发电厂动力设备之汽轮机设备课程

1、武漢電力職業技術學院 周菊華Tel:(h)(f)-mail: 汽輪機設備汽輪機設備 （一）組成 1.本體： 靜子、轉子 2.輔助設備： 凝汽設備、 回熱加熱、 除氧器、 調節保安裝置、 供油系統等。 3.3.汽輪機設備：汽輪機設備： 本體及其輔助設備由管道、閥門連接次的一個整體。 4.4.汽輪發電機組：汽輪發電機組：汽輪機和發電機的組合。(二）工作概況 高溫高壓蒸汽流經主汽閥、調節閥進入汽輪機作功，溫度壓力逐級降低將熱能轉變為機械能。排汽進入凝汽器，被冷凝成凝結水後迴圈使用。 凝汽設備由凝汽器、抽汽器、水泵等構成

2、，其作用是造成汽輪機排汽口高度真空，並回收乏汽凝結水。 彙集于凝汽器熱井中的乏汽，由凝結水泵不斷抽出，送往由若干表面式加熱器和除氧器構成的回熱加熱系統中，主凝結水經34台低加被抽汽逐級加熱後送入除氧器。除過氧的水作為鍋爐給水由給水泵經23台高加加熱後送入鍋爐 。 汽輪機的調節系統用來調節進汽量，以適應外界負荷的變化，保證供電數量和品質。 保護裝置用於監測汽輪機運行，在危急情況下保證汽輪機安全。 調節系統和保護裝置中用來傳遞信號和操縱有關部件的壓力油以及用來潤滑和冷卻汽輪機各軸承的用油，都是來自汽輪機的油系統。 第六章第六章 汽輪機設備及其工作原理汽輪機設備及其工作原理第一節 汽輪機一般概念 汽

3、輪機是以水蒸氣為工質，將蒸汽的熱能轉轉換為機械能，帶動發電機的原動機。它是火力發電廠主設備之一。 一、最簡單單級汽輪機及其基本工作原理 二、多級汽輪機及其基本工作原理 汽輪機是由串聯在同一軸上的多個級組合而成，固定的噴嘴葉柵和轉動葉柵組成了汽輪機作功的基本單元。這個作功單元稱為汽輪機的級汽輪機的級。 300MW一般有34個級，多級汽輪機。 汽輪機基本工作原理 當具有一定溫度和壓力的蒸汽通過汽輪機的級時，首先進入固定不動的噴嘴，在噴嘴內膨脹加速，以獲得高速；噴嘴出口的高速汽流射入動葉流道，動葉片受到汽流的作用力而帶動汽輪機的主軸周向旋轉，將蒸汽的動能轉換為機械功。蒸汽從進口開始，依次軸向通過串聯

4、佈置的各個級，在每一級內都將一部分熱能轉變為機械功。多級轉換使得蒸汽在汽輪機中整機焓降很大，在進汽流量較大時，汽輪機可獲得很大的單機功率。三、汽輪機的分類（1）按作功原理分：衝動式、反動式和聯合式（2）按熱力特性分： 凝汽式，背壓式，調節抽汽式，中間再熱式（3）按進汽參數分： 低壓、中壓、高壓 超高壓（1214 MPa） 亞臨界（1618 MPa） 超臨界（ 24.2MPa，25.3MPa，26.4MPa） （4）功率分： 大功率：200MW以上 小功率：25MW以下（5）按外形結構特點分：單軸雙缸雙排汽、單軸四缸四排汽、單軸三缸四排汽 衝動式工作原理衝動式工作原理： 蒸汽流過噴嘴時，壓力溫度

5、降低，比容增大，流速升高，把熱能轉變為動能；高速流動的蒸汽衝擊裝在葉輪上的葉片，使轉子旋轉，蒸汽流速降低，把動能又轉變為機械能。 反動式工作原理反動式工作原理： 蒸汽從轉輪上的汽室向右噴射，使轉輪反向轉動，帶動主軸旋轉，提高重物W作功。火箭從尾部高速排出高壓燃燒氣體時，火箭體內未燃燒物要受到高速氣流的反作用力，把火箭推向空間 。調節抽汽式背壓式 四、汽輪機型號 N300-16.7/538/538 B50-8.82/0.98 CC25-8.826/0.981/0.118第二節 汽輪機本體結構和主要部件汽輪機由靜止部分和轉子兩大部分組成。汽輪機本體中不運動的各個部件，包括汽缸、隔板、噴嘴、汽封和軸

