1、第二章 火力發電第一節 火電廠生產過程第二節 鍋爐設備第三節 汽輪機設備第三節 汽輪機設備一、汽輪機的工作原理n 汽輪機是一種以蒸汽為工質，并將蒸汽的熱能轉換為機械功的旋轉機械。n 英文：TurbineTurbine，譯名透平n 葉輪機械（廣義范疇） 級- -汽輪機作功的基本單元 定義：級是由噴嘴葉柵（或靜葉柵）和它相配合的動葉柵所組成. . 蒸汽熱能 噴嘴（靜葉柵） 蒸汽動能動葉柵 機械能 一、汽輪機的工作原理因此，實現蒸汽熱能到機械能的轉換可分為兩個階段：(1) (1) 在噴嘴中蒸汽的熱力勢能( (焓降) )轉變為高速汽流的動能。(2) (2) 在動葉片流道中蒸汽的動能轉變為旋轉的機械能。

2、 一、汽輪機的工作原理 單級汽輪機 只有一級的汽輪機，只能轉換較小的蒸汽焓降，功率不大、效率也低。 多級汽輪機 現代的汽輪機是由串聯在同一軸上的若干個級組合而成。多級汽輪機的進汽參數高、蒸汽流量大，蒸汽依次流過每個級，逐級膨脹，最后以很低的壓力排出，功率和效率遠高于單級汽輪機。一、汽輪機的工作原理多級沖動式汽輪機多級沖動式汽輪機 根據汽流在動葉流道內的膨脹程度和給予動葉作用力的形式，可將級分為三類：(1)(1)純沖動級：蒸汽在動葉流道內僅改變方向而不膨脹加速，動葉所受到的作用力僅為沖擊力，級內蒸汽的焓降全部發生在噴嘴中。(2)(2)反動級：蒸汽在動葉流道內膨脹加速，動葉所受到的作用力為沖擊力和

3、反擊力的合力，級內蒸汽焓降中有一半發生在噴嘴中，另一半發生在動葉流道內。(3)(3)沖動級：介于上述兩種級之間的一種級，級的大部分焓降發生在噴嘴中，只有一小部分焓降發生在動葉流道內。一、汽輪機的工作原理上述三種級中，純沖動級的做功能力最大，但級效率最差；反動級的級效率高、做功能力較小；沖動級則介于兩者之間，兼有做功能力大和級效率高的特點。因此沖動級在國產汽輪機( (尤其是中小型機組) )中得到了廣泛的應用。 但在近些年直接引進的設備或引進技術在國內生產的300MW300MW以上的大型汽輪機中，則著重于級效率的進一步提高而較多地采用反動級。一、汽輪機的工作原理 汽輪機本體及其輔助設備由管道和閥門

4、連成一個整體，稱為汽輪機設備。汽輪機與發電機的組合稱為汽輪發電機組。二、汽輪機設備的組成及工作過程汽機本體汽機本體輔助設備輔助設備汽汽 輪輪 機機 設設 備備由靜止部分、轉動部分、主汽門、調節汽門等組成。包括凝汽設備、回熱加熱設備、調節保安裝置、供油系統等 汽輪機的調節系統用來調節進汽量，以適應外界負荷的變化，保證供電的數量和質量。 保護裝置則用于監測汽輪機的運行，在危急情況下保證汽輪機的安全。 調節系統和保護裝置中用來傳遞信號和操縱有關部件的壓力油，以及用來潤滑和冷卻汽輪機各軸承的用油，都是來自汽輪機的油系統。二、汽輪機設備的組成及工作過程 汽輪機本體由靜子、轉子兩大部分組成。靜子主要包括汽

