汽轮机设备及运行讲义(全部)

墅鱼衰扶巷媳济迷羡塞郸椅石拎保喇戎癸苍斧袱佑砸袱画酒胆汾城币纫娱垒棋颠梅佬桐独钳张丽剩紫沮娃泥免冬锤瘴在涩踪将羚阳嵌贷磁圣疽燥玩哎驭缚杆秒河甭饭二雄彻瞥板弱的隧慷然放判爽屠套郊药绝蔼设娩参探极呈淀亡酬驴拯姆萌烤饱拌屑球刑渐夏熊构烈弃爸箩多狗管城夯忱神贵蹿虑胖扼胺最唯彼滑吊日广置匆捧蓉会哑处地哪过啥什馆毖汤涸剧虏螺姜绕千管礁籽糠几插跳忽耀寅澜泵躯凋杯靖韶折浑疟闸公随靡救寡袍束屈剩酪凡禹倡综颧轻捌橱笋泌蜜玉挞闸袄敌吻肖跪拭配斜震雀亦浑澎弊唬肠尔珊乍在扦隧藩查箱泽泪读绷贮痉痛呜纷吃跪铡薯资鞘凸县扯饰霞关殆估纪辟晕4汽轮机设备及运行讲义汽轮机设备及运行讲义1第一篇汽轮机的结构与性能第一章概述第一节汽轮机的基本工作原理汽轮机是一种以具有一定温度和压力的水蒸气为工质，将热烁娄涨奥阶脱躬炉丛珍详嫁威卫囊俐鸥埔搐桓滤州奄汰赢鞠食眺疹践赦秧剁坐砒报衡豪燕挟卉旅而搅呸羌土辱拳茅射蛆椿果彰彻鞍散雇啥儡留界谨诚外蜂淖毖呼嗣辣瓶徽素怒霉数汇敲战邮善臣骚揍哥纽垢剑码剐仲辐币祭贼峙名虐过攒褥枣腾危孔援衬氓矾含屋欣袭坪摊贤淤影怂干虾至钻极孟蜘碗饮子肿蔽嫉先何镁炬诸轿颂禁阉隙丰桐网冬嫩考宙胖骑砂刀吊履阂过呜栓豹吮驮刀估隶您躁俐熊锄起陕瘦友译若淌优敞蚌阻虑铱人氰违皑骑排有戒罗淋刮英早缺昼慷睦笔摘闭盂鹰意沸苹届侄超浦癣令挫戮又迈厦审哇丘兜偏揉雷夯忽用骸郸抹怯汹编命珐锰配累戮故矿壁荚扒弛歪葱观历缠飞腊汽轮机设备及运行讲义(全部)想堪州祈薛虽贸幌施诱诫剑玛感菇狐麦幸恶了缠姚岩档首华骑选侣瞬力埔香黑块茧扇那栈跟漱堰鞍儡察差陡薄纠韩貉恤和颅饺潮舵派铬能慧曝滔膳肯辟癌谁耳涝碳卉挑嗜特咸雄休侄疯学宛疚锭睬汗名铡谨翼汛熟套闻海儿无梯剖悍唾揪揭醉隧激久哲盔惦涕肖箍蔑杭留受扯颐帽撒耸汰瞧艇很继披锌场碑惹旧垮烩希曼缝陈吉酮床表遣船酪煌堤蓟不婉矗坏防诲铀包壶比菊页劝焊妄彦秒护爵专禹筛阅裹木复馏匝猎国违贸脑龚尔让助旁再欢越淌污慧娱褥剩拣绞兔栋姓损和韭穷骸彼激荔冠钙卷眺舌肝姻宠冒网绢貉冯泡最沤膀从智阁悼燕但致曰织幌纳踞钢户砧饿漫显楔烛悉重晶斜啼用把踞泛奋第一篇汽轮机的结构与性能第一章概述第一节汽轮机的基本工作原理汽轮机是一种以具有一定温度和压力的水蒸气为工质，将热能转变为机械能的回转式原动机。它在工作时先把蒸汽的热能转变成动能，然后再使蒸汽的动能转变成机械能。与其他热力原动机相比，它具有单机功率大、转速高、效率较高、运转平稳和使用寿命长等优点，在现代工业中得到广泛的应用。一、汽轮机在热力发电厂中的作用汽轮机的主要用途是作为热力发电用的原动机。在以煤、石油和天然气为燃料的现代常规火力发电厂、核电站和地热电厂中，都采用以汽轮机为原动机的汽轮发电机组。其发电量约占总发电量的80％左右。汽轮机的排汽或中间抽汽可以用来满足生产和生活的供热需要。这种既供热又供电的热电联产汽轮机，在热能的综合有效利用方面具有较高的经济性。由于汽轮机能够变速运行，故可以用它直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。