6、承。一、汽缸體、隔板、噴管組1.汽缸體 汽缸是汽輪機的外殼為一封閉的汽室。作用：將汽輪機通流部分與大氣隔開，保證蒸汽在汽缸內把熱能轉換成機械能。外部與進汽管、抽汽管、排汽管、疏水管等相連。國產300MW汽輪機示意圖超高參數以上的汽輪機都採用雙層缸結構。內外缸之間設有夾層。 2.汽缸法蘭和螺栓加熱裝置 為了減小汽缸、法蘭及連接螺栓間的溫差，縮短機為了減小汽缸、法蘭及連接螺栓間的溫差，縮短機組啟、停時間，可設置法蘭螺栓加熱裝置。國產引組啟、停時間，可設置法蘭螺栓加熱裝置。國產引進型進型300汽輪機沒有設置法蘭螺栓加熱裝置：汽輪機沒有設置法蘭螺栓加熱裝置： 1）法蘭螺栓直徑較小、節距較密，且盡可能靠

7、近）法蘭螺栓直徑較小、節距較密，且盡可能靠近汽缸內壁。使得汽缸法蘭和螺栓都比較容易加熱。汽缸內壁。使得汽缸法蘭和螺栓都比較容易加熱。 2）設計成外缸兩側溫差大而壓差小，可採用較薄）設計成外缸兩側溫差大而壓差小，可採用較薄的缸壁和較窄的法蘭；內缸兩側溫差小而壓差大，的缸壁和較窄的法蘭；內缸兩側溫差小而壓差大，主要承受壓應力，而沿壁厚的溫度梯度減至最小，主要承受壓應力，而沿壁厚的溫度梯度減至最小，熱應力很小。熱應力很小。 3）該機組動、靜部分間隙較大，可增大脹差的限）該機組動、靜部分間隙較大，可增大脹差的限制值。制值。3.隔板體和噴管（噴嘴）組 噴嘴：汽輪機通流部分的重要組成部件，用以完成蒸汽熱能

8、到動能的轉換。第一級噴管直接裝在汽缸體上，第二級以後固定在隔板上。隔板： 由隔板體、噴管片和隔板輪緣組成。分成上下兩半，分別裝在上、下汽缸的環形凹槽內。可有鑄造式、焊接式兩種。二、汽輪機主軸、葉輪、動葉片轉子由主軸、葉輪、葉片、聯軸器和盤車裝置等組成。轉子：利用流經噴嘴的高速汽流衝擊動葉片，將蒸汽的動能轉變成機械能，並傳遞給發電機。轉子承受巨大的扭轉力矩，要求有很高的強度和剛度。1.汽輪機主軸、葉輪葉輪（輪盤）用來裝置葉片並傳遞汽流作用在葉片上的力所產生的扭矩。 （一）輪式轉子（一）輪式轉子 1套裝轉子套裝轉子套裝式轉子的葉輪與主軸分別套裝式轉子的葉輪與主軸分別加工製造，裝配時將葉輪熱套在軸上

9、加工製造，裝配時將葉輪熱套在軸上 加工方便，能合理利用材料。加工方便，能合理利用材料。 高溫下工作時，會因材料的高溫蠕變和過大的溫高溫下工作時，會因材料的高溫蠕變和過大的溫差使葉輪與主軸間的過盈量消失，發生鬆動。差使葉輪與主軸間的過盈量消失，發生鬆動。 一般用於中壓汽輪機和高壓汽輪機的低壓部分。一般用於中壓汽輪機和高壓汽輪機的低壓部分。 2整鍛轉子由整體鍛件加工而成 葉輪、聯軸器對輪及推力盤與主軸為一整體，不會出現葉輪等零件鬆動問題。結構緊湊，強度和剛度較高。 鍛件尺寸大，對生產設備和加工工藝要求較高，貴重材料消耗大。 多用於大容量汽輪機高、中壓轉子。 整鍛轉子的中心通常鑽有一個直徑為100m

10、m的孔，以便將鍛件材質差的部分去掉，防止缺陷擴展，同時也便於檢查鍛件品質。隨著金屬冶煉和鍛造水準的提高，目前已有些整鍛式轉子不打中心孔。 3組合轉子組合轉子高壓部分為整鍛式，中低壓部高壓部分為整鍛式，中低壓部分為套裝式。分為套裝式。 中壓轉子可採用這種結構。綜合了整鍛、套裝轉中壓轉子可採用這種結構。綜合了整鍛、套裝轉子的優點子的優點 。 轉子鼓式轉子鼓式轉子 焊接轉子焊接轉子若干個輪盤和兩個端軸焊接若干個輪盤和兩個端軸焊接而成。而成。 強度高、剛度大、相對重量輕、結構緊湊強度高、剛度大、相對重量輕、結構緊湊 對焊接工藝要求很高，且要求材料有很好對焊接工藝要求很高，且要求材料有很好的焊接性能的焊

