汽轮机与风机讲义

1、2021-6-29 主讲：文泳竹 1 2021-6-29 主讲：文泳竹 2 l第一讲、我厂汽轮机与风机的现状 l第二讲、汽轮机 绪论 第一节、汽轮机的原理及分类 第二节、热力循环 第三节、汽轮机的构造及各个系统 l第三讲、冶炼风机 2021-6-29 主讲：文泳竹 3 2021-6-29 主讲：文泳竹 4 2021-6-29 主讲：文泳竹 5 2021-6-29 主讲：文泳竹 6 2021-6-29 主讲：文泳竹 7 2021-6-29 主讲：文泳竹 8 l高炉供风 l集中供热 l发 电 2021-6-29 主讲：文泳竹 9 2021-6-29 主讲：文泳竹 10 2021-6-29 主讲：文

2、泳竹 11 汽轮机是一种将蒸汽的热能转变为机 械的外燃回转式原动机。它和其它型式 的原动机（如蒸汽机、汽油机、柴油机 等）相比具有可利用多种燃料，运转安 全、平稳，尺寸小、重量轻和可设计成 高转速、大功率等一系列优点。因此在 工业生产的各个部门（如电力、冶金、 化工、船舶运输等）中作为动力机械而 被广泛采用。 2021-6-29 主讲：文泳竹 12 l 目前，电力工业仍以包括核电站在内的热力发 电和水力发电为主，其中水力发电虽然具有生 产成本低、可以综合利用的巨大优点，但它同 时具有建设周期长、投资大，受地区和季节限 制等缺点，因此热力发电在电力生产中仍占有 较大的比重，这种比重的大小随国家和

3、地区的 不同而不同。由于上述回转式动力机械的优点， 目前热力发电厂中拖动发电机的原动机主要采 用汽轮机和燃气轮机。燃气轮机与汽轮机相比， 具有一些汽轮机无法比拟的优点，如设备简单 轻便，可按组装式成套生产，因而建设速度快、 投资少，设备占地面积小；用水量少；便于自 动控制、启动快和负荷适应能力强等。但是， 由于目前受燃料和金属材料的限制，燃气轮机 的应用仍然没有汽轮机那普遍。因此，汽轮机 在热力发电厂中目前仍占统治地位。 2021-6-29 主讲：文泳竹 13 2021-6-29 主讲：文泳竹 14 （一）汽轮机的发展简史 汽轮机的基本原理力的冲动作用原理和反动 作用原理。 1883年瑞典工程

4、师拉伐尔利用力的冲动作用原 理首先制成了一台3.68KW（5马力）的单级冲动 式汽轮机，他在发明第一台汽轮机时解决了如 下问题： 1、采用了缩放喷嘴，获得了超音速汽流； 2、采用了柔轴，当时的转子转速为32000r/min； 3、采用了等强度叶轮，当时叶轮的圆周速度达350m/s； 4、采用了自位轴承。 2021-6-29 主讲：文泳竹 15 l1900年左右，美国工程师寇蒂斯在拉伐 尔汽轮机的基础上增加了一列固定的导 向叶片和一列动叶片，并将两列动叶装 在同一个轮盘上发明了速度级汽轮机， 从而增大了单级汽轮机的焓降和功率。 l1984年，英国的柏生氏利用力的反动作 用原理首先发明了反动式汽轮

5、机。 2021-6-29 主讲：文泳竹 16 （二）我国汽轮机制造业的发展概况 解放前，我国还没有汽轮机制造工 业。解放后，以上海为基地的三大动力 厂（汽轮机厂、锅炉厂、电机厂）和以 哈尔滨为基地的三大动力厂，并且于 1955年同上海汽轮机厂制成国产第一台 中压6000KW冲动式汽轮机。现在我国 已能生产中压、高压、超高压中间再热、 亚临界等机组。除上述大厂外，还有一 些小厂，如北京重型电机厂、南京汽轮 机厂、杭州汽轮机厂、青岛汽轮机厂等。 2021-6-29 主讲：文泳竹 17 一、原理 汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械功 的转式动力机械。与活塞式能力机械 相比较，汽轮机具有功率大、转速高、

6、经济性好等显著优点。在汽轮机中， 蒸汽的热能被转换成机械功，完成这 个能量转换的基本单元叫做汽轮机的 级。它主要由一列静叶栅和动叶栅组 成。 2021-6-29 主讲：文泳竹 18 v冲动式汽轮机：蒸汽只在汽轮机的静 叶栅中降压膨胀加速，在动叶栅内不 降压不膨胀，动叶只是把蒸汽动能转 换成机械功，同时改变汽流方向。 v反动式汽轮机：蒸汽在汽轮机的静叶 栅中被降压、膨胀和加速，在动叶栅 中也被进一步降压、膨胀加速。动叶 不但将蒸汽的动能，同时也将蒸汽的 部分内能转换成机械功。 2021-6-29 主讲：文泳竹 19 二、汽轮机的分类 1、按作用原理来分 v冲动式汽轮机 v反动式汽轮机 2、按排汽

