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1、第三篇第三篇 汽轮机设备及系统汽轮机设备及系统 第八章第八章 汽轮机原理及结构汽轮机原理及结构 汽轮机在火电厂中的地位汽轮机在火电厂中的地位 汽轮机：汽轮机：以水蒸汽为工质，将热能转变为机械能以水蒸汽为工质，将热能转变为机械能 的高速旋转式原动机。的高速旋转式原动机。 优点：优点： 1. 1. 单机功率大单机功率大 2 . 2 . 效率高效率高 3 . 3 . 运转平稳运转平稳 4 . 4 . 单机功率制造成本低单机功率制造成本低 5 . 5 . 使用寿命长使用寿命长 电力工业是国民经济的基础产业 是重要的公用事业 在经济和社会发展中具有举足轻重的地位 。 汽轮发电机组汽轮发电机组 汽轮发电机
2、组：汽轮发电机组：汽轮机与发电机的组合。汽轮机与发电机的组合。 单元机组：单元机组：锅炉锅炉+ +汽轮机汽轮机+ +发电机发电机 汽轮机组：汽轮机组：汽轮机及其附属设备的总称。汽轮机及其附属设备的总称。 发电比例：发电比例：全世界，各种发电总量的全世界，各种发电总量的80%80% 是由汽轮机带动发电机产生的。是由汽轮机带动发电机产生的。 此外：汽轮机还用于带动泵、风机、压气此外：汽轮机还用于带动泵、风机、压气 机、船舶螺旋桨等。机、船舶螺旋桨等。 第一节第一节 汽轮机和级的基本概念汽轮机和级的基本概念 一、汽轮机的定义及特点一、汽轮机的定义及特点 汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械，主要汽轮机是
3、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、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。也称为透平风机、压缩机和船舶螺旋桨等。也称为透平 。 国内制造厂家国内制造厂家（三大动力厂）（三大动力厂）上海汽轮机厂上海汽轮机厂 、哈尔滨汽轮机厂、东方汽轮机厂、哈尔滨汽轮机厂、东方汽轮机厂 北京重型机械厂、青岛汽轮机厂、武汉汽轮北京重型机械厂、青岛汽轮机厂、武汉汽轮 发电机厂和杭州汽轮机厂。发电机厂和杭州汽轮机厂。 二、汽轮机结构简介二、汽轮机结构简介 1 1、基本部件：、基本部件：喷嘴、动叶、汽缸。喷嘴、动叶、汽缸。 2 2、工作原理：、工作原理： 汽
4、流膨胀加速：汽流膨胀加速：在喷嘴通道内，蒸汽膨胀，在喷嘴通道内，蒸汽膨胀，压力和压力和 温度降低，汽流速度加快温度降低，汽流速度加快，可见蒸汽从喷嘴的进口，可见蒸汽从喷嘴的进口 到出口实现了由到出口实现了由热能向动能热能向动能的转换。的转换。 动叶受力旋转：动叶受力旋转：高速流动的蒸汽由喷嘴出口进入动高速流动的蒸汽由喷嘴出口进入动 叶，给予动叶以叶，给予动叶以冲动力冲动力，通常汽流在动叶槽道中继，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，它续膨胀，并转变方向，当汽流离开动叶槽道时，它 给叶片以给叶片以反动力反动力，这两个力的合力，推动动叶带动，这两个力的合力，推动动叶带
5、动 叶轮和轴旋转，做出机械功。叶轮和轴旋转，做出机械功。 汽轮机的基本工作原理图汽轮机的基本工作原理图 汽轮机的级汽轮机的级: : 由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构 成的。将热能转换成机械能的基本工作单元成的。将热能转换成机械能的基本工作单元 称为称为汽轮机的级汽轮机的级。 汽轮机可以是单级的，也可以是多级的。汽轮机可以是单级的，也可以是多级的。 电站汽轮机都是电站汽轮机都是多级汽轮机多级汽轮机。 四、汽轮机本体的组成：四、汽轮机本体的组成： 由转动部分（由转动部分（转子转子）和固定部分（）和固定部分（静子静子）组成。）组成。 （1 1）转动部分）转
