《发电厂动力部分》·汽轮机原理

1、汽轮机原理多级汽轮机汽轮机原理 多级汽轮机o1、 多级汽轮机的优越性及其特点o2、 汽轮机进汽排汽损失和热力过程线o3、 轴封及其系统汽轮机原理 1、 多级汽轮机的优越性及其特点第二章多级汽轮机汽轮机原理 2. 重热现象和重热系数P5P1P2P3P4第二章多级汽轮机 第一节汽轮机原理 3.多级汽轮机各级段的工作特点o（1）高压段o 压力温度高、比容小、流通面积小。o 各级比焓降不大，比焓降变化不大。o 漏汽损失、叶轮摩擦损失、叶高损失大o（2）低压段o 流通面积很大、反动度大、理想比焓降大o 余速损失、湿气损失大。o（3）中压段o 各项损失较小，效率比高压段、低压段都高。第二章多级汽轮机 第一

2、节汽轮机原理 （1）.进汽阀门节流损失htmacP0P0/Pchmact0himac(htmac)第二章多级汽轮机 第二节 汽轮机原理 （2）.排汽管阻力损失htmacP0P0/Pchmact0himac(htmac)Pc（hmac）第二章多级汽轮机 第二节 汽轮机原理 （3）.多级汽轮机的热力过程线末级级后压力凝汽器压力新蒸汽压力高压缸排汽压力中压缸进汽压力中压缸进汽压力中压缸排汽压力第二章多级汽轮机 第二节 汽轮机原理 3、 轴封及其系统n一、曲径轴封p1.曲径轴封p2.曲径轴封工作原理p3.曲径轴封漏气量计算n二、轴封系统p1.轴封系统实例p2.轴封系统特点第二章多级汽轮机 汽轮机原理

3、汽轮机原理 一、曲径轴封o1.曲径轴封第四节 轴封及其系统汽轮机原理 2.曲径轴封工作原理Px-1pxh0ap0 p1p2Pz-1pzbcd芬诺曲线第四节 轴封及其系统汽轮机原理 二、轴封系统n1.轴封系统特点n （1）轴封汽的利用n （2）低压低温汽源的应用n （3）防止蒸汽由段轴封漏入大气n （4）防止空气漏入真空部分第四节 轴封及其系统汽轮机原理 （1）.轴封汽的利用o高压端轴封两端压差大，导致漏气量大，为了减少轴封漏汽损失，轴封分为数段，各段间形成中间腔室。漏气从中间腔室引出。与回热抽汽合并 加热给水引至轴封加热器 加热凝水轴封中间腔室轴封系统特点第四节 轴封及其系统汽轮机原理 o 2

4、.低压低温汽源的应用o 向高压轴封供给低压低温蒸汽。o 3.防止蒸汽由段轴封漏入大气高低压轴封出口处稍低于大气压力轴封加热器漏出蒸汽漏出蒸汽漏入空气漏入空气蒸汽冷凝回收空气抽出排入大气轴封系统特点第四节 轴封及其系统汽轮机原理 n4.防止空气漏入真空部分（低压缸）低压缸通入压力大于大气压的蒸汽轴封系统特点第四节 轴封及其系统汽轮机原理 n第二级p第三级n第四级o第五级三、汽轮机在变工况下的工作汽轮机原理 4411ppGGcc24222412211ppppGGcc第三章 第二节 级与级组的工况变化l（一）工况变化前后均为临界流量设计和变工况级组均为临界p0p2p4p6G一般在级组的最后一级出现临

5、界流量 第三级达到临界则该级第三级前未达到临界则第二级流量相等得2214411ppppGGcc汽轮机原理 0011ppGGcc第三章 第二节 级与级组的工况变化同样可得0100011TTppGGcc考虑温度变化设计和变工况级组均为临界汽轮机原理 010220212011TTppppGGzzcc第三章 第二节 级与级组的工况变化设计和变工况级组均为亚临界（二）工况变化前后级组均为亚临界流量220212011zzccppppGG忽略温度变化弗留格尔公式汽轮机原理 0100011TTppGG第三章 第二节 级与级组的工况变化设计和变工况级组均为临界凝汽式汽轮机级数较多pz/p0很小，则0011ppG

