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1、青岛海湾集团企业新型学徒制培训讲义（锅炉运行值班员高级）- 1 -子模块一、热力循环原理1.1 工作过程 最简单的水蒸气动力循环装置由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵组成，如图 a 所示。其工作过程如下：水在锅炉和过热器中吸热，由饱和水变为过热蒸汽；过热蒸汽进入汽轮机中膨胀，对外作功；在汽轮机出口，工质为低压湿蒸汽状态（称为乏汽），此乏汽进入冷凝器向冷却水放热，凝结为饱和水（称为凝结水）；水泵消耗外功，将凝结水升压并送回锅炉，完成动力循环。图 b、 c、 d 表示上述理想的简单蒸汽动力循环，称为朗肯循环：1.2 循环分析汽轮机中的膨胀过程 1-2：可逆绝热过程，即定熵过程。应用开口系能量方程，过程中
2、工质对外作功为 21Thw；冷凝器中的放热过程 2-3：定压放热过程。过程中工质放热为 32hq；水泵中的压缩过程 3-4：定熵过程。过程中工质接受外功为 34Pw；青岛海湾集团企业新型学徒制培训讲义（锅炉运行值班员高级）- 2 -锅炉中的吸热过程 4-1：定压吸热过程。过程中工质吸热为 21hq。朗肯循环的热效率为 41321PT1 )()(hqwt 功比 Trw是反映动力循环经济性的另一指标，其定义是循环的净输出功量与汽轮机作功量之比值。朗肯循环的功比为 2134TP)()(hwrw由于水的不可压缩性（压缩过程中体积变化很小），故泵功常可按下式近似计算：)(34Ppvvdpw 水泵耗功远小
3、于汽轮机作功（在 T-s 图和 h-s 图上点 3 和点 4 几乎重合，图上是夸大了的画法），因此在近似计算中又常可忽略泵功 wP不计，此时循环热效率为412ht评价蒸汽动力装置的另一个重要指标是汽耗率，其定义是装置每输出 1kWh （等于 3 600 kJ）功量所耗费的蒸汽量，用 d 表示：w360kg/(kWh) 式中，循环净功量 w 的单位是 kJ/kg；汽耗率 d 的单位为 kg/(kwh)。如果考虑汽轮机内的摩擦，即蒸汽在汽轮机中如图 11-4 所示由状态 1 不可逆绝热膨胀至状态2，则汽轮机的实际作功量 T将小于无摩擦时的理想作功量 Tw，即21T21T hwh青岛海湾集团企业新型
4、学徒制培训讲义（锅炉运行值班员高级）- 3 -常用汽轮机相对内效率 T来表示汽轮机内膨胀过程的理想程度，其定义为21Thw的数值一般在 8595%之间。(a) (b)T hs s43 221 12考虑汽轮机内摩擦时的简单蒸汽动力循环应当指出，朗肯循环是最基本的蒸汽动力循环，它的结构简单而热效率较低，但是，现代大、中型蒸汽动力装置中所实际采用的较复杂的蒸汽动力循环，都是在其基础上加以改进后得到的。青岛海湾集团企业新型学徒制培训讲义（锅炉运行值班员高级）- 4 -子模块二、汽轮机基本概念2.1 汽轮机的基本概念汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式原动机。蒸汽的热能转变为汽轮机转子旋转的机械功需要经过两次能
5、量转换，即：蒸汽流过汽轮机喷嘴时，将热能转换成蒸汽高速流动的动能；高速汽流流过工作叶片时，将蒸汽动能转换成汽轮机转子旋转的机械功。这就是汽轮机能作功的原理。2.2 汽轮机的分类2.2.1 按热力过程特性分类凝汽式汽轮机：进入汽轮机的蒸汽，除很少一部分泄漏外，全部排入凝汽器，这种汽轮机称为纯凝汽式汽轮机。在现代汽轮机中，多数采用回热循环。此时，进入汽轮机的蒸汽，除大部分排入凝汽器外，尚有少部分蒸汽从汽轮机中分批抽出，用来回热加热锅炉给水。这种汽轮机称为有回热抽汽的凝汽式汽轮机，简称凝汽式汽轮机。背压式汽轮机：排汽压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机。其排汽可供工业或采暖使用，当其排汽作为中、
6、低压汽轮机的进汽时，称为前置式汽轮机。调节抽汽式汽轮机：在这种汽轮机中，部分蒸汽在一种或两种给定压力下抽出对外供热，其余蒸汽作功后仍排入凝汽器。由于用户对供汽压力和供热量有一定要求，需对抽汽压力进行调节(用于回热抽汽的压力无需调节)。因而汽轮机装备有抽汽压力调节机构，以维持抽汽压力恒定。中间再热式汽轮机：新蒸汽经汽轮机前几级作功后，全部引至加热装置再次加热到某一温度，然后再回到汽轮机继续作功。这种汽轮机称为中间再热式汽轮机。2.2.2 按新蒸汽压力分低压汽轮机新蒸汽压力为 1.2 MPa 2MPa；中压汽轮机新蒸汽压力为 2.1 MPa 8MPa；高压汽轮机新蒸汽压力为 8.1 MPa 12.
