1、一、汽轮机装置在国民经济中的地位,电力工业是国民经济的基础工业之一，电力工业的发展水平直接影响到各行各业的发展，电力生产量是衡量一个国家经济水平的重要指标，人均占有电量是衡量人民生活水平的重要指标。世界电量的80%以上是由汽轮机作为原动机生产的（火电和核电），因此，汽轮机在国民经济中占有重要的地位。,汽轮机装置的特点是单机功率大、热经济性高、运行安全可靠、单位功率制造成本低。,汽轮机：以水蒸汽为工质，将热能转变为机械 能的外燃高速旋转式原动机。,汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械，主要用作发电原动机，也用来直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。,二、汽轮机发展概述,1883年拉伐尔创造第一
2、台轴流式汽轮机 18841894年巴森斯（英）轴流式多级反动式汽轮机、辐流式汽轮机、背压式汽轮机； 1900年寇蒂斯制造复速级汽轮机；制造多级冲动式汽轮机； 1920年造出给水回热式汽轮机； 1925年造出中间再热式汽轮机；,自1883年第一台轴流式汽轮机诞生至今，汽轮机发展经历了两个阶段，第一阶段是各类型汽轮机全面问世阶段（18831925），第二阶段是向高参数、高效率、大容量方向发展阶段。,此后的经济衰退和第二次世界大战期间爆发，使汽轮机单机功率的增大处于停顿状态。 50年代，随着战后经济发展，电力需求突飞猛进，单机功率又开始不断增大，陆续出现了325600 MW的大型汽轮机。 60年代制
3、成了1000 MW汽轮机。 70年代，制成了1300 MW汽轮机。 现在许多国家常用的单机功率为300600 MW 。,随着电力应用的日益广泛， 20年代时单机功率就已增大到60MW。 30年代初又出现了165 MW和208 MW的汽轮机。,三、近几十年汽轮机发展的主要特点,1、增大单机功率； 2、提高蒸汽参数； 3、普遍采用一次中间再热； 4、采用燃气蒸汽联合循环发电装置； 5、提高机组的运行水平。,四、汽轮机主要制造业,GE Co.（General Electric Corporation) 美国通用电气公司（冲动式） WH Co. (Westing House Electric Corp
4、oration) 西屋电气公司（反动式） BBC (Brown Boveri Co.) 瑞士勃朗.鲍维利公司 （反动式） AA (Alsthon-Atlantague Co.) 法国阿尔斯通大西洋公司（冲动式、反动式） 其他（苏联、日本等）,我国三大动力设备厂：哈尔滨汽轮机厂上海汽轮机厂东方汽轮机厂 中小型汽轮机厂：北京重型电机厂青岛汽轮机厂武汉汽轮机厂 工业汽轮机：杭州汽轮机厂燃气轮机：南京汽轮机厂,五、汽轮机的分类及型号,（一）汽轮机的分类 1、按工作原理分级是汽轮机中最基本的做功单元 （1）冲动式汽轮机各级按照冲动原理设计。蒸汽主要在喷嘴中膨胀或在动叶中只有少量膨胀的汽轮机。 （2）反动
5、式汽轮机各级按冲动和反动原理设计。蒸汽在喷嘴中膨胀程度与在动叶中膨胀的程度相等的汽轮机。调节级采用冲动级，其它级均为反动级。,2、按热力特性分 （1）凝汽式汽轮机汽轮机排汽排入凝汽器的汽轮机。作功能力大，效率比较低。背压真空，有凝汽器。有些小汽轮机没有回热系统，称为纯 凝汽式汽轮机。 （2）背压式汽轮机汽轮机排汽在高于大气压力下排出，排汽可供给工业或采暖热负荷的用汽。无凝汽器。 （3）抽汽式汽轮机从汽轮机中间某级后抽出一定的可调参数、流量的蒸汽对外供热，其余气流排入凝汽器。 （4）抽汽背压式汽轮机具有调整抽汽的背压式汽轮机，调节抽汽和排汽都分别供热用户。 （5）多压式汽轮机汽轮机的进汽不止一个