6、G汽轮机原理 o调节级的直径比第一非调节级大，调节级的余速不能被利用。第三章 第三节配汽方式和调节级的变工况一、喷嘴调节和调节级的变工况h0p0P0t0P”0ttthhh2121iihh0h2h2p2h”23ih3th调节级热力过程线汽轮机原理 （二）调节级压力和流量的关系o1.简化的调节级压力和流量的关系o假定：o 忽略调节级后温度变化，调节级后压力p2正比于全机流量o 各种工况下级的反动度都保持零o 四个调节汽门依次开启没有重叠度o 全开调节汽门后的喷嘴组前压力均为p0不变第三章 第三节配汽方式和调节级的变工况一、喷嘴调节和调节级的变工况汽轮机原理 第三章 第三节配汽方式和调节级的变工况一

7、、喷嘴调节和调节级的变工况0.4G0.8GG1.2G0135728bpG1acHgS64P0 P0 def00.4G0.8GG1.2GG1Q1.2GGKNVLI汽轮机原理 蒸汽初参数的波动对功率的影响o一、初压p0改变对汽轮机功率的影响o二、初温t0改变对汽轮机功率的影响o三、真空改变对汽轮机功率的影响第三章汽轮机在变工况下的工作汽轮机原理 o一、初压p0改变对汽轮机功率的影响第三章汽轮机在变工况下的工作第七节 蒸汽初参数的波动对功率的影响6 . 3imactihDP 6 . 3imactihDP0000006 . 36 . 36 . 3pphDpphDppDhPimactmactiimact

8、i 6 . 3imactihDP6 . 3imactihDP压力降低使流量减少引起功率降低压力降低使焓降减少引起功率降低压力降低使全机相对内效率降低引起功率变化汽轮机原理 001000006 . 36 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti001000006 . 36 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti001000006 . 36 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti001000006 . 36 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti001000006 . 36 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti001000006 . 36

9、 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti001000006 . 36 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti001000006 . 36 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti001000006 . 36 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti001000006 . 36 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti001000006 . 36 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti001000006 . 36 . 3ppppvPDpphDPkkziimacti偏导数带入前式得：0010001pppphvPPPkkzmactii

10、排汽压力返回汽轮机原理 o二、初温t0改变对汽轮机功率的影响第三章汽轮机在变工况下的工作第七节 蒸汽初参数的波动对功率的影响)(6 . 30fwmactimactihhhQhDP000)30002000(11thhcTPPifwpii返回汽轮机原理 o三、真空改变对汽轮机功率的影响（略）第三章汽轮机在变工况下的工作第七节 蒸汽初参数的波动对功率的影响汽轮机原理 汽轮机原理 凝汽设备汽轮机原理 汽轮机原理 提高循环热效率的方向提高 平均加热温度降低 平均放热温度采用回热循环（减少 低温加热）提高初参数，采用再热循环凝汽设备汽轮机原理 凝汽设备乏汽凝结水体积缩小0.0049MPa，干蒸汽体积：水体

11、积=28000：1汽轮机原理 第四章 汽轮机的凝汽设备o第一节 凝汽设备的组成及作用o第二节 凝汽器内压力的确定及其影响因素o第三节 凝汽器的变工况o第四节 多压凝汽器o第五节 抽气设备汽轮机原理 第一节 凝汽设备的组成及作用o一、凝汽设备的组成o二、凝汽设备的作用汽轮机原理 一、凝汽设备的组成o 凝汽设备通常由：表面式凝汽器、抽气设备、凝结水泵及其连接管道组成。如图第一节 凝汽设备的组成及作用图4-1 凝汽设备系统组成1-抽气设备2-汽轮机3-发电机4-循环水泵5-凝汽器6-凝结水泵汽轮机原理 火电站、核电站中凝汽器型式o表面式凝汽器图4-2 表面式凝汽器结构简图1蒸汽入口 ；2冷却水管；3

