汽轮机工作原理

汽轮机设备汽轮机定义:化学能热能机械能电能锅炉汽轮机发电机汽轮机是一种以蒸汽作为工质，并将蒸汽的热能转换为机械功的旋转式原动力机。第一节概述一、汽轮机的级及其类型1.级的概念(1)定义：把蒸汽的热能转换成机械能的基本单元(2)组成喷嘴（静叶栅）：加速汽流动叶栅：叶片移动，带动转子，蒸汽的动能转换为机械能热能动能机械能喷嘴动叶产生高速汽流带动转子转动2、级的作功原理（1）冲动作用原理单级纯冲动式汽轮机为例：（动叶为园弧形叶片，流道不收缩）——蒸汽在动叶中改变流动方向，产生冲动力推动叶片旋转作功。（2）反动作用原理蒸汽在动叶中膨胀作功：p1→p2↓，c1→c2↓(w1→w2↑），热能→动能→机械能反动级为例：（喷嘴、动叶叶型相同）——蒸汽在动叶中膨胀加速，产生反动力推动叶片旋转作功。带有一定反动度的冲动级：（动叶叶型介于前两者之间）注意：纯冲动级只利用冲动作用原理作功，带有一定反动度的冲动级和反动级同时利用冲动、反动作用原理作功。（1）.蒸汽没有加速，只改变方向（2）.蒸汽既改变方向，还因受到动叶片反作用力而继续膨胀加速——所产生的离心力（即冲动力）——除了冲动力以外，还产生由于加速而产生的反作用力（即反动力）。合力=冲动力+反动力冲动作用的特点：汽流在动叶中不膨胀加速，只改变流动方向，产生冲动力使动叶片运动作出机械功。蒸汽流经动叶汽道时有两种情况：3.冲动作用与反动作用蒸汽在动叶栅中完成了二次能量的转换。首先是蒸汽经动叶通道膨胀，将热能转换为蒸汽的动能，再是随着蒸汽的加速，给动叶栅一个反动力，推动转子转动，作出机械功，完成动能到机械能的转换。反动作用的特点：二、汽轮机设备的组成及工作概况本体辅助设备凝汽设备回热加热设备除氧器调节保安装置供油系统汽轮机设备三、汽轮机的分类和型号冲动式汽轮机：主要由冲动级组成反动式汽轮机：主要由反动级组成按工作原理分：按热力特性分：凝汽式汽轮机：有凝汽器背压式汽轮机：排汽压力高于大气压力，无凝汽器。前置式汽轮机调整抽汽式汽轮机：中间某几级后抽出蒸汽对外供热一次调整抽汽、二次抽汽供热式汽轮机中间再热式汽轮机抽凝式抽背式低压汽轮机：＜0.1176∽1.47MPa（1.2∽15ata）中压汽轮机：2.058∽3.92MPa（21∽40ata）高压汽轮机：5.978∽9.8MPa（61∽100ata）超高压汽轮机：11.76∽13.72MPa（120∽140ata）亚临界汽轮机：16.17∽17.64MPa（165∽180ata）超临界汽轮机：＞22.148MPa（＞226ata）超超临界汽轮机：＞32MPa按新蒸汽参数分：（新蒸汽压力）按汽流方向分：轴流式汽轮机辐流式汽轮机按用途分：电站汽轮机工业汽轮机船用汽轮机按汽缸数目分：单缸汽轮机双缸汽轮机多缸汽轮机单轴汽轮机双轴汽轮机按汽轮机轴数分：国产汽轮机型号：△××－××－×N125—13.24/535/535N200—12.75/535/535N300—16.7/538/538N600—16.7/538/538N600—24.2/566/566CC12—3.43/0.98/0.118B25—8.82/0.98CB25—8.82/1.47/0.49变型设计序数蒸汽参数额定功率（MW）汽轮机型式例：型式代号型式代号凝汽式N背压式B一次调节抽汽式C二次调节抽汽式CC抽汽背压式CB第二节汽轮机本体主要结构静止部分：汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承等。转动部分：主轴、叶轮、叶片、联轴器等一、汽缸作用：封闭汽室、支承内外零部件结构形式：按进汽参数的不同：高压缸中压缸低压缸按汽缸的内部层次：单层缸双层缸三层缸按汽缸形状：有水平接合面无水平接合面二、喷嘴与隔板固定各级喷嘴，形成各级间壁隔板作用：三、转子和动叶片转子类型按制造工艺分：整锻转子套装转子组合转子焊接转子按临界转速分：刚性转子挠性转子——大型机组的转子采用。