汽輪機工作原理及結(jié)構(gòu)

1、2013年11月電能的生產(chǎn)過程是一系列的能量轉(zhuǎn)換過程電能的生產(chǎn)過程是一系列的能量轉(zhuǎn)換過程q鍋爐將水變?yōu)檎羝臒崮苠仩t將水變?yōu)檎羝臒崮躴汽輪機將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成軸旋轉(zhuǎn)的機械能汽輪機將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成軸旋轉(zhuǎn)的機械能q發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)變成電能發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)變成電能熱效率高熱效率高 凝汽式汽輪機組綜合熱效率高達凝汽式汽輪機組綜合熱效率高達40% 供熱式機組綜合熱效率高達供熱式機組綜合熱效率高達80%（55）連續(xù)工作的回轉(zhuǎn)機械，可以具有較大功率連續(xù)工作的回轉(zhuǎn)機械，可以具有較大功率 目前單臺機組容量已突破目前單臺機組容量已突破1300MW運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、事故率較低、充分提高了設(shè)備利運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、事故率較低、充分

2、提高了設(shè)備利用率用率 一般可保持一般可保持34年大修一次年大修一次汽輪機的基本概念 l蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹，壓力降低，速度增加，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。高速汽流流?jīng)動葉片3時，由于汽流方向改變，產(chǎn)生了對葉片的沖動力，推動葉輪2旋轉(zhuǎn)作功，將蒸汽的動能變成葉輪軸旋轉(zhuǎn)的機械能。這種利用沖動力作功的原理，稱為沖動作用原理。左圖所示：蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹，壓力由p0降至p1，流速從c0增至c1，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽堋Ｕ羝M入動葉柵后，改變流動方向，產(chǎn)生了沖動作用力使葉輪旋轉(zhuǎn)作功，將蒸汽動能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子的機械能。蒸汽離開動葉柵的速度降至c2。由于蒸汽在動葉柵中不膨脹，所以動葉柵前后壓力相等，即p1=p2。沖動式汽

3、輪機的動葉片出，入口側(cè)的橫截面相對比較勻稱，氣流流道從入口到出口其面積基本不變。 （針對動葉片） 左圖所示為一種具有三個沖動級的多級沖動式汽輪機。整個汽輪機的比焓降分別由三個沖動級加以利用。蒸汽進入汽缸后，在第一級噴嘴2中發(fā)生膨脹，壓力由p0降至p1，汽流速度由co增至c1，然后進入第一級動葉柵3中作功,作功后流出動葉柵的汽流速度降至c2，由于蒸汽在動葉柵中不發(fā)生膨脹，動葉柵后的壓力（即第一級后壓力）即等于噴嘴后的壓力p1，從第一級流出的蒸汽，再依次進入其后的兩級并重復(fù)上述作功過程，最后從排汽管中排出。 蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽艿倪^程，不僅在噴嘴中發(fā)生，而且在動葉片中也同樣發(fā)生的汽輪機，叫做反動式

4、汽輪機。在反動式汽輪機中，蒸汽不但在噴嘴（靜葉柵）中產(chǎn)生膨脹，壓力由p0降至p1，速度由c0增至c1，高速汽流對動葉產(chǎn)生一個沖動力；而且在動葉柵中也膨脹，壓力由p1降至p2，速度由動葉進口相對速度w1增至動葉出口相對速度w2,汽流必然對動葉產(chǎn)生一個由于加速而引起的反動力，使轉(zhuǎn)子在蒸汽沖動力和反動力的共同作用下旋轉(zhuǎn)作功。 反動式汽輪機的動葉片出，入口側(cè)的橫截面不對稱，葉型入口較肥大，而出口側(cè)較薄，蒸汽流道從入口到出口呈漸縮狀。（針對動葉片）凝汽式汽輪機凝汽式汽輪機 進入汽輪機的蒸汽，除很少一部分泄漏外，全部排入凝汽器。背壓式汽輪機背壓式汽輪機 排汽壓力高于大氣壓力的汽輪機稱為背壓式汽輪機。 調(diào)節(jié)

5、抽汽式汽輪機調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機 部分蒸汽在一種或兩種給定壓力下抽出對外供熱，其余蒸汽作功后仍排入凝汽器。 中間再熱式汽輪機中間再熱式汽輪機 新蒸汽經(jīng)汽輪機前幾級作功后，全部引至加熱裝置再次加熱到某一溫度，然后再回到汽輪機繼續(xù)作功。 按工作原理分類按工作原理分類 v沖動式汽輪機沖動式汽輪機 按沖動作用原理工作的汽輪機稱為沖動式汽輪機按沖動作用原理工作的汽輪機稱為沖動式汽輪機 v反動式汽輪機反動式汽輪機 按反動作用原理工作的汽輪機稱為反動式汽輪機按反動作用原理工作的汽輪機稱為反動式汽輪機 v混合式汽輪機混合式汽輪機 由按沖動原理工作的級和按反動原理工作的級組合而成由按沖動原理工作的級和按反動原理工作

