汽轮机转子动力分析

Machinery & Equipmemt︱298︱2017年4期汽轮机转子不平衡的原因与平衡方法郭则传 吴 娟杭州汽轮机股份有限公司，浙江 杭州 310000摘要：在目前的社会工业生产发展中，汽轮机转子主作为汽轮机的主要部件，特别是在汽轮机的实际使用过程中，其作用不容小觑。

本文主要是根据汽轮机转子不平衡的原因与平衡方法进行探讨，并且提出相关的建议。

关键词：汽轮机转子不平衡；原因；方法中图分类号：TK26 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）04-0298-011 汽轮机转子不平衡的情况 我们知道的汽轮机转子不平衡的情况主要有几种: （1）原始不平衡 这种不平衡的情况主要是在制造的时候存在一定的误差，也就是制造过程中装配的情况不符合标准，然后使用的材料也没有达到基本的要求，这就是在制造时留下的隐患，也导致出厂的时候因为受到一定的压力或者是震动造成的平衡精度不够准确。

（2）渐发性不平衡 在汽轮机的使用过程中我们可以看到，随着使用频率的增加以及使用次数的增多，都会导致转子出现污垢沉积不均匀的情况，包括会产生介质磨损叶片以及叶轮、转子受到不同程度的腐蚀，因此造成了汽轮机转子的渐发性不平衡。

（3）突发不平衡 在汽轮机转子的结构中，由于使用的问题导致一些部件的脱落，以及转子的叶轮会出现卡塞的情况，最后导致的是机组真值突变的情况。

2 汽轮机转子不平衡的特点 由于汽轮机的转子会产生一种离心力，同时在这种离心力的作用下就会造成汽轮机转子不平衡的问题。

特别是在汽轮机转子的转轴上，因为转轴刚度会受到方向的影响，不过转轴的轨迹却是趋近于椭圆形的，我们能够看到汽轮机转子不平衡的特点。

（1）我们可以看到不平衡震动波形（图1）。

图1 不平衡震动波形图和转子不平衡故障频谱图（2）我们能够根据汽轮机转子不平衡的频谱图来看，能发现在基频上会呈现出谐波能量，包括高次谐波有时候也会出现，我们可以看图1。

汽轮机转速波动的原因分析及处理方法摘要：汽轮机是电厂中将热能转换为机械能的重要设备，前端接收锅炉高温高压蒸汽，后端带动发电机旋转切割磁力线产生电力，因此其安全稳定运行关系整个电厂的安全生产。

汽轮机的安全监视系统中，振动是一项重要指标,包括轴径振动和轴瓦振动。

汽轮机内部出现故障，首先会反映到振动值上，可以说振动是汽轮机安全运行的晴雨表。

关键词：汽轮机；转速波动；原因分析；处理方法1调速系统结构及工作原理调速系统的结构通常包括测速系统、电子调速器、电液转换器、断流式错油门、油动机、调节汽阀等部件组成。

调速系统工作时，通过数字量通道板采集机组转速，并将它与给定转速进行比较，对其偏差进行分析处理以及通过PID运算，运算结果经过DEH微机处理、校正、放大为所需要的电信号，通过电液转换器转变为错油门中间滑阀的二次油压信号，错油门再将此脉动油压变化信号加以放大后控制油动机，达到控制转速的目的，实现机组的调节[4]。

调节系统按照转速、压缩机入口压力串级设定，对转速、压力进行自动控制，也可以通过操作员手动进行控制。

2汽轮机振动原因分析引起汽轮机设别振动的原因主要包括油膜失稳、受热膨胀不均匀、动静摩擦以及气流震荡等。

1）油膜失稳。

油膜振动和半速涡动会引发汽轮机设备的振动现象，尤其是当发电机转子转速不足第一临界转速的一半时就会出现半速涡动现象，而且伴随着振动会一直持续到最高转速。

因此在转子转速不断变化的过程中，这个涡动的频率也会随之变化，可以根据这一点对半速涡动现象进行判断，避免汽轮机振动现象发生。

2）受热膨胀不均匀。

引起这种现象的原因主要是因为气缸膨胀受阻或加热不均匀造成的，使得汽轮机设备转子中心出现偏差，轴承位置标高出现变化，产生了机械振动。

3）动静摩擦。

汽轮机在持续运行状态下，随着动静间隙的不断减少，各零件之间的碰撞情况也就更容易产生，也就极易引起汽轮机设备的剧烈振动，甚至出现轴承的变形破坏掉整个轴承结构，造成汽轮机设备停机，引发更大的安全事故及经济损失。