6、参数在汽轮机的某中间级前又引入其它来源的蒸汽，与原来的蒸汽混合共同膨胀做功。中间再热和无中间再热。,3、按主蒸汽压力分,1.轴流式汽轮机 组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列，汽流方向的总趋势是轴向的，绝大多数汽 轮机都是轴流式汽轮机 。 2.辐流式汽轮机 组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列，汽流方向的总趋势是半径方向的。,4、按汽流方向分,1.电站汽轮机 用于拖动发电机，汽轮发电机组需按供电频率定转速运行，故也称为定转速汽轮机， 主要采用凝汽式汽轮机。也采用同时 供热供电的(抽汽式、背压式)汽轮机，通常称它们为 热电汽 轮机或供热式汽轮机。 2.工业汽轮机 用于拖动风机、水泵等转动机械，其
7、运行速度经常是变动的，也称为变转速汽轮机。 3.船用汽轮机 用于船舶推进动力装置，驱动螺旋桨。为适应倒车的需要，其转动方向是可变的。 4.凝汽式供暖汽轮机 在中低压缸连通管上加装蝶阀来调节供暖抽汽量，抽汽压力不象调节抽汽式汽轮机 那样维持规定的数值，而是随流量大小基本上按直线规律变化的。,5、按用途可分,1.大功率汽轮机 现在国内有关会议和文件中，大功率汽轮机通常指200MW以上的汽轮机。 2.小功率汽轮机 在我国目前状况，为25MW以下的汽轮机。,6、按功率分,此外，按汽缸数目可分为单缸、双缸和多缸汽轮机。,（二）汽轮机的型号 XX - XX X,例：N300-16.7/538/538300
8、MW凝汽式汽轮机，主蒸汽压力为16.7MPa，温度为538C，再热蒸汽温度538C。,1.中国汽轮机型号的表示方法,汽轮机型式代号,变型设计次序,蒸汽参数,额定功率（MW）,参数的表示方法,2.美国和日本汽轮机型号的表示方法,xF,xx,末级叶片高度，in,排汽口数,轴数,例如：TC4F-31，表示单轴、4个排汽口的汽轮机，末级叶片高度为31in（787mm）;CC4F-33.5,表示双轴、4个排汽口的汽轮机，末级叶片高度为33.5in(851mm)。当主蒸汽参数为12.424.1MPa，538/538时，美国不同型号单轴汽轮机对应的功率范围见下表。,3.俄罗斯汽轮机型号,俄罗斯汽轮机型式代号
9、和参数的表示方法:,4.法国汽轮机型号,- xx,- xx,末级叶片高度,排汽口数,转速,- xx,二次过热对称布置,- xx,2A,T,额定功率,汽轮机,例如，T2A330-30-2F1044型表示有二次过热对称布置，额定功率为330MW，转速为3000r/min，双排汽口，末级叶片高度为1044mm（实际为1080mm,但仍称1044叶片）。,汽轮机本体,汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。 1、固定部分包括汽缸、隔板、喷
10、嘴、汽封、紧固件和轴承等。 2、转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。 3、固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。 4、汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。,1、汽轮机的级：由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元。 2、在喷嘴通道内，蒸汽膨胀压力降低，温度降低，汽流速度加快，可见蒸汽从喷嘴的进口到出口实现了由热能向动能的转换。高速流动的蒸汽由喷嘴出口进入动叶，给予动叶以冲动力，通常汽流在动叶槽道中继续膨胀，并转变方向，当汽流离开动叶槽道时，它给叶片以反动力，这两个力的合力，推动动叶带动动叶轮和轴旋转，做出机械功