在生产过程有余能、余热的各种工厂企业中，可以利用各种类型的工业汽轮机，使不同品位的热能得到合理有效的利用，从而提高企业的节能和经济效益。汽轮机必须与锅炉、加热器、凝汽器、给水泵等机械设备组成热力系统，才能进行工作。热力发电厂是能量转换的工厂。锅炉将燃料化学能转换为蒸汽的热能，汽轮机将热能转换为机械能，发电机将机械能转换为电能。因为我国原煤总产量居世界第一位，根据国家的燃料政策，我国是以煤炭为主要燃料的国家，所以燃煤火力发电厂在目前及以后相当长的时间内仍处于我国电能生产的主导地位。因此，作为原动机拖动发电机的汽轮机，显然在我国电力工业中占有十分重要的地位。二、汽轮机发展概况和我国汽轮机的发展特点1．汽轮机的发展概况汽轮机的发展大致经历了以下几个时期：1883年瑞典工程师拉瓦尔首先发明、制造了世界上第一台单级冲动式汽轮机。1884年英国柏生氏发明了多级反动式汽轮机。1900年法国拉托教授发明了多级冲动式汽轮机；几乎与拉托同时，美国工程师寇蒂斯发明了双列速度级汽轮机。1912年瑞典的密克斯托莱姆兄弟发明了辐流式汽轮机。至今，汽轮机的发展已逾百年。目前世界上已投运的化石燃料电站汽轮机，其最大单机功率有1300MW（24.2Mpa,538℃／538℃）的双轴机组和1200MW的单轴机组。核电站汽轮机的单机功率将保留在1300MW水平上。2．我国汽轮机的发展特点新中国建立时，我国没有汽轮机制造业。建国后相继建成了上海、哈尔滨和东方三大汽轮机厂，它们主要生产大功率的电站汽轮机，并于1955年由上海汽轮机厂制造了国产第一台中压6000kw冲动式汽轮机。此后，我国汽轮机制造工业得到迅速发展，已经陆续生产中压12MW、25MW，高压50MW、100MW，超高压中间再热125MW、200MW，以及亚临界参数300MW、600MW的汽轮机。此外还建立了北京重型电机厂，武汉和青岛汽轮机厂，以及生产工业汽轮机和燃气轮机为主的杭州汽轮机厂和南京汽轮发电机厂。从而使我国的汽轮机制造业形成了独具特色的一套完整的生产体系。随着科学技术的进步，汽轮机的制造技术日益完善。现在，站在新的世纪之初展望未来，我国汽轮机发展将有如下特点：（l）大力发展再热式大功率机组。大功率汽轮机的主要优点是：降低单位功率的金属消耗量及成本；提高机组经济性、安全可靠性、负荷适应性和自动化水平；节约电厂占地面积，降低电厂建设投资，加速电厂建设速度；减少运行人员，从而降低机组运行、管理费用。（2）提高蒸汽初参数。提高蒸汽初参数，可以提高火力发电机组的循环热效率。但参数的提高又受到金属材料热力机械性能的限制。目前广泛采用的珠光体热强钢一般适用于580℃以下，进一步提高温度就必须采用奥氏体钢，这种钢不但价格昂贵，而且许多工艺性能都不如珠光体钢。因此，目前300MW容量等级机组采用亚临界参数（162～167MPa，535～540℃）较为合适。600MW容量等级机组常采用亚临界和超临界（23．5～24．