汽轮机通流部分

flow passage of steam turbine

简介

汽轮机本体中做功汽流的通道，主要由进汽机构、各级通流部分及排汽缸三大部分组成。具有一定压力和温度的蒸汽，经主汽门和调节汽门进入汽轮机第一级喷嘴汽室(又称汽室或汽柜)，然后逐级膨胀、降压、加速，将蒸汽具有的热能转变为动能，推动动叶栅旋转做功，最后由末级动叶排出。各级功率之和即整个汽轮机的功率。汽轮机通流部分强度、振动及气动、热力特性的优劣，直接影响到汽轮发电机组的安全、经济运行。汽轮机通流部分要考虑参与调峰运行，还要求具有适应快速起、停和变工况运行的能力，并保证工况变化较大时仍具有较好的气动、热力特性。

类型 发电用轴流式汽轮机通流部分均为多级。由于蒸汽参数和机组容量不同，使通流部分的布置有多种变化。不同布置形式的通流部分，按级的工作原理可分为冲动式和反动式两大类 (见汽轮机级)。

冲动式 图1为多级冲动式汽轮机通流部分示意图，由一个调节级和多个压力级组成。小机组的调节级大多做成部分进汽，大机组则为全周进汽，其喷嘴分组装在喷嘴汽室中，每组喷嘴由一个调节汽门控制。压力级不随负荷变化而改变通流面积。大机组低压通流部分的末几级因蒸汽容积大，叶片较长，特别是末级叶片长度受材料强度的限制，使排汽面积不可能太大，限制了低压缸的通流能力。为此低压缸可采用分流结构。大容量机组的低压部分由一个或数个并列的低压缸组成。

反动式 图2为反动式汽轮机通流部分的示意图。一般第一级为反动度较小的调节级(采用喷嘴调节方式时，图示为节流调节，无调节级)，中间各级为反动度约0.5的纯反动级，大机组的末几级为扭曲叶片。反动式汽轮机因为在动叶中有较大的焓降，动叶两侧有较大压力差，不宜使用叶轮和隔板结构，而是将静叶(喷嘴叶栅)装在汽缸上，动叶装在转鼓上，并设有平衡活塞以平衡轴向推力。

图1 冲动式多级汽轮机通流部分示意图

1—转子;2—隔板;3—喷嘴;4—动叶片;5—汽缸;6—蒸汽室;7—排汽管;8—轴封;9—隔板汽封

图2 反动式多级汽轮机通流部分示意图

1—鼓形转子;2—动叶片;3—静叶片;4—平衡活塞; 5—汽缸; 6—蒸汽室; 7—连接管

通流部分结构要素 为使通流部分设计较为合理，达到减少损失、提高效率的目的。汽轮机通流部分结构要素包括动叶超高和动、静结构间隙。

动叶超高 动叶进口与静叶出口高度之差。超高Δl的存在可以保证由静叶栅射出的汽流通过轴向间隙顺利地进入动叶栅，对减少流动损失有利。Δl值在各种级中变化较大，主要取决于叶栅高度。动叶超高由叶顶和叶根两处所组成，即Δl=ΔlT+ΔlR。对于不同高度的汽轮机级，ΔlT可在1.5～3.5 mm、ΔlR则在0.5～1.5 mm的范围内选择。如果Δl过大，会造成附加损失，可以将动叶围带做成倾斜形，锥度角一般控制在10°～15°范围。

动、静结构间隙 叶轮在汽缸和隔板中高速旋转，为防止动、静结构之间发生碰磨，引起机组振动并造成事故，动、静叶栅之间必须留有轴向和径向间隙。为了减少漏汽损失，通常在轴向和径向间隙处装有汽封(见汽封)。轴向间隙是动、静叶栅之间的总轴向间隙由闭式和开式轴向间隙组成， 即δ=δ₁+δ₂+δz， 其中δ为开式间隙，δ₁和δ₂分别为喷嘴和动叶的闭式间隙。轴向间隙选取应从安全、经济和机组轴向长度等因素综合考虑，设计所推荐的数据见表。径向间隙是在动叶顶部加装围带和径向汽封，对减少叶顶漏汽效果显著，一般取为0.5～1.5 mm。

轴向间隙推荐数据表