变工况下汽轮机动叶片受力变化分析张瑞青(沈阳工程学院能源与动力学院ꎬ沈阳１１０１３６)摘要:蒸汽在汽轮机级内进行能量转换过程中ꎬ会对汽轮机的动叶片产生周向和轴向的推力ꎬ并且在汽轮机级变工况时推力大小会发生变化ꎬ从而导致汽轮机的做功能力和轴向推力发生变化ꎮ以某３００ＭＷ汽轮机高中压缸动叶为例ꎬ计算了动叶结构参数和热力参数改变时动叶受到的汽流力的大小ꎬ得到了汽轮机变工况时汽流力随级的结构参数和热力参数的变化规律ꎬ计算结果可为汽轮机组变工况运行时分析级安全性提供依据ꎮ关键词:汽轮机ꎻ变工况ꎻ动叶片ꎻ受力分类号:ＴＫ２６３.３㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００１￣５８８４(２０２２)０３￣０１７７￣０４ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＦｏｒｃｅＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆＴｕｒｂｉｎｅＢｌａｄｅｏｎＶａｒｉａｂｌｅＬｏａｄＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＳｔｅａｍＴｕｒｂｉｎｅＺＨＡＮＧＲｕｉ￣ｑｉｎｇ(ＳｈｅｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０１３６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｉｎｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅｓｔａｇｅｓꎬｔｈｅｓｔｅａｍｗｉｌｌｐｒｏｄｕｃｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌａｎｄａｘｉａｌｔｈｒｕｓｔｏｎｔｈｅｍｏｖｉｎｇｂｌａｄｅｓｏｆｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅꎬａｎｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｔｈｅｔｈｒｕｓｔｗｉｌｌｂｅｃｈａｎｇｅｄꎬｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｐｏｗｅｒｃａｐａｃｉｔｙａｎｄａｘｉａｌｔｈｒｕｓｔｏｆｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅ.Ｔａｋｉｎｇａ３００ＭＷｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅａｓａｎｅｘａｍｐｌｅꎬｔｈｅｆｌｏｗｆｏｒｃｅｓｏｆｍｏｖｉｎｇｂｌａｄｅｓｉｎｈｉｇｈａｎｄｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｐｒｅｓｓｕｒｅｃｙｌｉｎｄｅｒｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｈｅｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｃｈａｎｇｅｄꎬｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｌａｗｓｏｆｓｔｅａｍｆｌｏｗｆｏｒｃｅｗｉｔｈｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｗｈｅｎｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅｉｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅｕｎｉｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅꎬｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓｌｅｖｅｌｓｅｃｕｒｉｔｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅꎻｖａｒｉａｂｌｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎꎻｂｌａｄｅｓꎻｆｏｒｃｅ０㊀前㊀言蒸汽在汽轮机内流动时ꎬ由于各段压力分布的不同ꎬ从而产生与轴线平行的轴向推力ꎬ其方向与汽流在汽轮机内的流动方向相同ꎬ使转子产生由高压向低压移动的趋势ꎬ而汽轮机轴向推力中ꎬ动叶片受到的汽流力占较大部分[１]ꎮ当叶片结构㊁蒸汽参数等发生变化时ꎬ级内的蒸汽流量㊁压力㊁温度㊁焓值都会发生变化ꎬ导致动叶片受到的汽流力发生变化ꎬ使汽轮机级总的轴向推力发生变化ꎬ从而改变整个汽轮机的安全性[２－５]ꎮ为了探究汽轮机在变工况下动叶片受到的汽流力的变化规律ꎬ本文以３００ＭＷ反动式汽轮机级为研究对象ꎬ计算级结构参数与热力参数变化时汽轮机动叶片受到的汽流力大小及变化规律ꎬ计算结果可为汽轮机组变工况运行时分析级安全性提供依据ꎮ１㊀汽轮机动叶片受力组成及计算原理从喷嘴流出的高速汽流进入动叶通道ꎬ作用于动叶以冲动力和反动力ꎬ二者的合力为蒸汽对动叶片的作用力Ｆꎮ由于蒸汽的流动方向与动叶的旋转方向有一定的角度ꎬ所以通常将这个力分解为沿圆周方向的周向力Ｆｕ和沿汽轮机轴线方向的轴向力Ｆｚꎬ如图１所示ꎮ周向力Ｆｕ推动叶轮旋转做功ꎬ而轴向力Ｆｚ使转子产生轴向位移ꎮ图１㊀动叶片受力组成根据动量定理和牛顿第三定律ꎬ动叶所受的周向力和轴向力分别为:Ｆｕ＝Ｇ(ｃ１ｃｏｓα１＋ｃ２ｃｏｓα２)或Ｆｕ＝Ｇ(ｗ１ｃｏｓβ１＋ｗ２ｃｏｓβ２)(１)Ｆｚ＝Ｇ(ｗ１ｓｉｎβ１－ｗ２ｓｉｎβ２)＋Ａｚ(ｐ１－ｐ２)(２)Ｆ＝Ｆｚ２＋Ｆｕ２(３)式中ꎬＦｕ为汽流对动叶的周向力ꎬＮꎻＧ为单位时间内通过动叶的蒸汽质量ꎬｋｇ/ｓꎻｃ１为进入动叶的汽流绝对速度ꎬｍ/ｓꎻｃ２为离开动叶的汽流绝对速度ꎬｍ/ｓꎻｗ１为进入动叶的汽流相对速度ꎬｍ/ｓꎻｗ２为离开动叶的汽流相对速度ꎬｍ/ｓꎻα１为进入动叶的汽流绝对速度角度ꎬ(ʎ)ꎻα２为离开动叶的汽流绝对速度角度ꎬ(ʎ)ꎻβ１为进入动叶的汽流相对速度角第６４卷第３期汽㊀轮㊀机㊀技㊀术Ｖｏｌ.６４Ｎｏ.３２０２２年６月ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＪｕｎ.２０２２㊀收稿日期:２０２１￣０９￣０７㊀㊀㊀㊀㊀㊀作者简介:张瑞青(１９７５￣)ꎬ女ꎬ工学硕士ꎬ副教授ꎮ主要研究方向:电厂节能㊁性能监测和故障诊断ꎮ度ꎬ(ʎ)ꎻβ２为离开动叶的汽流相对速度角度ꎬ(ʎ)ꎻＦｚ为汽流对动叶的轴向力ꎬＮꎻＡｚ为动叶通道轴向投影面积ꎬｍ２ꎻｐ１为动叶前的蒸汽压力ꎬＰａꎻｐ２为动叶后的蒸汽压力ꎬＰａꎮ由式(１)㊁式(２)可见ꎬ级受力的大小不仅与级的类型㊁选用的叶型㊁反动度㊁速比和叶高有关ꎬ还与进入级的蒸汽的流量㊁压力和温度等参数有关ꎮ设计和运行时只有合理地确定这些参数才能获得较好的安全性[１]ꎮ为了研究级结构与热力参数变化时汽轮机动叶片受到的汽流力大小及变化规律ꎬ本文分别选取动叶结构参数和蒸汽热力参数变化时ꎬ计算汽轮机动叶片受到的汽流力大小ꎮ２㊀结构参数变化对动叶片受力的影响２.１㊀级的基本参数本文参考的汽轮机组为Ｎ３００－１６.７/５３７/５３７型反动式汽轮机ꎬ高压缸为Ⅰ＋１２级ꎬ中压缸为９级ꎬ低压缸为２ˑ７级ꎮ级的详细计算算法采用文献[６]提供的ｍａｔｌａｂ程序进行计算ꎮ为了节省篇幅ꎬ选取高压缸第９级和中压缸第６级作为研究对象ꎬ额定工况下这两级的几何参数和热力参数见表１㊁表２ꎮ计算级内损失时的一些系数选取如下ꎬ喷嘴速度系数φ＝０.９７ꎬ喷嘴流量系数μｎ＝０.９７ꎬ动叶速度系数ψ＝０.９５ꎬ动叶流量系数μｂ＝０.