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第一章汽轮机概述
电能是应用最广泛的能量，也是高品质的能量，电能在工业、农业、交通、国际等国民经济部门以及社会生活的各方面日益显示出不可缺少的重要地位。
国家的电气化程度已成为国民经济经济现代化的重要标志，世界经济发展史证明，只有电力工业和发展才能促使国民经济的迅速发展。
热力发电厂作为我国主力发电力，是利用煤、石油、天然气或其它燃料生产电能的工厂。
现代热力发电厂中拖动发电机的原动机主要是汽轮机。
汽机是一种外燃回转式机械，与内燃机等相比较，具有可利用多种燃料，运转平稳、单机功率大、单机功率大、效率高、使用寿命长等一系列的优点。
汽轮机作为热力发电厂的三大主机（锅炉、汽轮机和发电机）之一，汽轮机的连续安全经济运行即决定了热力发电厂自身的经济效益，也影响着国民经济各部门的发展。
汽轮机是将蒸汽的热能转换为机械能，藉以拖动工作机（发电机等）旋转的原动机。
为保证汽轮机连续有效地进行能量转换，需配置若干辅助设备，汽轮机及其辅助设备由管道、阀门连成的整体系统称为汽轮机组。
第一节汽轮机的分类及型号
1、汽轮机的类型很多，可按不同的方法分类。
按工作原理分，有冲动式和反动式；按级数分，有单级和多级；按热力过程分，有凝汽式、背压式、抽汽式、中间再热式；按工质参数分，有低压、中压、高压、亚临界及超临界；按主要结构分，有单缸式、多缸式、轴流式、幅流式等；按用途分，有发电用、船用、工业用。
2、我国生产的汽轮机所采用的系列标准及型号已经统一，汽轮机产品型号的表示方法是：
Δ×××××
变形设计参数
蒸汽参数
额定功率（MW）
汽轮机型式（代号）
3、我厂汽轮机型号为NZK300-16.7/537/537
NZK－凝汽式直接空冷，300－机组额定功率300MW，16.7－主汽压力16.7MPa，537－主汽温度537℃,537－再热汽温537℃。
第二节近代汽轮机组一般包括以下设备系统
1、汽轮机本体，包括配汽机构、转子、汽缸、轴承座等。
2、调节保安油系统，包括调速器、调速转动执行机构，危急遮断装置、油箱、主油泵等。
3、给水回热加热系统，包括高压加热器、除氧器、低压加热器和给水泵等。
4、凝汽系统包括凝汽器、凝结水泵、真空泵、循环水泵及冷却系统等。
第三节汽轮机设计概述
1、我厂机组是根据中国机械对外经济技术合作总公司（CMIC），中国电工设备总公司（CNEEC）和美国西屋电气公司于1980年9月9日在北京签署的《大型汽轮机发电机组制造技术转让合同》引进技术制造的，在考核机组的基础上对通流部分作了第二次优化设计的新型机组。
本机组是一台亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。
采用积木块式的设计并能与600MW机组通用组合。
保留了原西屋公司湿冷机组的技术特点：
通流结构介于反动式与冲动式透平之间，级数少，效率高；整锻转子高压通流反向布置，中压通流正向布置，低压通流为对称布置，轴向推力自平衡；采用多层缸结构，通流部分轴向间隙大，径向间隙小，具有较好的热负荷适应性；采用数字式电液调节（DEH）系统，自动化程度高。
采用全三维设计手段，进行了全面优化设计。
全部动叶自带围带成圈联接；高压缸压力级叶片为倒T型叶根，中、低压采用“P”型叶根。
根据直接空冷机组运行条件开发了新型低压缸模块。
2、适用范围
本机组适用于中型电网承担基本负荷，更适用于大型电网中的调峰负荷及基本负荷。
本机组寿命在30年以上，该机型能运用在缺水地区，能适应直接空冷系统运行条件。
3、汽轮机设备规范
铭牌出力：
300MW
汽轮机型式：
亚临界、中间再热、双缸双排汽、单轴、直接空冷冷凝式
汽轮机型号:
NZK300-16.7/537/537
汽轮机制造厂:
哈尔滨汽轮机厂有限责任公司
额定功率MW300
最大计算功率MW333
工作转速r/min3000
旋转方向（从汽轮机向发电机看）顺时针
调节控制系统型式DEH
最大允许系统周波摆动HZ48.5～51.5
空负荷时额定转速波动r/min±1
噪音水平dB（A）＜90
各轴承处最大垂直振动（双振幅）mm＜0.025
通流级数34
高压部分级数I+12
中压部分级数9
低压部分级数2×6
末级动叶片长度mm620
盘车转速r/min3.6
汽轮机总长mm（包括罩壳）～17869
汽轮机最大宽度mm（包括罩壳）10745
汽轮机本体重量t～600
汽轮机中心距运行层标高mm1067
负荷性质带基本负荷并具有调峰能力
机组运行方式变压运行或定压运
冷却方式单元制空气直接冷却机力通风
补给水率为3%
4、热力系统配置
一次中间再热与三级高压加热器（内置蒸汽冷却器），一级除氧器和三级低压加热器组成回热系统，各级加热器疏水逐级自流。
机组采用3台容量各为最大给水量50%的电动给水泵。
汽轮机第四级抽汽用于加热除氧器，同时还具有供不小于20t/h厂用汽的能力。
汽轮机五级抽汽除供回热抽汽外同时还具有供25t/h厂用汽的能力。
本机组通流部分由高、中、低压三部分组成，高压汽缸内有一个部分进汽调节的冲动级和十二个反动式压力级，中压缸内有9个反动式压力级，低压部分为二分流式，每一分流由六个反动式压力级组成，全机共34级。
如附图1-1所示，采用世界领先的全三级气动设计体系，设计高、中、低压通流部分。
通流结构介于反动式和冲动式之间，末级叶片的长度为620mm，采用大刚度，小动应力，加强型的自带围带整圈连接型式。
高中压外缸是合金钢铸件，以水平中分面分为上、下两半。
两只分开的内缸，其材料及分缸形式与外缸相同。
内缸由外缸水平中分面支承，内缸同时起到压力容器的作用，使得外缸只需要较薄的壁和较小尺寸的水平法兰，这样使机组在作调峰运行时所产生的热应力可以大大降低，内缸顶部与底部用定位销导向，以保持汽轮机轴线的正确位置，同时允许其随温度变化自由地膨胀与收缩。
低压缸由一只外缸，两层内缸组成，共提供了三层缸，在进汽口和排汽装置之间的温度由三层壁来分配，轴承箱采用落地式结构，中低压联通管与低压外缸，内缸间系弹性连接，以降低热应力。
高中压转子采用整台段结构，在转子中间部分加工出两级平衡活塞，其运行中的平衡推力与作用在叶片上的轴向推力部分抵消，其余推力由设在#1轴承箱处的推力轴承承担。
较低温度的蒸汽用来冷却主蒸汽进口和再热蒸汽进口处的转子和叶根，以适应转子运行寿命。
低压转子由整锻合金钢加工而成。
高中压转子、低压转子、发电机转子分别用刚性联轴节连接成汽轮发电机轴系。
本机组有两个主汽门—调节阀组合部套，每一组件有一个主汽门和三个调节汽阀，主汽门的一端由“A”型挠性柜架和横向拉杆托架组合件支承，另一端也有一个挠性件支承，两个支承件均由螺栓和定位销固定在台板上，台板再固定在汽轮机基础上。
主汽门靠液压开启，弹簧关闭。
主汽阀内有预启阀，在锅炉全压力下约通过25%的额定蒸汽流量，在机组启动时能精确控制转速，各调节阀由装在蒸汽室端部的油动机并通过外部连杆机构来控制开度。
本机组有2个再热联合汽门组装件。
再热主汽门是不平衡的摇板式汽门，它有一转轴，其结构有减少沉积物对运行产生影响的功能。
再热汽阀为平衡式阀门，由液压开启，弹簧力关闭，用以协调机组的转速和负荷。
新蒸汽先经过主汽阀再流经调节阀进入汽轮机，调节阀控制进入高压缸的汽量。
六根高压导管分别由上、下缸各三个进汽套管进入汽缸，每根套管和喷嘴室之间采用滑动连接，从高压缸流出的蒸汽通过外下缸的排汽口流回锅炉再热器，从再热器出来的蒸汽通过再热主汽阀和调节阀进入汽缸，两根中压导汽管亦采用滑动接合连接到中压缸的下部进汽室。
