汽轮机的基本原理及其附属设备介绍

汽轮机的基本原理及其附属设备介绍

一、汽轮机的基本原理

1、汽轮机的组成

汽轮机又名蒸汽透平机(steam turbine)，是将蒸汽的热能转换成机械能的一种旋转式原动机。

（1）汽轮机的组成：转子和静子。

（2）转子：转动部分的总称。包括：转轴、叶轮、叶片、联轴器及其附件。（3）静子：不转动部分的总称。包括：汽缸、进汽机构、排汽机构、汽封、滑销系统、轴承和盘车装置等。

汽轮机工艺图

2、汽轮机分类

汽轮机的分类

3、背压式汽轮机

排汽直接用于工业或供热，排汽压力高于大气压力，没有凝汽器。当排汽作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时，称为前置式汽轮机,因此没有冷源损失，能量利用率高，但发电量完全由热负荷决定。(凝汽式机组排汽在凝汽器中被冷却水带走的热量为2140-2220kJ/kg,称为冷源损失,而蒸汽带入汽轮机的热量3400kJ/kg左右)

背压式汽轮机

4、调节抽汽式汽轮机

从汽轮机某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热，其余排汽仍进入凝汽器。由于热用户对供热压力有一定的要求，需要对抽汽压力进行自动调节（用于回热抽汽的压力无需调节)，因而汽轮机装备有抽汽压力调节机构，以维持抽汽压力恒定故称为调节抽汽。根据用户需要，有一次调节抽汽和两次调节抽汽。

揭去上汽缸的国产30万汽轮机汽缸和转子图

5、汽轮机的级、级内能量转换过程

（1）汽轮机的级：静叶栅动叶栅是汽轮机作功的最小单元。

能量转换过程

（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，首先在喷嘴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。

能量转换过程

（3）冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽进、出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级。

（4）反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸汽通过这种级，两种力同时作功。通常称这种级为反动级。（5）反动度：反动度表示级中反动力所占比例，即蒸汽在动叶中膨胀程度的大小。

级的热力过程线

（6）带反动度的冲动级

为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（Ω= 0.05 ～0.20 ) 、p1 ＞p2、Δhn* ＞Δhb ，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。

（7）反动级

通常把反动度Ω= 0.5的级称为反动级。对于反动级来说，蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是p1>p2，反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。

6、汽轮机工艺简介

汽机工艺简介

（1）电厂基本汽水系统流程（朗肯循环）：给水→锅炉→过热蒸汽→汽轮机→凝汽器→给水泵→给水送入锅炉。

（2）主蒸汽系统及再热蒸汽系统：（主蒸汽）锅炉主汽门（或集汽联箱）→主蒸汽管→汽机自动主汽门之前；（再热蒸汽）汽机高压缸出口→再热器冷段管→再热器→再热器热段管→汽机中压缸进口。

（3）主凝结水系统：凝汽器→凝结水泵→轴封冷却器→低加→除氧器。（4）除氧器系统：除氧器及其相连的所有管路和附件（安全门，水位计等）。

（5）主给水系统：除氧水箱下水管→低压给水管→给水泵→高压给水管→高加→主给水管。

（6）回热抽汽系统和加热器疏水系统：汽机抽汽管路→各回热加热器（高加、低加、除氧器）→疏水管路→疏水回收设备。

（7）抽空气系统：（低压加热器、凝结水泵）→凝汽器→抽真空设备和系统

（8）循环冷却水系统：循环水进水管→凝汽器→循环水出水管（汽机车间范围内）

（9）排污利用系统：锅炉汽包→连续排污管→连续排污扩容器→（汽）除氧器，下联箱→定排污管→↳→（水）定期排污扩容器。

（10）辅助蒸汽系统及补充水系统：

1) 辅助蒸汽联箱及其相连接的管路和设备。

2) 化学车间除盐水箱→补水箱→补水泵→凝汽器（或除氧器或疏水箱）。

7、发电厂的主要经济指标

（1）汽轮发电机组的汽耗率d0：机组每发1KW.h的电所消耗的蒸汽量；200MW机组在3kg/kw.h左右。

（2）汽轮发电机组的热耗率q：机组每发1KW.h的电所消耗的蒸汽量；200MW机组在8400kJ/kw.h左右。

（3）发电厂总效率ŋPL：电厂发出的电能与所消耗的燃料总能量；200MW 机组在34%左右。

（4）发电煤耗率：发电厂每发1KW.h的电所需的煤耗量。

（5）标准煤耗率：发电厂每发1KW.h的电所需的标准煤耗量；我国在300-420g标煤/(kw.h)。

（6）厂用电率：厂用电占总发电量的百分率，大约在5%--10 %之内。（7）供电标准煤耗率：扣除厂用电的标准煤耗率。

二、汽轮机的设备介绍

1、汽轮机本体

汽轮机包括汽轮机本体，调节、保安系统及辅助设备三大部分。蒸汽轮机本体包括：

(1) 静体（固定部位）——汽缸、喷嘴、隔板、汽封等。

(2) 转子（转动部分）——轴、叶轮、叶片等。

(3) 轴承（支承部分）——径向和止推。

2、汽缸

(1) 汽缸的组成：汽缸是汽轮机的外壳，汽轮机本体的主要零部件几乎包含在汽缸内。汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板、隔板套和汽封等零部件。汽缸外部装有调节汽阀及进汽、排汽和回热抽汽管道等。

(2) 汽缸作用：汽缸是汽轮机的外壳。其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成其能量转换过程。

低压缸

3、汽缸内部构件

(1) 喷嘴、隔板