９６４ꎬ余速利用系数μ０＝μ１＝１ꎬ叶高损失的系数ａ＝１.２ꎮ级内漏汽损失计算需要的一些参数见表３ꎮ２.２㊀反动度变化对动叶片受力的影响在其它参数不变的情况下ꎬ在合理范围内改变级的反动度计算级受力变化ꎬ计算结果如图２所示ꎮ由图２可见ꎬ反动度变化对高压缸动叶和中压缸动叶的影响趋势是一样的ꎻ随着反动度的增加ꎬ汽流对动叶的周向作用力减小ꎬ而汽流对动叶的轴向作用力增加ꎻ在相同反动度下ꎬ高压缸动叶的周向作用力比低压缸的小ꎬ轴向作用力比低压缸的大ꎮ㊀㊀表１级额定工况几何参数缸级号静叶平均直径ｄｎ/ｍｍ动叶平均直径ｄｂ/ｍｍ喷嘴高度ｌｎ/ｍｍ动叶高度ｌｂ/ｍｍ级平均反动度Ωｍ喷嘴出口角正弦动叶出口角正弦高９９５４９５６８２.５８３.５０.４６３２０.２４６１０.２５７１中６１２０５１２２０１３７１４２０.４７７３０.３４２９０.３４５７㊀㊀表２级额定工况热力参数缸级号蒸汽流量Ｄ０/(ｔ/ｈ)级前压力ｐ０/ＭＰａ级前温度ｔ０/ħ级后压力ｐ２/ＭＰａ等熵焓降Δｈｔ/(ｋＪ/ｋｇ)高９８２１.６１５.９５９３７７.０５.２８８３０.４４中６７２８.９６１.６９３４３３.７１.４３８５２.０４㊀㊀表３级内漏汽损失计算参数缸级号汽封齿数ｚｐ汽封流量系数μｐ汽封间隙δｐ/ｍｍ动叶顶部间隙流量系数μｔ开式轴向间隙δｚ/ｍｍ开式径向间隙δｒ/ｍｍ叶顶径向汽封齿数ｚｒ高９５０.７５０.８０.５７６１００.８３中６３０.７５０.８０.５７６１００.８３图２㊀不同级的受力随反动度变化２.３㊀叶高变化对动叶片受力的影响在其它参数不变的情况下ꎬ在合理范围内改变动叶高度计算级受力变化ꎬ计算结果如图３所示ꎮ由图３可见ꎬ动叶高度变化对高压缸动叶和中压缸动叶的影响趋势是一样的ꎻ随着动叶高度的增加ꎬ汽流对动叶的周向作用力不变ꎬ而汽流对动叶的轴向作用力增加ꎮ２.４㊀动叶进汽角变化对动叶片受力的影响在其它参数不变的情况下ꎬ在合理范围内同时改变动叶进汽角计算级受力变化ꎬ计算结果如图４所示ꎮ由图４可见ꎬ动叶进汽角变化对高压缸动叶和中压缸动叶的影响是一样的ꎻ随着动叶进汽角的增加ꎬ汽流对动叶的周向作用力基本不变ꎬ而汽流对动叶的轴向作用力增加ꎮ２.５㊀动叶出汽角变化对动叶片受力的影响在其它参数不变的情况下ꎬ在合理范围内同时改变动叶出汽角计算级受力变化ꎬ计算结果如图５所示ꎮ由图５可见ꎬ动叶出汽角变化对高压缸动叶和中压缸动叶的影响趋势８７１汽㊀轮㊀机㊀技㊀术㊀㊀第６４卷图３㊀不同级的受力随叶高变化注:喷嘴动叶高度同时变化ꎬ保持盖度不变图４㊀不同级的受力随动叶进汽角变化图５㊀不同级的受力随动叶出汽角变化是一样的ꎻ随着动叶出汽角的增加ꎬ汽流对动叶的周向作用力减小ꎬ而汽流对动叶的轴向作用力也减小ꎮ图６㊀周向受力随负荷的变化３㊀热力参数变化对动叶片受力的影响３.１㊀变工况下所有动叶周向受力变化在其它参数不变的情况下ꎬ机组分别采用定压和滑压运行方式ꎬ计算了１００％㊁７５％㊁５０％㊁４０％和３０％工况下级动叶周向作用力ꎬ变化曲线如图６所示ꎮ由图６可见ꎬ随着负荷的增加ꎬ汽流对动叶的周向作用力增加ꎮ滑压运行方式下高压缸动叶受到的周向作用力比定压运行时大ꎬ即机组变负荷运行时ꎬ采用滑压运行的方式能够增加高压缸各级做功能力ꎻ滑压运行方式下中压缸动叶受到的周向作用力与定压运行时基本一样ꎮ３.２㊀变工况下所有动叶轴向受力变化图７所示为变工况下级轴向受力变化曲线ꎮ由图７可９７１第３期张瑞青:变工况下汽轮机动叶片受力变化分析㊀㊀图７㊀轴向受力随负荷的变化见ꎬ随着负荷的增加ꎬ汽流对动叶的轴向作用力增加ꎮ滑压运行方式下高压缸动叶受到的轴向作用力比定压运行时大ꎬ滑压运行方式下中压缸动叶受到的轴向作用力比定压运行时小ꎮ对于反动式汽轮机来说ꎬ转子的轴向推力主要是叶片受到的轴向汽流力ꎬ因为本机是高中压缸合缸ꎬ两个汽缸对头布置ꎬ所以高中压缸总的轴向受力为两个缸动叶片轴向汽流力之差ꎮ图８所示为变工况下高中压缸总的轴向受力变化曲线ꎬ由图８可见ꎬ随着负荷的增加ꎬ高中压缸总的轴向受力增加ꎻ滑压运行方式下总的轴向受力比定压运行时大ꎮ图８㊀高中压缸总的轴向受力随负荷变化４㊀结㊀论本文以Ｎ３００－１６.