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1、汽轮机结构原理与运行培训转自： 时间：2009年6月23日9:14一、汽轮机发展介绍将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。 汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。汽轮机是一种透平机械，又称蒸汽透平。公元一世纪时，亚历山大的希罗记述了利用蒸汽反作用力而旋转的汽转球，又称为风神轮，这是最早的反动式汽轮机的雏形；1629年意大利的布兰卡提出由一股蒸汽冲击叶片而旋转的转轮。19世纪末，瑞典拉瓦尔和英国帕森斯分别
2、创制了实用的汽轮机。拉瓦尔于1882年制成了第一台5马力(3.67千瓦)的单级冲动式汽轮机，并解决了有关的喷嘴设计和强度设计问题。单级冲动式汽轮机功率很小，现在已很少采用。我国的第一台汽轮机是1949年在上海汽轮机制造，容量为6000千瓦，于1956年在淮南发电厂投产。 20世纪初，法国拉托和瑞士佐莱分别制造了多级冲动式汽轮机。多级结构为增大汽轮机功率开拓了道路，已被广泛采用，机组功率不断增大。帕森斯在1884年取得英国专利，制成了第一台10马力的多级反动式汽轮机，这台汽轮机的功率和效率在当时都占领先地位。20世纪初，美国的柯蒂斯制成多个速度级的汽轮机，每个速度级一般有两列动叶，在第一列动叶后
3、在汽缸上装有导向叶片，将汽流导向第二列动叶。现在速度级的汽轮机只用于小型的汽轮机上，主要驱动泵、鼓风机等，也常用作中小型多级汽轮机的第一级。与往复式蒸汽机相比，汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，单位面积中能通过的流量大，因而能发出较大的功率。大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，故热效率较高。19世纪以来，汽轮机的发展就是在不断提高安全可靠性、耐用性和保证运行方便的基础上，增大单机功率和提高装置的热经济性。汽轮机的出现推动了电力工业的发展，到20世纪初，电站汽轮机单机功率已达10兆瓦。随着电力应用的日益广泛，美国纽约等大城市的电站尖峰负荷在20年代已接近1000兆瓦，如果单机功率只有10
4、兆瓦，则需要装机近百台，因此20年代时单机功率就已增大到60兆瓦，30年代初又出现了165兆瓦和208兆瓦的汽轮机。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325600兆瓦的大型汽轮机；60年代制成了1000兆瓦汽轮机；70年代，制成了1300兆瓦汽轮机。现在许多国家常用的单机功率为300600兆瓦。汽轮机的蒸汽从进口膨胀到出口，单位质量蒸汽的容积增大几百倍，甚至上千倍，因此各级叶片高度必须逐级加长。大功率凝汽式汽轮机所需的排汽面积很大，末级叶片须做得很长。汽轮机装置的热经济性用
5、汽轮机热耗率或热效率表示。汽轮机热耗率是每输出单位机械功所消耗的蒸汽热量，热效率是输出机械功与所耗蒸汽热量之比。对于整个电站，还需考虑锅炉效率和厂内用电。因此，电站热耗率比单独汽轮机的热耗率高，电站热效率比单独汽轮机的热效率低。一座汽轮发电机总功率为1000兆瓦的电站，每年约需耗用标准煤230万吨。如果热效率绝对值能提高1%，每年可节约标准煤 6万吨。因此，汽轮机装置的热效率一直受到重视。为了提高汽轮机热效率，除了不断改进汽轮机本身的效率，包括改进各级叶片的叶型设计(以减少流动损失 )和降低阀门及进排汽管损失以外，还可从热力学观点出发采取措施。根据热力学原理，新蒸汽参数越高，热力循环的热效率也
