汽轮机工作原理和结构[高级教学]

1、2013年11月 1内容展示 电能的生产过程是一系列的能量转换过程电能的生产过程是一系列的能量转换过程 q锅炉将水变为蒸汽的热能锅炉将水变为蒸汽的热能 q汽轮机将蒸汽的热能转变成轴旋转的机械能汽轮机将蒸汽的热能转变成轴旋转的机械能 q发电机把机械能转变成电能发电机把机械能转变成电能 2内容展示 3内容展示 热效率高热效率高 凝汽式汽轮机组综合热效率高达凝汽式汽轮机组综合热效率高达40% 供热式机组综合热效率高达供热式机组综合热效率高达80%（55） 连续工作的回转机械，可以具有较大功率连续工作的回转机械，可以具有较大功率 目前单台机组容量已突破目前单台机组容量已突破1300MW 运转平稳、事故

2、率较低、充分提高了设备利运转平稳、事故率较低、充分提高了设备利 用率用率 一般可保持一般可保持34年大修一次年大修一次 4内容展示 汽轮机的基本概念 5内容展示 l蒸汽在喷嘴中发生膨胀， 压力降低，速度增加， 热能转变为动能。高速 汽流流经动叶片3时，由 于汽流方向改变，产生 了对叶片的冲动力，推 动叶轮2旋转作功，将蒸 汽的动能变成叶轮轴旋 转的机械能。这种利用 冲动力作功的原理，称 为冲动作用原理。 6内容展示 左图所示：蒸汽在喷嘴 中发生膨胀，压力由p0降至 p1，流速从c0增至c1，将蒸 汽的热能转变为动能。蒸汽 进入动叶栅后，改变流动方 向，产生了冲动作用力使叶 轮旋转作功，将蒸汽动

3、能转 变为转子的机械能。蒸汽离 开动叶栅的速度降至c2。由 于蒸汽在动叶栅中不膨胀， 所以动叶栅前后压力相等， 即p1=p2。 冲动式汽轮机的动叶片 出，入口侧的横截面相对比 较匀称，气流流道从入口到 出口其面积基本不变。 （针对动叶片） 7内容展示 8内容展示 左图所示为一种具有三个 冲动级的多级冲动式汽轮机。 整个汽轮机的比焓降分别由三 个冲动级加以利用。蒸汽进入 汽缸后，在第一级喷嘴2中发 生膨胀，压力由p0降至p1，汽 流速度由co增至c1，然后进入 第一级动叶栅3中作功,作功后 流出动叶栅的汽流速度降至c2， 由于蒸汽在动叶栅中不发生膨 胀，动叶栅后的压力（即第一 级后压力）即等于喷

4、嘴后的压 力p1，从第一级流出的蒸汽， 再依次进入其后的两级并重复 上述作功过程，最后从排汽管 中排出。 9内容展示 蒸汽的热能转变为动能的过 程，不仅在喷嘴中发生，而且在 动叶片中也同样发生的汽轮机， 叫做反动式汽轮机。 在反动式汽轮机中，蒸汽不 但在喷嘴（静叶栅）中产生膨胀， 压力由p0降至p1，速度由c0增至 c1，高速汽流对动叶产生一个冲 动力；而且在动叶栅中也膨胀， 压力由p1降至p2，速度由动叶进 口相对速度w1增至动叶出口相对 速度w2,汽流必然对动叶产生一 个由于加速而引起的反动力，使 转子在蒸汽冲动力和反动力的共 同作用下旋转作功。 反动式汽轮机的动叶片出， 入口侧的横截面不

5、对称，叶型入 口较肥大，而出口侧较薄，蒸汽 流道从入口到出口呈渐缩状。 （针对动叶片） 10内容展示 11内容展示 凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机 进入汽轮机的蒸汽，除很少一部分泄漏外，全部排入凝汽器。 背压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。 调节抽汽式汽轮机调节抽汽式汽轮机 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。 中间再热式汽轮机中间再热式汽轮机 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。 12内容展示 按工作原理分类按工作原理分类 v冲动式汽轮机冲动式汽轮机 按冲动作用原理工作

