艾肯，H.H.
[拼音]：qilunji
[英文]：steam turbine
利用蒸汽膨脹作功，將熱能轉換為機械能的旋轉原動機。這種機械作功的基本單元由噴嘴葉柵和動葉柵構成，稱為汽輪機的級。驅動發電機的汽輪機均為多級汽輪機。自1883年瑞典人C.G.P.de拉瓦爾製成第一臺衝動式汽輪機，1884年英國C.A.帕森斯製成第一臺反動式汽輪機並用於發電以來，汽輪機向大容量、高蒸汽引數方向不斷髮展。1956年出現超臨界壓力汽輪機。1965年出現二次中間再熱式汽輪機。到80年代中期，最大單機功率已達1200兆瓦（單軸）和1300兆瓦（雙軸）。50年代後期以來，用於核電站的大功率汽輪機迅速發展，最大單機功率達1550兆瓦。
分類
汽輪機的種類很多，分類方式也各異，主要有按工作原理分類，按蒸汽引數分類，按排汽方式分類等。
（1）按工作原理分類：汽輪機可分為衝動式和反動式兩大類。在衝動式汽輪機中，蒸汽主要在噴嘴葉柵中膨脹降壓，增加流速，蒸汽熱能被轉換為動能。進入動葉柵改變流動方向，推動葉柵作周向運動，蒸汽的動能進一步轉化為機械能。在反動式汽輪機中，蒸汽不但在靜葉柵中膨脹，而且在動葉柵中同樣膨脹加速，蒸汽不但給動葉片以推動力，而且在流出動葉片時給動葉片以反作用力。蒸汽在動葉片中焓降佔一級總焓降的百分比稱為級的反動度。反動式汽輪機反動度常取50％，以使動葉和靜葉可取相同葉型，從而簡化製造工藝。為防止葉片根部出現倒吸現象，減少流動損失，衝動級動葉片中也設計為具有一定焓降，其反動度視葉片長度而定，一般取5～30％。衝動級具有較大的熱-功轉換能力，並且變工況效能好，所以兩類汽輪機都採用衝動級作為第一級（調節級）。中、小型汽輪機常採用復速級作為第一級，它是在一個葉輪上裝有兩列動葉，在兩列動葉之間裝有導向葉片。由噴嘴射出的高速汽流在第一列動葉內將一部分動能轉變為機械功；經過導向葉片改變流動方向後，再進入第二列動葉片繼續作功，因此復速級的焓降及作功能力比單列級大。
（2）按蒸汽引數分類:一般分為低壓（1.3兆帕）、中壓（6兆帕）、高壓（～9兆帕）、超高壓(～13.5兆帕)、亞臨界（～16.5兆帕）或超臨界(～24兆帕)汽輪機。由於高溫金屬材料效能的限制，目前汽輪機中使用的最高蒸汽溫度在565 ℃左右。世界一些先進國家正在研究發展超超臨界汽輪機，其蒸汽引數為：～35兆帕，～600℃。
（3）按排汽方式分類：汽輪機可分為凝汽式和背壓式兩類。凝汽式汽輪機的排汽在低於大氣壓的狀態下進入凝汽器凝結成水。它具有較高的熱能－電能轉換率，廣泛應用於大功率發電機組。在凝汽式汽輪機中，若在某一級後將部分蒸汽於該點壓力下引出，並用作工業過程用汽或生活用汽，這類汽輪機稱為抽汽式汽輪機。抽汽式汽輪機可以在不同壓力點多次抽汽。這類機型廣泛用於熱電聯產。背壓式汽輪機的排汽壓力高於大氣壓力，排汽可作為工業用汽源，一般功率較小。如用於驅動發電機，其發電量取決於工業用蒸汽的需要量。若背壓式汽輪機的排汽用作其他中、低壓汽輪機的汽源，則該汽輪機稱為前置式汽輪機。
此外，汽輪機還可按汽流方向分為軸流式和輻流式，按結構分為單級和多級。以發電為主要目的的現代大功率汽輪機廣泛採用軸流式、多級、高初引數、凝汽式(或抽汽式)機組。
結構