11、接性能 。 組合轉子組合轉子高壓部分為整鍛式，中低壓部分為高壓部分為整鍛式，中低壓部分為套裝式。套裝式。 中壓轉子可採用這種結構。綜合了整鍛、套裝轉中壓轉子可採用這種結構。綜合了整鍛、套裝轉子的優點子的優點 。 2.動葉片和動葉柵佈置 安裝在葉輪上，相鄰兩個動葉片構成一個動葉流道。由噴嘴射出的高速汽流進入動葉流道，推動葉片旋轉，進而帶動主軸旋轉，使蒸汽動能轉變為機械功。動葉片動葉片是承受蒸汽作用力把蒸汽的動能轉變成機械能的重要部件。動葉片動葉片由葉根、葉型和連接件組成。通過葉根安裝在葉輪輪緣上。由於蒸汽比容隨其壓力降低迅速增大，蒸汽的容積流量葉逐漸增大，因而動葉片長度逐級增大。三、汽輪機軸封和

12、隔板汽封防止汽缸內蒸汽漏出高壓端和外部空氣漏入低壓缸的密封裝置。1.軸端汽封：裝在各轉子兩端與汽缸之間的汽封。2.隔板汽封：裝在隔板內圓與主軸間的汽封。葉頂汽封：裝在動葉柵頂部圍帶處的汽封。汽封結構四、聯軸器（靠背輪）及盤車裝置1.聯軸器型式：剛性、撓性和半撓性 作用：把汽輪機各段轉子及發電機的轉子連接起來並傳遞轉矩。 2.盤車裝置：一般由電動機、渦輪蝸杆及減速齒輪組、離合器等部件組成。 汽輪機啟動前用盤車裝置使汽輪機轉子低速轉動起來，以檢查動、靜部件是否存在碰撞和摩擦，主軸彎曲度是否正常。停機後機內殘存的蒸汽及漏入的空氣在機內對流，使上下汽缸間存在溫差。開機磁片車，保持轉子低速轉動，避免轉子

13、冷卻不均產生過大彎曲。 五、軸承和轉子定位 有支持軸承支持軸承和推力軸承推力軸承兩種。 1.支持軸承支持軸承： 作用：作用： （1）承受轉子的重力和因振動所引起的附加力 （2）確定轉子的徑向位置，使轉子中心線與汽缸中心線一致，以保證轉子與汽缸、隔板等靜止部件之間有正確的徑向間隙。 分類分類： （1）圓柱形；（2）可傾瓦結結構：構： 軸承體分為上下兩半，潤滑油從下軸承的進油口進入，從軸承的兩端排出。工作原理：工作原理： 因轉軸軸頸總比軸承軸瓦是內徑小，軸頸放入軸瓦中後，兩者之間必然形成楔形間隙。當連續向軸承供給一定壓力的潤滑油時，軸一經旋轉起來，黏附在軸頸上的油層便隨之旋轉，並帶動整個油層旋轉，

14、潤滑油由楔形間隙的寬口被帶向窄口，並積聚在狹窄的楔形間隙中。因由是不可壓縮流體，積聚的油產生壓力，當油壓超過軸頸上的載荷時，就會將軸頸抬起。直至楔形間隙中的油壓與軸頸載荷平衡時，軸頸中心便處於某個穩定位置而不再變化。此時，軸頸與軸瓦完全被油膜隔開，建立起液體摩擦。 2.推力軸承推力軸承 作用：作用：承受轉子的軸向推力和確定轉子的軸向位置。 分類分類： （1）密切爾式； （2）金斯裡式 結構：結構： 軸承體分為前後兩部分，各由推力瓦塊、安裝環和球面支座等組成，轉子的推力盤置於其間，數塊推力瓦均布於安裝環上。 工作原理：工作原理： 當推力盤以推力瓦塊為靠山旋轉時，每一推力瓦塊與轉子的推力盤之間都形