6、的汽轮机称为冲动式汽轮机按冲动作用原理工作的汽轮机称为冲动式汽轮机 v反动式汽轮机反动式汽轮机 按反动作用原理工作的汽轮机称为反动式汽轮机按反动作用原理工作的汽轮机称为反动式汽轮机 v混合式汽轮机混合式汽轮机 由按冲动原理工作的级和按反动原理工作的级组合而成由按冲动原理工作的级和按反动原理工作的级组合而成 的汽轮机称为混合式汽轮机的汽轮机称为混合式汽轮机 13内容展示 按新按新( (主主) )蒸汽压力分类蒸汽压力分类 低压汽轮机新蒸汽压力为低压汽轮机新蒸汽压力为1.2 MPa1.2 MPa2MPa2MPa； 中压汽轮机新蒸汽压力为中压汽轮机新蒸汽压力为2.1 MPa2.1 MPa8MPa8MP

7、a； 高压汽轮机新蒸汽压力为高压汽轮机新蒸汽压力为8.1 MPa8.1 MPa12.5MPa12.5MPa； 超高压汽轮机超高压汽轮机 新蒸汽压力为新蒸汽压力为12.6MPa12.6MPa15.1MPa15.1MPa； 亚临界汽轮机亚临界汽轮机 新蒸汽压力为新蒸汽压力为15.1MPa15.1MPa22MPa22MPa； 超临界汽轮机超临界汽轮机 新蒸汽压力为新蒸汽压力为22.12MPa22.12MPa25MPa25MPa； 超超临界汽轮机超超临界汽轮机 新蒸汽压力为新蒸汽压力为25.025.0MPaMPa以上。以上。 14内容展示 N: 凝汽式凝汽式 C: 一次调节抽汽式一次调节抽汽式 CC:

8、 两次调节抽汽式两次调节抽汽式 B: 背压式背压式 CB: 抽汽背压式抽汽背压式 H: 船用船用 Y: 移动式移动式 k: 空冷式空冷式 15内容展示 l X X XX X 变形设计次序 蒸汽参数 额定功率(MW) 汽轮机类型 例如：CJK350-24.2/566/566 超临界间接空冷 主汽阀前566 再热蒸汽进气阀前566 16内容展示 l主要技术规范及热力参数： l型号CJK350-24.2/0.4/566/566、一次中间再热、两缸两排汽、单轴 、间接空冷抽汽凝汽式汽轮机 l额定功率350MW350MW l主蒸汽额定参数24.2MPa/56624.2MPa/566 l最大进汽量1150

9、t/h l额定背压12Kpa l最大抽气量525t/h l转速3000r/min l转向机头看为顺时针 l给水系统7级回热，给水由汽动给水泵驱动 l汽轮机通流级数高压1+12级、中压11级、低压25级，共34级 哈尔滨汽轮机厂350MW超临界间接空冷机组 17内容展示 汽轮机由转动部分和静止部分所组成。汽轮机由转动部分和静止部分所组成。 汽轮机转动部件的组合体称为转子，它包汽轮机转动部件的组合体称为转子，它包 括主轴、叶轮括主轴、叶轮( (或转鼓或转鼓) )、动叶栅、联轴器、动叶栅、联轴器 及装在轴上的其他零件。蒸汽作用在动叶及装在轴上的其他零件。蒸汽作用在动叶 栅上的力矩，通过叶轮、主轴和联

10、轴器传栅上的力矩，通过叶轮、主轴和联轴器传 递给发电机或其他设备，并使它们旋转而递给发电机或其他设备，并使它们旋转而 作功。汽轮机的静止部分包括基础、台板作功。汽轮机的静止部分包括基础、台板 ( (机座机座) )、汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承、汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承 等部件，但主要是汽缸和隔板。等部件，但主要是汽缸和隔板。 18内容展示 19内容展示 汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转，汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转， 不仅要承受汽流的作用力和由叶片、叶轮不仅要承受汽流的作用力和由叶片、叶轮 本身离心力所引起的应力，而且还承受着本身离心力所引起的应力，而且还承受着 由温度差所引起的热应力。此