6、动部分包括主轴、叶轮或轮毂、叶片和联轴包括主轴、叶轮或轮毂、叶片和联轴 器等。器等。 （2 2）固定部分）固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固 件和轴承等。件和轴承等。 （3 3）固定部分的）固定部分的喷嘴、隔板喷嘴、隔板与转动部分的与转动部分的叶轮、动叶轮、动 叶片叶片组成蒸汽热能转换为机械能的组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分通流部分。 （4 4）汽缸汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机 本体还设有本体还设有汽封系统汽封系统。 五、汽轮机辅助系统：五、汽轮机辅助系统： 主要包括主要包括汽水系统、调节保护系统、润滑系
7、统、汽水系统、调节保护系统、润滑系统、 凝结水系统、给水回热系统、给水除氧系统凝结水系统、给水回热系统、给水除氧系统等。等。 六、级的分类六、级的分类 1 1、纯冲动级、纯冲动级；m m=0 =0 2 2、反动级、反动级；m m=0.5 =0.5 3 3、冲动级、冲动级；m m=0.05 =0.050.30.3 4 4、复速级、复速级；m m=0 =0 五、级的反动度：五、级的反动度： 汽流在动叶中的理想焓降与整个级的滞止理想汽流在动叶中的理想焓降与整个级的滞止理想 焓降之比。焓降之比。 mm= =h h b b /h h t t * * p0* h o* hc0 o p0 t0 hn p1
8、1 ht 1t hn hb p2 2 hc2 2t hb 2t 1 1、纯冲动级；、纯冲动级；m m=0 =0 特点：在动叶通道内，汽流流动方向截面是不特点：在动叶通道内，汽流流动方向截面是不 变的，变的，动叶前后压力相等动叶前后压力相等，汽流在动叶通道内，汽流在动叶通道内 只改变方向而不膨胀。只改变方向而不膨胀。 2 2、反动级；、反动级；m m=0.5 =0.5 特点：特点：汽流在喷嘴和动叶的理想焓降相等汽流在喷嘴和动叶的理想焓降相等，汽，汽 流在喷嘴和动叶的膨胀程度一样，在动叶通道流在喷嘴和动叶的膨胀程度一样，在动叶通道 内，汽流既改变方向又膨胀加速，改变方向给内，汽流既改变方向又膨胀加
9、速，改变方向给 动叶以冲动力，膨胀加速给动叶以反动力。动叶以冲动力，膨胀加速给动叶以反动力。喷喷 嘴和动叶几何形状相似。嘴和动叶几何形状相似。 3 3、冲动级；、冲动级；m m=0.05-0.3 =0.05-0.3 特点：兼有纯冲动级和反动级特点。特点：兼有纯冲动级和反动级特点。 4 4、复速级、复速级 从热能到汽流动能转变次数在一次以上的级。从热能到汽流动能转变次数在一次以上的级。 主要为了级后余速利用。主要为了级后余速利用。 在第一级动叶后面加装一列固定的导叶只是改在第一级动叶后面加装一列固定的导叶只是改 变汽流的方向使之同静叶出口方向相似，然后变汽流的方向使之同静叶出口方向相似，然后 再
10、推动第二级动叶作功。这样利用速度作功的再推动第二级动叶作功。这样利用速度作功的 级称为级称为速度级速度级。如果动叶出口的速度仞然很大。如果动叶出口的速度仞然很大 可以设置更多这样的级。在汽轮机中常见的是可以设置更多这样的级。在汽轮机中常见的是 双列速度级又称复速级双列速度级又称复速级。 七、汽轮机分类七、汽轮机分类 一、汽轮机的分类一、汽轮机的分类 1 1、按照工作原理分类：、按照工作原理分类：冲动式、反动式；冲动式、反动式； （1 1）冲动式汽轮机：）冲动式汽轮机：蒸汽主要在喷嘴中膨胀或在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。动叶中只有少量膨胀的汽轮机。 （2 2）反动式汽轮