中压缸流出的蒸汽通过中低压缸连通管从低压缸的中部进入，并分别流向两端的排汽口排入直接空冷汽轮机的排汽装置。
汽机本体及各加热器的疏水也流入此排汽装置。
此排汽装置与低压缸用不锈钢补偿节连接，以吸收低压缸与排汽装置横向及纵向热膨胀。
从排汽装置引出一条直径为DN5500mm的排汽主管道，管外壁设加固环的焊接钢管。
排汽主管道水平穿过汽机房至A列外，垂直上升28m标高后，分为两条DN3600mm水平管，从水平管上接出5条DN2500mm上升支管，上升至44.526mm，每台机的空冷凝汽器布置在散热器平台之上，平台标高为32.3m，30个空冷凝汽器冷却单元分为6组，垂直A列布置，每组有5个单元空冷凝汽器，其中4个为顺流，1个为逆流，逆流空冷凝汽器放置在单元中部，30台冷却风机设置在每个冷却单元下部。
抽真空管道接自每组冷却器的逆流冷却单元的上部，运行中通过水环真空泵不断地把空冷凝汽器中的空气和不凝结气体抽出，保持系统真空。
凝结水经空冷凝汽器下部的各单元凝结水管汇集主凝结水竖直总管，接至排汽装置下的凝结水箱。
在凝结水管道向上设置调节阀，可根据排汽量的大小，调节凝结水竖直总管的水位，一是防止凝结水管道内形成汽水双向流，二是保证凝结水箱内喷嘴的喷淋压力，保证除氧效果。
30台冷却风机为调频风机，通过自动装置调节风机转速而保证机组安全连续运行。
本工程主凝结水采用中压精处理系统，设置二台100%容量凝结水泵互为备用。
为了汇集空冷凝汽器中的凝结水，系统中设有一个凝结水箱。
凝结水箱的容积按接纳各种启动疏水和溢流疏放水来考虑。
凝结水自凝结水箱出口，经凝结水泵进入凝结水精处理装置，经100%处理后再经一台轴封加热器，三台低压加热器进入无头除氧器，轴封加热器及三台低压加热器的凝结水管道均有旁路，以避免有个别低压加热器因故停运时，过多影响进入除氧器的凝结水温度。
由于本工程采用直接空冷机组，其运行背压高，为保证汽轮机有足够的新蒸汽供应，采用3×50%容量电动给水泵的方案，正常运行时二台运行，一台备用，给水经给水泵升压后经过高压加热器加热后，进入锅炉产生蒸汽来冲转汽轮机，高压加热器设置为大旁路，当高压加热器切除后机组功率仍可达到300MW。
机组配有35%容量的两级旁路系统。
本机的辅机冷却水采用辅机冷却机力通风水塔冷却。
主机润滑油系统使用主轴传动及电动机带动的油泵供油。
主轴传动的主油泵装在前轴承箱内，当汽轮机接近或达到额定转速时，与油箱内的注油器配合供油，当其油压不够时，电动机带动的交流辅助油泵接替工作，当交流电源中断或油泵故障时，直流电动机带动的辅助油泵就作为紧急备用泵投入运行。
润滑油系统的大多数管道采用套装油管。
油管外层为保护套管，兼作回油管，套管内是一根或多根小口经管子。
本机组的控制油采用高压抗燃油，汽轮机的调节控制采用数字式电液调节系统DEH。
DEH能对机组的转速（包括起动、升速、甩负荷）和功率进行连续调节，并能满足机组协调控制系统对汽轮机的要求。
DEH具有一系列安全保护功能，如超速（达到110%额定转速），推力轴承磨损，凝汽器真空低，轴承油压低，EH油压低时均可自动停机；机组转速达到103%时还能短时关闭高、中压调门。
本机组具有较完善的汽机监视仪表系统（TSI），这些仪表可供在起动、运行和停机阶段进行监视，其输出可预显示或记录，监视项目包括：
汽缸绝对膨胀、胀差、转子轴向位移，转子偏心，振动振幅及相位角，转速和零转速等。
5、我厂汽轮机结构特点
新蒸汽从下部由主蒸汽管进入布置于高中压合缸两侧与基础固定联结的两个高压主汽调节联合阀，由6个调节阀（每边3个）经6根φ193.7×28.6高压挠性导汽管，按一定的顺序从高中压外缸的上半和下半通过钟形套筒分别进入高压缸的6个喷嘴室，通过各自的喷嘴组流向正向的冲动式调节级，然后返流经过高压通流部分的12级反向的反动式压力级后，由高压缸下部两侧排出进入再热器。
