汽轮机原理-抽气器

浅谈火力发电厂凝汽器真空系统原理及故障处理发表时间：2016-12-07T15:00:13.553Z 来源：《科学教育前沿》2016年11期作者：李永强[导读] 主要原因是由于汽轮机的排汽被冷却成凝结水，其比容急剧缩小。

如蒸汽在绝对压力4Kpa时蒸汽的体积比水的体积达3万多倍。

（大唐国际张家口发电厂河北张家口 075133）【摘要】汽轮发电机组真空系统运行是否正常直接影响着汽轮机组的热经济性和安全性，及时发现和处理凝汽器真空泄露是十分必要的。

【关键词】凝汽器；真空；泄露中图分类号：TM621 文献标识码：Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2016）11-0076-02 一、汽轮机真空抽气系统的工作原理1主要原因是由于汽轮机的排汽被冷却成凝结水，其比容急剧缩小。

如蒸汽在绝对压力4Kpa时蒸汽的体积比水的体积达3万多倍。

当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器内形成高度真空。

2真空的形成和维持必须具备三个条件：1）凝汽器钛管必须通过一定的冷却水量。

2）凝结水泵必须不断地把凝结水抽走，避免水位升高，影响蒸汽的凝结。

3）抽气器必须把漏入的空气和排气中的其它气体抽走。

对于凝汽式汽轮机组，需要在汽轮机的汽缸内和凝汽器中建立一定的真空，正常运行时也需要不断地将由不同途径漏入的不凝结气体从汽轮机及凝汽器内抽出。

真空系统就是用来建立和维持汽轮机组的低背压和凝汽器的真空。

低压部分的轴封和低压加热器也依靠真空抽气系统的正常工作才能建立相应的负压或真空。

二、抽真空系统的作用和形式在机组启动过程中，除氧器加热凝结水后，就可能会有热水进入凝汽器，待到锅炉点火汽轮机进汽暖机时，将有更多的蒸汽进入凝汽器。

如果凝汽器内没有建立一定的真空，汽水进入凝汽器就会使凝汽器形成正压，损坏设备。

凝汽器建立真空更是汽轮机冲转必不可少的条件。

凝汽器及一些低压设备（如凝结水泵、疏水泵及部分低压加热器等）在正常运行时，内部处于真空状态，由于管道和壳体不严密，空气就会漏人，从而破坏凝汽器真空，危及汽轮机的安全经济运行。

汽轮机工作原理和结构1汽轮机工作原理汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。

在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。

如图1所示。

高速汽流流经动叶片3时，由于汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮2旋转做功，将蒸汽的动能变成轴旋转的机械图1冲动式汽轮机工作原理图1-轴；2-叶轮；3-动叶片；4-喷嘴2汽轮机结构汽轮机主要由转动部分（转子）和固定部分（静体或静子）组成。

转动部分包括叶栅、叶轮或转子、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件。

固定部件包括气缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套（或静叶持环）、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。

套装转子的结构如图2所示。

套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的，然后将它们热套（过盈配合）在主轴上，并用键传递力矩。

图2套装转子结构1-油封环2-油封套3-轴4-动叶槽5-叶轮6-平衡槽汽轮机主要用途是在热力发电厂中做带动发电机的原动机。

为了保证汽轮机正常工作，需配置必要的附属设备，如管道、阀门、凝汽器等，汽轮机及其附属设备的组合称为汽轮机设备。

图3为汽轮机设备组成图。

来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。

由于汽轮机排汽口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排汽口流动，其压力和温度逐渐降低，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。

做完功的蒸汽称为乏汽，从排汽口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水，此凝结水由凝结水泵抽出送经蒸汽发生器构成封闭的热力循环。

为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保护较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。

由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，因而会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。

若任空气在凝汽器内积累，凝汽器内压力必然会升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的有用功，同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化，这两者都会导致热循环效率的下降，因而必须将凝汽器壳侧的空气抽出。