11、机：）反动式汽轮机：蒸汽在喷嘴中膨胀程度与在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。动叶中膨胀的程度相等的汽轮机。调节级采用冲调节级采用冲 动级，其它级均为反动级。动级，其它级均为反动级。 2 2、按照热力特性分类：、按照热力特性分类：凝汽式、背压式、调整抽凝汽式、背压式、调整抽 汽式、抽汽背压式、中间再热式、混压式；汽式、抽汽背压式、中间再热式、混压式； （1 1）凝汽式汽轮机）凝汽式汽轮机 汽轮机排汽排入凝汽器的汽轮机。汽轮机排汽排入凝汽器的汽轮机。 （2 2）调整抽汽凝汽式汽轮机）调整抽汽凝汽式汽轮机 汽轮机除作为驱动用处外，还利用抽汽供给工业汽轮机除作为驱动用处外，还利
12、用抽汽供给工业 或采暖或同时供给二者的抽汽。抽汽压力在一定或采暖或同时供给二者的抽汽。抽汽压力在一定 范围内可以进行调节。范围内可以进行调节。 （3 3）背压式汽轮机）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。给工业或采暖热负荷的用汽。 （4 4）抽汽背压式汽轮机）抽汽背压式汽轮机 利用抽汽供给工业用汽，汽轮机排汽在高于大气压利用抽汽供给工业用汽，汽轮机排汽在高于大气压 力下排出，排汽供采暖或其它热负荷用汽。抽汽压力下排出，排汽供采暖或其它热负荷用汽。抽汽压 力在一定范围内可以进行调节。力在一定范围内可以进行调节。
13、 （5 5）中间再热式汽轮机）中间再热式汽轮机 为了提高汽轮机效率，降低汽轮机最后几级的蒸汽为了提高汽轮机效率，降低汽轮机最后几级的蒸汽 湿度，将汽轮机高压缸排除蒸汽再送回锅炉再热器湿度，将汽轮机高压缸排除蒸汽再送回锅炉再热器 加热，然后送回中低压缸做功。加热，然后送回中低压缸做功。 （6 6）回热式汽轮机）回热式汽轮机 利用汽轮机抽汽加热锅炉的给水，从而降低冷源损利用汽轮机抽汽加热锅炉的给水，从而降低冷源损 失，提高循环效率。失，提高循环效率。 3 3、按照进口蒸汽参数分类：、按照进口蒸汽参数分类：低压、中压、高低压、中压、高 压、超高压、亚临界、超临界；压、超高压、亚临界、超临界； 汽轮机
14、类别主蒸汽压力（MPa) 低压汽轮机0.121.5 中压汽轮机24 高压汽轮机610 超高压汽轮机1214 亚临界压力汽轮机1618 超临界压力汽轮机22.1 超超临界压力汽轮机32 八、汽轮机型号表示方法八、汽轮机型号表示方法 */*/*/*/* 例如例如：N300-16.7/538/538N300-16.7/538/538 额定功率为额定功率为300MW300MW的凝汽式汽轮机，主蒸汽压力为的凝汽式汽轮机，主蒸汽压力为 16.7MPa16.7MPa，温度为，温度为538C538C，再热蒸汽温度，再热蒸汽温度538C538C。 代号代号型式型式代号代号型式型式 N N 凝汽式凝汽式CBCB抽
15、汽背压式抽汽背压式 B B 背压式背压式CYCY船用船用 C C 一次调整抽汽式一次调整抽汽式 Y Y 移动式移动式 CCCC两次调整抽汽式两次调整抽汽式HNHN核电汽轮机核电汽轮机 汽轮机型号中参数的表示方法汽轮机型号中参数的表示方法 一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程 喷嘴的理想焓降： 1、喷嘴出口理想速度： 2、喷嘴出口实际速度： 3、喷嘴损失： 第二节、蒸汽在汽轮机级中的流动第二节、蒸汽在汽轮机级中的流动 喷嘴出口出流实际速度： 式中， 称为喷嘴速度系数。由它可求出实际流动 过程中的喷嘴动能损失，即喷嘴损失： 影响喷嘴速度系数 的因素多（如喷嘴高度、叶 型、汽道形状、压比及表面粗糙度等）而复杂，很难 用理论计算精确求得，一般由试验确定。 与叶片高 度 关系密切。为了减小喷嘴损失，尽量使 喷嘴出口汽流的实际比焓h1与理想比焓h1t之差即是 喷嘴中的能量损失.其值为 动叶栅的进出口速度三角形动叶栅的进出口速度三角形 绝对速度绝对速度c c：蒸汽相对于喷嘴的速度；：蒸汽相对于喷嘴的速度； 相对速度相对速度w w：蒸汽相对于动叶的速度；：蒸汽相对于动叶的速度； 圆周速度圆周速度u u：叶轮旋转的圆周