再热后的蒸汽由再热主汽管进入置于汽轮机机头两侧浮动支撑的两个中压再热主汽调节联合阀，再经过两根φ508×26.2中压导汽管将蒸汽从下部导入高中压外缸的中压内缸，再经过中压通流部分9级正向布置的反动式压力级后，从中压缸上部排汽口经过1根φ1219联通管进入低压缸。
低压缸为双分流结构，蒸汽从中部流入，经过正反向各级反动式压力级后，从两个排汽口向下排出。
高中压转子是高中压部分合在一起的1根30Cr1Mo1V耐热合金钢整锻结构，高压部分为鼓形结构，中压部分为半鼓形结构，总长6984，带叶片最大外缘直径为φ1532。
调节级叶轮根部有冷却蒸汽口，调节级后的蒸汽一股通过冷却蒸汽口反向流动，冷却高压转子及蒸汽室，另一股流向高压平衡环汽封。
高压平衡环汽封漏汽一股流向高压外缸与高压内缸的夹层，冷却高压内缸外壁及高温进汽部分，经高中压外缸上下半各1根φ168×9的冷却蒸汽管引向高排逆止门前的抽汽管路；另一股通过中压进汽平衡环汽封漏往中压进汽区，冷却中压转子进汽区。
在中压外缸与中压内缸的夹层中有来自中压5级后的冷却蒸汽冷却中压内缸外壁。
精心设计的冷却蒸汽系统可延长转子、汽缸的使用寿命。
在转子的前端用螺栓刚性联结1根接长轴，推力盘、主油泵叶轮及危急遮断器均在这根短轴上。
推力轴承位于前轴承箱处，与推力盘形成轴系的膨胀死点。
高压动叶片叶根由纵树形改为T形，消除了纵树形叶根处的漏汽，提高高压缸效率。
调节级正向布置，高压叶片反向布置，中压叶片正向布置，同时还设计有3个平衡鼓，机组在额定负荷运行时保持不大的正推力。
在某一负荷出现负推力时，推力轴承非工作瓦承力，保持稳定运行。
低压转子为30Cr2Ni4MoV合金钢整锻结构，转子总长为7775。
低压转子双分流对称结构，1—4级为半鼓形结构，5—6级带有较大的整锻叶轮。
低压末级叶片，强度好，跨音速性能好。
低压转子通过中间轴与发电机转子刚性联接。
转子装好叶片后，要进行高速动平衡，达到一定平衡精度，减少运行时振动。
为此在每根转子的中部和前后各有一个动平衡面，沿每个平衡面圆周分布螺孔，可以实现制造厂高速动平衡和电厂不揭缸动平衡。
高中压汽缸由高中压外缸、高压内缸、中压内缸组成，形成双层缸结构，高温区设计有回流冷却，从而使每个汽缸承受的压差及温差均有降低，内压应力和热应力水平均可降低。
内外缸壁的厚度都可以设计得比较薄。
外缸和内缸水平中分面螺栓靠近缸壁中心线，使缸壁与法兰厚度差别量减小，上下半缸结构基本对称，重量接近，热容量差别小，因而对热负荷变化的适应性增强。
采用高窄法兰结构，螺栓较长，螺纹外径采用3/1000倒锥形，运行时应力分布均匀，不咬扣。
内缸由外缸的水平中分面支承，顶部和底部由定位销导向，以保证内缸在外缸内横向定位并可使内缸随温度的变化在外缸内自由地膨胀和收缩，内缸的定位靠内缸凸台与外缸槽的配合来实现。
外缸下半有4个猫爪，支承在前轴承箱两侧及低压缸轴承箱两侧，支承面与水平中分面相平，受热时汽缸中心保持不变。
高压缸共有6个喷嘴室，上下半各3个，进口都焊在高压内缸上，靠喷嘴室上的键槽镶嵌在内缸上的凸缘上定位。
高中压隔板由单只自带内外环的静叶片整圈组焊而成。
内环、外环分别有整圈焊缝，焊接后形成一块隔板。
中分面处有斜线或折线切口，将隔板分成上下两半。
在隔板内环开有膨胀槽以及吸收静叶的膨胀量。
在隔板外环处，通过L形塞紧条将隔板固定在隔板套内。
低压外缸全部由钢板焊接而成，为了减少温度梯度设计成3层缸。
由外缸、1号内缸、2号内缸组成，减少了整个缸的绝对膨胀量。
，汽缸上下半各由3部分组成：
调端排汽部分、电端排汽部分和中部。
各部分之间通过垂直法兰面由螺栓作永久性连接而成为一个整体，可以整体起吊。
排汽缸内设计有良好的排汽通道，由钢板压制成。
低压缸四周有框架式撑脚，增加低压缸刚性，撑脚座落在基架上承担全部低压缸重量，并使得低压缸的重量均匀地分在基础上。