汽轮机设备构造原理知识1、汽轮机本体，汽轮机包括汽轮机本体，调节、保安系统及辅助设备三大部分。

蒸汽轮机本体包括：(1)静体（固定部位）——汽缸、喷嘴、隔板、汽封等。

(2)转子（转动部分）——轴、叶轮、叶片等。

(3)轴承（支承部分）——径向和止推。

2、汽缸(1)汽缸的组成：汽缸是汽轮机的外壳，汽轮机本体的主要零部件几乎包含在汽缸内。

汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板、隔板套和汽封等零部件。

汽缸外部装有调节汽阀及进汽、排汽和回热抽汽管道等。

(2)汽缸作用：汽缸是汽轮机的外壳。

其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成其能量转换过程。

3、汽缸内部构件(1)喷嘴、隔板。

喷嘴和隔板的作用和特点：喷嘴是组成汽轮机的主要部件之一。

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，进入动叶栅，推动叶轮旋转做功。

隔板由外缘，喷嘴和板体三部分组成，为便于安装，隔板一般都做成对分的，上半隔板装在汽缸上盖内，下半隔板装在下汽缸内。

第一级喷嘴直接安装在汽缸高压端专门的喷嘴室上。

第二级及以后各级喷嘴安装在各级隔板上，隔板用来安装喷嘴，并将各级叶轮分隔开。

冲动式汽轮机每一级由一个隔板和一个叶轮组成。

冲动式汽轮机的隔板可分为焊接隔板和铸造隔板。

反动式汽轮机不采用隔板式结构，各级喷嘴片（也叫静叶栅）直接安装在汽缸上。

(2)汽封1)汽轮机汽缸两端轴孔处与转轴间有一定间隙，这样在工作时，汽缸内进汽端将发生高压蒸汽大量外漏，进入前轴承箱污染润滑油。

此外凝汽式汽轮机的排汽压力在0.05公斤/厘米2（绝对）左右，即排汽端处于高真空状态，这样大气中的空气将沿边后轴孔大量漏入排汽管和凝汽器，就会破坏汽轮机的真空。

因此为了减少高压端的向外漏汽和排汽端往里漏空气，要求在汽缸两端轴孔处配备气封。

2)汽封的作用。

汽轮机通汽部分的动静部分之间，为了防止碰擦，必须留有一定的间隙。

而间隙的存在必将导致漏汽，使汽轮机的经济性下降。

汽轮机基础知识：1、汽轮机的工作原理：汽轮机使用蒸汽热能做功的旋转式原动机，其工作过程经过两次能量转换，即通过喷嘴将蒸汽的热能转化为动能，使蒸汽的流速得到提高，高速气流流经动叶片（动叶栅），对动叶片（动叶栅）产生作用力，带动转子旋转，从而再将动能转化为转子转动的机械能。

汽轮机工作的基本原理是力的冲动作用原理和反动作用原理。

冲动作用原理：在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中膨胀加速，压力降低，速度增加，热能转变为动能，高速气流进入动叶片，速度方向改变，对动叶片产生了冲动力，推动叶轮旋转做功，将蒸汽的动能转变为机械能，这种利用冲动力做功的称为冲动作用原理。

反动作用原理：蒸汽不仅在喷嘴中膨胀加速，而且在动叶栅中继续膨胀加速，同时对动叶栅产生一反作用力，利用此力推动叶轮旋转做功的称为反动作用原理。

2、汽轮机结构：由转子和静子两大部分组成，转子包括：主轴、叶轮、叶片、推力盘、联轴器等，静子包括：汽缸、滑销系统、隔板、隔板套、喷嘴、汽封、轴承等。

各个部件介绍如下：主轴：起支持旋转零件及传递扭矩作用。

叶轮：由轮缘、轮面、轮毂三部分组成。

轮缘是安装叶片的部分，具有与叶根相配合的形状；轮毂是将叶轮套在主轴上的配合部分，是靠近轮孔的部分；轮面是轮毂与轮缘的连接部分。

叶片：作用是将蒸汽的热能转换为动能，再将动能转换为汽轮机转子旋转的机械能。

有静叶和动叶之分。

冲动式汽轮机每一级由一个隔板和一个叶轮组成，动叶片安装在叶轮或转鼓上，随转子一起转动；而反动式汽轮机不采用隔板式结构，没有叶轮和隔板，动叶片直接装在转子的外缘上，静叶则固定在汽缸内壁或静叶持环上。