叶片叶型、叶根、叶顶组成：四、汽封及轴封系统减少各处间隙漏汽，防止空气漏入低压部分作用：1.前轴封（装在汽轮机高压缸前的汽封）作用：尽量防止高温高压蒸汽漏出，减少漏汽损失2.后轴封（装在汽轮机低压缸后的汽封）作用：尽量防止空气漏入3.轴封系统（由前、后轴封及与之相联的管道及附属设备所组成）作用：a)尽量防止高温高压蒸汽漏出，减少漏汽损失b)尽量防止空气漏入平齿汽封：用于前后压差比较小高低齿汽封：用于前后压差比较大枞树型汽封J型汽封梳齿型汽封曲径式（迷宫式）：五、轴承支持轴承：承受转子巨大重量，确定转子中心位置。推力轴承：承受转子未平衡轴向推力，确定转子轴向位置。采用以油膜润滑理论为基础的滑动轴承六、联轴器刚性联轴器：半挠性联轴器：联接汽轮机各转子或汽轮机转子与发电机转子，借以传递扭矩。作用：类型：七、盘车装置在汽轮机启动前或停机后使转子以一定转速连续转动以保证转子均匀受热或冷却。盘车装置：第三节汽轮机的主要辅助设备任务：1、在汽轮机排汽口建立并保持高度真空。2、将排汽凝结成纯净凝结水作为锅炉给水。一、凝汽设备组成：凝汽器、循环水泵、凝结水泵、抽气器（或真空泵）等主要部件及连接管道和附件组成1、凝汽器工作原理：汽轮机排汽与冷却水通过管子表面进行间接换热，在此过程中蒸汽的汽化潜热被吸收而成为饱和水，使凝汽器压力成为排汽凝结温度所对应的饱和压力，形成真空。单流程双流程单背压双背压2、抽气器抽气设备任务：在汽轮机启动时建立真空及在运行中抽除从真空系统不严密处漏入的空气和未凝结的蒸汽以维持凝汽器的正常真空。喷射式抽气器：射汽式、射水式机械式真空泵：离心式真空泵、水环式真空泵抽气设备类型：二、回热加热设备任务：利用汽轮机中间级的抽汽到加热器中加热送往锅炉的给水，以减少抽汽在凝汽器中的冷源损失，提高循环热效率。组成：各级加热器及其汽水管道、阀门等。加热器种类混合式表面式高压低压表面式加热器疏水连接方式1．逐级自流排挤下级压力较低抽汽，热经济性低。2．疏水泵打入加热器入口排挤本级抽汽，热经济性高于逐级自流。3．疏水泵打入加热器出口排挤上级压力较高抽汽，热经济性最好。一般高加采用疏水逐级自流；低加疏水逐级自流为主，在排挤严重处设疏水泵。（排挤严重处指汇集的疏水量大、所排挤的抽汽压力低）实例：600MW机组采用疏水全逐级自流系统。为简化系统，没采用蒸汽冷却器、疏水冷却器，而分别在高加设置了蒸汽冷却段和疏水冷却段，在低加设置疏水冷却段，疏水冷却效果好。低压加热器卧式立式高压加热器卧式1.给水除氧的任务除去给水中溶解的氧和其它气体，防止热力设备及管道的腐蚀和传热恶化。气体主要来源是补充水及真空系统。2.除氧方法热力除氧：将给水加热至除氧器压力下的饱和温度，水蒸气的分压力接近水面上的全压力，其它气体的分压力趋近于零，则溶解在水中的气体将从水中逸出被除掉。三、除氧器原理：1.亨利定律单位体积中溶解的气体量b与水面上该气体的分压力P气体成正比。推论：如P气体→0，则b→0。2.道尔顿定律混合气体的全压力P等于各组成气体的分压力之和。P＝ΣP气体+P水蒸汽推论：若P→P水蒸汽，则ΣP气体→0。（1）必要条件：给水应加热到除氧器工作压力下的饱和温度。（2）充分条件：保证足够大的汽水接触面积（细水流、水膜、雾化），并及时排走分离出来的气体。2．除氧器的压力调节和保护当压力升高至额定工作压力的1.2倍时，应自动关闭抽汽管道电动隔离阀。当压力升高至额定工作压力的1.25～1.3倍时，安全阀应动作。3．除氧器的水位调节和保护（1）水位过低。给水泵入口富裕静压头减少，影响给水泵安全工作。（2）水位过高。汽轮机水击、给水箱满水、除氧器振动、排气带水等。。4．排汽的调整和利用（1）开度过小。排汽量减少且排汽不畅，除氧效果恶化。（2）开度过大。增加工质及热损失，且会造成除氧器内蒸汽流速太大，导致排气带水和除氧器振动除氧器的结构组成：除氧塔给水箱四、给水泵、凝结水泵、循环水泵给水泵和凝结水泵的保护——防止汽蚀：保证水位；保证最小流量。