11、。 3、对轴流式汽轮机来说，所采用的轴流级按照级内蒸汽能量转换的特点，可分为纯冲动级、冲动级、反动级和复速级等几种。,汽轮机的级,隔板和喷嘴,汽轮机中隔板的作用是将汽轮机各级隔离开来，并固定喷嘴和阻止各级间的漏汽。 隔板是由隔板外缘、喷嘴和隔板体构成的圆形板状组合体。隔板按照制造方法的不同可以分为铸造隔板、焊接隔板和组合隔板三种。目前大型汽轮机普遍采用焊接隔板。焊接隔板是将预先加工好的喷嘴叶栅焊接在隔板体和外缘之间制成。隔板通常做成水平对分形式，汽轮机的主轴穿过其内圆孔。 喷嘴的作用是对蒸汽进行加速，将热能转变为动能。,动 叶,汽轮机动叶是固定在叶轮上的。动叶是完成将蒸汽动能转变为机械能的重要
12、部件。 按照动叶横截面积沿叶高的变化规律，将动叶分为等截面叶片和变截面叶片。等截面叶片的截面积沿叶高是不变的，变截面叶片的截面积沿叶高按照一定的规律减小，即叶片绕各截面形心连续发生扭转，通常又称为扭曲叶片。,焊接转子,组合转子,套装转子,汽轮机转子,汽 缸,汽缸是汽轮机的外壳。按照承受压力的不同,可以分为高压缸、中压缸和低压缸。汽缸内部装有隔板、喷嘴等部件。汽缸都为上下两部分对分形式，用螺栓将上下两部分连接起来。汽轮机转子穿过汽缸，转子上装有叶轮、动叶。每列喷嘴后面都对应一列动叶。,汽轮机高压缸是承受蒸汽温度、压力最高的部分。例如，对于北京重型电机厂生产的330MW汽轮机，其进汽压力为17.7
13、5MPa，温度为540，而汽缸外则是环境温度和压力，从而使高压缸承受较大的温度差和压力差。为此，一般对参数在12.75MPa、535及以上的汽轮机，都将高压缸做成内、外两层汽缸。并在内、外汽缸的夹层中间通以低于初温、初压的蒸汽，使每层汽缸所承受的温差和压差都大为减少，每层汽缸的厚度就可以大为减薄。同时，由于外层汽缸能够得到夹层中蒸汽的有效冷却，还可以降低对外缸金属材料的要求，节省优质耐热合金钢。,双层缸结构,主蒸汽进入调节级的区域内转子冷却结构,再热蒸汽进口区转子的冷却结构,轴封结构,联轴器,联轴器也叫靠背轮或对轮。它的作用是连接汽轮机各转子以及汽轮机转子与发电机转子，借以将蒸汽作用在汽轮机转
14、子上的扭矩传递给发电机转子，使发电机转子旋转，从而产生电能。 汽轮发电机组中，常用的联轴器有刚性联轴器和半挠性联轴器。,1、2-刚性联轴器（对轮）；3-螺栓； 4-垫圈；5-键；6、7-转子,转子的支撑,支持油膜形成过程,推力轴承,推力轴承是用来承受转子的轴向推力，并确定转子的轴向位置，从而保证动静件之间的轴向间隙在允许范围内。 大型汽轮机通常都采用高中压缸反向布置以及低压缸分流等措施，但由于高中压缸的轴向推力不可能做到完全平衡，故其轴向推力仍具有较大的数值。 例如国产200MW汽轮机额定工况下的轴向推力为13.25吨，300MW汽轮机为14吨，而且运行工况变化时还可能出现更大的瞬时轴向推力或