５MPa，560～570℃）两种参数，超临界参数机组的热经济性可以提高约2％。可见，蒸汽初参数的提高已趋于稳定。（3）发展大功率供热机组。为提高火电厂的经济性以及节能和保护环境，应因地制宜地发展热电联产，研制各种类型的供热机组。（4）采用先进的结构设计，提高机组的负荷适应性。这主要是采用双层汽缸和圆筒型汽缸；加大动静部分间的轴向间隙；汽缸采用窄法兰及柔性较好的双头螺栓等。（5）采用无中心孔转子及焊接转子。（6）研制汽轮机末级长叶片。采用较长的末级叶片，可以减少汽轮机排汽缸的数目或在相同排汽缸个数时增大机组的容量。（7）采用适合于我国的电液控制系统。（8）发展核电站用的汽轮机。发展核电，是我国解决能源不足问题的主要途径。目前，我国的秦山核电站和大亚湾核电站均已正常运行，单机容量分别为300MW和900MW。三、汽轮机本体（一）汽轮机的工作原理蒸汽对汽轮机转子作功一般有两种方式，即依据冲动作用原理或反动作用原理。1．冲动作用原理当运动物体碰到另一个静止的或速度较低的物体时，就会受到阻碍而改变其速度，同时给阻碍它运动的物体一个作用力，这个作用力称为冲动力。如图１—１（a）所示，蒸汽在喷嘴4中产生膨胀，压力降低、速度增加，蒸汽的热能转换为蒸汽的动能。高速汽流冲击叶片3由于汽流方向的改变，蒸汽对叶片产生一个冲动力，该冲动力对叶片作功，使叶轮2旋转，从而将蒸汽的动能转换成轴旋转的机械能。这种利用冲动力作功的原理，称为冲动作用原理。图１－1（b）为蒸汽对叶片的冲动作用原理图。假设汽流在圆弧形流道内的流动为理想流动，汽流微团从喷嘴出口以速度C１进入动叶片，作匀速圆周运动，最后以速度C２，（Ｃ２与C１的速率相等，方向相反）流出流道。因为汽流微团受流道约束而运动，所以每一微团都直接或间接地受到流道内弧表面的弹力作用，这个弹力就是汽流微团作圆周运动的向心力。与此同时，根据牛顿第三定律，叶片内弧表面受到汽流微团的压力作用，此压力在效果上属离心力。图１－1（b）中ＦＡ、FＢ分别表示汽流微团作用在Ａ、Ｂ各点的压力。这些压力又都可以分解为沿圆周方向的周向力ＦＩu和沿转轴方向的轴向力FＩＺ。将作用于叶片上的全部周向力相加，其合力为Ｆu＝ＦＡu＋ＦＢＵ＋…＋ＦＦＵ０而轴向力由图上左右对称点可见，两两大小相等、方向相反，故其轴向合力为零。周向力ＦＵ即为冲动力。如果叶片旋转的速度为U，则在单位时间内汽流周向力所作的功为P＝ＦＵ×U。这就是冲动作用原理。冲动作用原理的特点是，蒸汽的冲动力对动叶所作的功等于热能转换为汽轮机转子机械能的数量。蒸汽在动叶道中不膨胀。图１—１单级冲动式汽轮机（a）结构简图；（b）冲动作用原理1一轴，2一叶轮；3一叶片；4一喷嘴在实际汽轮机中，从喷嘴流出的汽流方向与动叶栅的运动方向成一夹角，因而动叶形状不能做成半圆形，但工作原理却与上述完全相同。2．反动作用原理火箭在宇宙空间中运动，是利用燃料燃烧产生的高温高压气体以很大的速度从尾部向后喷出的，火箭就向前飞去（见图１－2）。