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1、汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 二、汽轮机的基本工作原理 主要内容 1、汽轮机概述 2、汽轮机的基本做功原理 （1）级的基本结构和工作原理 （2）多级汽轮机 （3）汽轮机的变工况 3、汽轮机的零件结构与强度振动概述 （1）基本结构 （2）强度与振动问题 4、汽轮机的调节、监测、保护概述 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.1 汽轮机概述 2.1.1 汽轮机定义及特点 1、汽轮机 o 汽轮机是一种以蒸汽为工质，并将蒸汽的热能转换为机械功的旋 转机械。 o 英文：Turbine，译名透平 o 叶轮机械（广义范畴） 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.
2、1 汽轮机概述 2.1.1 汽轮机定义及特点 2、汽轮机的特点 （1）单机功率大：300MW600MW900MW （2）效率高：汽轮机内效率：90% 电厂效率：40% （3）运转平稳： 机组振动30年 （5）整个循环中燃用劣质、廉价燃料： 如劣质煤等 （6）使用范围专业而广泛 火电厂 核电厂 直接驱动 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.1 汽轮机概述 2.1.1 汽轮机定义及特点 3、汽轮机的发展趋势 （1）增加单机功率：300、600、1000、1300MW （2）提高蒸汽参数 亚临界：16.7MPa，538 超临界：24.2MPa，566 超超临界：28.2MPa，600
3、 （3）提高效率 （4）降低金属消耗量和成本 （5）提高机组运行水平，增强机组的负荷适应性 （6）采用联合循环（燃气蒸汽联合循环） 提高效率： 57%60% 清洁燃烧技术（减少污染：除尘、脱硫、脱硝、重金属等） 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.1 汽轮机概述 2.1.1 汽轮机定义及特点 4、汽轮机生产厂家 （1）国内（单位：MW） 上海汽轮机厂 125、300、600、1000 哈尔滨汽轮机厂 200、300、600、1000 东方汽轮机厂 200、300、600、1000 北京重型电机厂 100、200、350、600 青岛汽轮机厂 中小型汽轮机 南京汽轮发电机厂 中小
4、型汽轮机、燃气轮 机 杭州汽轮机厂 工业汽轮机 （2）国外 美国：GE、WH 德国：KWU（SIEMENS ） 瑞士：BBC、ABB 法国：ALSTHOM 日本：MHI、TOS、HIT 英国：GEC 俄罗斯：列宁格勒金属工 厂、哈尔科夫汽轮机厂 意大利： 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.1 汽轮机概述 2.1.1 汽轮机定义及特点 5、汽轮机的分类及型号 （1）分类 工作原理 冲动式 反动式 热力过程 凝汽式：N 背压式：B 抽汽式：C 工质参数（系列化） 中压 高压 超高压 亚临界 超临界 其他方法： 轴系 单轴 双轴 汽缸布置 单缸 多缸 汽流总体流向 轴流式 辐流式
5、（2）型号 N30016.7/538/538 N60016.7/538/538 N60024.2/566/566 N100028.2/600/600 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.1 级的基本结构和工作原理 1、级 （1）定义： 级是由喷嘴叶栅（或静叶 栅）和它相配合的动叶栅 所组成； 汽轮机作功的基本单元。 蒸汽热能 喷嘴（静叶栅） 蒸汽动能 动叶栅 机械能 应用 单个级 单级汽轮机 多个级串联 多级汽轮机 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.1 级的基本结构和工作原理 （2）级的基本做
6、功原理 冲动作用原理 蒸汽仅把从喷嘴中获得 的动能转变为机械功， 不涉及蒸汽在动叶通道 中的膨胀。 反动作用原理 汽流在动叶通道中继续 膨胀加速，则在汽流离 开动叶时，施加给动叶 一个与汽流运动方向相 反的作用力，即反动力 （又称反击力）。 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.1 级的基本结构和工作原理 （3）级的反动度 反动度是衡量级中冲动作 用、反动作用相对大小的 参数。 （焓降）反动度 蒸汽在动叶通道内膨胀时 的理想焓降和整个级的滞 止理想焓降的比值 数值范围 正常状况 00.5 非正常状况 0（负值） 0.5 汽汽 轮轮 机机 设设 备
7、备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.1 级的基本结构和工作原理 （4）级的基本分类及特点 冲动级 反动度小：00 .20 做功能力：相对较强 效率：相对较低 结构特点 隔板 叶轮 构成的汽轮机 冲动式汽轮机 级数相对较少 轴系相对短而粗 o 构成汽轮机的两类基本流 派，各有特点，各有应用 反动级 0.5 相对较弱 相对较高 静叶栅 动叶栅 反动式汽轮机 级数相对较多 轴系细长 o 目前发展的趋势在于两者 的相互各取所长，最佳的 反动度大约在0.4左右。 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.1 级的基本结构和工作原理 2、
8、蒸汽在级中的能源转换 （1）蒸汽在喷嘴中的流动 （2）汽轮机中喷嘴的结构形式及流动特点 （3）蒸汽在动叶通道中的流动：级的速度三角形 （4）叶栅的几何结构尺寸及最佳参数 （5）级做功过程中的各种损失及危害 漏汽损失、湿汽损失、（9项） （6）级的能量转化效果 理想焓降 有效焓降 级内功率 （1030MW） 级的相对内效率 （8590）% （7）长叶片级的工作特点 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.1 级的基本结构和工作原理 v 例如：级的湿汽损失 1产生原因： 蒸汽进入湿蒸汽区域工作 部分蒸汽凝结成水，使 作功蒸汽流量减少； 蒸汽携带水滴流动