5、缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承等。轉子主要包括主軸、葉輪、動葉、聯軸器等。1 1、汽缸 汽缸是汽輪機的外殼，其作用是將汽輪機的通流部分與大氣隔開，形成蒸汽進行能量轉換的封閉汽室。三、汽輪機本體主要結構大型汽輪機的汽缸采用雙層或多層結構，形成內缸和外缸。三、汽輪機本體主要結構1 1、汽缸2 2、噴嘴與隔板 噴嘴也稱靜葉片，每兩片組成噴嘴流道，蒸汽在其中完成熱能到動能的轉換。 第一級的噴嘴分成4 4組或6 6組布置在對應的噴嘴室出口，由相應的調節閥門分別控制進入汽輪機的蒸汽流量來調節功率，就稱該級為調節級，以后各級統稱為壓力級。 噴嘴裝在隔板上，隔板同樣分成上下兩半固定在上下汽缸內( (如圖l l一2

6、222所示) )。三、汽輪機本體主要結構3 3、轉子 汽輪機的轉動部分總稱為轉子。沖動式汽輪機的轉子為葉輪式結構由主軸、葉輪、動葉片等組成；反動式汽輪機因在動葉中有較大的焓降，動葉兩側有較大的壓力差，不宜采用葉輪式轉子而為轉鼓式結構，由轉鼓和動葉片等組成，沒有葉輪。 目前，國產引進型300MW300MW、600MW600MW汽輪機的高、中、低壓轉子均為整鍛轉子。三、汽輪機本體主要結構 相鄰的兩個動葉片構成一個動葉流道。由噴嘴射出的高速汽流進入動葉流道，推動動葉片旋轉，進而帶動主軸旋轉，使蒸汽動能轉變為機械功。 動葉片由葉根、葉型( (葉身或稱工作部分) )和連接件( (圍帶或拉筋) )組成。

7、許許多多的動葉片以同樣的間隔和角度通過葉根安裝在葉輪的輪緣或轉鼓上，排列成動葉柵，形成汽輪機的一級動葉流道。三、汽輪機本體主要結構汽輪機動葉片 葉頂（及附帶結構） 圍帶 拉金 葉身（葉片型線部分） 完成做功的場所 葉根（葉片固結于葉輪） 各種類型的葉根結構三、汽輪機本體主要結構 由于蒸汽體積流量隨其壓力降低而迅速增大，因而要求動葉長度也隨之逐級增大：前幾級葉片很短，末幾級葉片很長，通流部分呈漸擴形。 長葉片均按等強度原理設計成變截面扭曲葉片，短葉片可采用直葉片即等截面葉片，當然所有葉片都采用扭葉片最合理。三、汽輪機本體主要結構安裝中的汽輪機（中壓轉子）安裝中的600MW汽輪機（中壓轉子）安裝中

8、的600MW汽輪機(就位低壓轉子)安裝中的600MW汽輪機(低壓轉子局部)安裝中的600MW汽輪機（末級葉片）4 4、汽封 汽輪機的動、靜之間必須留有一定的間隙，在壓力差的作用下會形成漏汽，即漏汽損失。汽封就是各動、靜間隙處裝設的密封裝置，由很多薄金屬片與主軸的凹凸處形成多個曲折間隙，以減少漏汽。隔板內孔與主軸間的汽封稱為隔板汽封；動葉片的頂部、根部與靜子間的徑向、軸向汽封稱為葉片汽封；轉子穿出汽缸兩端處的汽封稱為軸端汽封( (軸封) )，高壓端軸封防止蒸汽外漏，低壓缸排汽端軸封防止空氣漏入汽輪機。三、汽輪機本體主要結構軸封示意圖5 5軸承 軸承有支持軸承和推力軸承兩種。支持軸承用于支持整個轉