7、5MPa；超高压汽轮机 新蒸汽压力为 12.6 MPa 15.1MPa；亚临界汽轮机 新蒸汽压力为 15.1 MPa 22MPa；超临界汽轮机 新蒸汽压力为 22.12MPa 以上。超超临界汽轮机 新蒸汽压力为 25MPa 以上。锅炉的新蒸汽的压力大于临界压力(22.064MPa)小于 25MPa 的锅炉称为超临界锅炉，配套的汽轮机称为超临界汽轮机 锅炉的新蒸汽的压力介于 2531MPa 的锅炉称为超超临界锅炉，配套的汽轮机称为超超临界汽轮青岛海湾集团企业新型学徒制培训讲义（锅炉运行值班员高级）- 5 -机。 亚临界、超临界、超超临界发电机组，主要是就蒸汽的压力与温度参数而言：亚临界，170a
8、ta，535；超临界，240ata，560；超超临界，300ata，600。在超临界与超超临界状态，水由液态直接成为汽态（由湿蒸汽直接成为过热蒸汽、饱和蒸汽） ，热效率高。因此，超临界、超超临界发电机组已经成为国外，尤其是发达国家主力机组。2.3 汽轮机型号汽轮机的种类很多，为了便于使用，常采用一定的符号来表示汽轮机的基本特征，其中包括：蒸汽参数、热力特性和功率等；这种符号的组合称为汽轮机的型号。国产汽轮机的型号表示方法： 制造的汽轮机类型采用汉语拼音来表示，如表 2-1 所示。蒸汽参数用数字来表示，如表 2-2 所示。表 1-2 国产汽轮机类型的代号代 号 类 型 代 号 类 型N 凝 汽
9、式 CB 抽汽背压式B 背 压 式 H 船 用C 一次调节抽汽式CC 两次调节抽汽式Y 移 动 式变型设计次序蒸汽参数额定功率（MW）汽轮机类型青岛海湾集团企业新型学徒制培训讲义（锅炉运行值班员高级）- 6 -表 2-2 汽轮机型号中参数的表示方法汽轮机类型 蒸 汽 参 数 表 示 方 法 示 例凝 汽 式 主蒸汽压力/主蒸汽温度 N50-8.82/535中 间 再 热 式 主蒸汽压力/主蒸汽温度/中间再热温度N300-16.7/537/537一次调节抽汽式 主蒸汽压力/调节抽汽压力 C50-8.82/0.118两次调节抽汽式 主蒸汽压力/高压抽汽压力/低压抽汽压力CC25-8.82/0.98
10、/0.118背 压 式 主蒸汽压力/背压 B50-8.82/0.98抽 汽 背 压 式 主蒸汽压力/抽汽压力/背压 CB25-8.82/0.98/0.118青岛海湾集团企业新型学徒制培训讲义（锅炉运行值班员高级）- 7 -子模块三、汽轮机工作原理3.1 冲动式汽轮机叶轮上装配一圈动叶片与喷嘴配合在一起，构成一个做功的简单机械，由喷嘴与其配合的动叶片构成的做功单元叫做级。由一个级组成的汽轮机叫做单级汽轮机。喷嘴又叫静叶片，它是一个截面形状特殊且不断变化的通道，蒸汽进入喷嘴以后发生膨胀，消耗了蒸汽的压力能，也就是消耗了蒸汽的热能，蒸汽的压力和温度都下降了，而蒸汽的流速却增加了，变成了高速的气流，喷
11、嘴的作用就是就是将蒸汽的热能变成动能。动叶片又叫工作叶片，在叶轮的外圆周上装满的一整圈叶片常叫动叶栅，由喷嘴流出的高速气流流至动叶片时，其速度的大小和方向是一定的，之后气流由于受到动叶片的阻碍而改变其原来的速度大小和方向，这时气流必然给动叶片一个反作用力，推动叶片运动，将动能转化成叶轮转动的机械能。由上述可知，在汽轮机连续工作过程中有两次能量转换：蒸汽热能蒸汽动能转子机械能。所谓冲动式汽轮机就是蒸汽的热能变成动能的过程仅在喷嘴中进行，工作叶片上只是把蒸汽的动能转换成机械功的汽轮机，称冲动式汽轮机。3.2 反动式汽轮机反动式汽轮机的工作原理在反动式汽轮机中，(如图 3-4)蒸汽在静叶（起着喷嘴的
