汽輪機

汽輪機，又稱蒸汽渦輪發(fā)動機，是一種旋轉(zhuǎn)式蒸汽動力裝置高溫高壓蒸汽經(jīng)過固定噴嘴成為加速氣流后噴到葉片上，使帶葉排的轉(zhuǎn)子邊旋轉(zhuǎn)邊做功。汽輪機是現(xiàn)代火力發(fā)電廠的主要設(shè)備，也用于冶金行業(yè)、化學(xué)工業(yè)、艦船動力裝置中。

汽輪機是一種能將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機械功的外燃旋轉(zhuǎn)機械。來自鍋爐的蒸汽進入汽輪機后，依次經(jīng)過 系列環(huán)形噴嘴和葉片，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的機械能。蒸汽在汽輪機中以不同的方式轉(zhuǎn)化為能量，構(gòu)成不同工作原理的汽輪機。

根據(jù)結(jié)構(gòu)，汽輪機有很多種、工作原理、熱力性能、用途、不同的缸數(shù)有多種分類方法。

按結(jié)構(gòu)

有單級渦輪和多級渦輪；各級安裝在一個汽缸內(nèi)的單缸汽輪機，各級包裝在幾個汽缸內(nèi)的多缸汽輪機；各級安裝在一根軸上的單軸汽輪機，各級安裝在兩根平行軸上的雙軸汽輪機。

按工作原理

各級噴嘴中主要有蒸汽（或靜葉）中等膨脹沖擊式渦輪機；蒸汽在靜葉片和動葉片中膨脹的反應(yīng)式渦輪機；并且在噴嘴中膨脹的蒸汽的動能被利用在幾排動葉片上。

按熱力特性

有凝汽式、供熱式、背壓式、抽汽式和飽和式汽輪機等。凝汽式汽輪機排出的蒸汽流入凝汽器，排汽壓力低于大氣壓力，因此熱力性能好，是最常用的汽輪機；供熱汽輪機不僅提供動力驅(qū)動發(fā)電機或其他機械，還為生產(chǎn)或生活提供熱量，熱利用率高；背壓式汽輪機排汽壓力大于大氣壓力的汽輪機；抽汽式汽輪機是一種能從中間級抽汽供熱的汽輪機；飽和汽輪機是以飽和蒸汽為新蒸汽的汽輪機。

按用途

可分為電站汽輪機、工業(yè)汽輪機、船用汽輪機等。

按汽缸數(shù)目

可分為單缸汽輪機、雙缸渦輪機和多缸渦輪機。

其他

此外，根據(jù)初始蒸汽壓力（低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界、超臨界、超超臨界）排列方式（單軸、雙軸）等進行分類。

汽輪機

它由旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分組成。轉(zhuǎn)子包括主軸、葉輪、動葉片和聯(lián)軸器等。定子包括蒸汽入口部分、汽缸、隔板和靜葉柵、汽封及軸承等。

汽缸

汽缸是汽輪機的外殼，其作用是將汽輪機的流道與大氣隔開，形成一個封閉的蒸汽室，以保證蒸汽在汽輪機內(nèi)部完成能量轉(zhuǎn)換過程，汽缸內(nèi)裝有一個噴嘴室、隔板、隔板套等零部件；汽缸外部與進汽相連、排汽、抽汽等管道。

汽缸的高、中壓段一般采用合金鋼或碳鋼鑄造結(jié)構(gòu)，低壓段根據(jù)容量和結(jié)構(gòu)要求可采用鑄造結(jié)構(gòu)或簡單鑄造、用于焊接型鋼和鋼板的焊接結(jié)構(gòu)。

高壓缸有兩種單層缸和雙層缸。單層汽缸多用于中低參數(shù)的汽輪機。雙缸適用于參數(shù)相對較高的汽輪機。分為高壓內(nèi)缸和高壓外缸。高壓內(nèi)缸由水平中分面分隔形成上缸、降低汽缸，內(nèi)缸支撐在外缸的水平中分面上。高壓外缸由前后四個貓爪支撐在前軸承箱上。貓和貓s爪由位于下筒上部的下筒鑄造在一起，使支撐點保持在水平中心線上。

中壓缸由中壓內(nèi)缸和中壓外缸組成。中壓內(nèi)缸在水平中分面上分開，形成上缸和下缸內(nèi)筒支撐在外筒的水平中分面上，加工在外筒上的外凸臺和內(nèi)筒上的環(huán)形槽相互配合，保持內(nèi)筒的軸向位置。中壓外缸被水平中分面分隔成上缸和下缸。中壓外缸也通過前后一對貓爪分別支撐在1號低壓缸的中軸承箱和前軸承箱上。

低壓缸為反向分流式，每個低壓缸由一個外缸和兩個內(nèi)缸組成，均由鋼板焊接而成。汽缸的上半部和下半部在垂直方向上分為三部分，但安裝時上半部汽缸的垂直結(jié)合面已經(jīng)用螺栓連接成一個整體，所以汽缸的上半部可以作為一個部分吊起。低壓外缸由裙板支撐，裙板與缸的下半部分成一體，并沿缸的下半部分延伸至兩端。低壓內(nèi)缸支撐在外缸上。每個裙座板分別安裝在通過灌漿固定在基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)座板上。低壓缸的位置由裙座板和基礎(chǔ)座板之間的滑銷固定。

轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子整體由合金鋼鍛件制成。高壓轉(zhuǎn)子的調(diào)速器端通過剛性聯(lián)軸器與長軸相連，該段的上軸裝有主油泵和超速跳閘結(jié)構(gòu)。

