第19课时单元_电厂热力设备及运行_第10章_多级汽轮机.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 汽轮机的分类和型号多级汽轮机中能量转换多级汽轮机的结构汽轮机的轴封系统 第十章多级汽轮机 第一节汽轮机的分类和型号 汽轮机的分类方式很多 按工作原理分类按热力过程特点分类按蒸汽流动与排汽分类按汽缸数目分类按蒸汽参数分类按用途分类 一 按工作原理分类 冲动式汽轮机 主要由冲动级组成 蒸汽主要在喷嘴叶栅中膨胀 在动叶栅中只有少量膨胀 反动式汽轮机 主要由反动级组成 蒸汽在喷嘴叶栅和动叶栅中都进行膨胀 且膨胀程度相同 凝汽式汽轮机 N 汽轮机排汽排入凝汽器的汽轮机 背压式汽轮机 B 排汽压力高于大气压力 排汽直接用于供热 没有凝汽器 调节抽汽式汽轮机 C CC 汽轮机中间的某些级后抽出部分蒸汽去对外供热 其余的蒸汽做功后仍然排入凝汽器 且抽汽压力可以在一定范围内调整 抽汽背压式汽轮机 CB 具有调节抽汽的背压式汽轮机 中间再热式汽轮机 进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后 被全被抽出送往锅炉的再热器进性再热 再返回汽轮机继续膨胀做功 混压式汽轮机 利用其他来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级 与原来的蒸汽一起工作 通常用于工业生产的流程中 作为蒸汽热能的综合利用 二 按热力过程特点分类 三 按蒸汽流动与排汽分类 轴流式汽轮机 组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列 汽流方向的总趋势是轴向的 绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机 辐流式汽轮机 组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列 汽流方向的总趋势是沿半径方向的 四 按汽缸数目分类 单缸汽轮机 各级装在一个汽缸内的汽轮机 双缸汽轮机 各级装在两个汽缸内的汽轮机 多缸汽轮机 各级装在三个及以上汽缸内的汽轮机 低压汽轮机 主蒸汽压力小于1 5MPa中压汽轮机 主蒸汽压力为2 4MPa高压汽轮机 主蒸汽压力为6 10MPa超高压汽轮机 主蒸汽压力为12 14MPa亚临界汽轮机 主蒸汽压力为16 18MPa超临界汽轮机 主蒸汽压力大于22 2MPa超超临界汽轮机 主蒸汽压力大于32MPa 五 按蒸汽参数分类 发电用汽轮机 主要用于驱动发电机 与之组成汽轮发电机组 按工业频率 50Hz 定转数运行 也叫固定式汽轮机 工业汽轮机 用于各工业部门驱动泵与风机等转动机械 其转速可根据需要进行调节 故也可叫变转速汽轮机 移动式汽轮机 交通运输方面使用的 目前主要是船用 汽轮机 运行中不但转速可变而且旋转方向亦可变以适应倒车的需要 七 汽轮机的型号 蒸汽参数 XX XX X 变型设计次序 额定功率 MW 汽轮机类型 1 汽轮机类型代号 表10 1汽轮机类型代号 2 蒸汽参数 表10 2汽轮机型号中蒸汽参数的表示方法 汽轮机型号 N100 8 82 535N 凝汽式汽轮机100 额定功率100MW8 82 535 主蒸汽压力8 82MPa 主蒸汽温度535 3 汽轮机型号例1 汽轮机型号 N300 16 7 538 538N 凝汽式汽轮机300 额定功率300MW16 7 538 538 主蒸汽压力16 7MPa 主蒸汽温度538 再热蒸汽温度538 3 汽轮机型号例2 汽轮机型号 B50 8 82 0 98B 背压式汽轮机50 额定功率50MW8 82 0 98 主蒸汽压力8 82MPa 背压0 98MPa 3 汽轮机型号例3 汽轮机型号 C50 8 82 0 98C 一次调节抽汽式汽轮机50 额定功率50MW8 82 0 98 主蒸汽压力8 82MPa 调节抽汽压力0 98MPa 3 汽轮机型号例4 汽轮机型号 CC12 3 43 0 98 0 118CC 二次调节抽汽式汽轮机12 额定功率12MW3 43 0 98 0 118 主蒸汽压力3 43MPa 高压抽汽压力0 98MPa 低压抽汽压力0 118MPa 3 汽轮机型号例5 汽轮机型号 CB25 8 82 1 47 