汽轮机原理及运行共38页
汽轮机工作原理及结构(共38张PPT)
叶轮的结构型式
主轴加工成阶梯形，中间直径大，只适用于中、低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中、低压部分，其工作温度一般在400℃以下。 新蒸汽经汽轮机前几级作功后，全部引至加热装置再次加热到某一温度，然后再回到汽轮机继续作功。 焊成整体后转子刚性较大等。
超高压汽轮机 新蒸汽压力为12. 汽轮机通流部分的动、静机件之间，为了避免碰磨，必须留有一定的间隙，而间隙的存在又会导致漏汽，使汽轮机效率降低。 随着动叶片的圆周速度和长度的不同，其叶根所受的作用力也不同，这就需要采用不同的叶根结构型式。 在隔板体的内孔壁有安装汽封环的槽道。 运转平稳、事故率较低、充分提高了设备利用率 根据各段的工作条件不同，在同一转子上，高压部分采用整锻结构，中、低压部分采用套装结构，从而兼得整锻转子和套装转子的优点。 运转平稳、事故率较低、充分提高了设备利用率 根据各段的工作条件不同，在同一转子上，高压部分采用整锻结构，中、低压部分采用套装结构，从而兼得整锻转子和套装转子的优点。
孔，其作用是：①去掉锻
件中残留的杂质及疏松部分 ；②用来检查锻件的质量；
③减轻转子的重量。高参 数或超高参数机组的高压 转子，防止高温下松动是 主要的，因此广泛采用整 锻转子。
组合转子
根据各段的工作条件不同 ，在同一转子上，高压部 分采用整锻结构，中、低 压部分采用套装结构，从 而兼得整锻转子和套装转 子的优点。组合转子广泛 用于高参数、中等功率的 汽轮机上。
叶片与叶轮装配实例
拉金联接方式
拉金用来将叶片连成叶片组 ，其作用是增加叶片的刚性 以改善其振动特性。拉金通
常作成棒状(实心拉金)或 管状(空心拉金)，穿在叶
型部分的拉金孔中。拉金与
叶片之间有 焊接的(焊接拉 金) ，也有不焊接的(松拉 金或阻尼拉金)。在一级叶 片中一般有1～2圈拉金， 最多不超过3圈。 用拉金 连接叶片的方式有：分 组联接、整圈联接及组 间连接等方式，
汽轮机结构及运行控制原理
一认识汽机专业1、汽机专业的任务：用锅炉送来的蒸汽，维持汽轮机转速（未并网）或负荷（并网），将做完工的乏汽凝结成水，利用抽汽加热后再送回锅炉。
2、汽机专业的系统（1）汽轮机本体：将蒸汽的热能转换成机械能，维持高速旋转。
（2）辅助系统：汽轮机旋转所必须的支持系统；为了提高热效率而设置的回热系统(把水加热后再送回锅炉)；辅机、发电机冷却系统。
二汽机主系统汽机热力系统简图三汽轮机本体1、 汽轮机本体：转子——叶轮、叶片静止部分：隔板、喷嘴、汽缸、 其他：汽封、轴瓦为达到应有的功率，有若干级2、 汽轮机本体的间隙问题汽轮机本体径向间隙示意图蒸汽的流动对转子产生推力轴汽轮机本体轴向间隙问题1示意图（轴向位移又叫窜轴）汽缸受热膨胀方向汽缸、转子的膨胀方向不一样，膨胀的程度不一样，从而使轴向间隙较冷态下发生变化，即胀差。
汽轮机本体轴向间隙问题2示意图（差胀）小结：◆动静间隙太大,蒸汽不做功漏掉,不经济,汽轮机将热能转化为机械能的效率降低,也即每发一度电所耗的热能（热耗），所需的蒸汽（汽耗）增加。
◆动静间隙太小,容易发生动静摩擦，产生机组振动，严重时造成汽轮机汽封、大轴、叶片损坏事故。
◆既要经济性又要安全性，间隙控制在一定范围内（几十微米）◆——汽轮机是精密设备，必须防止动静接触（防碰磨），发生碰磨时，反应碰磨的保护（振动、轴向位移、差胀）动作，跳机3、 汽轮机汽封：轴端汽封示意图 ◆ 汽封：尽量减少漏汽，提高热效率◆ 轴封：防止缸内蒸汽外泄，防止外部空气进入缸内。
◆ 轴封供汽不能中断4、 轴瓦：通入润滑油，在一定转速下轴瓦和轴颈之间形成稳定油膜，实现油摩擦。
汽轮机运行中任何情况下都不能断油。
四 汽轮机的控制、安保系统：控制汽轮机的负荷（转速），发生事故时停机。
（1） 高主、中主门的控制示意图轴封供汽汽轮机轴（2） 高、中压调门控制示意图（3） AST 控制油DEH机头手动停机（危急保安器）（4） OPC 油五 关于汽轮机本体的保护 1、 超速保护:103%超速:因电网原因机组甩负荷，汽轮机转速超3090r/min ，关闭高、中调门，待转速降到3000r/min 以下时，重新打开各调门，如转速又超3090r/min ，会再动AST 油)作。
汽轮机原理.pdf
第一章汽轮机级的工作原理近代大功率汽轮机都是由若干个级构成的多级汽轮机。
由于级的工作过程在一定程度上反映了整个汽轮机的工作过程，所以对汽轮机工作原理的讨论一般总是从汽轮机"级"开始的，这特有助于理解和掌握全机的内在规律性。
"级"是汽轮机中最基本的工作单元。
在结构上它是由静叶栅(喷嘴栅)和对应的动叶栅所组成。
从能量观点上看，它是将工质(蒸汽)的能量转变为汽轮机机械能的一个能量转换过程。
工质的热能在喷嘴栅中(也可以有部分在动叶栅中)首先转变为工质的动能，然后在动叶栅中再使这部分动能转变为机械能。