７/５３７/５３７型反动式汽轮机为例ꎬ分析汽轮机变工况下动叶片的受力情况ꎬ主要得到以下结论:(１)汽轮机高压缸中汽流对动叶的周向作用力小于汽轮机中压缸中汽流对动叶的周向作用力ꎬ这说明虽然经过中压缸动叶片的蒸汽流量少ꎬ但是叶片做功能力大于高压缸ꎮ(２)随着反动度的增加ꎬ汽流对动叶的周向作用力减小ꎬ对动叶的轴向作用力增加ꎻ随着动叶高度的增加ꎬ汽流对动叶的周向作用力不变ꎬ对动叶的轴向作用力增加ꎻ随着动叶进汽角的增加ꎬ汽流对动叶的周向作用力基本不变ꎬ对动叶的轴向作用力增加ꎻ随着动叶出汽角的增加ꎬ汽流对动叶的周向作用力减小ꎬ对动叶的轴向作用力也减小ꎮ(３)随着机组负荷的增加ꎬ汽流对动叶的轴向作用力和周向作用力都增加ꎮ滑压运行方式下高压缸动叶受到的轴向作用力和周向作用力比定压运行时大ꎻ滑压运行方式下中压缸动叶受到的轴向作用力比定压运行时小ꎬ受到的周向作用力与定压运行时基本一样ꎻ高中压缸受到的总的轴向作用力增加ꎬ滑压运行方式下受到的总的轴向作用力比定压运行时大ꎮ参考文献[１]㊀沈士一ꎬ庄贺庆ꎬ康㊀松ꎬ等.汽轮机原理[Ｍ].北京:中国电力出版社ꎬ２００６.[２]㊀李㊀勇ꎬ张卫会ꎬ曹丽华ꎬ等.汽轮机低真空供热时轴向推力的变化特性[Ｊ].汽轮机技术ꎬ２００３ꎬ４５(５):２７９－２８１ꎬ２９７.[３]㊀钟德伟.茂名热电厂３号机转子轴向负推力问题的分析及处理[Ｊ].汽轮机技术ꎬ２００３ꎬ４５(６):３９９－４０１.[４]㊀肖小清ꎬ冯永新ꎬ邓小文ꎬ等.汽轮机轴向推力计算建模及应用[Ｊ].汽轮机技术ꎬ２００８ꎬ５０(５):３４３－３４６.[５]㊀崔叔存.汽轮机级的结构设计与轴向推力计算[Ｊ].发电设备ꎬ２００３(２):４５－５１.[６]㊀肖增弘ꎬ王㊀雷ꎬ夏永军ꎬ等.汽轮机课程设计[Ｍ].北京:中国电力出版社ꎬ２０１２.(上接第２３５页)[２]㊀孙天宇ꎬ任建兴ꎬ张㊀健ꎬ等.水源热泵在火电厂循环水余热利用中的应用[Ｊ].汽轮机技术ꎬ２０１４ꎬ５６(３):２０６－２０８ꎬ２１２.[３]㊀季㊀杰ꎬ刘可亮ꎬ裴㊀刚ꎬ等.以电厂循环水为热源利用热泵区域供热的可行性分析[Ｊ].暖通空调ꎬ２００５(２):１０４－１０７.[４]㊀周振起ꎬ崔春晖ꎬ袁㊀猛ꎬ等.回收循环水余热的热泵供热系统经济性分析[Ｊ].节能ꎬ２０１５ꎬ３４(１２):５６－５９ꎬ３.[５]㊀ＷａｎｇＪｉｎｓｈｉꎬＬｉｕＷｅｉｑｉꎬＬｉｕＧｕａｎｇｙａｏꎬＳｕｎＷｅｉｊｉａꎬＬｉＧｅｎꎬＱｉｕＢｉｎｂｉｎ.ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＷａｓｔｅＨｅａｔＲｅｃｏｖ￣ｅｒｙＳｙｓｔｅｍｏｆＴｕｒｂｉｎｅＥｘｈａｕｓｔＳｔｅａｍＵｓｉｎｇａｎＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＨｅａｔＰｕｍｐｆｏｒＨｅａｔｉｎｇＳｕｐｐｌｙ[Ｊ].Ｅｎｅｒｇｉｅｓꎬ２０２０ꎬ１３(２３).[６]㊀霍㊀鹏ꎬ李千军ꎬ郑李坤.火电机组吸收式热泵的余热回收加热凝补水经济性分析[Ｊ].中国电力ꎬ２０１５ꎬ４８(５):１１５－１１９.[７]㊀张㊀赟.吸收式热泵取代低压加热器加热凝结水的经济性分析[Ｊ].机械管理开发ꎬ２０１９ꎬ３４(５):９０－９３.[８]㊀周振起ꎬ马玉杰ꎬ王静静ꎬ朱孔阳.吸收式热泵回收电厂余热预热凝结水的可行性研究[Ｊ].流体机械ꎬ２０１０ꎬ３８(１２):７３－７６.[９]㊀王㊀奔ꎬ司风琪ꎬ刘海军.燃煤电厂３００ＭＷ机组循环水系统运行优化研究[Ｊ].热能动力工程ꎬ２０１７ꎬ３２(１１):７８－８５ꎬ１３３.[１０]㊀钟晓辉ꎬ李昱君.吸收式热泵技术及应用[Ｍ].北京:冶金工业出版社ꎬ２０１４.[１２]㊀周振起.热力发电厂[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１４.０８１汽㊀轮㊀机㊀技㊀术㊀㊀第６４卷。