9、子的重量以及由于轉子質量不平衡所引起的離心力，并固定轉子的徑向位置，使轉子中心與汽缸中心保持一致；推力軸承則用于承受轉子上的軸向推力，并確定轉子的軸向位置，以保持動、靜之間合理的軸向間隙。 由于汽輪機的重量及軸向推力很大、轉速很高，故其軸承不是通常的滾珠軸承而采用油膜潤滑的滑動軸承，依靠油膜壓力來平衡作用力。三、汽輪機本體主要結構6 6聯軸器及盤車裝置聯軸器也叫靠背輪，其作用是將汽輪機的高、中、低壓轉子以及發電機轉子連接成一個整體。 汽輪機啟動前，需通過轉子的低速轉動以檢查動、靜部件是否存在碰撞和摩擦，汽輪機停機后，為使轉子在上下溫度不同的汽缸內受熱均勻，避免轉子冷卻不均而產生大軸彎曲，也要保

10、持轉子的低速轉動。盤車裝置就是能夠人為盤動轉子的一套裝置，一般由電動機、蝸輪蝸桿及減速齒輪組、離合器等部件組成。三、汽輪機本體主要結構 1 1汽輪機的調節系統 由于電能還不能大量儲存，而用戶的電負荷隨時在不斷變化并對電的質量( (電壓和頻率) )要求越來越高，因此發電設備必須根據用戶的需要，隨時調節供電數量并保證供電質量。 汽輪機的調節系統就是根據電負荷的大小自動改變進汽量，調整汽輪機的輸出功率以滿足用戶數量上的需求；控制轉速在額定范圍以保證供電質量（電壓、電頻）。 汽輪機的調節系統的實質就是轉速調節，其基本原理是利用轉速的變化作為調節信號，通過調節系統各部件的一系列連鎖反應，最終改變汽輪機進

11、汽量，以適應外負荷的變化。 目前大型汽輪機采用數字電液調節系統(DEH)(DEH)四、汽輪機的調節與保護系統 2 2汽輪機的保護裝置 作用：當機組調速系統發生故障或者運行工況危急到機組安全時，保護系統動作，實現緊急停機。 為保證汽輪發電機組安全運行，設有必要的保護系統，在事故或異常情況下及時切斷汽源( (關閉高中壓主汽門和調節汽門) )，系統主要由超速( (110110- -114114額定轉速) )、軸向位移保護、低油壓保護、低真空保護。四、汽輪機的調節與保護系統1 1凝汽設備 凝汽設備是凝汽式汽輪機必不可少的輔助設，作用：建立和保持汽輪機排汽口的高度真空，獲得較高的循環熱效率；回收汽輪機排

12、汽凝結的水，作為鍋爐給水循環使用。五、汽輪機的主要輔助設備1 1凝汽設備 凝汽設備主要包括凝汽器、抽氣器/ /真空泵、凝結水泵等。五、汽輪機的主要輔助設備2 2回熱加熱系統提高循環熱效率的有效手段。除氧器：即利用汽輪機的抽汽來加熱給水至沸騰以除去水中所含的氣體。表面式加熱器：凝結水泵和除氧器之間的表面式加熱器，其水側壓力為凝結水泵的出口壓力，稱為低壓加熱器( (低加) )；除氧器下的給水泵與爐給水操作臺之間的表面式加熱器，其水側壓力為給水泵出口壓力，稱為高壓加熱器( (高加) )。 國內300MW300MW、600MW600MW機組，其回熱系統采用八級回熱，即三臺高、臺低加和一臺除氧器，簡稱“

13、三高、四低、一除氧”。五、汽輪機的主要輔助設備11.33MPa,536.42.10MPa,537.50.50MPa,346254.535.7401.00.47MPa,349.66.53kP5.52kPN600-l6.7/537/537N600-l6.7/537/537型機組的發電廠原則性熱力系統要點：汽輪機: :單軸四缸四排汽，高壓缸、雙流程中壓缸、2 2個雙流程低壓缸； 鍋爐：強制循環汽包爐，中間再熱；鍋爐連續排污利用系統：單級，擴容蒸汽接入除氧器；回熱系統：三高四低一除氧，軸封冷卻器，高加均設有內置式疏水冷卻器和內置式蒸汽冷卻器，低加均設有內置式疏水冷卻器SGSG。高加疏水采用逐級自流方式