7、方式分类 v凝汽式汽轮机 v背压式汽轮机 v抽汽式汽轮机 2021-6-29 主讲：文泳竹 20 3、按能量传递方式分类 v直联式汽轮机 v带变速箱的汽轮机 4、按蒸汽流道娄目分类 v单流道汽轮机 v双流道或多流道汽轮机 5、按蒸汽流道型式分类 v有直流式；轴流式与径流式。 2021-6-29 主讲：文泳竹 21 6、按蒸汽压力分类 v中压 v高压 v超高压 v亚临界压力 v超临界压力 2021-6-29 主讲：文泳竹 22 一、热力循环的四个基本过程 v吸热膨胀放热压缩 2021-6-29 主讲：文泳竹 23 二、热力循环的种类 v朗肯循环 v回热循环 v中间再热循环 v热电循环 2021-

8、6-29 主讲：文泳竹 24 三、循环效率 v一般发电厂中的循环热效率为3045%，实际 上存在各种损失，所以效率还要小。一般用 于做功的占31%，冷源损失60.2%，其它为锅 炉损耗、管路损耗、汽机机械损耗等。 2021-6-29 主讲：文泳竹 25 一、汽轮机的构造 v静子部分（固定部分），包括汽缸、轴 承、机座、隔板等； v转动部分，包括轴、叶轮、叶片等组成 ； v调速控制部分。 2021-6-29 主讲：文泳竹 26 二、各个系统 v蒸汽疏水系统 v结水凝结水系统 v空气系统 v调速、保安、油系统 v循环水系统 2021-6-29 主讲：文泳竹 27 三、汽轮机的调节 1、汽轮机调节系

9、统的主要作用： v在稳定工况下，保证转速不变并且为规 定值； v当负荷变化时，保证转速的偏差不超过 所规定的范围； v它主要由感应机构、传动放大机构、执 行机构、反馈机构等组成。 2021-6-29 主讲：文泳竹 28 2、调节系统的种类 v半液压调节系统 v全液压调节系统 v电液调节系统 2021-6-29 主讲：文泳竹 29 3、辅助设备 v凝结器 v凝结水泵 v抽汽器 v给水泵 v管道系统 v高压加热器 v低压加热器 2021-6-29 主讲：文泳竹 30 4、汽轮机在运行中的常见事故 v真空低落 v油系统工作失常 v汽轮机严重超速 v甩负荷 v汽轮机水冲击 v蒸汽参数不符合规定等 20

10、21-6-29 主讲：文泳竹 31 v我厂始建于1958年，钢铁上马，电力先 行，安装了两台2500KW汽轮发电机。 1960年又安装了一台6000KW汽轮发电 机，随着公司的不断发展，于1987年又 安装了4#抽汽发电机组。随着能源的合 理利用，今年又在兴建25000KW煤气汽 轮发电机组，并在焦化预建10000KW干 熄焦能源发电机组，并设想上一台燃气 发电机组。 2021-6-29 主讲：文泳竹 32 2021-6-29 主讲：文泳竹 33 一、气体压缩机械的分类 1、容积式 v往复式 v回转式：分为罗茨式、叶氏式、螺杆式、 滑片式 2021-6-29 主讲：文泳竹 34 2、透平式 v

11、离心式 v轴流式 v混流式 2021-6-29 主讲：文泳竹 35 二、透平式压缩机械的分类 1、按气流运动方向分类 离心式气体在压缩机内沿离心方向 （或半径方向）流动，也称径流式。 轴流式气体在压缩机内沿与转轴平行 方向流动。 混流式气体在压缩机内的流动方向介 于离心式和轴流式之间。 2021-6-29 主讲：文泳竹 36 2、按压力分类 透平式压缩机械按出口压力高低可分 为通风机、鼓风机和压缩机。 v通风机：指大气压力为101.325KPa，温度 为20，出气口全压值小于15KPa（表压） 的风机。 v鼓风机：指升压在15KPa200KPa（表态） 之间或压比大于1.15小于3的风机。 v