15、成楔形間隙，使油壓產生，形成潤滑油膜。潤滑油從下軸承的進油口進入，從軸承的兩端排出。在推力盤兩側沿圓周方向佈置有若干可擺在推力盤兩側沿圓周方向佈置有若干可擺動的推力瓦塊，通過瓦塊與推力盤之間動的推力瓦塊，通過瓦塊與推力盤之間構成楔形間隙來形成油膜，其工作原理構成楔形間隙來形成油膜，其工作原理與支持軸承相同與支持軸承相同 。 六、汽缸支承和滑銷裝置 滑銷系統滑銷系統 作用作用保證汽缸受熱或冷卻後沿各個方保證汽缸受熱或冷卻後沿各個方向膨脹或收縮，並保持汽缸與轉子中心一向膨脹或收縮，並保持汽缸與轉子中心一致致 。 位置位置如圖如圖 N600滑銷滑銷 N300滑銷滑銷 各滑銷的作用各滑銷的作用列表下頁

16、列表下頁 內缸與外缸之間也設有滑銷。內缸的死點內缸與外缸之間也設有滑銷。內缸的死點一般設在進汽管中心線所處的垂直平面上。一般設在進汽管中心線所處的垂直平面上。 滑銷列表國產引進N300機組滑銷第三節 蒸汽在汽輪機“級”內的能量轉換過程 一、蒸汽在噴管中的能量轉換過程一、蒸汽在噴管中的能量轉換過程20201012)(2chchhcntt二、蒸汽在動葉橫道內的流動特點和能量轉換過程二、蒸汽在動葉橫道內的流動特點和能量轉換過程 四、級內損失和級的相對內效率四、級內損失和級的相對內效率 1.級內損失：級內損失：各級內均存在的噴嘴損失、動葉損失、和餘速損害。 （1）噴嘴損失）噴嘴損失h hs s （2）

17、動葉損失）動葉損失h hb b （3）餘速損失）餘速損失h hc c 蒸汽從工作葉片流出的速度所具有的動能未被利用形成的損失。 （4）級內漏汽損失）級內漏汽損失h hl l 蒸汽在級的噴嘴及動葉中膨脹加速時，級的隔板前後和動葉前後必然存在壓力差，一部分蒸汽就會在壓力差的作用下沿隔板汽封與主軸之間或從動葉頂部與汽缸靜體之間的徑向間隙漏過，造成做功蒸汽量減少，形成損失。 （5）葉輪摩擦損失）葉輪摩擦損失h hm m 葉輪兩側和外緣充滿了具有一定黏度的水蒸氣，當葉輪旋轉時，葉輪兩側壁面及外緣與這些蒸汽之間的摩擦以及蒸汽內部的摩擦、渦流等，都會耗費葉輪上的一部分有用功，形成葉輪摩擦損失。旋轉的葉輪與蒸

18、汽間發生的摩擦會產生氣動阻力；氣體間的摩擦存在，帶動貼近葉輪表面的蒸汽運動，克服氣動、摩擦阻力消耗的機械功叫摩擦損失。 （6）部分進汽損失）部分進汽損失h he e 摩擦鼓風損失摩擦鼓風損失 動葉片蒸汽進入到沒有噴嘴段的空間中，對周圍不工作的蒸汽起鼓風作用，將蒸汽從葉片的一側移向另一側所消耗的機械功叫鼓風損失。 摩擦損失+鼓風損失=摩擦鼓風損失 （7）濕氣損失）濕氣損失h hw w 汽輪機末幾級工作於濕蒸汽區域，由於帶動水珠和克服水珠撞擊葉片背面所消耗的機械功。 2. 級的相對內效率級的相對內效率 工作蒸汽的實際有效焓降=理想焓降hst-各項損失h 蒸汽在級內轉變出轉軸上的功Pu =Dm(hs

19、t-h) 7.汽輪機相對內效率汽輪機相對內效率oi 各項能量損失都轉化為熱能，現代汽輪機的相對內效率約為80% 90% =80% 90% 8.內功率Pi kW （無回熱抽汽）二、汽輪機的機械損失和機械效率二、汽輪機的機械損失和機械效率m汽輪機運行時，因軸承摩擦和帶動主油泵及調速器等所消耗的機械能損失，總稱為汽輪機的機械損失。汽輪機主軸輸出有效功率（軸功率）=汽輪機內功率Pi -機械損失 =98%99%三、汽輪發電機組的熱經濟性三、汽輪發電機組的熱經濟性發電機中存在磁流、渦流、電阻以及機械損失。1.發電機效率g=發電機發出的電功率/汽輪機供給的有效軸功率 =98%99%2.發電機輸出端電功率Po

