽封必须引用压力稍高于大气压力的蒸汽来密封，防止空气漏入，使汽轮机排汽压力提高，降低机组的经济性。

在汽轮机正常运行时，通常把高压端汽封的漏汽用管线引到低压端，作为低压端汽封汽用。

在汽轮机启动和停机过程中，由于高压端轴封没有蒸汽，则应引用经减温减压的新蒸汽同时送入高、低压端汽封中去。

汽封最后的漏汽通过各自的信号管排到大气中或通过管线引到冷凝器中进行冷凝。

所以，在汽轮机运行的过程中，可以通过观察信号管的漏汽量情况来监视轴封的好坏。

图11－15汽轮机汽封系统图

1－信号管；

2－新蒸汽入口；

3－信呼管；

4－压力控制器；

5－压缩空气；

6－汽封供汽；

7－振动膜控制阀；

8－冷凝器；

9－应急旁路

11．4．8汽轮机蒸汽室的结构

汽轮机蒸汽室有整体式和沿水平剖分式两种结构。

沿水平剖分的蒸汽室结构如图11－16所示，汽室上、下两半用螺栓连接，结合面上配有轴向定位销。

按汽轮机运行要求和特性不同，汽室上半开有4只或5只角形环装配孔，与相应的调节阀配合使用。

图11－16蒸汽室的结构图

1－进汽；

2－蒸汽室上半；

3－角形环装配孔；

4－喷嘴组；

5－定位槽；

6－中分面螺栓孔；

7－蒸汽室下半；

8－平衡活塞汽封；

9－定位销

蒸汽室前端外圆上的定位槽5与汽缸凸环相配合，既用于蒸汽室轴向定位又是蒸汽室轴向热膨胀的基准（即死点）。

蒸汽室通过其两侧法兰支撑在下汽缸，蒸汽室上、下中心可通过配作垫板的厚度来调整，垫饭用螺钉固定在下半汽空法兰支承面上。

蒸汽室连同垫板一起可在径向方向水平滑移，径向方向的中心可以通过凋节安装在蒸汽室下部的偏心导柱来调整。

蒸汽室内的汽封分为两部分，一是在蒸汽室上半后端内圆上嵌装的汽封片，其作用是减少调节级漏汽损失；

二是蒸汽室前端内圆上的汽封片，它与转子平衡活塞构成平衡活塞汽封。

11．4．9汽轮机的角形密封环

在大型汽轮机中，通常在外缸与内缸、喷嘴室。

蒸汽室之问均用角形密封环来连接，角形密封环的结构如图11－17所示，从调节阀流出的蒸汽经角形环进入相应的喷嘴组汽室。

角形环与螺纹衬套之间在高度方向上有一定的间隙，使得角形环可在平面方向上移动，这样在扣上汽缸盖时角形环能自动对中。

机组运行时，角形环不仅对不同压力腔的蒸汽起到密封作用，而且允许被连接件之间能自由膨胀。

（a）角形密封结构一（b）角形密封结构二

1－外缸；

2－销；

3－调节阀阀座；

1－调节阀阀座；

2－外缸；

3－角形环；

4－螺母；

5－角形环；

6－螺纹衬套；

4－内缸；

5－螺纹衬套；

6－销

7－内缸；

8－销

图11－17汽轮机角形环密封结构图

当采用如图11－17（a）所示的结构形式时，阀座与外缸的阀座孔是间隙配合，阀座由螺母拉紧并用销定位，销的端部点焊固定。

角形环和螺纹衬套装在内缸（蒸汽室或喷嘴室）上，螺纹套用销防松，销的端部点焊固定。

当采用如图11－17（b）所示的结构形式时，阀座与外缸的阀座孔是过盈配合。

11．4．10汽轮机的机座

汽轮机机座用于支承汽轮机的汽缸和转子并由滑销系统保证汽缸和转子的止确位置通常分为前机座和后机座两部分。

（1）前机座前机座结构如图11－18所示，主要由前座架、前轴承座、拉杆组件、汽缸热膨胀指示器以及连接件等组成。

拉杆的一端固定在上汽缸，另一端固定在前轴承座上，当汽缸膨胀或收缩时，拉杆推着前轴承座一起移动，使汽轮机动静部分的轴向间隙保持不变。

（2）后机座凝汽式与背压式汽轮机后机座有较大的区别，背压式汽轮机的后机座没有排缸。

凝汽式汽轮机后机座的结构如图11－19所示，其通常由排缸、后轴承座、汽缸立销组件等组成。

后机座固定在汽轮机的基础底板上，用于支承汽缸和转子，使它们在各个方向保持正确位置并构成汽轮机热膨胀的基准点（即死点）。

图11－18汽轮机前机座结构示意图图11－19凝汽式汽轮机后机座结构图

1－汽缸；

2－上二汽缸前猫爪；

3－前座架；

l－排缸；

2－后轴承座；

3－排缸立销组件；

4一汽缸调整组件；

5一前轴承座；

4－调整组件：

5－汽缸立销；

6－定位销；

6－轴承座调整组件；

7－拉杆；

8－螺栓7－基础底板；

8一排缸猫爪

11．5汽轮机的调速系统

11．5．1汽轮机调速系统的组成

汽轮机调速系统的作用是维持汽轮机的设定转速。

汽轮机调速系统通常由感应机构、传动放大机构、反馈机构和执行机构四部分组成。

按调速系统动作时所需能量的供应来源可分为直接调节和间接调节两大类。

调速系统的工作过程是：

感应