12、压缩机：指升压大于200KPa（表压）或压 比大于3的风机。 2021-6-29 主讲：文泳竹 37 3、按用途分类 v根据风机用于某种装置的名称或者以通 过风机的介质名称来命名分类。如高炉 鼓风机、空气分离压缩机、锅炉引风机、 烧结鼓风机、煤气鼓风机、天然所鼓风 机、氧气压缩机等。 2021-6-29 主讲：文泳竹 38 三、透平式压缩机的特点 v流量大。如果与活塞式的具有相同流量的 压缩机相比较，透平式压缩机的尺寸要小 的多。出口压力变化幅度小。 v输气均匀，无脉动，气体无油污染。 v结构简单，易损件少，连续运转周期长。 因为运转时无不平衡力，基础较小，基建 投资少。 v可以用汽轮机、燃气

13、轮机直接驱动，便于 整个装置的热力平衡。运行转速对材料及 零部件制造精度要求高。 2021-6-29 主讲：文泳竹 39 四、容积式（以活塞式为例）压缩机的特点 v排气压力可以在较大范围内波动，高压力、 小流量区域尤为合适。 v输气脉动，进排气流速低、机组热效率高。 v外形尺寸大，结构复杂，运行不平衡。基 础尺寸大，易损件多，运行周期短。 v运行速度低，零部件多，由普通材料制成。 2021-6-29 主讲：文泳竹 40 v离心压缩机的基本工作原理：旋转叶片 给气体以作用力，并使气体受离心力的 作用由内向外甩出，得以升压和升速， 从击获得压力能和速度能（即动能）。 气体从叶轮流出后具有很高的速度

14、，将 气体速度 降低以提高其压力，为此不公 叶轮的通道作成扩散型，而且扩压器的 通道也是扩散型的，因而使高速气流逐 渐减速，动能转化为压力能，使气体压 力升高。 2021-6-29 主讲：文泳竹 41 轴流压缩机的基本工作原理 v当进入进口导流叶片的气流均匀，并得到初 步的加速，气流流经进口导流叶片间的流道， 使气流整理成轴向流动，并使气体压力有少 许提高。转子由原动机拖动作高速旋转，由 工作叶片将气流推动，使之大大加速，这是 气体接受外界供给的机械能转变为气体动能 的过程。高速气流流经导流叶片构成的流道 （相当于扩压管），在其中降低流速而使气 体压缩，这是靠减少气流动能来使气体压缩 的升压过

15、程。一列工作叶片（动叶）与一列 导流叶片（静叶）构成一个工作级。气体连 续流经压缩机的各级，逐级压缩升压。最后 经整流装置将气流整理成轴向，流经扩压器， 在扩压器中气流速度降低，压力升高，最后 汇入蜗壳经出口法兰排出压缩机。 2021-6-29 主讲：文泳竹 42 1、高炉冶炼对鼓风机的要求： v能稳定地按给定风量连续运行，并有宽 广的送风范围； v长期连续安全运行和便于维修； v原动机和鼓风机的运转效率要高； v配置有自动控制和安全装置，调节性能 良好。 2021-6-29 主讲：文泳竹 43 2、离心风机的特点：构造简单、使用方便、可靠性 高。 3、轴流式鼓风机的优点和缺点 v适合高速运转

16、，能与电动机、蒸汽轮机、燃气轮 机等高速原动机直接连接运转； v效率比其他形式都要高，达到90%也是可能的； v由于动叶或静叶的可调方式采用起来比较简单， 具有较宽的高效率工作范围。 v由于每一级的升压较小，要得到高压，需要采用 多级数，而且还必须高速运转； v与离心式相比，在构造上动叶或静叶的强度较弱， 而且在叶面污损时性能降低。 2021-6-29 主讲：文泳竹 44 AV8515大高炉 0#（AV4011）2#高炉 1#（ AV4011）5#高炉 2#（AV4512）1#高炉 1#电动风机3#高炉 3#电动风机4#高炉 2021-6-29 主讲：文泳竹 45 v离心风机主要由机壳、进气口

17、、工作叶 轮、扩散管、固定导向叶片、出气口等 组成。 v轴流风机主要由机壳、转子、工作动叶、 导向静叶、排气管口等组成。 2021-6-29 主讲：文泳竹 46 v定风量/定风压静叶定位串级调节系统 v防喘振保护调节系统 v防阻塞保护调节系统 v防逆流保护控制系统 v润滑油控制系统（包括油温油压） v动力油控制系统（包括油温油压） v风机入口空气过滤器控制系统（根据过滤器形式 不同而不同） v逻辑控制及联锁保护系统 v声光报警系统（包括语言及汉显） v轴运动（振动、位移、转速|监测系统 v轴承温度和电机定子温度巡检系统 v机组主要参数的显示、记录和状态指示 2021-6-29 主讲：文泳竹 47 v风量减小，冶炼强度降低，风压降低， 使高炉顶压降低而减产； v风机停止送风会造成高炉严重灌渣而停 产；