推力盘：将转子的部分轴向推力传递给推力轴承平衡。

联轴器：又叫靠背轮或对轮，是用来连接汽轮机转子和压缩机转子的部件，将汽轮机转子的扭矩传给压缩机转子。

汽缸：即汽轮机的外壳，其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成能量转换过程。

滑销系统：隔板：用来安装喷嘴，并将各级叶轮分开。

第1章凝汽器抽气系统1.1. 概述凝汽器抽气系统也称为真空系统，其作用就是用来建立和维持汽轮机机组的低背压和凝汽器的真空；正常运行时不断地抽出由不同途经漏入汽轮机及凝汽器的不凝结气体。

对于600MW汽轮机组，目前真空系统的设备主要采用水环式真空泵和汽水分离器相结合。

在高压和低压凝汽器汽室侧聚集的不凝结气体通过真空泵抽出排至大气。

凝汽器壳体上还设至1只带有滤网和水封的真空破坏阀。

凝汽器水室侧还设有水室真空泵，以便在循环水系统运行时在凝汽器内形成虹吸，以及在长时间运行后抽取水室顶部的空气，保证凝汽器的换热效果。

1.2. 系统特点双背压凝汽器的抽气区按气体/蒸汽混合物的冷却要求进行设计的。

在额定工况下，空气排气口的温度较凝汽器入口压力下的饱和蒸汽温度低4℃。

抽气系统为串联抽出系统，即空气由高压凝汽器流向低压凝汽器，经抽气管道抽出。

我公司的汽室真空泵和水室真空泵均为平圆盘单级水环式真空泵，由纳西姆工业（中国）公司生产。

汽室真空泵型号为2BW4 353-0MK4；水室真空泵型号为2BE1 253-0BY4。

机组正常运行时，保证两台汽侧真空泵运行就能满足汽轮机在各种负荷工况下，抽出凝汽器内的空气及不凝结气体的需要。

汽室真空泵部分运行参数如下：图13-1 汽室真空泵运行参数机组启动时，三台真空泵并列运行就可以满足启动时间的要求。

三台真空泵运行，可以在下述时间内达到规定的凝汽器压力：启动抽气时间（分钟）凝汽器压力Mpa(a)15 0.03430 0.0145 0.0034启动工况凝汽器背压-抽真空时间表如下（3泵运行）：图13-2 凝汽器背压-抽真空时间表1.3. 水环式真空泵1.3.1. 水环式真空泵结构水环式真空泵主要部件是叶轮和壳体，叶轮是由叶片和轮毂构成，叶片有径向平板式，也有向前（向叶轮旋转方向）弯式。

壳体内部形成一个圆柱体空间，叶轮偏心地装在这个空间内，同时在壳体的适当位置上开设吸气口和排气口。

吸气口和排气口开设在叶轮侧面壳体的气体分配器上，形成吸气和排气的轴向通道。

射水抽气器工作原理及作用一、射水抽气器，节能环保型多通道射水抽气器概述：在机组启动过程中，锅炉点火汽轮机进汽暖机时，将有更多的蒸汽进入凝汽器，如果凝汽器内没有建立一定的真空，汽水进入凝汽器就会使凝汽器形成正压，损坏设备，凝汽器建立真空是汽轮机冲转必不可少的条件。

你期期及一些低压设备（如凝结水泵、疏水泵及部分低压加热器等）在正常运行时，内部处于真空状态，由于管道和客体不严密，空气就会漏入，从而破坏凝汽器真空，危及汽轮机的安全经济运行。

