时单元电厂热力设备及运行汽轮机工作原理PPT课件.ppt

华北电力大学环境科学与工程学院 电厂热力设备及运行 任课教师 杨官平 二 一一年一月 封面 汽轮机设备的组成及工作过程汽轮机级的工作原理蒸汽在喷嘴叶栅中的流动和能量转换蒸汽在动叶栅中的能量转换级的分类与轮周效率汽轮机级内损失 效率和功率 第九章汽轮机工作原理 2 第一节汽轮机设备的组成及工作过程 原动机 拖动发电机旋转发电的机械或设备 汽轮机 把蒸汽的热能转换为机械能 拖动其它机械转动的原动机 汽轮发电机组 汽轮机与发电机的组合体 汽轮机设备 汽轮机本体及其辅助设备由管道和阀门连成的一个整体 3 一 汽轮机的基本结构 静子 转子 主轴 叶轮 或转鼓 动叶栅 联轴器及其紧固件等组成 将蒸汽的动能转换汽轮机旋转的机械能 静子 汽缸 喷嘴室 静叶栅 隔板 隔板套 或静叶持环 汽封 轴承 轴承座 机座 滑销系统及有关紧固件等组成 将蒸汽的热能转换为蒸汽的动能 由凝汽设备 循环供水设备 回热加热设备 给水除氧设备 汽封设备 供油设备 旁路设备 调节保护系统等组成 转子 汽轮机机组 汽轮机本体 附属设备 图9 1汽轮机的基本结构 4 汽轮机本体 将蒸汽的热能转化为机械能 凝汽设备 造成汽轮机排汽口的高度真空 减少能源损失 回收工质 一定的真空除氧作用 循环供水设备 将汽轮机凝汽器使用的冷却水经冷却装置冷却降温后输入凝汽器再循环使用 回热加热设备 利用汽轮机抽汽加热锅炉给水 使部分工质的汽化潜热重新在循环中得到利用 减少工质冷源损失 提高循环效率 给水除氧设备 用来除去锅炉给水中的氧气及其他气体 保证给水的品质 同时 又能加热给水提高给水温度 汽封设备 阻止汽缸高压部分的蒸汽泄出和汽缸低压部分漏入空气 回收工质和热量 汽轮机设备的组成 5 供油设备 供给机组调节 保安 轴承润滑和顶轴等处的工作用油 旁路设备 机组启动期间 使蒸汽和再热蒸汽参数尽快达到汽轮机冲转要求 机组正常运行期间 协调机炉之间蒸汽量 机组甩负荷或运行工况急剧变化时 排出锅炉产生的过量蒸汽 旁路系统还可用于保护锅炉再热器 调节保护系统 控制汽轮机转速 使汽轮机发电机能并入电网 在外界负荷变化时及时地调节汽轮机功率 以满足用户用电量变化的需要 同时保证汽轮发电机组的工作转速在正常允许范围内 汽轮机设备的组成 6 图9 2汽轮机设备动画 汽轮机设备动画 7 图9 3汽轮机设备的组成示意图 汽轮机设备的组成示意图 8 二 汽轮机的工作过程 来自锅炉过热器的高温高压蒸汽经主汽阀 调节阀进入汽轮机 由于汽轮机排汽口的压力大大低于进汽压力 蒸汽在这个压差作用下向排汽口流动 其压力和温度逐渐降低 部分热能逐级转换为汽轮机转子旋转的机械能 作完功的蒸汽称为排汽 或称乏汽 从排汽口排入凝汽器 在较低的温度下凝结成水 凝结水由凝结水泵抽出送往低压加热器和除氧器 再经给水泵升压进入高压加热器 进入锅炉的省煤器 完成封闭的热力循环 9 三 汽轮机本体 转子的主要部件 主轴叶轮 或转鼓 动叶栅联轴器静子的主要部件 汽缸喷嘴室静叶栅 或喷嘴 隔板和隔板套 或静叶持环 汽封轴承和轴承座滑销系统 10 1 汽缸 定义 汽轮机的外壳 位置 内壁 支撑喷嘴静叶片 隔板 汽封环等零部件 外部 与进汽管 抽汽管 排汽管 疏水管等相接 主要作用 将工作蒸汽与大气隔开 11 2 隔板和隔板套 或静叶持环 定义 汽轮机各级的间壁 位置 上下两半装在汽缸内或隔板套内 主要作用 用来固定静叶栅 把多级汽轮机的各个压力级隔开 12 3 静叶栅 或喷嘴 静叶栅 固定在隔板上静止不动的叶片 喷嘴 由两个相邻静叶片构成的不动汽道 是一个把蒸汽的热能转变为动能的结构元件 位置 固定在隔板上 主要作用 把蒸汽的热能转变成动能 使蒸汽膨胀降压 增加流速 按一定的方向喷射出来 推动动叶片而做功 13 4 汽封 定义 在汽轮机动 静部件的有关部位设有的密封装置 位置 叶顶汽封 装在动叶栅顶部围带处的汽封 隔板汽封 装在隔板内圆与主轴间的汽封 轴端汽封 装在各转子两端与汽缸之间的汽封 主要作用 低压缸排汽端轴封用于防止外界空气漏入汽轮机 其他处的轴封用于防止蒸汽外漏 14 5 轴承 定义 支承相对旋转的轴的部件 位置 内部与轴接触 外部与轴承座接触 主要作用 用来承受转子的全部重量并且确定转子在汽缸中的正确位置 