12、作用）中膨胀，压力、温度下降，流速增加，然后进入动叶片（即工作叶片） 。但这种汽轮机中，沿汽流方向上动叶片间槽道的截面形状与静叶片间的槽道截面变化完全相同，所以蒸汽在动叶片中继续膨胀，压力从 P1继续降低到 P2。由于汽流沿着动叶片内弧流动时，方向是改变的，因此动叶片上既受到冲动力 P 冲 的作用，同时又因蒸汽在动叶片中膨胀，以高速喷离动叶片，所以动叶片又受到反动力 P 反 的作用。因此，反动式汽轮机的动叶片上所承受的力，应该是 P 冲与 P 反 的总合。严格地说，反动式汽轮机实际上既利用了冲动原理，又利用了反动原理。青岛海湾集团企业新型学徒制培训讲义（锅炉运行值班员高级）- 8 -青岛海湾集
13、团企业新型学徒制培训讲义（锅炉运行值班员高级）- 9 -青岛海湾集团企业新型学徒制培训讲义（锅炉运行值班员高级）- 10 -子模块四、蒸汽轮机本体构成4.1蒸汽轮机本体蒸汽轮机本体包括：静体（固定部分）-汽缸、喷嘴、隔板、汽封等；转子（转动部分）-轴、叶轮、叶片等；轴承（支承部分）-径向轴承和止推轴承。4.1.1汽缸汽缸本身是水平剖分为上下部分，上下缸又各分有前后缸。前缸因温度高用铸钢制造，后缸温度低用铸铁制造。汽轮机组在起动或停机、增减负荷时，缸体温度均会上升或下降，会产生热胀和冷缩现象。由于温差变化，热膨胀幅度可由几毫米至十几毫米。但与汽缸连接的台板温度变化很小，为保证汽缸与转子的相对位置
14、，在汽缸作为台板间装有适当间隙的滑销系统，其作用是：a、保证汽缸和转子的中心一致，避免因机体膨胀造成中心变化，引起机组振动或动、静之间的摩擦；b、保证汽缸能自由膨胀，以免发生过大应力而引起变形；c、使静子和转子轴向与径向间隙符合要求。根据滑销的构造，安装位置和不同的作用，滑销可分为：a、横销(图4-1)：其作用是允许汽缸在横向能自由膨胀，一般装在低压缸排气室的横向中心线上或排气室的尾部，左、右各装一个。图4-1 纵横销 b、纵销(图4-1)：其作用是允许汽缸沿纵向中心能自由膨胀，限制汽缸纵向中心的横向移动。纵销中心线与横销中心线的交点称为“死点”汽缸膨胀时这点始终保持不动。纵销安装在后轴承座、
15、前轴承座的底部。青岛海湾集团企业新型学徒制培训讲义（锅炉运行值班员高级）- 11 -图4-2 立销c、立销(图4-2)：其作用是保证汽缸在垂直方向能自由膨胀，并与纵销共同保持机组的纵向中心不变。立销安装在低压汽缸排气室尾部与台板之间、高压汽缸的前端与前轴承座之间以及双缸汽轮机的低压汽缸前端和高压汽缸端与中心轴承座之间。所有的立销均在机组的纵向中心线上。 d、猫爪横销(图4-3)：其作用是保证汽缸能横向膨胀，同时随着汽缸在轴向的膨胀和收缩，推动轴承座向前或向后移动，以保持转子与汽缸的轴向相对位置。猫爪横销安装在前轴承座及双气缸汽轮机中间轴承座的水平结合面上。猫爪横销和立销共同保持汽缸的中心和轴承座的中心一致。 图4-3 猫爪横销e、角销(图4-4)：装在前部轴承座及双缸汽轮机中间轴承座底部的左右两侧，以代替连接轴承座与台板的螺栓，但允许轴承座纵向移动。图4-5 斜销 图4-4 角销f、斜销(图4-5)：它是一种辅助滑销，起纵销和横销的双重导向作用。装在排汽室前部左右两侧撑脚与台板之间
