汽轮机概念及其分类

汽轮机概念及其分类Last revision on 21 December 2020

第1章汽轮机概念及其分类

汽轮机概述

汽轮机的概念

概念：汽轮机是一种将蒸汽的热能转换成机械能的蒸汽动力装置，又称为蒸汽透平。

汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械，主要用作发电原动机，也用来直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。

特点：功率大、转速高、运行平稳、热经济性高、易损件少，运行安全可靠，调速方便、振动小、噪音小等。

汽轮机的工作原理

1、具有一定温度（T）和压力（P）的蒸汽（锅炉或核反应堆）首先进入固定不动的喷嘴（也称静叶），蒸汽在喷嘴内膨胀，蒸汽的压力（P）、温度（T）不断降低，速度（V）增大，形成一股高速汽流，蒸汽的热能转化为动能。

2、高速汽流流经动叶（也称叶片）做功，动叶片带动汽轮机转子以一定的速度均匀转动，蒸汽的动能转化为机械能。

能量转换过程：蒸汽在汽轮机中，能量转换包括2个阶段，如图1所示：

图1 汽轮机能量转换过程

汽轮机的分类

汽轮机的类别和型式很多，可按工作原理、主蒸汽（进汽）参数、热力特性、结构类型、转速、用途等几个方面进行分类（如表1所示）。

1、按工作原理分类

（1）冲动式汽轮机：各级按照冲动原理设计，蒸汽主要在静叶（喷嘴）叶栅槽道中膨胀，在动叶叶栅槽道中主要改变流动方向，只有少量膨胀。

（2）反动式汽轮机：各级按冲动和反动原理设计，蒸汽在静叶（喷嘴）叶栅槽道和动叶叶栅槽道中都发生膨胀，且膨胀程度相等。

备注：调节级采用冲动级，其它级均为反动级。

（3）冲动反动组合式汽轮机：转子各级动叶片既有冲动级又有反动级。

2、按主蒸汽（进汽）参数分类

（1）低压汽轮机：压力小于 Mpa（～）

（2）中压汽轮机：压力为～ Mpa（2~4 MPa）

（3）次高压汽轮机：压力为5~6 MPa

（4）高压汽轮机：压力为～ Mpa（6~12Mpa）

（5）超高压汽轮机：压力为～ Mpa（12~14 MPa）

（6）亚临界压力汽轮机：压力为～ Mpa（16～18 MPa）

（7）超临界压力汽轮机：压力大于 Mpa

（8）超超临界压力汽轮机：压力大于32 Mpa

3、按热力特性分类

（1）凝汽式汽轮机（N）：蒸汽在汽轮机内做功后，乏汽（排汽）在低于大气压力的真空状态下全部排入凝汽器，凝结成水。

备注：有些小汽轮机没有回热系统，称为纯凝汽式汽轮机。

（2）背压式汽轮机（B）：蒸汽在汽轮机内做功后，乏汽（排汽）在高于大气压力的状态下供热用户使用，没有布置凝汽器用于乏汽的冷凝。

备注：若乏汽（排汽）作为其它中低压汽轮机的新汽时，称为前置式汽轮机。

（3）抽汽凝汽式汽轮机（调节抽汽式汽轮机）：在汽轮机的级间某一位置抽出部分蒸汽，调整压力后对外供热，其余蒸汽在汽轮机内做功，做功后乏汽（排汽）在低于大气压力的真空状态下全部排入凝汽器，凝结成水。

（4）抽气背压式汽轮机：在汽轮机的级间某一位置抽出部分蒸汽，供热用户使用，其余蒸汽在汽轮机内做功，做功后乏汽（排汽）在高于大气压力的状态下供热用户使用，没有布置凝汽器用于乏汽的冷凝。

备注：调节抽汽和排汽都供热用户使用。

（5）中间再热式汽轮机：新汽在高压缸做功后，进入锅炉再热器再热，经过再热后的高压缸排汽进一步进入低中压缸做功，最后乏汽（排汽）在低于大气压力的真空状态下全部排入凝汽器，凝结成水。

（a）凝汽式汽轮机（b）背压式汽轮机（c）抽汽凝汽式汽轮机

图2 汽轮机分类

4、按汽流方向分类

（1）轴流式汽轮机：组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列，汽流方向的总趋势是轴向的，绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机。

（2）辐流式汽轮机：组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列，汽流方向的总趋势是半径方向的。

5、按用途分类

（1）电站汽轮机：用来发电或热电联产的汽轮机，汽轮机转速恒定，也称为恒速汽轮机。主要采用凝汽式汽轮机，也采用同时供热供电的(抽汽式、背压式)汽轮机。如图3所示。

（2）工业汽轮机：用于拖动风机、水泵、油泵等转动机械，其运行速度经常是变动的，也称为变转速汽轮机。

（3）船用汽轮机：用于船舶的动力装置，驱动螺旋桨。为适应倒车的需要，其转动方向是可变的。

6、按汽缸的数目分类

（1）单缸汽轮机

（2）双缸汽轮机

（3）多缸汽轮机

图3电站汽轮机工作简易示意图

7、按排汽冷却方式分类

（1）水冷（湿冷）汽轮机：汽轮机排汽由循环水（通过冷凝器）冷却，凝结成水。

（2）空冷（干冷）汽轮机：采用空气（风）带走凝汽器废热的汽轮机。汽轮机排汽经空气直接冷却或间接冷却，凝结成水，常用于缺水富煤地区。

8、按燃料分类

（1）火电汽轮机：燃用化石燃料（煤、石油、天然气等）。

（2）核电汽轮机：核燃料。

图4 简单蒸汽循环汽轮机示意图

9、按热力循环方式分类

（1）简单循环汽轮机：以蒸汽为单一工质进行发电，如图4所示。

（2）燃气-蒸汽联合循环：以燃气轮机的排气（高温烟气）作为热源，进入余热锅炉加热水形成一定温度和压力的水蒸汽，水蒸汽进入汽轮机进行发电。

10、按转速分类

（1）低速汽轮机：n＜3000 r/min

（2）中速汽轮机：n＝3000 r/min

（3）高速汽轮机：n＞3000 r/min

由于发电机的极数只能成对增加或减小，大型汽轮机的转速通常选用两档：

（1）对于50Hz电网：3000 r/min或1500 r/min；

（2）对于60Hz电网：3600 r/min或1800 r/min。

3000 r/min和3600 r/min称为全转速机组，1500 r/min和1800 r/min称为半转速机组。工业用、给水泵小汽轮机，最高转速可达12000r/min（变转速）。

汽轮机的型号

汽轮机型号表示汽轮机基本特性，我国目前采用汉语拼音和数字来表示汽轮机型号，其型号组成方式如图5所示。表2给出了我国常用汽轮机型式号，表3给出了我国常用汽轮机型号中蒸汽参数表示法。

图5汽轮机型号的表示方法

例一：537/537-2型汽轮机

含义：300MW凝汽式汽轮机，主蒸汽压力为，温度为537oC，再热蒸汽温度

537oC，中间再热凝汽式汽轮机，属第二次变型设计。

例二：N100-90/535型汽轮机

含义：100MW凝汽式汽轮机，主蒸汽压力为 MPa，温度为535oC。

表2 汽轮机型式代号

表3汽轮机型号中蒸汽参数表示法