工质的热能之所以能转变为汽轮机的机械能，是由工质在汽轮机喷嘴栅和动叶栅中的热力过程所形成，因此，研究级的热力过程，也就是研究工质在喷嘴栅和动叶栅中的流动特点和做功原理，以及产生某些损失的原因，并从数量上引出它们相互之间的转换关系，这是本章的主要内容。
第一节蒸汽在级内的流动一、基本假设和基本方程式(一)基本假设为了讨论问题的方便，除把蒸汽当作理想气体处理外，还假设：(1)蒸汽在级内的流动是稳定流动，即蒸汽的所有参数在流动过程中与时间尤关。
实际上，绝对的稳定流动是没有的，蒸汽流过一个级时，由于有动叶在喷嘴栅后转过，蒸汽参数总有一些波动。
当汽轮机稳定工作时，由于蒸汽参数波动不大，可以相对地认为是稳定流动。
(2)蒸汽在级内的流动是一元流动，即级内蒸汽的任一参数只是沿一个坐标(流程)方向变化，而在垂直截面上没有任何变化。
显然，这和实际情况也是不相符的，但当级内通道弯曲变化不激烈，即曲率牛径较大时，可以认为是一元流动。
(3)蒸汽在级内的流动是绝热流动，即蒸汽流动的过程中与外界无热交换。
由于蒸汽流经一个级的时间很短暂，可近似认为正确。
考虑到即使用更复杂的理论来研究蒸汽在级内的流动，其结论与汽轮机真实的工作情况也不完全相符，而且推算也甚为麻烦，因此，上述的假设在用一些实验系数加以修正后，在工程实践中也证明是可行的。
第一章汽轮机的工作原理
第一章汽轮机的工作原理
带反动度的冲动级
❖ 现代冲动式汽轮机中广泛采用具有一定 反动度的冲动级，简称为冲动级
❖ 工作特点:蒸汽的膨胀主要喷嘴中进行， 在动叶通道中仅有小部分膨胀，产生的 反动力较小，主要利用冲动力作功
❖ 结构特点：作功能力比反动级的大，效 率又比纯冲动级高。
第一章汽轮机的工作原理
0*等熵膨胀到p2时的焓降称为级 的滞止理想焓降
❖ 级理想焓降：蒸汽在级内从0
点等熵膨胀到p2时的焓降
h
称为
t
第一章汽轮机级的工的作理原理想焓降。
二、反动度和级的类型
汽轮机的反动度
蒸汽在动叶通道内膨
胀时的理想焓降hb， 和在整个级的滞止理想
焓降ht* 之比，即
m
hb ht*
mhn *hb hbhn * hbhb
hb mht* hn *1 mht*
第一章汽轮机的工作原理
反动度
❖ 反动度：表示蒸汽在动叶通道内膨
胀程度大小的指标。 ❖ 它等于蒸汽在动叶通道中的理想焓降
与喷嘴的滞止理想焓降和动叶通道中 理想焓降之和的比值 ❖ 级的平直径处（即1/2叶高处）的反 动度用Ωm表示，其表达式为：
m h n * h b h b h n * h b h b h h tb *
➢ 调节级：中、小容量汽轮机的调节级喷嘴调节 汽轮机的第一级称为调节级，一般采用复速级。 大容量汽轮机多采用单列冲动级。
➢ 还把汽轮机的级分为速度级和压力级两种。
第一章汽轮机的工作原理
复速级
❖ 速度级:为使充分利用余速，在两列动
叶之间装设—列导向叶片，排汽经过导 向叶片后改变方向，进入第二列动叶继 续作功。这种级称为速度级。
汽轮机设备及运行课件PPT(105页)
（4） 4 汽轮机的工作原理
第一节 级的一般概念
一、汽轮机的级、级内能量转换过程
1、汽轮机的级：是由一组安装在喷嘴汽室或隔板上的 静叶栅和一组安装在叶轮上的动叶栅所组成，它是 汽轮机作功的最小单元。
2、级内能量转换过程：具有一定压力、温度的蒸汽通 过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加 速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进 入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同时 又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转 变为旋转机械能。通过冲动和反动两种作用实现。
（2）减少喷嘴组数，减小两喷嘴组间的间隙，使该间隙小于等于喷嘴节距，可减小斥汽损失。
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（二）压力级和速度级
按蒸汽的动能转换为转子机械能的过程不同，还 把汽轮机和级分为压力级和速度级。 1、压力级：蒸汽的动能转换为转子机械能的过程在 级内只进行一次的级。叶轮上只装一列动叶栅，故又 称单列级。可以是冲动级，也可以是反动级。 2、速度级：转换过程进行一次以上的级。可以是双 列或多列的。只有一列喷管，后面有两列或更多列动 叶片。采用最多的是双列速度级，又称复速级。速度 级是冲动式的，可以看作是单列冲动级的延伸。做功 能力很大，但效率低。常用于单级汽轮机和中、小型 多级汽轮机的第一级。
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冲动式汽轮机的结构特点：因为汽流在动叶 栅内膨胀量较少，所以动叶栅的截面形状是 近似对称的。因为动叶栅前后压力相差较小， 没有太大的轴向力作用在转子上，所以冲动 式汽轮机可以采用质量轻，结构紧凑的轮盘 式转子。同样可以采用较大的径向间隙，从 而提高汽轮机运行的灵活性。但是喷嘴叶栅 前后存在较大的压力差，为了减少喷嘴叶栅 与轴之间间隙的漏汽量，要尽量减小间隙的 直径，所以设计为隔板结构，把喷嘴装在隔 板的外环上，在隔板的内孔装有汽封片。