12、管板；4冷却水进水管；5冷却水回流水室；6冷却水出水管；7凝结水集水箱(热井)；8空气冷却区；9空气冷却区档板；10主凝结区；11空气抽出口第一节 凝汽设备的组成及作用汽轮机原理 o凝汽器的传热面分为主凝结区10和空气冷却区8两部分，这两部分之间用档板9隔开，空气冷却的面积约占凝汽器面积的510o设置空气冷却区的目的主要是冷却空气，使其容积流量减小，进而减轻了抽气设备的负荷，有利于提高抽气效果。 第一节 凝汽设备的组成及作用汽轮机原理 二、凝汽设备的作用第一节 凝汽设备的组成及作用o凝汽设备起了一种热力学中“冷源”的作用o 降低冷源的温度就能提高循环的热效率。o因此，凝汽设备的第一个作用是：在

13、汽轮机的排汽口建立并保持高度真空，使进入汽轮机的蒸汽能膨胀到尽可能低的压力，从而增大机组的理想比焓降，提高其热经济性。o凝汽设备的第二个作用是o将凝结水做为锅炉给水循环使用汽轮机原理 o最佳真空o凝汽器保持真空需要消耗能量lA 降低排汽压力需要l? 增大凝汽器冷却面积l?增加冷却水量l?厂用电增加lB 降低排汽压力引起l? 汽机排汽部分尺寸增大，末级叶片高度增大。l排汽压力0.00290.0069MPa范围内第一节 凝汽设备的组成及作用汽轮机原理 第二节 凝汽器内压力的确定及其影响因素o一、凝汽器内压力的确定o二、影响凝汽器的压力因素o三、总体传热系数的确定汽轮机原理 一、凝汽器内压力的确定l

14、第二节 凝汽器内压力的确定及其影响因素l主凝结区蒸汽凝结温度lt s=tw1+t+t汽轮机原理 二、影响凝汽器的压力因素o冷却水进口温度tw1o冷却水升温to凝汽器的传热端差t14187DwceKAtt汽轮机原理 三、总体传热系数的确定排汽冷却水传热冷却水管蒸汽在冷却水管外凝结放热热量由冷却水管外表面传至内表面 热量由管内表面传至管内冷水汽轮机原理 总体传热系数21111K1蒸汽向水管外壁的放热系数水管的壁厚；水管壁的热导率；2水管内壁对冷却水的放热系数汽轮机原理 凝汽器的运行o1.凝汽器的汽阻和水阻o2.凝结水过冷o3.凝结水水质的监视o4.凝汽器的胶球清洗装置汽轮机原理 o1.凝汽器的汽阻

15、和水阻o1)汽阻。o抽气设备不断地将凝汽器内不凝结的空气和其它气体由空气抽出口抽出，在空气抽出口处的压力最低，而凝汽器蒸汽入口处的压力最高，正在凝结的蒸汽和空气的混合物流向空气抽出口，这两个压力之差就是蒸汽空气混合物的流动阻力，称为凝汽器的汽阻o汽器的汽阻一般不应超过660Pa，现代凝汽器冷却水管的排列很好，汽阻可以小到260400Pa，甚至只有130Pa左右汽轮机原理 o1.凝汽器的汽阻和水阻o2）水阻o冷却水在凝汽器内的循环通道中所受到的阻力称为水阻o凝汽器中的水阻主要包括o?冷却水在冷却水管内的流动阻力o?冷却水进入和离开冷却水管时产生的局部阻力o?以及冷却水在水室中和进出水室时的阻力

16、汽轮机原理 o2.凝结水过冷o凝汽器的另一个严重的工作不正常现象是凝结水的过冷。凝结水的温度应该是凝汽器压力下的饱和温度，当凝结水的温度低于凝汽器压力下的饱和温度时，即为凝结水过冷，所低的度数称为过冷度。第三节 凝汽器的变工况汽轮机原理 o产生凝结水过冷的原因o（1）传热角度分析，凝水过冷必然产生o（2）冷却水管的排列不当o（3）回热通道布置不当o（4）汽阻过大o（5）凝汽器热井水位过高汽轮机原理 o4.凝汽器的胶球清洗装置汽轮机原理 第四节 多压凝汽器汽轮机原理 抽气设备o一、射水抽气器o二、射汽抽气器o三、水环式真空泵汽轮机原理 o一、射水抽气器第五节 抽气设备汽轮机原理 o二、射汽抽气器