0 49CB 抽汽背压式汽轮机25 额定功率25MW8 82 1 47 0 49 主蒸汽压力8 82MPa 抽汽压力1 47MPa 背压0 49MPa 3 汽轮机型号例6 第二节多级汽轮机中能量转换 采用多级汽轮机的必要性多级汽轮机的工作过程多级汽轮机的损失多级汽轮机的内功率多级汽轮机的内效率多级汽轮机的相对内效率多级汽轮机的机械效率多级汽轮机的余速利用多级汽轮机的重热现象多级汽轮机能量转换的特点 增大汽轮机单机功率的途径 流量增加 叶片高度增加 受强度受到限制 则通流面积受到限制 焓降增加 会使c1增加 若保持最佳速比 则u增加 u增加受叶轮 叶片强度的限制 增加汽轮机单机功率的途径 采用多级汽轮机 多级汽轮机的一级只利用总焓降中的一部分 使每一级都能在最佳速度比附近工作 就能有效地利用蒸汽的理想焓降 提高机组效率 一 采用多级汽轮机的必要性 蒸汽进入汽轮机前要经过控制和调节蒸汽流量的主汽门和调节汽门 进入汽轮机 蒸汽依次通过各级喷嘴叶栅和动叶栅逐级膨胀进行能量转换 蒸汽压力 温度也随着逐级降低 蒸汽通过汽缸内的排汽室进入凝汽器 完成其在汽轮机内的能量转换过程 二 多级汽轮机的工作过程 HP IP LP G 锅炉 高压缸 中压缸 凝汽器 再热器 主汽阀 调节阀 低压缸 中压主汽阀 中压调节阀 过热器 LP 多级汽轮机蒸汽流程 图10 1多级汽轮机蒸汽流程 各级内的损失进汽节流损失排汽节流损失轴封漏汽损失机械摩擦损失 三 多级汽轮机的损失 1 进汽节流损失 定义 进汽机构 主汽门 调节汽门 的节流作用使蒸汽压力降低而导致的理想焓降的减小 影响因素 管道长短 阀门型线 蒸汽室形状及汽流速度 减小措施 优化阀的型线 使其带扩压管 把部分蒸汽的动能转化为压力能 限制通过主汽阀和调节阀的蒸汽流速 使之不超过40m s 60m s 2 排汽节流损失 定义 排汽管的节流作用而导致的理想焓降的减小 影响因素 排汽管中蒸汽的流速 排汽管的结构型式及型线 减小措施 优化排汽管的型线 使其带扩压管 把部分蒸汽的动能转化为压力能 限制通过排汽管的蒸汽流速 对于凝汽式汽轮机 排汽速度为80m s 120m s 对于背压式汽轮机 排汽速度为40m s 60m s 2 进汽 排汽节流损失热力过程 Ht Ht Ht P0 P0 Pex Pex 图10 2进汽 排汽节流损失热力过程 P0 主汽门前压力 P0 第一级喷嘴进口压力 Pex 凝汽器压力 Pex 末级叶片后压力压力 进汽节流损失 Ht Ht 排汽节流损失 Ht Ht 3 轴封漏汽损失 轴封 在汽缸两端转子穿出处 转子与汽缸间的汽封 作用是减小漏汽损失 防止蒸汽外逸和空气内漏 轴封漏汽损失 轴封泄漏造成的蒸汽做功减少 漏汽原因 由于结构的要求 汽轮机主轴必须从汽缸内向外伸出并支持在轴承座上 这样 主轴和汽缸之间必须留有一定的间隙 汽缸的高压端 缸内蒸汽压力大于大气压力 蒸汽必然要从间隙向外泄漏 这样就减少了作功蒸汽量 降低了机组的经济性 在机组的排汽端 缸内为真空运行 蒸汽压力低于大气压力 外界的空气将通过间隙流入汽缸内 破坏真空 也会降低机组的经济性 3 轴封漏汽损失 减少漏汽的措施 为了提高汽轮机的经济性 防止或减小这种漏进 漏出现象的存在 因此 在汽轮机的两端漏汽处装设汽封 以减少漏汽量 前轴封 装在汽轮机高压端的汽封 作用是为了减少高温高压蒸汽从汽缸内向外泄漏 后轴封 装在汽轮机低压端的汽封 作用是为了防止外界空气漏向汽缸 保证汽缸内的真空度 4 机械损失 定义 轴与轴承之间的摩擦 调节系统等辅助部件的摩擦 联轴器和轴封段与周围空气摩擦等造成的能量损失 用符号 Pm表示 影响因素 转速 对于大容量汽轮机 机械损失约占机组额定功率的1 左右 四 多级汽轮机的内功率 定义 多级汽轮机的内功率等于组成该汽轮机的各个级的内功率之和 用符号Pi表示 五 多级汽轮机的内效率 定义 在汽轮机中所获得内功率与单位时间内输入汽轮机蒸汽的理想能量之比值 用符号 i表示 反映蒸汽的热能可转换为机械功的比例关系 不能直接反映汽轮机工作性能的优劣 六 多级汽轮机的相对内效率 定义 蒸汽在汽轮机内的有效焓降He与理想焓降Ht的比值 用符号 ri表示 反映汽轮机通流部分的完善程度 它取决于汽轮机内各项节流损失和级内损失的大小 与轴封漏气损失无关 大功率汽轮机的相对内效率 ri 86 90 若无回热抽汽 则相对内效率 