汽輪機本體由汽缸和轉子兩大部件構成。大功率、高參數汽輪機通常由高壓、中壓（或高中壓）及低壓缸組成，超大功率汽輪機可以有兩個或兩個以上的中壓缸和低壓缸。每個缸體採取反向對稱結構。高、中壓缸體由鉻鉬鋼鑄造後加工而成，低壓缸多用鋼板焊制。大容量汽輪機高壓缸多采用雙層結構，在內、外缸間的夾層中通以適當引數的蒸汽，以減少汽缸厚度，降低起動熱應力。
轉子由主軸、葉輪和動葉組成。高、中壓部分主軸和葉輪由鉻鉬釩高強度鋼鍛件車削而成；動葉由高鉻不鏽合金鋼銑製成型並鑲嵌組合在輪緣上。低壓部分葉輪與軸採用紅套組合成整體；動葉加工成型後鉚接在輪緣上。靜葉柵（噴嘴）裝在隔板上。隔板製成兩個半圓形，分別組裝在上、下汽缸內，上、下缸的法蘭對口後用螺栓緊固。
為防止和減少高、中壓汽缸內的高壓蒸汽從汽缸與轉軸的間隙向缸外漏洩，在間隙內有多組交替安裝在汽缸或轉軸上的密封圈，稱為迷宮式汽封。
汽輪機除主軸承外，設有推力軸承，以承受轉子軸向推力，並確定轉子的軸向位置。為了平衡轉子軸向推力，高、中壓轉子多采用汽流反向佈置；低壓缸多采用映象佈置。為了防止執行中發生共振，葉片的自振頻率、轉子的臨界轉速，以及基礎的振動頻率均應避開汽輪機的工作轉速。
調速保安系統
汽輪機的重要組成部分。其功能是：隨負荷的變化，調節進入汽輪機的蒸汽流量，維持汽輪機轉速在額定範圍之內，滿足負荷需要（見圖）。
為了防止外界負荷發生大幅度變化時，汽輪機發生超速事故，一般汽輪機裝設超速保護系統，當汽輪機轉速超過一定限度時，保安器動作，將主汽門迅速關閉，切斷汽輪機汽源，以確保安全。
蒸汽引數
提高汽輪機的蒸汽初引數不但能提高裝置的熱迴圈效率，而且可以提高裝置本身的效率。選擇合理的蒸汽初引數不僅決定於裝置的熱效率，還要考慮隨著蒸汽初引數的提高，對金屬材料的品質和裝置的製造技術水平、造價、金屬消耗量以及發電成本和執行可靠性等因素的影響。中壓（及以下）汽輪機的蒸汽初溫一般為400～450℃，以便採用碳素鋼;高壓（及以上）汽輪機初溫採用520～565℃，一般多取535℃，以便採用低合金元素的珠光體鋼，避免採用高價的奧氏體鋼。蒸汽初壓的選擇主要受到末級葉片容許最大溼度(12～14％)的限制。大容量熱能動力裝置由於採用蒸汽中間再熱和給水回熱，有利於初壓的提高。大型汽輪機的蒸汽初壓一般採用超高壓和亞臨界壓力，個別的採用超臨界壓力。中國製造的汽輪機的功率及進汽引數已係列化（表1）。當蒸汽初引數不變時，降低汽輪機的背壓可明顯提高裝置的熱迴圈效率。但過低的背壓會導致末級蒸汽溼度增加，降低了汽輪機的相對內效率，還會使汽輪機的末級排汽面積和凝汽器結構尺寸隨之增大，迴圈冷卻水泵的容量也得相應增加。事實上，一些大功率的汽輪機採用了較高的背壓。中國製造的汽輪機的背壓值見表2。
單機容量
單機容量較大的汽輪機，每千瓦的裝置投資較低。因裝置熱效率較高，發電成本也較低。但另一方面，在電力系統中如果較大容量的單機機組經常處於低負荷狀態執行，裝置的熱效率會降低很多，因而很不經濟。此時應將建設費用與執行費用等技術經濟指標進行綜合，以確定是否代之以若干臺較小容量的機組。中國的《火力發電廠設計技術規程》中規定，在新建的發電廠中，最大機組的單機容量一般為電力系統總容量的8～10％。而在電力負荷增加迅速的電力系統中，也可選用單機容量更大的機組。
起動與停運