汽轮机的工作原理汽轮机是一种重要的能源转换设备，广泛应用于发电、航空、船舶等领域。

它通过将燃料的热能转换为机械能，再进一步转换为电能或动力。

下面将详细介绍汽轮机的工作原理。

1. 蒸汽产生：汽轮机是以水蒸气作为工作介质的，首先需要产生高温高压的蒸汽。

通常使用锅炉将水加热至高温并产生蒸汽。

锅炉内设有水冷壁，当燃料燃烧时释放热能，通过水冷壁传递给水，使水迅速升温并转化为蒸汽。

2. 压力增加：蒸汽经过锅炉后的压力通常较低，需要通过汽轮机的压缩与扩张过程来增加压力。

压缩过程中，燃气通过多级压缩器，逐级提高压力。

扩张过程中，蒸汽通过汽轮机的转子产生动能，将转子带动旋转，从而提取出热能。

3. 能量转换：汽轮机的核心部件是转子。

转子上装有多个叶片，当蒸汽通过叶片时，会改变叶片上蒸汽的动能和压力。

蒸汽逐渐扩张，动能转化为机械能，驱动转子旋转。

转子将机械能传递给发电机或其他设备，实现能量的转换。

4. 排放与循环：汽轮机在工作过程中会产生废气，其中包含大量的烟尘、二氧化碳等物质。

为了减少环境污染，需要经过处理以达到排放标准。

同时，为了提高能源利用率，汽轮机通常采用循环系统，将一部分废气重新引入锅炉再利用。

5. 效率与性能：汽轮机的工作效率通常由热效率和机械效率两部分组成。

热效率是指输入燃料能量中被转化为有用能量的比例，机械效率是指能量转换过程中传递到负载的比例。

提高汽轮机的效率是研发和设计的重要目标，可以通过改进叶片形状、降低内部损失等手段来实现。

6. 应用领域：汽轮机广泛用于发电厂，特别是火电厂，它们使用燃煤、燃油或其他能源来产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮机发电。