17、第五节 抽气设备工作蒸汽空气入口汽轮机原理 o三、水环式真空泵抽气设备 水环泵的工作原理。 叶轮偏心地安装在泵体内，如图43所示。 叶轮旋转时，液体受到离心力的作用，在泵体内壁形成一个旋转的液环，叶轮端面与分配器之间的间隙被液体密封闭，叶轮在前半转(此时经过吸气孔)的旋转过程中密封的空腔容积逐渐扩大，气体由吸气孔吸人；在后半转(此时经过排气孔)的旋转过程中密封容积逐渐缩小，气体从排气孔排出，完成一个抽气过程。为了保持恒定的水环，在运行过程中必须连续向泵内供水。汽轮机原理 o图5-8所示是水环式真空泵的原理图。o它的壳体内部形成一个圆柱体空间，叶轮偏心地装在这个空间内，同时在壳体两端面的半径处，

18、适当位置上分别开有吸气口和排气口，吸气口和排气口开设在叶轮的侧面，进行轴向吸气和排气。真空泵的壳体内充有适量工作水(或称密封水)带有若干前弯叶片的转子在泵体内旋转，由于受离心力的作用，水被甩向壳体圆柱表面而形成一个运动着的圆环，称其为水环。o由于叶轮与壳体是偏心的，转子每转一周，转子上两个相邻叶片与水环间所形成的空间均会形成由小到，大、又由大到小的周期性变化。当空间处于由小到大的变化时，该空间产生真空，进气口便吸人气体。当空间由大变小时，该空间内的气体被压缩而产生压力，经排气门排出。汽轮机原理 汽轮机原理 汽轮机零件静子转子汽缸、汽缸法兰、法兰螺栓、隔板、叶片持环主轴、叶轮、叶片联轴器工作特点

19、高温、高压、高转速和高湿度汽轮机零件强度计算的内容与方法汽轮机原理 o所受的应力有o 拉伸应力(如动叶的离心应力等)、o 弯曲应力(如动叶的蒸汽弯曲应力等)、o 扭转应力(如主轴传递扭矩的扭应力等)o 剪切应力(如叶根销钉等)。汽轮机零件强度计算的内容与方法汽轮机原理 第二节 动叶片的静强度计算o一、结构与受力分析o二、离心应力的计算o三、动叶片的蒸汽弯曲应力计算o四、围带、拉筋的反弯矩对叶片弯曲应力的影响o五、叶根和轮缘的应力分析汽轮机零件强度计算的内容与方法汽轮机原理 一、结构与受力分析叶片结构汽轮机原理 一、结构与受力分析动叶片的静强度计算汽轮机零件强度计算的内容与方法三种型式等截面直叶

20、变截面扭叶变截面多种型式汽轮机原理 o围带减少叶顶漏气损失、增强叶片抗弯强度薄钢板、薄钢带组成铆接、铆接+焊接固定在叶顶汽轮机原理 o拉筋5-12mm细金属丝、金属管贯穿于叶型段的拉筋孔中调整叶片自振频率增强叶片振动阻尼汽轮机原理 汽轮机零件强度计算的内容与方法动叶片的静强度计算作用在叶型上的力来自于叶型、围带、叶冠、拉筋在旋转场中的离心力高速气流通过叶型通道产生的蒸汽作用力围带拉筋变形对动叶产生的反作用力回到第二节汽轮机原理 三、叶片振动的基本型式汽轮机零件强度计算的内容与方法动叶片的静强度计算叶片振动与调频o1.弯曲振型B1B0B2汽轮机原理 三、叶片振动的基本型式汽轮机零件强度计算的内容

21、与方法动叶片的静强度计算叶片振动与调频o2.扭转振型三节线双节线单节线汽轮机原理 三、叶片振动的基本型式汽轮机零件强度计算的内容与方法动叶片的静强度计算叶片振动与调频o（一）叶片组的振动o1.弯曲振型oA型振动oB型振动汽轮机原理 三、叶片振动的基本型式汽轮机零件强度计算的内容与方法动叶片的静强度计算叶片振动与调频汽轮机原理 汽轮机零件强度计算的内容与方法动叶片的静强度计算叶片振动与调频汽轮机原理 汽轮机零件强度计算的内容与方法动叶片的静强度计算叶片振动与调频汽轮机原理 汽轮机零件强度计算的内容与方法动叶片的静强度计算叶片振动与调频汽轮机原理 汽轮机零件强度计算的内容与方法动叶片的静强度计算叶