11、外，当转子由温度差所引起的热应力。此外，当转子 不平衡质量过大时，将引起汽轮机的振动。不平衡质量过大时，将引起汽轮机的振动。 因此，转子的工作状况对汽轮机的安全、因此，转子的工作状况对汽轮机的安全、 经济运行有着很大的影响。经济运行有着很大的影响。 20内容展示 套装转子套装转子 套装转子的叶轮、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。主 轴加工成阶梯形，中 间直径大，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。 21内容展示 组合转子组合转子 根据各段的工作条件 不同，在同一转子上，

12、 高压部分采用整锻结 构，中、低压部分采 用套装结构，从而兼 得整锻转子和套装转 子的优点。组合转子 广泛用于高参数、中 等功率的汽轮机上。 22内容展示 23内容展示 叶轮是一种圆盘形的零件，它一般由轮缘、轮 体(轮面)和轮壳三部分组成。轮缘用来固定叶 片，其具体结构与叶片的受力情况及叶根形状 有关，大多数轮缘具有比轮体为大的截面。轮 壳是叶轮套于主轴上的配合部分，故只有套装 转子才有，其结构取决于叶轮在主轴上的套装 方式，为了保证轮壳有足够的强度，轮壳部分 一般都要加厚。轮体是叶轮的中间部分，它起 着连接轮缘与轮壳的作用，其断面应根据受力 情况来确定。 24内容展示 25内容展示 动叶片是

13、汽轮机中数量最 大和种类最多的零件，它 的结构、材料和装配质量 对汽轮机的安全和经济运 行有极大的影响。在汽轮 机的事故中，叶片事故约 占60%70%左右，所以必 须予以足够的重视。叶片 应具有良好的流动特性、 足够的强度、满意的转动 特性、合理的结构和良好 的工艺性能。 26内容展示 27内容展示 叶片通过叶根固定在叶轮 上，叶根与叶轮的连接应 该牢固可靠，而且应保证 叶片在任何运行条件下不 会松动。同时，叶根的结 构应在满足强度的条件下 尽量简单，使制造、安装 方便，并使叶轮轮缘的轴 向尺寸为最小。随着动叶 片的圆周速度和长度的不 同，其叶根所受的作用力 也不同，这就需要采用不 同的叶根结

14、构型式。 28内容展示 29内容展示 汽缸从高压向低压方向看，大致上呈圆筒形或汽缸从高压向低压方向看，大致上呈圆筒形或 圆锥形。为了便于加工、安装及检修，汽缸一般作圆锥形。为了便于加工、安装及检修，汽缸一般作 成水平对分式，即分为上、下汽缸，水平结合面一成水平对分式，即分为上、下汽缸，水平结合面一 般用法兰螺栓连接，另外，为了合理利用材料和便般用法兰螺栓连接，另外，为了合理利用材料和便 于加工、运输，汽缸也常按缸内压力高低沿轴向分于加工、运输，汽缸也常按缸内压力高低沿轴向分 为几段，垂直结合面也采用法兰螺栓连接，由于垂为几段，垂直结合面也采用法兰螺栓连接，由于垂 直结合面一般不需拆卸，为保证其

15、严密性，有些汽直结合面一般不需拆卸，为保证其严密性，有些汽 缸还在结合面的内圆加以密封焊。缸还在结合面的内圆加以密封焊。 30内容展示 31内容展示 32内容展示 33内容展示 隔板用于固定喷嘴叶片，并隔板用于固定喷嘴叶片，并 将整个汽缸内部空间分隔成将整个汽缸内部空间分隔成 若干个汽室。它主要由隔板若干个汽室。它主要由隔板 体，喷嘴叶栅和隔板外缘等体，喷嘴叶栅和隔板外缘等 部分组成。隔板通过外缘直部分组成。隔板通过外缘直 接安装在汽缸或隔板套内专接安装在汽缸或隔板套内专 门的凹槽中。为了安装和拆门的凹槽中。为了安装和拆 卸方便，隔板沿水平中分面卸方便，隔板沿水平中分面 对分为上、下两半块，称上、对分为上、下两半块，称上、 下隔板。为了使上下隔板对下隔板。为了使上下隔板对 准，并防止漏汽，在水平中准，并防止漏汽，在水平中 分面加装密封键和定位销。分面加装密封键和定位销。 在隔板体的内孔壁有安