此外，汽轮机也被用于航空领域，作为飞机的动力源。

船舶也使用汽轮机作为主要动力设备，提供推进力。

7. 发展趋势：随着科技的进步和对环境保护的要求，汽轮机在结构和材料上都在不断改进。

新型材料而例如高温合金的应用可以提高汽轮机的工作温度和效率。

另外，燃料技术的创新也为汽轮机的发展创造了更多可能，如采用天然气、生物质等作为燃料，减少对传统化石燃料的依赖。

汽轮机转子缺陷分析和安全性评估陈延强,杨灵,杨长柱,张元林(东方电气集团东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)摘要:文章以线弹性断裂力学为基础,结合国内外相关含缺陷转子安全性评估方面的研究,编制了汽轮机转子缺陷评估方法。

以某联合循环汽轮机高压转子为例进行安全性评估,结果表明在正常运行工况下,这些缺陷不会引起一次性断裂且缺陷的疲劳裂纹扩展次数远远大于机组要求的寿命次数。

关键词:缺陷,临界裂纹,裂纹扩展中图分类号:TK262文献标识码:A文章编号:1674-9987(2023)04-0001-04 Defect Analysis and Safety Assessment of Turbine Rotor CHEN Yanqiang,YANG Ling,YANG Changzhu,ZHANG Yuanlin(Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:Based on linear elastic fracture mechanics and domestic and foreign research on safety evaluation of defective rotors,a method of turbine rotor defects evaluation is developed in this paper.Taking a high pressure rotor of combined cycle turbine as an example,the safety evaluation results show that these defects will not cause one-time fracture under normal operation conditions and the fatigue crack propagation times of defects are far greater than the required life times of the unit.Key words:defects,critical crack,crack propagation第一作者简介:陈延强(1989-),男,硕士研究生,工程师,毕业于大连理工大学固体力学专业,现从事于转子轴承设计研发工作。

汽轮机转子分类及应用汽轮机是利用燃烧动力产生的高温高压气体的能量驱动转子旋转，从而提供动力的机械。

汽轮机广泛应用于发电站、核电站、舰船和石油化工等领域。

根据转子结构和工作方式的不同，汽轮机可以分为以下几类：冲气轮机、透平轮机、混流轮机和闭合式轮机。

冲气轮机是最早发展起来的一种涡轮机。

其转子叶片形状主要是直线形，气体冲击转子叶片后产生动能。

冲气轮机广泛应用于超高速离心式压缩机、气涡轮泵和气动力驱动系统等领域。

由于其结构简单、制造成本低、重量轻等特点，适用于需要进行极高转速工作的场合。

透平轮机是最常见的一种汽轮机。

它的转子叶片是成流线型的，气体通过叶片时会均匀地分布在叶片上并产生向轴向的连续动力。

透平轮机按照流态分为动力透平和压缩透平。

动力透平主要用于发电站和各种动力设备中。

主要有两种类型：蒸汽透平和燃气透平。

蒸汽透平通过蒸汽压力来产生动力，在水电站、火力发电厂和核电站等电站中应用广泛。

而燃气透平则通过燃烧燃气产生动力，具有启动速度快、启动成本低、运行灵活等优点，已成为航空发动机的首选。

压缩透平主要用于压缩气体。

例如，石油化工厂中的气体压缩装置和气体输送管道中的增压泵站等。

压缩透平机利用回收的剩余动能将气体带入下一个压缩阶段，从而提高压缩效率，减少能量损失。

混流轮机是介于冲气轮机和透平轮机之间的一种涡轮机，其转子叶片的形状是由直线和曲线组成。

混流轮机主要用于船舶的推进、水电站的水轮机和压缩机等。

由于其具有高效、流量大、噪声低等优点，目前在大型船舶和水电站等场合得到广泛应用。

闭合式轮机是一种相对较新的涡轮机形式。

其转子叶片设计为闭合式的环形，气体从中心排气。

闭合式轮机主要应用于石油工业中的涡轮压缩机和膨胀机等。

闭合式轮机由于具有高效、流量大、噪声低等优点，因此在石油炼油厂和天然气压缩站等场合得到广泛应用。

总而言之，汽轮机是一种利用高温高压气体驱动转子旋转的机械。

根据转子结构和工作方式的不同，汽轮机可以分为冲气轮机、透平轮机、混流轮机和闭合式轮机。

汽轮机设备结构与工作原理1．汽轮机工作的基本原理是怎样的？汽轮机发电机组是如何发出电来的？具有一定压力、温度的蒸汽，进入汽轮机，流过喷嘴并在喷嘴内膨胀获得很高的速度。