径向支持轴承 用于支持转子的重量以及由于转子振动所引起的冲击力等 并固定转子的径向位置 保证转子与静子同心 轴向推力轴承 用于承受转子上的轴向推力 确定转子的轴向位置 以保持通流部分动 静部件间合理的轴向间隙 15 6 滑销系统 滑销 布置在汽缸台板上的能让汽缸顺畅膨胀 收缩的部件 主要作用 正确引导汽缸部件的热胀冷缩 以保持动 静部件间合理的轴向间隙 保证汽缸和转子中心的一致 16 7 动叶栅 或动叶片 定义 装在转子上的叶片称为动叶片 位置 直接嵌装在转子的外缘上 即安装在转子叶轮或转鼓上 主要作用 接受静叶栅射出的高速汽流 把蒸汽的动能转换成机械能 使转子旋转 17 8 叶轮 或转鼓 定义 安装动叶片的轮盘 是冲动式汽轮机转子的组成部分 位置 整锻转子的叶轮与主轴为一体 套装转子的叶轮套在主轴上 轮缘用来固定动叶片 主要作用 将动叶片的转动力矩传递给主轴 18 9 主轴 定义 汽轮机转子主要组成部分 位置 两端支撑在轴承上 主要作用 接收动叶片通过叶轮传递过来的转动力矩 并带动发电机转子 主油泵转动 19 10 联轴器 定义 汽轮发电机转子的连接装置 又称靠背轮 位置 两个转子的连接处 主要作用 连接汽轮机的高 中 低压转子 及汽轮机与发电机转子 传递扭矩 在多缸汽轮机中 如果几个转子合用一个推力轴承 则联轴器还将传递轴向推力 如果每个转子都有自己的推力轴承 则联轴器应保证各转子的轴向位移互不干扰 即不允许传递轴向推力 20 第二节汽轮机级的工作原理 汽轮机级冲动级反动级 21 一 汽轮机级 汽轮机的级 一列喷嘴叶栅与一列配套的动叶栅组成的一个能量转换的基本单元 级的能量转换 具有一定压力 温度的蒸汽通过汽轮机的级时 首先在静叶栅通道中得到膨胀加速 将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能 然后进入动叶通道 在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速 推动叶轮旋转 将高速汽流的动能转变为旋转机械能 级的分类 根据级的做功原理 可以将级分为两类 冲动级反动级 22 汽轮机转子的结构图 图9 4汽轮机转子的结构图 23 汽轮机级的结构图 图9 5汽轮机级的结构图 24 二 冲动级的工作原理 冲动级 当汽流通过动叶通道时 由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向 因而产生离心力 离心力作用于叶片上 被称为冲动力 这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进 流出动叶通道时其动能的变化量 而这种级称为冲动级 图9 6冲动级工作原理 25 二 冲动级的工作原理 图9 7单级冲动级汽轮机结构简图1 轴 2 叶轮 3 动叶栅 4 喷嘴 单级汽轮机 由一个级构成的汽轮机 多级汽轮机 由多个级构成的汽轮机 26 三 反动级的工作原理 反动级 当汽流通过动叶通道时 一方面要改变方向 同时还要膨胀加速 改变方向会对叶片产生一个冲动力 膨胀加速会对叶片产生一个反作用力 即反动力 蒸汽通过这种级 两种力同时作功 通常称这种级为反动级 图9 8反动级工作原理 27 第三节蒸汽在喷嘴叶栅中的流动和能量转换 蒸汽在喷嘴和动叶流道中流动的分析蒸汽在喷嘴和动叶流道中流动的假设蒸汽在喷嘴中的能量转换喷嘴叶栅的结构 28 一 蒸汽在喷嘴和动叶流道中流动的分析 实际流动是三维 非稳定 多相的复杂流动 图9 9蒸汽在喷嘴和动叶流道中流动 29 二 蒸汽在喷嘴和动叶流道中流动的假设 稳定流动 即蒸汽在流道中任一点的参数不随时间变化 一元流动 即蒸汽在流道中的参数只沿流动方向变化 而在垂直于流道的方向上是相同的 绝热流动 即认为蒸汽在流道中流动速度很高 因而流经流道的时间很短 来不及与壁面产生热交换 30 三 蒸汽在喷嘴中的能量转换 喷嘴中的热力过程 P0 P1分别是喷嘴进出口压力 理想热力过程 0 1t 实际热力过程 0 1 0 点 0的滞止参数点 Hnt 喷嘴理想焓降 hn 喷嘴损失 s 1t 1 h1t hn h0 0 P0 P0 0 h0 h0 h 图9 10喷嘴中的热力过程 Hnt 31 喷嘴出口汽流的理想速度