《透平机械原理》绪论.ppt

透平机械原理(1),2009.02,赵志军,上海理工大学 能源与动力工程学院,参考资料,黄树红主编. 汽轮机原理. 中国电力出版社，2006 王仲奇，秦仁 透平机械原理，机械工业出版社，1986 翦天聪 汽轮机原理 水利电力出版社，1992 王乃宁，张志刚 汽轮机热力设计 水利电力出版社，1987 冯慧雯 汽轮机课程设计参考资料 水利电力出版社，1992 冉景煜 热力发电厂 机械工业出版社，2010 李维特 汽轮机调节级特性的计算 中国电力 1995 曹祖庆 汽轮机变工况特性 水利电力出版社，1991,2,第一章 绪论,一、术语 二、汽轮机发展概述 三、汽轮机系统 四、汽轮机基本组成 五、汽轮机的分类和型号 六、本课程的主要内容,术语 (term),动力机械：原动机和工作机 透平机械（叶轮机械、涡轮机械）：回转式动力机械。 （蒸）汽轮机与燃气轮机、热力透平机械、热力发动机、热力涡轮机：将工质热能转换为机械功的旋转式动力机械。 汽轮机（steam turbine）：是以水蒸汽为工质，将热能转变为机械能的高速旋转式原动机。,5,汽轮机国民经济中的地位 汽轮机的特点：单机功率大、效率高、运转平稳、单位功率制造成本低和使用寿命长等。 汽轮机的用途：火力发电厂和核电厂的原动机；用于工业动力源：驱动泵、风机、压缩机等设备和舰船动力装备等。 综上所述，汽轮机是现代国家中重要的动力机械。,第一节 汽轮机发展概述,1883年 第一台冲动式汽轮机 瑞典工程师 拉伐尔(Laval) 单级 3.7kW 26000r/min 574m/s,18841894年 轴流式多级反动式、 辐流式和背压式汽轮机 英国工程师 柏生氏(C.A.Parsons),1900年前后 复速级单级汽轮机 美国工程师 寇蒂斯（Curtis) 多级冲动式汽轮机 法国工程师 拉托（Rateau)和瑞士工程师 崔利(Zolly),汽轮机的发展概况,我国汽轮机行业的发展,(1) 1953年至1980年的创业，自力更生发展阶段 （2）大功率亚临界参数汽轮机技术的引进发展阶段 （3）应用当代先进技术对引进机组性能进一步优化的阶段 （4）以高新技术为基础建立现代汽轮机设计制造体系阶段 哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、东方汽轮机厂、北京重型电机厂、青岛汽轮厂、武汉汽轮发电机厂、杭州汽轮机厂、南京汽轮发电机厂,9,透平机械的发展领域 国内大学： 清华大学、西安交大、哈工大、大连理工、航空院校、上海交大、上海理工 国外大学： MIT、剑桥、加州工学院等 国外企业： GE、ABB、R-R、三菱、日立、Siemens 国内企业： 大型国有或合资的汽轮机公司、压缩机、石油化工、电力系统、航空、造船等领域研发机构,7,超临界/超临界蒸汽循环技术的发展阶段,最佳性价比的材料是关键，因此，大力发展国产化的高温高压钢材是关键。,欧洲，美国 和日本正在 这一等级蒸 汽参数的超 超临界材料 方面进行研 发,50s 60s 70s 80s 90s 00s 10s,167/540/540(bar/C/C）,240/540/565 (bar/C/C),250/565/585,280/580/600,280/600/620,280/630/650,375/700/720/720,成熟技术,成熟技术,当前在欧洲、美国、日本和中国已商业化的技术,效率改进,提高蒸汽温度和压力,30,40,50,60,70,80,90,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,蒸汽温度（oC),供电效率 (%),卡诺循环效率, ,AD700,IGCC 2006,GTCC 2006,通过采用高温材料来提高效率,通过改进热力学 设计来提高效率,PP NJV 1998,Ultimate steel based PP,PP ESV 1992,向蒸汽循环效率的理论极限卡诺循环逼近,25MPa/560oC/560oC 