一、汽轮机调节系统任务电压频率（n）60pnf供电要求：（1）数量：功率（2）质量：供电频率与转速关系：第三节汽轮机调节与保护作用于转子上三力矩：Mt：汽轮机的蒸汽主力矩Mg：发电机的反力矩Mf：摩擦阻力矩（忽略）转子运动方程式：gtMMdtdI1、功率平衡2、稳定转速调节系统任务：二、汽轮机调节系统的基本原理（1）调速系统组成：转速感受机构传动放大机构执行（配汽）机构（2）有差调节：稳态时不同负荷下对应不同稳定转速的调节归纳：三、汽轮机调节系统的类型和发展类型：按工作原理分机液（机械──液压）调节系统电液（电子──液压）调节系统速度调节系统功频调节系统按调节信号分发展：机液调节系统→模拟功频电液调节系统→数字功频电液调节系统四、调节系统的静态特性调节系统的静态特性：稳态下汽轮机功率与转速之间关系调节系统的速度变动率：%100%1000minmax0nnnnn意义：说明汽轮机同样负荷变化下稳定转速变化大小。速度变动率对不同机组间负荷分配影响：带基本负荷：δ较大4%~6%带尖峰负荷：δ较小3%~4%（一次调频）同步器（转速定值器）作用：1.在单机运行时，操作同步器可调整机组转速，使机组在任何负荷下都能保持额定转速运行，从而保证供电频率稳定。2.在机组并列运行时，（a）操作同步器可改变机组功率，使机组在电网频率不变时带不同负荷。（b）操作同步器可改变电网中各台机组的负荷分配以及调整电网频率。（二次调频）3.在机组并网前，操作同步器可调整机组转速与电网同步并入电网。转速升高到额定转速的1.10~1.12倍时动作，迅速关闭自动主汽阀和调节阀。1、机械超速保护及手动脱扣保护系统五、汽轮机的保安系统转速升高，转动部件应力增大，危及转子的强度。为确保人员和设备安全，汽轮机设多道超速保护措施。功能：2.电气信号危急跳闸保护系统功能：在下列参数超限时，该系统关闭全部蒸汽阀门：1）汽轮机超速2）轴向位移大3）轴承油压过低4）低真空5）轴承振动大6）抗燃油压力低3.OPC超速保护（3）OPC超速保护轴向位移保护装置各种原因造成轴向推力过大时将导致推力瓦的乌金融化，转子产生不允许的轴向位移，使汽轮机动静摩擦。功能：当轴向位移达到一定值，发出报警信号，当轴向位移达到危险值，自动保护装置动作，切断汽源停机。润滑油压保护装置润滑油压过低，会烧坏轴承乌金造成动静摩擦。功能：（1）发出报警信号（2）投入辅助油泵（3）关闭主汽阀（4）停止盘车低真空保护装置真空降低，影响汽轮机出力且使排汽温度升高，轴向推力增大，汽轮机振动加剧。功能：真空降低到一定值发出报警信号，真空降至规定危险值自动停机。六、汽轮机润滑油系统作用：（1）向汽轮发电机组各轴承提供润滑油（2）向机械式超速危急遮断系统提供压力油（3）启停时向盘车装置和顶轴油泵供油（4）向发电机氢密封油系统提供高压和低压密封油要求：保证可靠供油多级汽轮机的经济指标一、相对效率二、绝对效率汽机相对内效率ηri汽机相对电效率ηr,el汽机绝对内效率ηi汽机绝对电效率ηel绝对效率=相对效率×ηt三、汽耗率和热耗率1.汽耗率d定义：每发一度电(1kw·h)所消耗的蒸汽量单位：kg/(kw·h)定义式：elNDd02.热耗率q定义：每发一度电(1kw·h)所消耗的热量单位：kJ/(kw·h)定义式：elNQq0第六章热力系统一、发电厂原则性热力系统及组成以规定的符号来表示工质按某种热力循环顺序流经的各种热力设备之间联系的线路图，称为发电厂的原则性热力系统。特点：只表示工质流过时状态参数发生变化的各种热力设备，图中同类型同参数的设备只用一个来表示，它仅表明设备之间的主要联系，备用设备、管道及附件一般不画出。应用：用来计算和确定各设备、管道的汽水流量，发电厂的热经济指标等，故又称为计算热力系统。组成：主要由下列各局部系统组成：（1）主蒸汽及再热蒸汽管道系统；（2）主给水系统；（3）除氧器和给水箱系统；（4）主凝汽水系统；（5）补充水系统；（6）锅炉连续排污及利用系统等。二、发电厂全面性热力系统及组成发电厂的全面性热力系统是以