採用高溫、高壓引數的汽輪機，在起動、停運的過程中由於溫度的急劇變化，可能導致汽缸發生變形、裂紋。因此，必須制訂合理的起動、停運操作程式，保證汽輪機各部位的溫度梯度在安全值以內，同時也能有效縮短起停時間。一般規定，蒸汽與金屬的溫差應在－30～＋55℃範圍內。金屬溫度的上升率應小於278℃/h（h為小時），下降率應小於42℃/h。
起動加熱時汽缸的膨脹滯後於轉子，起動速度過快會引起汽缸與轉子的膨脹差過大，使軸向間隙消失，導致動、靜部件發生摩擦。摩擦部位區域性過熱會產生殘餘應力，進而導致轉子永久性彎曲變形。為了隨時監視脹差，汽輪機裝有相對脹差指示器。大功率汽輪機轉子直徑達600～700mm，轉子表面與中心部位的溫差會產生熱應力。因起動與停機時的熱應力正負符號相反而形成交變應力。在交變應力作用下將產生疲勞損傷及至裂紋，特別是在轉子鍛件存在固有缺陷的地方。如不能及時發現並採取預防措施，裂紋擴充套件會造成嚴重的轉子斷裂事故。因此，應定期對大型汽輪機的轉子進行無損探傷。尤其對起停頻繁的調峰機組，除在設計上和材料選用上需作特殊考慮外，還應加強預防性檢查以保證安全。為消除因轉子上下溫度不均引起的轉子熱變形，汽輪機備有盤車裝置。汽輪機在起停過程中都要盤車數小時以減小溫度變化率。
執行
汽輪機的執行方式可按負荷分為低負荷執行、過負荷執行及變負荷執行。汽輪機的負荷隨電力系統負荷常處在變動中。在汽輪機設計負荷的一定範圍內，汽輪機能安全經濟地執行。 一般情況下過負荷在5％以內是允許的，但要採取增大進汽流量、減少抽氣量或提高進汽壓力等措施。汽輪機的過負荷能力還受到不同季節冷卻水溫的影響。火力發電裝置有一個不能穩定連續執行的最低負荷限度。低負荷執行時常發生汽輪機汽缸熱應力增大、排汽溼度過大等問題，熱效率也顯著降低。
執行方式也可按蒸汽引數分為定壓執行和滑壓執行。滑壓執行是指來自鍋爐的蒸汽壓力隨汽輪機負荷降低而降低的執行方式。滑壓執行能顯著提高低負荷執行狀態的熱效率並基本維持汽輪機內溫度不變。
負荷變化率也是影響汽輪機正常執行的因素之一。由於負荷急驟變化和自動調整裝置的遲延，汽溫及汽流量的過大波動會導致汽缸熱應力過大，出現裂紋、轉子脹差增大以致發生強裂振動。汽輪機執行中最常見的故障是不正常的振動。執行良好的汽輪機，軸承部位的振幅不應超過0.03～0.05mm。引起振動異常的常見原因有轉子不平衡，軸彎熱變形，動、靜部件摩擦等。轉子上萌發的疲勞裂紋也會引起振動。
調峰汽輪機的執行
機組的設計與其執行方式密切相關。承擔基本負荷的凝汽式汽輪機常為大功率機組，要求執行負荷穩定在經濟負荷左右。電力系統的負荷在一天內可能發生幅度較大的週期性變化。調峰機組承擔負荷變化的主要部分。在用電高峰的時間，調峰機組投入執行；在用電低谷的時間，調峰機組處在低負荷執行或停機。承擔調峰負荷的機組，要求：
（1）起動帶負荷速度快。主要方法是改進汽輪機設計，如緊湊的整體結構，增大圓角半徑，採用新型材料，採用全周進汽的節流配汽方式，增加汽輪機保溫措施等，以降低快速起動時的熱應力水平。
（2）具有長期低負荷執行的經濟性。主要方法是將機貯a href='http://www.baiven.com/baike/222/323577.html' target='_blank' >櫚木酶漢繕杓莆疃ǜ漢傻?5～90％，採取滑壓執行等。