45% ,高压缸,煤粉 直流 锅炉,给水温度: 275 C 310 C 310 C 335 C,低压缸,35MPa/700oC/700oC 51% ,35MPa/700o/C /720oC/ 720oC 53% ,中压缸 1,给水泵汽轮机,20%,80%,30MPa/600oC/ 600oC 47.5% ,给水温度335C、 三维高效汽轮机叶片设计 蒸汽参数： 35MPa/700oC/720oC/720oC 净效率：53,欧盟正在研发的1000MWe超超临界煤粉炉机组 通过改进热力学设计提高AD700的效率 + 双再热,给水泵,中压缸 2,3D 叶片,高效三维（3D）汽轮机叶片开发 等熵（绝热）效率现在达到95% (例如西门子Boxberg电厂的汽轮机，高压缸效94.2% , 中压缸效率96.1% ）,第二节 汽轮机装置在电厂中的地位,火力发电厂生产流程,16,第三节 汽轮机系统 （一）蒸汽动力循环 （二）汽轮机作功过程 （三）汽轮机设备及其系统,一蒸汽动力循环,（一）朗肯循环,17,汽轮机,动力循环,（二）回热循环,18,（三）中间再热循环,19,提高循环热效率的途径,改变循环参数,改变循环形式,改变循环方式,二、汽轮机作功过程,21,1轴,2叶轮,3动叶栅,4喷嘴,单级冲动式汽轮机工作原理结构立体图,三、汽轮机设备 及其系统,22,第四节 汽轮机基本组成,23,（一）汽轮机级 （二）汽轮机转子 （三）汽轮机汽缸与隔板 （四）汽封 （五）轴承 （六）联轴器 （七）盘车装置 （八）汽轮机控制与保护系统,24,第五节 汽论机的分类和型号,汽轮机,冲动式汽轮机,反动式汽轮机,凝汽式汽轮机,供热式汽轮机,背压式汽轮机,调节抽汽式汽轮机,低压汽轮机：小于1.5 MPa,中压汽轮机：小于24 MPa,高压汽轮机：小于610 MPa,超高压汽轮机：小于1214 MPa,亚临界压力汽轮机：小于1618 MPa,超临界压力汽轮机：大于22.2 MPa,按工作原理分,按功能分,按参数高低分,超超临界压力汽轮机：大于25 MPa,汽轮机的分类与型号,汽轮机型号：用来表示汽轮机基本特性的符号。,例：N50-8.83 50MW凝汽式汽轮机 蒸汽初压8.83MPa；,例：N200-12.75/535/535 200MW中间再热凝汽式汽轮机 蒸汽初压12.75MPa/初温535/中间再热温度535。,N 凝汽式 N508.82/535 再热 N30016.7/537/537 B 背压式 B508.82/0.98 C 一次调节抽汽式 C508.82/0.118 CC 两次调节抽汽式 CC258.82/0.98/0.118 CB 抽汽背压式 CB258.82/0.98/0.118 H 船用 Y 移动式,六、本课程的主要内容,第一部分为汽轮机级的工作原理，包括：汽轮机级的概念、工作原理及热力计算基本方法，并介绍长叶片级的概念等； 第二部分为多级汽轮机的工作过程，包括多级汽轮机的工作过程和特点，轴向推力的计算及平衡方法，轴封漏汽量计算等； 第三部分为汽轮机的变动工况，包括喷嘴、级和汽轮机变动工况时压力和流量关系的计算，各级焓降、温度、反动度及轴向推力的变化等；,28,汽轮机通流部分设计,汽轮机通流部分设计，通称“热力计算”。应该说，汽轮机热力计算是汽轮机设计的第一步，它的计算成功与否直接表现在下列方面： 1.汽轮机出力及各项供热参数能否满足用户需要； 2.系统配置是否合理，是否符合基本的科学精神； 3.汽轮机轴向推力； 4.各级叶型选型是否合理； 5.是否最有利于组织生产与尽可能地降低生产成本。 汽轮机通流部分的设计一旦完成，应该说汽轮机的主要性能就基本确定下来了。,汽轮机热力计算的基本思路,一、计算原始数据 1. 汽轮机转速 为什么定在3000rpm？ 2. 初参数 3. 终参数 二、整机焓降的确定，估算功率等级 估算汽轮机的功率等级，最直接的办法是按排汽量估算 三、整机级数的确定 确定汽轮机的级数，多半是参照定型机组根据