1 汽輪機工作原理

汽輪機是將蒸汽的熱能轉換成機械能的蝸輪式機械。在汽輪機中，蒸汽在噴嘴中發生膨脹，壓力降低，速度增加，熱能轉變為動能。如圖1所示。高速汽流流經動葉片3時，由於汽流方向改變，產生了對葉片的沖動力，推動葉輪2旋轉做功，將蒸汽的動能變成軸旋轉的機械能。

圖1 沖動式汽輪機工作原理圖

1-軸﹔2-葉輪﹔3-動葉片﹔4-噴嘴

2 汽輪機結構

汽輪機主要由轉動部分(轉子)和固定部分(靜體或靜子)組成。轉動部分包括葉柵、葉輪或轉子、主軸和聯軸器及緊固件等旋轉部件。固定部件包括氣缸、蒸汽室、噴嘴室、隔板、隔板套(或靜葉持環)、汽封、軸承、軸承座、機座、滑銷系統以及有關緊固零件等。

套裝轉子的結構如圖2所示。套裝轉子的葉輪、軸封套、聯軸器等部件和主軸是分別制造的，然后將它們熱套(過盈配合)在主軸上，並用鍵傳遞力矩。

 

圖2 套裝轉子結構

1-油封環 2-油封套 3-軸 4-動葉槽 5-葉輪 6-平衡槽

汽輪機主要用途是在熱力發電廠中做帶動發電機的原動機。為了保証汽輪機正常工作，需配置必要的附屬設備，如管道、閥門、凝汽器等，汽輪機及其附屬設備的組合稱為汽輪機設備。圖3為汽輪機設備組成圖。來自蒸汽發生器的高溫高壓蒸汽經主汽閥、調節閥進入汽輪機。由於汽輪機排汽口的壓力大大低於進汽壓力，蒸汽在這個壓差作用下向排汽口流動，其壓力和溫度逐漸降低，部分熱能轉換為汽輪機轉子旋轉的機械能。做完功的蒸汽稱為乏汽，從排汽口排入凝汽器，在較低的溫度下凝結成水，此凝結水由凝結水泵抽出送經蒸汽發生器構成封閉的熱力循環。為了吸收乏汽在凝汽器放出的凝結熱，並保護較低的凝結溫度，必須用循環水泵不斷地向凝汽器供應冷卻水。由於汽輪機的尾部和凝汽器不能絕對密封，其內部壓力又低於外界大氣壓，因而會有空氣漏入，最終進入凝汽器的殼側。若任空氣在凝汽器內積累，凝汽器內壓力必然會升高，導致乏汽壓力升高，減少蒸汽對汽輪機做的有用功，同時積累的空氣還會帶來乏汽凝結放熱的惡化，這兩者都會導致熱循環效率的下降，因而必須將凝汽器殼側的空氣抽出。凝汽設備由凝汽器、凝結水泵、循環水泵和抽氣器組成，它的作用是建立並保持凝汽器的真空，以使汽輪機保持較低的排汽壓力，同時回收凝結水循環使用，以減少熱損失，提高汽輪機設備運行的經濟性。

圖3 汽輪機設備組成圖

1-主汽閥 2-調節閥 3-汽輪機 4-凝汽器 5-抽汽器 6-循環水泵

7-凝結水泵 8-低壓加熱器 9-除氧器 10-除水泵 11-高壓加熱器

為了調節汽輪機的功率和轉速，每台汽輪機有一套由調節裝置組成的調節系統。另外，汽輪機是高速旋轉設備，它的轉子和定子間隙很小，是既龐大又精密的設備。為保証汽輪機安全運行，配有一套自動保護裝置，以便在異常情況下發出警報，在危急情況下自動關閉主汽閥，使之停運。調節系統和保護裝置常用壓力油來傳遞信號和操縱有關部件。汽輪機的各個軸承也需要油潤滑和冷卻，因而每台汽輪機都配有一套潤滑油系統。

總之，汽輪機設備是以汽輪機為核心，包括凝汽設備、回熱加熱設備、調節和保護裝置及供油系統等附屬設備在內的一系列動力設備組合。正是靠它們協調有序地工作，才得以完成能量轉換的任務。