所有轉(zhuǎn)子完成，所有葉片組裝完成后，進行全速旋轉(zhuǎn)試驗和精密動平衡。

套裝轉(zhuǎn)子：葉輪、軸封套、聯(lián)軸器和其他零件分別加工，然后熱套在階梯軸上。各部件與主軸之間采用過盈配合，防止葉輪因離心力和溫差而松動，扭矩由鍵傳遞。中低壓汽輪機的轉(zhuǎn)子和高壓汽輪機的低壓轉(zhuǎn)子常采用套筒結(jié)構(gòu)。在高溫下，葉輪和主軸容易松動。因此，不適用于高溫汽輪機的高壓轉(zhuǎn)子。

整鍛轉(zhuǎn)子：葉輪、軸封套、聯(lián)軸器等零件與主軸由一個整體鍛件切割而成，沒有熱套部分，解決了葉輪與軸的連接在高溫下容易松動的問題。這種轉(zhuǎn)子常用于高壓的大型汽輪機、中壓轉(zhuǎn)子。結(jié)構(gòu)緊湊，對啟動和變工況適應(yīng)性強，適合在高溫下運行，轉(zhuǎn)子剛性好，但鍛件大，加工工藝要求高，加工周期長，大型鍛件質(zhì)量難以保證。

焊接轉(zhuǎn)子：汽輪機低壓轉(zhuǎn)子質(zhì)量大，承受的離心力大使用套筒轉(zhuǎn)子時，葉輪內(nèi)孔在運轉(zhuǎn)過程中會發(fā)生較大的彈性變形，需要設(shè)計較大的裝配過盈量，但這樣會造成較大的裝配應(yīng)力如果采用整鍛轉(zhuǎn)子，質(zhì)量難以保證，所以采用分段鍛造、具有焊接組合的焊接轉(zhuǎn)子。它主要由多個葉輪和一個端軸拼接焊接而成。焊接轉(zhuǎn)子重量輕，鍛件小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力高，與尺寸相同、與帶有中心孔的整體鍛造轉(zhuǎn)子相比，焊接轉(zhuǎn)子具有更高的強度、剛性好，重量輕，但對焊接性能要求高這種轉(zhuǎn)子的應(yīng)用受到焊接工藝檢驗方法和材料類型的限制。

組合轉(zhuǎn)子：它由整體鍛造結(jié)構(gòu)和套筒結(jié)構(gòu)組成，兼有兩種轉(zhuǎn)子的優(yōu)點。

聯(lián)軸器

聯(lián)軸器用于連接汽輪機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，并將汽輪機的扭矩傳遞給發(fā)電機。現(xiàn)代汽輪機中常用的聯(lián)軸器有三種：剛性聯(lián)軸器半柔性聯(lián)軸器和柔性聯(lián)軸器。

剛性聯(lián)軸器：

這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，體積小；工作時沒有潤滑和噪音；但是振動和軸向位移的傳遞需要很高的中性。

半撓性聯(lián)軸器

右聯(lián)軸器與主軸鍛造成一體，左聯(lián)軸器用熱套和雙鍵套在對面軸端。兩對車輪通過波紋半柔性套筒連接，套筒通過兩個螺栓配合緊固。波紋套管在扭轉(zhuǎn)方向上是剛性的，在彎曲方向上是剛性的。這種聯(lián)軸器主要用于汽輪機－發(fā)電機和補償軸承之間的真空泵、溫差、充氫造成的高差可以減少振動的相互干擾，對中要求低，常用于中等容量機組

撓性聯(lián)軸器

柔性聯(lián)軸器通常有兩種形式，齒輪式和蛇形彈簧式。這種耦合可以削弱或消除振動的傳遞。對中性要求不高，但運轉(zhuǎn)時需要潤滑，生產(chǎn)復(fù)雜，成本高。

靜葉片

隔板用來固定定子葉片，并將汽缸分成幾個蒸汽室。

動葉片

動葉片安裝在轉(zhuǎn)子葉輪或鼓輪上，接收噴嘴葉柵噴出的高速氣流，將蒸汽的動能轉(zhuǎn)化為機械能，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

葉片一般由葉型、葉根和葉頂由三部分組成。

葉型是葉片的工作部分，相鄰葉片的葉型之間形成蒸汽通道，蒸汽流動時動能轉(zhuǎn)化為機械能。根據(jù)葉型截面的變化規(guī)律，葉片可分為等截面直葉片、變截面直葉片、扭葉片、彎扭葉片。

等截面直葉片：該截面的型線和面積沿葉片高度方向相同，加工方便，制造成本低，有利于實現(xiàn)葉片型線在局部層面的通用性。但氣動性能較差，主要用于短葉片。

彎扭葉片：截面質(zhì)心連線的連續(xù)扭轉(zhuǎn)可以降低長葉片的型線損失，具有良好的波動特性和強度，但制造工藝復(fù)雜，主要用于長葉片。

葉根是將葉片固定在葉輪或滾筒上的連接部件。它應(yīng)確保在任何操作條件下的牢固連接，同時盡量使其簡單、裝配方便。

T形葉根：加工裝配方便，多用于中長葉片。

菌形葉根：強度高，廣泛應(yīng)用于大型機械。

叉形葉根：加工簡單，組裝方便，強度高，適應(yīng)性好。

樅樹型葉根：葉根承載能力大，強度適應(yīng)性好，拆卸方便，但加工復(fù)雜，精度要求高，主要用于載荷大的葉片。