6、越高。早期汽轮机所用新蒸汽压力和温度都较低，热效率低于20。随着单机功率的提高，30年代初新蒸汽压力已提高到34兆帕，温度为400450。随着高温材料的不断改进，蒸汽温度逐步提高到535，压力也提高到612.5兆帕，个别的已达16兆帕，热效率达30以上。50年代初，已有采用新蒸汽温度为600的汽轮机。以后又有新蒸汽温度为650的汽轮机。现代大型汽轮机按照其输出功率的不同，采用的新蒸汽压力又可以分为各个压力等级，通常采用新蒸汽压力24.526兆帕，新蒸汽温度和再热温度为535578的超临界参数,或新汽压力为16.5兆帕、新汽温度和再热温度为535的亚临界参数。使用这些汽轮机的电站热效率约为40。
7、另外，汽轮机的排汽压力越低，蒸汽循环的热效率就越高。不过排汽压力主要取决凝汽器的真空度，真空度又取决于冷却水的温度和抽真空的设备（通常称为真空泵） ，如果采用过低的排汽压力，就需要增大冷却水流量、增大凝汽器冷却水和冷却介质的换热面、降低被使用的冷却水的温度和抽真空的设备，较长的末级叶片，但同时真空太低又会导致汽轮机汽缸（低压缸）的蒸汽流速加快，使汽轮机汽缸（低压缸）差胀加剧，危及汽轮机安全运转。凝汽式汽轮机常用的排汽压力为510千帕（一个标准大气压是101325帕斯卡） 。船用汽轮机组为了减轻重量，减小尺寸,常用0.0060.01兆帕的排汽压力。此外，提高汽轮机热效率的措施还有，采用回热循环、
8、采用再热循环、采用供热式汽轮机等。提高汽轮机的热效率，对节约能源有着重大的意义。大型汽轮机组的研制是汽轮机未来发展的一个重要方向，这其中研制更长的末级叶片，是进一步发展大型汽轮机的一个关键；研究提高热效率是汽轮机发展的另一方向，采用更高蒸汽参数和二次再热，研制调峰机组，推广供热汽轮机的应用则是这方面发展的重要趋势。现代核电站汽轮机的数量正在快速增加，因此研究适用于不同反应堆型的、性能良好的汽轮机具有特别重要的意义。全世界利用地热的汽轮机的装机容量，1983年已有3190兆瓦，不过对熔岩等深层更高温度地热资源的利用尚待探索；利用太阳能的汽轮机电站已在建造，海洋温差发电也在研究之中。所有这些新能源
9、方面的汽轮机尚待继续进行试验研究。另外，在汽轮机设计、制造和运行过程中，采用新的理论和技术，以改善汽轮机的性能，也是未来汽轮机研究的一个重要内容。例如：气体动力学方面的三维流动理论，湿蒸汽双相流动理论；强度方面的有限元法和断裂力学分析；振动方面的快速傅里叶转换、模态分析和激光技术；设计、制造工艺、试验测量和运行监测等方面的电子计算机技术；寿命监控方面的超声检查和耗损计算。此外，还将研制氟利昂等新工质的应用，以及新结构、新工艺和新材料等。目前发展瓶颈主要在材料上，材料问题解决了，单片的功率就可以更大。凝汽式汽轮机火电厂中普遍采用的专为发电用的汽轮机。凝汽设备主要由凝汽器、循环水泵、凝结水泵和抽气
10、器组成。汽轮机排汽进入凝汽器，被循环水冷却凝结为水，由凝结水泵抽出，经过各级加热器加热后作为给水送往锅炉。汽轮机的排汽在凝汽器内受冷凝结为水的过程中，体积骤然缩小，因而原来充满蒸汽的密闭空间形成真空，这降低了汽轮机的排汽压力，使蒸汽的理想焓降增大，从而提高了装置的热效率。汽轮机排汽中的非凝结气体(主要是空气) 则由抽气器抽出 ,以维持必要的真空度。汽轮机最常用的凝汽器为表面式。冷却水排入冷却水池或冷却水塔降温后再循环使用。靠近江、河、湖泊的电厂，如水量充足，可将由凝汽器排出的冷却水直接排入江、河、湖泊，称为径流冷却方式。但这种方式可能对河流湖泊造成热污染。严重缺水地区的电厂，可采用空冷式凝汽器
11、。但它结构庞大，金属材料消耗多，除列车电站外，一般电厂较少采用。老式电厂中，有的采用混合式凝汽器，汽轮机排汽与冷却水直接混合接触冷却。但因排汽凝结水被冷却水污染，需要处理后才能作为锅炉给水，已很少采用。运行特性凝汽式汽轮机的排汽压力对运行经济性有明显影响。影响凝汽器真空度的主要因素是冷却水进口温度和冷却倍率。前者与电厂所在地区、季节及供水方式有关；后者表示冷却水设计流量与汽轮机排汽量之比。冷却倍率大，可获得较高真空度。但冷却倍率增大的同时增加了循环水泵的功耗和设备投资。一般表面式凝汽器的冷却倍率设计为60120。由于凝汽式汽轮机循环水的需要量很大，水源条件成为电厂选址的重要条件之一。理想情况下