9、耗功 （蒸汽动能减少）； 水滴反向撞击动叶片（ 作负功，水蚀：绘图说 明其产生、危害部位等 ） 蒸汽来不及凝结而未放 出汽化潜热，从而造成 过冷损失 2、湿汽损失的计算 3、湿汽损失的危害 水蚀及防护 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.1 级的基本结构和工作原理 v 例如：级的能量转化效果 （1）理想焓降 有效焓降 （2）级内功率 （3）级的相对内效率 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.2 多级汽轮机 1、多级汽轮机的结构类型和特点 （1）按工作压力高低顺序排列的若干级组成。 （2）基本类型
10、 冲动式汽轮机 反动式汽轮机 （3）汽轮机中对级的特指 调节级：采用喷嘴调节时，汽轮机的第一级； 压力级：除调节级外的所有其他级。 （4）按实际蒸汽流动时的依次通流位置 第一级：通常指调节级； 中间级 次末级 末级：对于凝汽式汽轮机，其排汽直接进入凝汽器。 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.2 多级汽轮机 多级冲动式汽轮机 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.2 多级汽轮机 多级反动式汽轮机 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.2 多级汽轮机
11、2、多级汽轮机的工作特点 级 汽轮机 （基本做功单元） （完整的机械） （1）基本特点 大功率：百万千瓦级 高效率：内效率可以达到90%以上 （2）构成一个完整的整体 考虑新的特点 重热现象、余速利用 整机的其他损失 轴封漏汽损失、机械损失、蒸汽流动阻力损失（进汽、排汽） 完整的系统 进汽机构、汽缸转子的支承、排汽通道、抽汽管道 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.3 汽轮机的变工况 1、汽轮机变工况的基本理论 （1）喷嘴的变工况 （2）级的变工况 （3）级组的变工况 （4）汽轮机的变工况 2、汽轮机变工况的主要问题 （1）汽轮机进汽的调节 （
12、2）变工况下汽轮机内部各级的工作状况变化 （3）汽轮机轴向推力的变化 （4）变工况下汽轮机内效率的变化 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.2 汽轮机的基本做功原理 2.2.3 汽轮机的变工况 3、变工况简要分析示例 （1）汽轮机超负荷运行 汽轮机末级大量过载； 长期运行下，可能导致汽轮机末级损坏； 例如：某厂汽轮机末级叶片断裂，甩入凝汽器。 （2）汽轮机甩负荷带厂用电或零负荷空转 汽轮机内部温度将发生强烈变化 局部强烈冷却 局部强烈受热 造成严重的热应力，损伤机组的使用寿命 例如：某厂汽轮机调节级、转子产生严重裂纹 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.3 汽轮
13、机的零件结构与强度振动概述 2.3.1 基本结构 1、汽轮机动叶片 o 叶顶（及附带结构） 围带 整体围带 铆接围带 拉金 整圈松装拉金 部分焊接拉金 o 叶身（叶片型线部分） 完成做功的场所 依据做功原理 冲动式叶型 反动式叶型 o 叶根（叶片固结于叶轮） 各种类型的叶根结构 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.3 汽轮机的零件结构与强度振动概述 2.3.1 基本结构 围带 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.3 汽轮机的零件结构与强度振动概述 2.3.1 基本结构 各种类型的叶根 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.3 汽轮机的零件结构与强度
14、振动概述 2.3.1 基本结构 例如：某末级叶片 851、905、1000、1016 （1）叶顶结构 拉金 汽封 （2）叶身 扭叶片 防水蚀结构 表面焊硬质合金 其他表面处理 （3）叶根 四叉叉型叶根 五叉叶根槽 销 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.3 汽轮机的零件结构与强度振动概述 2.3.1 基本结构 2、叶轮结构 o 叶轮通常用于冲动式汽轮 机 o 叶轮的外轮缘 加工对应于各类叶根的叶 根槽 周向安装 轴向安装 o 叶轮的内缘 套装叶轮 红套工艺 拉杆叶轮 拉杆结构 整体叶轮 在转子上直接加工出叶 轮 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.3 汽轮机的零
15、件结构与强度振动概述 2.3.1 基本结构 3、转子结构 o 汇聚各级功率，向外传递扭矩，是汽轮机所有转动部件的组合体 o 转子的类型 套装转子 叶轮 单独加工、红套 转轴 焊接转子 轮盘 单独加工、焊接 整锻转子 有中心孔 无中心孔 组合转子 拉杆转子 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.3 汽轮机的零件结构与强度振动概述 2.3.1 基本结构 整锻转子、焊接转子 汽汽 轮轮 机机 设设 备备 及及 系系 统统 2.3 汽轮机的零件结构与强度振动概述 2.3.1 基本结构 4、隔板、静叶栅 （1）隔板构造 外圈 用隔板套将隔板组合成 一个相对组合体 将隔板安装于汽缸内 喷嘴（喷嘴的型线部分） 完成蒸汽加速的场所 内圈 安装隔板汽封结构 （2）上下中分 上隔板 下隔板 （3）制造工艺 铸造 焊接 汽汽 轮轮 机机 设设 备