内效率 七 多级汽轮机的机械效率 定义 汽轮机的轴端功率与内功率的比值 用符号 m表示 八 多级汽轮机的余速利用 在多级汽轮机中 除了调节级和末级外 上一级的余速动能可以全部或部分地被下一级所利用 余速利用提高了汽轮机的相对内效率 在级效率相同的条件下 多级汽轮机的效率比单级汽轮机的效率高 九 多级汽轮机的重热现象 定义 前一级内的各项损失因摩擦转变为热量 被蒸汽吸收 提高了后一级蒸汽的做功能力 多级汽轮机的相对内效率高于各级的平均内效率 当各级有损失时 全机的效率要比各级平均的效率好一些 而不是说有损失时全机的效率比没有损失时全机的效率高 因为重热现象的存在只能使多级汽轮机能够回收损失的一部分而已 十 多级汽轮机能量转换的特点 优点 单个级的焓降小 易使每个级在直径较小的情况下工作于最佳速比 余速动能可以部分或全部地被下一级利用 各级的比焓降较小 速比一定时的级的圆周速度和平均直径也较小 叶高损失减小 喷嘴流动效率较高 整机的焓降大 可采用回热 再热技术 提高循环热效率 重热现象可部分弥补级内损失 提高整机效率 单机功率大 单位功率造价低 十 多级汽轮机能量转换的特点 存在的问题 增加了一些附加损失 如隔板漏气损失 由于级数多 相应的增加了机组的长度和质量 由于新蒸汽和再热蒸汽温度的提高 对零件的金属材料的要求提高了 级数增加 零部件数目增加 使多级汽轮机的结构更为复杂 全机成本相应提高 但从单位功率的制造成本来说 多级汽轮机远低于单级汽轮机总体上讲 多级汽轮机远优于单级汽轮机 多级汽轮机具有效率高 功率大 投资小等突出优点而得到广泛应用 第三节多级汽轮机的结构 汽轮机本体可分为固定和转动两大部分 它们分别称为汽轮机的静子和转子 静子 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 滑销系统等 转子 主轴 叶轮 或转鼓 动叶栅 联轴器等 定义 汽轮机转动部分的总称 组成 主轴 叶轮 或转鼓 动叶栅 联轴器等 作用 将蒸汽作用在动叶片上的力矩 通过叶轮 主轴汇集起来 并由联轴器传递给发电机 受力 承受汽流的作用力 离心力 热应力 分类 按主轴与其它部件的组合方式可以分为 套装转子 整锻转子 焊接转子和组合转子四种 一 转子的分类 一 转子的分类 图10 3高中压转子 一 转子的分类 图10 4低压转子 1 套装转子 定义 叶轮 轴封套 联轴器等部件和主轴是分别制造的 然后将它们热套 过盈配合 在主轴上 并用键传递力矩 优点 叶轮和主轴可以单独制造 故锻件小 加工方便 节省材料 容易保证质量 转子部分零件损坏后也容易拆换 缺点 轮孔处应力较大 转子的刚性差 特别是在高温下工作时 金属的蠕变容易使叶轮和主轴套装处产生松动现象 不宜在高温条件下工作 快速启动适应性差 适用范围 只适用于中 低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中 低压部分 其工作温度一般在400 以下 1 套装转子 图10 5套装转子1 油封环 2 轴封套 3 主轴 4 动叶栅 5 叶轮 6 平衡槽 2 整锻转子 定义 叶轮 轴封套和连轴节等部件与轴由一个整锻体车销而成 优点 可避免高温蒸汽可能引起套装转子叶轮和轴之间的松动 结构紧凑 轴向长度相应缩短 刚性好 启动适应性好 缺点 加工比较困难 锻造工艺复杂 加工周期长 不利于材料的合理利用 适用范围 中间再热式汽轮机的超高压或高压转子 2 整锻转子 整锻转子的中心通常打有 100mm的中心孔 其目的主要是便于检查锻件质量 同时也可以将锻件中心材质差的部分去掉 防止缺陷扩展 以保证转子强度 图10 6整锻转子 3 焊接转子 定义 由若干个实心轮盘和两个端轴拼焊而成 优点 重量轻 刚度好 锻件小 结构紧凑 转子无中心孔 中心应力小 一般有中心孔的转子其中心孔切向应力比无中心孔转子大一倍 能适应低压部分需要大直径的要求 缺点 焊接工艺要求高 材料焊接性能好 否则难以保证焊接质量 适用范围 大型汽轮机的低压转子 3 焊接转子 图10 7焊接转子1 叶轮 2 焊缝 3 动叶栅 4 平衡槽 5 联轴节的连接轮 4 组合转子 定义 因转子各段的工作条件不同 可以在高温段采用整锻结构而在中 低温段采用套装结构组成组合转子 以减少锻件尺寸 优点 兼有整锻转子和套装转子的优点 适用范围 广泛用于高