20、Po=Dmo Htoi mg/3600 (kW ) 3.蒸汽動力迴圈的熱效率t t= H/（ho-hfw）4.汽輪發電機組的絕對電效率eoeo=3600Peo/Dmo(ho-hfw)= t oi m g =45%50%5.汽耗率do每生產1 kW h電能所消耗的蒸汽品質。do=Dmo /Peo kg/(kW h)6.熱耗率qo每生產1 kW h電能所消耗的蒸汽熱量。 qo=Qo /Peo =3600/ eo kj/(kW h)Qo= Dmo(ho-hfw) 第五節第五節 汽輪機的主要輔助設備汽輪機的主要輔助設備一、凝汽設備一、凝汽設備任務：任務：建立和保持汽輪機排汽口的高度真空，以使蒸汽在汽輪

21、機中有較大的理想焓降； 回收乏汽的凝結水，作為鍋爐給水迴圈使用。1.凝汽器凝汽器外殼通常呈圓柱形、橢圓形或方柱形。由銅管或鈦管形成的冷卻水管束2裝在兩端的管板上，並與兩端水室相通。冷卻水由進水管4經進水室進入下部的冷卻管內，然後經回流水室5轉向進入上部冷卻水管內，最後流入排水室，經出水管6流出。汽側分為主凝結區10和空氣區8，其間用擋板9隔開。乏汽由進口1進入主凝結區管外汽側空間在管束表面凝結，其凝結水集于熱井7後，由凝結水泵抽走。未凝結的蒸汽及漏入的空氣在轉向進入空氣冷卻區繼續冷卻。經空氣冷卻區後，空氣及少量的未凝結蒸汽一起被抽汽器抽出。 2.抽汽器抽汽器 作用：將漏入凝汽器中的空作用：將漏

22、入凝汽器中的空氣不斷抽出，以保持凝汽器氣不斷抽出，以保持凝汽器的真空和傳熱良好。的真空和傳熱良好。 射汽抽汽器、射水抽汽器射汽抽汽器、射水抽汽器、水環式真空泵水環式真空泵 二、回熱加熱設備二、回熱加熱設備 構成回熱系統的各級加熱器及其汽水管道、閥門等。構成回熱系統的各級加熱器及其汽水管道、閥門等。 表面式（高加、低加）、表面式（高加、低加）、 混合式（除氧器）混合式（除氧器）1.低壓加熱器低壓加熱器2.高壓加熱器高壓加熱器三、除氧器三、除氧器給水除氧的任務：除去水中的氧氣和其他不凝結氣體，防止熱力設備腐蝕給水除氧的任務：除去水中的氧氣和其他不凝結氣體，防止熱力設備腐蝕和傳熱惡化，保證熱力設備安

23、全經濟運行。和傳熱惡化，保證熱力設備安全經濟運行。方法：化學除氧、熱除氧方法：化學除氧、熱除氧熱除氧：在回熱系統中設置熱除氧器，利用抽汽加熱給水至沸點來除去給熱除氧：在回熱系統中設置熱除氧器，利用抽汽加熱給水至沸點來除去給水中的氧氣等氣體。水中的氧氣等氣體。 四、凝結水泵、迴圈水泵四、凝結水泵、迴圈水泵 1. 分類：分類：離心式、軸流式 2. 工作原理：工作原理：當葉輪充滿水並旋轉時，葉片迫使水作迴旋運動。在離心力的作用下，水被甩向葉輪的外緣，即蝸殼內。在這一過程中，水被加速，即原動機帶動葉輪旋轉所消耗的機械功轉變為水流的功能。甩向葉輪外緣的水在通流截面不斷擴大的擴壓通道內流動時，速度降低，大

24、部分動能轉換成壓力能，最後達到一定壓力的水被引出泵體。 給水泵：給水泵： 安裝在除氧器給水箱的下方，多級離心水泵。 作用：將給水箱內的水加壓引出，使其經各級高壓加熱器、鍋爐省煤器後送至汽包。給水泵出口水壓為汽包壓力、汽包所處位置相當的水柱高度靜壓與途徑各換熱設備及管路的流動阻力之和。 汽動、電動 凝結水泵：凝結水泵： 將凝汽器熱井的主凝結水引出、升壓，經各級低壓加熱器後送往除氧器。凝結水泵出口水壓為除氧器壓力、除氧器位置相當的水柱高度靜壓與途徑各換熱設備及管路等流動阻力之和。 立式、臥式 循環水泵：循環水泵： 不斷把大量的冷卻水加壓輸送凝汽器中，去冷卻汽輪機乏汽；吸收了乏汽氣化潛熱的冷卻水被送往河流、水庫、冷卻水塔等。 多級軸流泵。斜流式 一、名詞解釋題一、名詞解釋題 1.汽輪機調節系統的特徵（P149） 2.壓力水頭（P181） 3.汽輪機調節系統的同步器（P149） 4.火力發電廠供電