22、片振动与调频汽轮机原理 汽轮机零件强度计算的内容与方法动叶片的静强度计算叶片振动与调频汽轮机调节保护系统汽轮机原理 汽轮机原理 第六章 汽轮机调节保护系统o第一节 汽轮机调节保护系统的任务和系统组成o第二节 汽轮机调节系统的静态特性o第三节 汽轮机调节系统的动态特性o第四节 汽轮机液压调节系统汽轮机原理 第一节 汽轮机调节保护系统的任务和系统组成o一、 汽轮机调节保护系统的任务o二、中间再热汽轮机调节保护系统的特点o三、汽轮机调节系统的基本组成和种类汽轮机原理 一、 汽轮机调节保护系统的任务电网的电压调节发电机的励磁系统电网的频率调节汽轮机的功率控制系统汽轮机原理 机组并网转速偏差调节汽门开度

23、改变进汽量、焓降调节改变发电机有功功率满足电负荷的变化汽轮机的调节系统以机组转速为调节对象，习惯上称为：调速系统汽轮机原理 ？如何实现供电的频率品质要求o一次调频-短周期、小幅度的负荷变化，电网负荷频率特性产生频率偏差信号，网中机组根据调节系统特性分担这部分负荷变化。 o二次调频-对幅度变化较大而速度变化较慢的负荷，则由电网自动频率控制(AFC)装置来分配调频机组的负荷，这一调节过程称为二次调频。汽轮机原理 o功频调节系统-既调节转速又调节频率o转速快速飞升-机组运行中突然从电网中解列，巨大的汽轮机驱动力矩作用在转子上，转速飞升。o此外还有振动大、差胀大等故障。汽轮机原理 o要求除了保证调节系

24、统快速响应外还设置了保护系统，并在调节汽门前设置了主汽门。调节汽门主汽门汽轮机原理 汽轮机原理 o汽轮机调节保护的任务：o正常运行时，通过改变汽轮机的进汽量，使汽轮机的功率输出满足外界的负荷要求，且使调节后的转速偏差在允许的范围内。o在危急事故工况下，快速关闭调节汽门或 主汽门，使机组维持空转或快速停机。汽轮机原理 在甩负荷工况下，由旁路系统控制锅炉过热器及再热器的压力，避免锅炉安全阀动作，使机组故障排除后尽快恢复运行汽轮机原理 三、汽轮机调节系统的基本组成和种类将转子转速信号转变为一次控制信号产生控制油动机行程的信号；单机运行-改变转速并网运行-改变功率油动机行程转变为各配汽机构开度按中间放

25、大器的控制信号产生带动配汽机构动作的驱动力汽轮机原理 汽轮机调节系统种类o1.机械液压调节系统o2.模拟电液调节系统o3.数字电液控制系统o4.机组和DEH系统状态监测汽轮机原理 1.机械液压调节系统负荷降低转速升高油动机活塞下降滑环向上离心飞锤向外油动机活塞上部进油调节汽门关闭错油门活塞上升负荷满足需要汽轮机原理 2.模拟电液调节系统o模拟电液调节系统是基于模拟电路的连续控制调节系统，它将电子技术与液压控制技术有机地结合在一起，综合了电子元件检测灵敏、精度高、线性好、迟缓小、传输速度快、调整方便、能实现复杂调节规律，以及液压元件驱动功率大、惯性小的优点。汽轮机原理 3.数字电液控制系统o数字电液控制系统(Digital ElectroHydraulic Control System,简称DEH)是以计算机替代模拟电液调节系统中控制运算的模拟电路，将汽轮机运行的状态监测、顺序控制、调节和保护融为一体调节汽门由各自油动机驱动，可使机组实现喷嘴、节流等多种运行方式灵活切换，增强了机组运行控制的灵活性。o它实现的主要功能是：o (1)汽轮机自动程序控制(ATC)o (2)汽轮机功率的自动调节o (3)汽轮机的自动保护。o (4)机组和DEH系统状态监