15、反向推力。所以，推力轴承的工作是十分重要的。,汽轮机调节系统,由于交流电能不能大量储存，因此发电厂必须根据外界负荷及时地生产相应数量的电能。 在火电厂中，汽轮发电机组的工作是由蒸汽在汽轮机转子上产生的作用力矩和发电机转子受到负载的反动力矩之间的平衡关系所决定的。当这两个力矩相等时，汽轮发电机组在一定的转速下稳定运转。我国电网频率为50Hz，相应的汽轮机额定转速就是3000r/min。 但外界用户的用电情况总是经常不断地变化，因此发电机的负载力矩随外界用户的变化也在不断地变化，如果汽轮机蒸汽力矩不能随着相应地变化，机组的稳定运转就遭到破坏，从而导致汽轮机转速的变化，转速的变化意味着供电频率的变化
16、。,调节系统的任务,为了保证供电质量，确保机组安全运行，汽轮机必须装有调节系统。其基本任务是：在外界负荷变化时，及时地调节汽轮机功率，以满足用户用电量变化的需要，同时保证汽轮发电机组的工作转速在正常允许变化范围内。,最简单的调节系统-直接调节,间接调节,DEH系统,汽轮机凝汽设备,凝汽器工作原理图,水环式真空泵,闭式循环水系统,汽轮机系统及设备,主蒸汽系统：吹动汽轮机旋转，带动发电机做功，是发电厂主要的做功介质通过的系统。 再热蒸汽系统：辅助主蒸汽系统做功，提高机组热效率。 回热抽汽系统：尽量减少进入凝汽器的无用能量，提高机组热效率。,汽轮机系统及设备,凝结水泵：由于凝汽器热井内处于真空状态，
17、水不会自动流出来。凝结水泵的作用就是将热井内的凝结水抽吸出来，经过低压加热器加热后送到除氧器。 低压加热器：低压加热器的作用是利用在汽轮机内做过部分功的蒸汽，抽至加热器内部加热由凝结水泵来的凝结水。低压加热器通常都采用表面式加热器，即抽汽与凝结水不直接接触，凝结水在管内流动，抽汽在管外流动。这种低压加热器的结构比较简单，运行可靠性高。 由于加热器内部水侧压力近似为凝结水泵出口的压力，故将其称为低压加热器。,除氧器,当水与空气或某种气体混合物接触时，就会有部分气体溶解在水中。由于凝汽器、部分低压加热器处于真空状态下工作，凝结水和锅炉补充水中也不可避免地溶入部分气体。电厂热力设备发生腐蚀的主要原因
18、是水中溶解有活性游离气体，这些游离气体中主要是氧气。氧气在高温条件下可以直接和钢铁产生化学反应，腐蚀设备，降低机组安全性，另外在热交换器中如有气体聚集，将会使传热恶化，降低机组的经济性。 为保证发电厂安全、经济运行，必须将锅炉给水的含氧量控制在允许的范围内，特别是高参数大容量的锅炉对给水品质的要求更高。为此，除氧器的任务是，及时除去锅炉给水中溶解的氧气和其它气体，以防止腐蚀热力设备和影响传热。由于除氧器清除的主要对象是氧气，所以习惯上将给水除气设备称为除氧器。,淋水盘式除氧器 1-配水槽；2-筛盘；3-蒸汽分配箱；4-排气门,给水泵,在火电厂各类水泵中，给水泵是最重要的一种水泵，它的作用是向锅
19、炉连续供给具有足够压力、流量和相当温度的给水。,高压加热器,由给水泵出来的给水，压力已经比较高。例如，对于国产200MW机组，其给水泵出口额定工作压力为17.65MPa；对于300MW机组，其给水泵出口额定工作压力约为22.74MPa。此时，加热器中水侧承受的是给水泵出口的压力，故将位于给水泵与锅炉之间的加热器称为高压加热器。 高压加热器的结构特征及工作原理与低压加热器基本相同，只是在强度上要求较高。经过若干个高压加热器的加热后，对于300MW机组，锅炉给水温度已经达到279左右，即可以送入锅炉省煤器，再依次经过汽包、水冷壁、过热器后又变成蒸汽，继续进入汽轮机进行作功，完成热力循环。,思 考 题,1、按照不同的分类方法，可以将汽轮机划分为几种类型？ 2、不同国家汽轮机型号的表示方法有何不同？ 3、汽轮机的本体结构包含哪些设备？各有什么功能？ 4、汽轮机有哪些主要的热力系统？各有什么作用？,