汽轮机工作原理
汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。
在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。
如图 1 所示。
高速汽流流经动叶片 3 时，由于汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮 2 旋转做功，将蒸汽的动能变成轴旋转的机械能。
图 1 冲动式汽轮机工作原理图1-轴； 2-叶轮； 3-动叶片； 4-喷嘴汽轮机主要由转动部份(转子)和固定部份(静体或者静子)组成。
转动部份包括叶栅、叶轮或者转子、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件。
固定部件包括气缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套(或者静叶持环)、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等。
套装转子的结构如图 2 所示。
套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别创造的，然后将它们热套(过盈配合)在主轴上，并用键传递力矩。
图 2 套装转子结构1-油封环 2-油封套 3-轴 4-动叶槽 5-叶轮 6-平衡槽汽轮机主要用途是在热力发电厂中做带动发机电的原动机。
为了保证汽轮机正常工作，需配置必要的附属设备，如管道、阀门、凝汽器等，汽轮机及其附属设备的组合称为汽轮机设备。
图 3 为汽轮机设备组成图。
来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。
由于汽轮机排汽口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排汽口流动，其压力和温度逐渐降低，部份热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。
做完功的蒸汽称为乏汽，从排汽口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水，此凝结水由凝结水泵抽出送经蒸汽发生器构成封闭的热力循环。
为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保护较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。
由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，于是会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。
若任空气在凝汽器内积累，凝汽器内压力必然会升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的实用功，同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化，这两者都会导致热循环效率的下降，于是必须将凝汽器壳侧的空气抽出。
第五章、汽轮机工作原理
排汽管构造：先扩压后转向；先转向后扩压。
3、导汽管和中间再热器的压力损失：连接管道，再热器和 阀门；
四、汽轮机及其装置的效率：
（一）相对效率
1、汽轮机的相对内效率： i
Hi Ht
2、汽轮机的相对有效效率（轴端效率）：
m
pe pi
e
pe pt
pe pi
pi pt
mi
3、汽轮发电机组的相对电效率：
Hale Waihona Puke G0 G01( p02 ( p012
p22) p2 12 )
T01 T0
忽略温度变化G：0 G01
称为：弗留格尔公式
( p02 p22)
(
p0
2 1
p212
)
对于凝汽式机组： G0 p0 T01 G1 p01 T0
忽略温度变化：G0 p0 G1 p01
2、变工况前后级或级组均达到了临界状态：
1 n b (1 1) c 2
六、最佳速度比：
速度比：
x1
u
c1
假想速度比：
xa
u
ca
设：
c h 2 *
a
t
1、纯冲动级：
(x1)op
cos 2
1
2、反动级： 3、复数级（速度级）
( x1)op cos 1
( x1)op
cos
4
1
ηu 与x1的关系曲线称为轮周效率曲线； 最佳速比可使余速损失最小，轮周效率最高。
故障汽轮机参数变化表（二）
流量 -17.2%
功率 -16.5%