在撑脚两侧及低压缸扩压管下部通过键槽与预埋在基础内的锚固板形成膨胀的绝对死点。
在蒸汽入口处，1号内缸、2号内缸通过1个环形膨胀节相连接，1号内缸通过1个承接管与连通管连接。
内缸通过4个搭子支承在外缸下半中分面上，1号内缸、2号内缸和外缸在汽缸中部下半通过1个直销定位，以保证三层缸同心。
为了减少流动损失，在进排汽处均设计有导流环。
低压缸两端的汽缸盖上装有两个大气阀，其用途是当低压缸的内压超过其最大设计安全压力时，自动进行危急排汽。
大气阀的动作压力为0.034—0.048Mpa（表压）。
低压缸排汽区设有两路喷水装置，第1路在空转和低负荷时根据转速和排汽温度自动投入，第2路根据排汽温度和背压限制曲线自动投入，降低低压缸温度，保护末叶片。
根据直接空冷机组的运行特点，低压缸和轴承箱分别落地，以避免排汽温度的变化使轴承标高受到影响，以保证轴承的稳定性，同时低压缸端汽封以3个支撑臂固定在轴承箱上，并具有水平及横向键以确定汽封体的中心，这样端汽封能与转子具有良好的同心性，避免动静碰磨，保持合理的间隙，汽封体与低压缸之间设有膨胀节，在保证真空前提下，能吸收低压缸膨胀引起的位移。
高、中、低压内外缸水平中分面部分合金钢螺栓需要热紧，以使其有足够的预应力，保证机组在一个大修期间法兰密封不漏汽。
汽轮机的连通管上采用连杆膜板式膨胀节，吸收各方向热膨胀。
汽封系统包括高压供汽调节阀，溢流调节阀等主要设备，每阀上均置一压力控制器，该控制器接受蒸汽母管的压力讯号后，产生空气压力输出，所以在各种工况下均能使通往汽封的蒸汽保持在给定的压力范围内。
在30%额定负荷以下轴封用汽由外界汽源供应，30%额定负荷以上，轴封用汽可实现自密封。
后汽缸喷水系统本机配有2套喷水减温装置，第1路机组转速达到2600r/min直至带15%负荷时及机组正常运行时出现低压缸排汽温度大于90℃时投入运行。
第2路在排汽温度大于90℃及背压超过背压限定曲线时投入运行。
系统配置气动喷水调节阀。
本体疏水系统中有6个气动疏水阀，3个用于高压第1级和主蒸汽管道疏水。
3个用于高压外缸、再热进汽管道疏水。
系统中还有2个气动通风阀。
全机共有4个轴承座。
在高压转子、中压转子和低压转子两端各有一径向轴承支持，推力轴承用密切尔轴承，置于高压－中压轴承座内。
盘车转速为3.6r/min，盘车时由顶轴油泵供油。
机组共有7段回热抽汽，分别向3台高压加热器、1台除氧器和3台低压加热器供汽。
汽轮机在额定负荷时各级抽汽参数见表：
抽汽段
抽汽级数
流量
t/h
压力
MPa.a
温度
℃
允许的最大抽汽量t/h
第一段（至1号高加）
高压第8级后
67.0
5.700
387
72
第二段（至2号高加）
高压第12级后
66.7
3.661
323
74
第三段（至3号高加）
中压第5级后
33.2
1.686
435
36
第四段（至除氧器）
中压第9级后
43.0
0.7999
339
50
第四段（至厂用汽）
50.0
0.7847
332
50
第五段（至5号低加）
低压反第2级后
22.0
0.3157
228
24
第五段（至厂用汽）
35
0.2894
220
35
第六段（至6号低加）
低压正第3级后
23.0
0.1956
175
26
第七段（至7号低加）
低压正反第4级后
48.0
0.1027
116
54
各高压加热器均为设有过热蒸汽冷却段、凝结段和疏水冷却段的表面式加热器，除氧器为无头内置式，所有低压加热器均为全冷凝表面式加热器。
高压加热器的疏水逐级自流至除氧器，低压加热器的疏水逐级自流至排汽装置。
给水系统配有3组50％容量电动给水泵组，在主给水泵前均设置前置泵，由液力联轴器对主泵进行变速调节
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