同是，空气在凝汽器中的分压力增加，致使凝结水的溶氧量增加，从而加剧对热力设备级管道的腐蚀。

空气的在还增大凝汽器中的传热热阻，影响循环冷却水对汽轮机排汽的冷却，增加厂用电消耗。

因此，在凝汽器运行时，必须不断地抽出其中的空气。

总之，抽真空系统的作用是：①在机组启动初期建立凝汽器真空；②在机组正常运行中保持凝汽器真空，确保机组的安全经济运行。

凝汽器的抽真空设备主要有抽气器和真空泵。

射术抽气器抽真空系统，由于系统简单、工作可靠，所以被广泛地应用于国产大、中型机组上。

二、射水抽气器结构及工作原理现代发电厂中，应用最为广泛的是喷射式抽气器，它具有布置紧凑、结构简单、维护方便、工作可靠，以及能在短时间内建立所需真空等优点。

喷射式抽气器根据工作介质不同可分成射汽式抽气器和射水式抽气器。

这两种抽气器的工作原理基本相同，区别只是工作介质不同。

射汽抽气器的工作介质是压力蒸汽，射水抽气器的工作介质是压力水。

小容量机组多采用射汽式。

对于高参数的容量机组，由于都采用滑参数启动方式，在机组启动之前不可能有足够的汽源供给射汽式抽气器，加之需采用由高压新汽节流到 1.2～1.6MPa压力的蒸汽供射汽抽气器，显然极不经济，并且为回收工质还要设置射汽冷却水，这使热力系统也很复杂。

因此，目前我国大容量机组都采用射水抽气器，它主要由工作氺入口、工作喷嘴、混合室、扩压管和止回阀等组成。

由射水泵的压力水，通过喷嘴将压力能转换成动能，以一定的速度从喷嘴喷出，混合室中形成高度真空。

KDON-12000/8000型空分设备抽汽冷凝式汽轮机(中压抽凝式汽机）技术操作部分1、技术规范型号：C6.4-3.43/0.8型式：调整抽汽冷凝式额定功率：6450kw汽机额定转速：8426r/min汽机一阶临界转速：4493r/min压缩机额定转速：8426r/min转向：汽机流方向看汽轮机为顺时针进气压力：3.53(+0.37/-0.37)MPa(a)进汽温度：435(+15/-15)℃调整抽气压力：0.8MPa(a)调整抽气量：45t/h凝气压力：0.009MPa(a)循环冷却水温：正常32℃1振动：正常运转量，最大允许振动值（外壳上）0.03mm 调节系统：调速范围：577～28847r/min压力电调输入信号：4～20mA保安系统：危急遮断器动作转速：9732r/min油路系统：调节油压：（二层平台上测点）≥0.85MPa(a) 润滑油压:(润滑油总管）0.25MPa(g)汽水系统：冷凝器冷却面积：630m2冷却水量：1925t/h凝结水泵：型号：100NB-45流量：31m3/h扬程：42m电机型号：YB132S2-2电压及功率：380V AC,7.5KW两级射汽抽汽器：工作蒸汽压力：0.784～0.98MPa2抽气器：20kg/h耗气量：～200kg/h2、机组结构及布置说明（参见我公司的该机型总布置及有关套图）本汽轮机以调整抽汽为界高、低压两部分。

高压部分具有一个复速级，并设有调整抽汽口及蒸汽回流口；低压部分由一个调节级和六个压力级叶轮组成。

高、低压部分的调节汽阀，通过505E 调节器分别控制汽阀开度，实现热功负荷自治调节。

汽轮机前汽缸选用耐热铬钼合金铸钢材料，后汽缸则采用20号钢板焊接。

前后汽缸用垂直中分面法兰螺栓连接，上下半汽缸，由水平中分面螺栓联接，前汽缸用半圆法兰与前轴承座连接，前轴承座可在前座加上滑动，作为机组向前膨胀的导向。

后汽缸支承在后座架上。

后轴承座与后轴承支架连接。

汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。

在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。

如图 1 所示。

高速汽流流经动叶片 3 时，由于汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮 2 旋转做功，将蒸汽的动能变成轴旋转的机械能。