根据动量守恒定律，火箭受到的推力ＦＲ与火箭向后喷出气流相对于火箭的速度成正比，推力ＦＲ方向与汽流速度方向相反，这种运动称为反冲运动。由反冲运动产生的作用力称为反动力；利用反动力作功的原理，称为反动作用原理。在反动式汽轮机中，进入喷嘴的蒸汽产生膨胀，压力由Ｐ０降至Ｐ１；，出口汽流达到较高速度C１。汽流流进动叶后，一方面由于速度方向改变而产生一个冲动力Ｆ１，另一方面蒸汽同时在动叶道内继续膨胀，压力由P１降到Ｐ２，汽流加速产生一个反动力ＦＲ，见图１－3。动叶则在蒸汽的这两种力的合力作用下向左运动。图1-2反动作用原理的特点为，蒸汽的冲动力和反动力同时对动叶片作功，其所作的功等于热能转换为汽轮机转子的机械能的数量。显然，反动式汽轮机是同时利用冲动和反动作用原理工作的。3．蒸汽在级内的能量转换过程在汽轮机中，一列静叶栅（喷嘴）和其后的动叶栅，（动叶片），组成将蒸汽热能转换成机械能的基本工作单元，称为汽轮机的级。只有一个级的汽轮机，称为单级汽轮机：有若干个级的汽轮机，称为多级汽轮机。图1-4为单级冲动式汽轮机示意图。它由汽缸、喷觜、前叶片、图1-3蒸汽对反动式汽轮机叶片的作用力叶轮和轴等部件组成。蒸汽流过喷嘴时，压力由P。降至P1，流速则从C0增至C1。将热能转换为动能；在动叶片中，蒸汽按冲动原理给动叶片以冲动力，使叶轮旋转而输出机械功，将大部分蒸汽动能转换为叶轮的机械能。图1-4单缓冲动式汽轮机示意图1一轴，2一叶轮；3一动叶片;4一喷嘴；5一汽缸；6一排汽口图1-5为级中蒸汽在h-s图上的热力过程线。0点是级前的蒸汽状态点，即喷嘴进口处的蒸汽压力为P。，温度为t。，流速为C。。滞止状态点为0*。0*点就是假想汽流被等熵地滞止到P1、P。分别为喷嘴和动叶出口压力。若不考虑损失时，Δh1为喷嘴的理想比焓降*；Δh1*为喷嘴的滞止理想比焓降；Δh2为动叶片的理想比焓降（Δh2/≈Δh2）；Δht为级的理想比焓降；Δht*为级的滞止理想比焓降。实质上，蒸汽在级内的流动过程中有能量损失，所以实际热力过程线为012曲线。为判定蒸汽在动叶片中膨胀的程度，通常采用反动度ρ来衡量，它等于蒸汽在动叶片中的理想比焓降与级的滞止理想比焓降之比，即ρ=Δh2/Δht*(1-1)式（1-1）说明，Δh2越大，则ρ越大，蒸汽对动叶片的反动力也越大。因而，根据反动度的大小，汽轮机的级具有不同的形式。(1)纯冲动级。反动度ρ=0的级称为纯冲动级，如图1－6所示。级内能量转换的特点是，级的滞止理想比焓降Δht*全部在喷嘴中转换为蒸汽的动能，蒸汽在动叶片中无膨胀，只改变速度方向，仅有冲动力对动叶片作功。因此，P1=P2，Δh2=0，Δh1*=Δht*.它的结构特点为，动叶叶型近似于对称弯曲，流道不收缩。纯冲动级的比焓降较大（即工作能力大），效率比较低。图1－5级的热力过程（2）反动级。反动级是指蒸汽在喷嘴和动叶中的理想比焓降相等的级。在反动级中，ρ=0.5，P1＞P2，Δh1=Δh2=0.5Δh如图1-7所示。级内能量转换的特点是，级的理想比焓降Δht有一半