12、表面式凝汽器的凝水温度应与排汽温度相同，被冷却水带走的热量仅为排汽的汽化潜热。但实际运行中，由于排汽流动阻力及非凝结气体的存在，导致凝结水温度低于排汽温度，两者的温差称为过冷却度。冷却水管布置不当，运行中凝结水位过高而浸泡冷却水管,均会加大过冷却度。正常情况过冷却度应不大于12。排汽压力与机组功率降低凝汽式汽轮机的排汽压力,虽可提高热效率，但因排汽比容增大,汽轮机末级通流面积和叶片需要相应增大,这加大了制造成本,使加工困难。因此，最佳排汽压力需通过技术经济综合分析确定。目前一般凝汽式汽轮机排汽压力取为0.0040.006兆帕。汽轮机功率决定于蒸汽流量。凝汽式汽轮机可通过的最大流量决定于末级叶片
13、长度。由于叶片越大，离心力越大,这使它受到材料强度的限制。目前,末级叶片最大长度可达10001200毫米，叶片顶端最大允许圆周速度为550650米/秒,单排汽口极限功率约为100120兆瓦。低压缸采用分流式结构可提高单机功率。到80年代末，常规火电厂最大凝汽式单机功率，双轴机组为1300兆瓦，单轴机组为800兆瓦。凝汽式机组设计为低转速（1500或1800转/分）时，可提高极限功率，但这又使汽轮机尺寸及材料消耗增加，因为汽轮机总重量与转速的三次方成反比。因此，除核电站为适应低参数、大流量特点，常采用低速汽轮机外，中国火力发电厂均采用3000转/分汽轮机。 汽轮机铸造业之所以能够迅速发展是因为：
14、 它的热效率高，凝汽式汽轮机组的综合热效率达40%，供热机组热效率可达80。 汽轮机是连续工作的回旋机械，它可已具有较大的功率。 机组运行平稳，事故率较低，一般可保持3年左右大修，充分提高了设备利用率。正因为汽轮机有这些优点，所以被广泛用于拖动发电机、鼓风机、水泵及用作船舶的动力机械。一、名称及符号1、温度：物体表面的冷热程度2、压力:物体单位面积上所承受的垂直作用力3、绝对压力：容器内气体的真实压力。用 P 绝表示4、表压力：用压力表计测得的压力。用 P 表表示5、真空值：用真空表测得的数值。用 H 表示P 绝P 表+B 大气压P 绝=BH6、比容：单位质量工质所占有的体积。符号：V 单位：
15、立方米每公斤7、密度：单位容积内工质的质量。 符号： 单位：公斤每立方米8、能：含有动能;物体由于运动而具有的能量位能（势能）：物体由于一定温度所具有的能热能：物体内部分子由于热运动而具有的能量内能：指储存与物体内部的能量。分：内动能，内位能9、功：凡力施加与物体，并使该物体沿作用力的方向产生位移，对物体做了 功，单位时间内所做的功，叫功率。10、节流：介质在管道内流动，由于通流截面积突然缩小，使介质压力降低，这种现象叫节流11、汽耗率：汽机产生单位功所消耗的蒸汽量12、热耗率：汽机产生单位功所消耗的热量第一节 汽轮机的基本概念及分类汽轮机是利用蒸汽热能来做功的旋转式原动机 1、工作原理：蒸汽
16、进入汽轮机喷嘴膨胀降压增加流速按一定的方向喷射出来（将蒸汽的热能转变成动能） ，进入叶片推动叶轮旋转（蒸汽的动能转变成转子的旋转机械能）并拖动风机或发电机旋转。 2、特点 ：功率大、转速高、效率高、运行平稳、使用寿命长一、名称及符号1、温度：物体表面的冷热程度2、压力:物体单位面积上所承受的垂直作用力3、绝对压力：容器内气体的真实压力。用 P 绝表示4、表压力：用压力表计测得的压力。用 P 表表示5、真空值：用真空表测得的数值。用 H 表示P 绝P 表+B 大气压P 绝=BH6、比容：单位质量工质所占有的体积。符号：V 单位：立方米每公斤7、密度：单位容积内工质的质量。 符号： 单位：公斤每立方米8、能：含有动能;物体由于运动而具有的能量位能（势能）：物体由于一定温度所具有的能热能：物体内部分子由于热运动而具有的能量内能：指储