图 1 冲动式汽轮机工作原理图1-轴； 2-叶轮； 3-动叶片； 4-喷嘴汽轮机主要由转动部份(转子)和固定部份(静体或者静子)组成。

转动部份包括叶栅、叶轮或者转子、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件。

固定部件包括气缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套(或者静叶持环)、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。

套装转子的结构如图 2 所示。

套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别创造的，然后将它们热套(过盈配合)在主轴上，并用键传递力矩。

图 2 套装转子结构1-油封环 2-油封套 3-轴 4-动叶槽 5-叶轮 6-平衡槽汽轮机主要用途是在热力发电厂中做带动发机电的原动机。

为了保证汽轮机正常工作，需配置必要的附属设备，如管道、阀门、凝汽器等，汽轮机及其附属设备的组合称为汽轮机设备。

图 3 为汽轮机设备组成图。

来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。

由于汽轮机排汽口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排汽口流动，其压力和温度逐渐降低，部份热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。

做完功的蒸汽称为乏汽，从排汽口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水，此凝结水由凝结水泵抽出送经蒸汽发生器构成封闭的热力循环。

为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保护较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。

由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，于是会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。

若任空气在凝汽器内积累，凝汽器内压力必然会升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的实用功，同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化，这两者都会导致热循环效率的下降，于是必须将凝汽器壳侧的空气抽出。

1、汽轮机的定义：汽轮机是将蒸汽工质的热能转变成动能，再将动能转变成机械能的一种热机。

2、汽轮机级的定义、分类及特点：级的定义：级是汽轮机中最基本的作功单元，级是由喷管叶栅和与之相配合的动叶栅所组成。

分类及特点：（1）冲动级和反动级纯冲动级：蒸汽只在静叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变其流动方向。

纯冲动级做功能力大，流动效率低。

带反动度的冲动级：蒸汽在大部分在静叶栅中膨胀，只有一小部分在动叶栅中继续膨胀。

具有做功能力大和效率较高的特点。

复速级：通常是一级内要求承担很大比焓降时才采用。

它由喷管叶栅、装于同一叶轮上的两列动叶栅和两列动叶栅之间固定不动的导向叶栅组成。

做功能力比单列冲动级大，但流动效率较低。

（2）压力级和速度级：速度级是以利用蒸汽流速为主的级，级的比焓降较大，有双列和单列之分，如复速级。

压力级是以利用级组中合理分配的压力降或比焓降为主的级，效率较高，又称单列级。

（3）调节级和非调节级：按级通流面积是否随负荷大小而变，可以分为调节级和非调节级。

在采用喷管调节的汽轮机中，第一级的通流面积是可以随负荷变化而变化的，这种改变另一和原因是部分进汽，称之为调节级。

反之是非调节级。

4、喷嘴速度系数与哪些因素有关：与喷管叶高叶型表面粗糙度和前后压差等因素有关，其中与喷管叶高关系最为密切5、蒸汽在喷管斜切部分膨胀时为什么会发生偏转：喷管出口截面上的压力比小于临界压力比，喷管喉部截面上的流速等于临界流速，压力为临界压力，以后的斜切部分，汽流从喉部截面上的临界压力膨胀到喷管出口压力。

在A点产生膨胀波组，在反射波组后产生激波，汽流通过该激波时将其压力提高到喷管背压。

第二章。

1、描述多级汽轮机的性能与特点：性能：优点：功率大，效率高，单位功率投资少。

缺点：增加了一些附加损失；级数过多增加了机组长度和质量；新蒸汽再热蒸汽温度的提高，故对金属材料要求提高；结构更为复杂；工作特点：高压段：蒸汽的压力温度很高，比容较小，因此通过该段的蒸汽容积流量较小，所需的通流面积也较小。