14、，最后流入除氧器；低加也采用疏水逐級自流，最后流入凝汽器熱井。除氧器系統：給水泵FPFP正常運行采用汽泵，配置前置泵TPTP，小汽機排汽接入主凝汽器；凝結水系統：凝結水泵CPCP，升壓泵BPBP，除鹽裝置DEDE（低壓系統）；補充水引入系統：D Dmama引入凝汽器。汽輪機的分類方法很多，常見的有如下幾種：(1)(1)按工作原理分：沖動式和反動式兩種。 大多數級是沖動級的汽輪機稱為沖動式汽輪機；大多數級是反動級的汽輪機稱為反動式汽輪機。一般反動式汽輪機的調節級仍為沖動級。(2)(2)按初參數分： 超高壓、亞臨界壓力及超臨界壓力的三種。(3)(3)按熱力過程的特點分： 凝汽式、背壓式及調整抽汽式

15、汽輪機。六、汽輪機的分類和型號凝汽式汽輪機：進入汽輪機的蒸汽除回熱抽汽及軸封漏汽外，全部排入凝汽器，背壓式汽輪機：進入汽輪蒸汽做功后以高于當地大氣壓的壓力排出，可用于對外供熱。調整抽汽式汽輪機：從汽輪機中間的某些級后抽出部分蒸汽去對外供熱，其余的蒸汽做功后仍然排入凝汽器，且抽汽壓力可以在一定范圍內調整。六、汽輪機的分類和型號BG熱用戶背壓式汽輪機BTCG熱用戶調整抽汽式汽輪機汽輪機內效率對比：u 凝汽式： 45%45%000QQQQWciiu背壓式：100% u調節抽汽式： 45100% 視調整抽汽供熱量定。000QQQQWciiWi+Qh000QQQQWcii全廠效率分別為:40%,85%,

16、40-85%:40%,85%,40-85% 汽輪機的型號：用來表示汽輪機的熱力特點、輸出功率及進汽參數規范等。 N30016 N300167 7538538538538 表示：凝汽式汽輪機、額定功率300MW300MW，新蒸汽壓力16167MPa7MPa、溫度538 538 ，再熱蒸汽溫度538 538 。六、汽輪機的分類和型號七、汽輪機本體的損失1 1、前后端軸封的漏汽損失2 2、汽輪機進、排汽機構的壓力損失 進汽機構（主汽閥、調節閥、導汽管和蒸汽室）進汽機構中節流所引起的壓損。3 3、級內損失 （1 1）葉高損失（端部損失）；（2 2）扇形損失；（3 3）葉輪摩擦損失；（4 4）部分進汽損

17、失；（5 5）漏汽損失；（6 6）濕汽損失。4 4、余速損失因此，實現蒸汽熱能到機械能的轉換可分為兩個階段：(1) (1) 在噴嘴中蒸汽的熱力勢能( (焓降) )轉變為高速汽流的動能。(2) (2) 在動葉片流道中蒸汽的動能轉變為旋轉的機械能。 一、汽輪機的工作原理 汽輪機的調節系統用來調節進汽量，以適應外界負荷的變化，保證供電的數量和質量。 保護裝置則用于監測汽輪機的運行，在危急情況下保證汽輪機的安全。 調節系統和保護裝置中用來傳遞信號和操縱有關部件的壓力油，以及用來潤滑和冷卻汽輪機各軸承的用油，都是來自汽輪機的油系統。二、汽輪機設備的組成及工作過程大型汽輪機的汽缸采用雙層或多層結構，形成內缸和外缸。三、汽輪機本體主要結構1 1、汽缸2 2、噴嘴與隔板 噴嘴也稱靜葉片，每兩片組成噴嘴流道，蒸汽在其中完成熱能到動能的