高速流动的蒸汽流经汽轮机转子上的动叶片做功，当动叶片为反动式时，蒸汽在动叶中发生膨胀产生的反动力亦使动叶片做功，动叶带动汽轮机转子，按一定的速度均匀转动。

这就是汽轮机最基本的工作原理。

从能量转换的角度讲，蒸汽的热能在喷嘴内转换为汽流动能，动叶片又将动能转换为机械能，反动式叶片，蒸汽在动叶膨胀部分，直接由热能转换成机械能。

汽轮机的转子与发电机转子是用联轴器连接起来的，汽轮机转子以一定速度转动时，发电机转子也跟着转动，由于电磁感应的作用，发电机静子线圈中产生电流，通过变电配电设备向用户供电。

2．汽轮机如何分类？汽轮机按热力过程可分为：⑴凝汽式汽轮机（代号为N）。

⑵一次调整抽汽式汽轮机（代号为C）。

⑶二次调整抽汽式汽轮机（代号为C、C）。

⑷背压式汽轮机（代号为B）。

按工作原理可分为：⑴冲动式汽轮机。

⑵反动式汽轮机。

⑶冲动反动联合式汽轮机。

按新蒸汽压力可分为：⑴低压汽轮机新汽压力为1.18～1.47MPa。

⑵中压汽轮机新汽压力为1.96～3.92MPa。

⑶高压汽轮机新汽压力为5.88～9.81MPa。

⑷超高压汽轮机新汽压力为11.77～13.75MPa。

⑸亚临界压力汽轮机新汽压力为15.69～17.65MPa。

⑹超临界压力汽轮机新汽压力为22.16MPa。

按蒸汽流动方向可分为：⑴轴流式汽轮机。

⑵辐流式汽轮机。

3．汽轮机的型号如何表示？汽轮机型号表示汽轮机基本特性，我国目前采用汉语拼音和数字来表示汽轮机型号，其型号由三段组成：×××-×××／×××／×××-×（第一段)(第二段)(第三段）第一段表示型式及额定功率（MW），第二段表示蒸汽参数，第三段表示设计变型序号。

一级建造师机电汽轮机知识点一、知识概述《一级建造师机电汽轮机知识点》①基本定义：汽轮机其实就是一种能将蒸汽的热能转换为机械能的旋转式动力机械。

想象一下，就像风车把风能转变成一种力量让它转起来一样，汽轮机是靠蒸汽的能量转起来并且干活的。

②重要程度：在机电工程里，它可是相当重要的一部分。

好比一个复杂机器里的心脏，很多发电设备之类的都要靠它把能量转换了才能正常工作。

如果汽轮机出了问题，那整个发电之类的工程可能就无法很好地运转了。

③前置知识：得先大概了解一些热能转换的基础原理，像我们知道烧开水产生水蒸气，水蒸气是有能量的这种简单概念；还需要了解一些机械传动方面的知识，比如说齿轮是怎么把一种运动形式传递给另一种运动形式的。

④应用价值：在发电厂里，利用汽轮机将蒸汽能量转换为机械转动，从而带动发电机发电。

还有一些大型的工业生产过程中需要机械能的地方，都会用到汽轮机。

像有的大型的炼油厂，它的一些设备运转就需要汽轮机来提供动力。

二、知识体系①知识图谱：在机电工程这个大的学科体系里，汽轮机知识点和热力系统、电力系统等知识都是有联系的。

它处于能量转换和动力供应这个重要板块。

②关联知识：和锅炉知识联系紧密，因为锅炉产生蒸汽供给汽轮机；和发电机也有关系，汽轮机工作后带动发电机发电。

还和一些监测控制方面的知识有关，要对汽轮机的运行状态进行监测。

③重难点分析：- 掌握难度：比较大。

一方面要理解复杂的能量转换过程，像蒸汽怎么推动叶轮旋转，这里面涉及到很多物理知识。

另一方面对汽轮机的结构部件要求记忆准确，比如说汽轮机有哪些部分是主要承压的，哪些部件是负责传递动力的。

- 关键点：重点在汽轮机的工作原理、结构组成以及性能参数。

比如蒸汽流量、转速、功率等参数对汽轮机工作状态的影响，要能搞清楚。

④考点分析：- 在考试中的重要性：十分重要。

每年考试的案例题和选择题都会涉及，案例题可能会让你分析汽轮机故障的原因或者改造方案，选择题会考查基本的原理和参数。