6、的級組合而成的汽輪機稱為混合式汽輪機的汽輪機稱為混合式汽輪機按新按新( (主主) )蒸汽壓力分類蒸汽壓力分類 低壓汽輪機新蒸汽壓力為低壓汽輪機新蒸汽壓力為1.2 MPa1.2 MPa2MPa2MPa； 中壓汽輪機新蒸汽壓力為中壓汽輪機新蒸汽壓力為2.1 MPa2.1 MPa8MPa8MPa； 高壓汽輪機新蒸汽壓力為高壓汽輪機新蒸汽壓力為8.1 MPa8.1 MPa12.5MPa12.5MPa； 超高壓汽輪機超高壓汽輪機 新蒸汽壓力為新蒸汽壓力為12.6MPa12.6MPa15.1MPa15.1MPa； 亞臨界汽輪機亞臨界汽輪機 新蒸汽壓力為新蒸汽壓力為15.1MPa15.1MPa22MPa22

7、MPa； 超臨界汽輪機超臨界汽輪機 新蒸汽壓力為新蒸汽壓力為22.12MPa22.12MPa25MPa25MPa； 超超臨界汽輪機超超臨界汽輪機 新蒸汽壓力為新蒸汽壓力為25.025.0MPaMPa以上。以上。N: 凝汽式凝汽式C: 一次調(diào)節(jié)抽汽式一次調(diào)節(jié)抽汽式CC: 兩次調(diào)節(jié)抽汽式兩次調(diào)節(jié)抽汽式B: 背壓式背壓式CB: 抽汽背壓式抽汽背壓式H: 船用船用Y: 移動式移動式k: 空冷式空冷式l X X XX X變形設(shè)計次序蒸汽參數(shù)額定功率(MW)汽輪機類型 例如：CJK350-24.2/566/566 超臨界間接空冷 主汽閥前566 再熱蒸汽進氣閥前566l主要技術(shù)規(guī)范及熱力參數(shù)：l型號CJK

8、350-24.2/0.4/566/566、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸、間接空冷抽汽凝汽式汽輪機l額定功率350MW350MWl主蒸汽額定參數(shù)24.2MPa/56624.2MPa/566l最大進汽量1150t/hl額定背壓12Kpal最大抽氣量525t/hl轉(zhuǎn)速3000r/minl轉(zhuǎn)向機頭看為順時針l給水系統(tǒng)7級回?zé)?，給水由汽動給水泵驅(qū)動l汽輪機通流級數(shù)高壓1+12級、中壓11級、低壓25級，共34級哈爾濱汽輪機廠350MW超臨界間接空冷機組 汽輪機由轉(zhuǎn)動部分和靜止部分所組成。汽輪機由轉(zhuǎn)動部分和靜止部分所組成。汽輪機轉(zhuǎn)動部件的組合體稱為轉(zhuǎn)子，它包汽輪機轉(zhuǎn)動部件的組合體稱為轉(zhuǎn)子，它包括主軸、葉

9、輪括主軸、葉輪( (或轉(zhuǎn)鼓或轉(zhuǎn)鼓) )、動葉柵、聯(lián)軸器、動葉柵、聯(lián)軸器及裝在軸上的其他零件。蒸汽作用在動葉及裝在軸上的其他零件。蒸汽作用在動葉柵上的力矩，通過葉輪、主軸和聯(lián)軸器傳柵上的力矩，通過葉輪、主軸和聯(lián)軸器傳遞給發(fā)電機或其他設(shè)備，并使它們旋轉(zhuǎn)而遞給發(fā)電機或其他設(shè)備，并使它們旋轉(zhuǎn)而作功。汽輪機的靜止部分包括基礎(chǔ)、臺板作功。汽輪機的靜止部分包括基礎(chǔ)、臺板( (機座機座) )、汽缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承、汽缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承等部件，但主要是汽缸和隔板。等部件，但主要是汽缸和隔板。 汽輪機轉(zhuǎn)子在高溫蒸汽中高速旋轉(zhuǎn)，汽輪機轉(zhuǎn)子在高溫蒸汽中高速旋轉(zhuǎn)，不僅要承受汽流的作用力和由葉片、葉輪不僅

10、要承受汽流的作用力和由葉片、葉輪本身離心力所引起的應(yīng)力，而且還承受著本身離心力所引起的應(yīng)力，而且還承受著由溫度差所引起的熱應(yīng)力。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)子由溫度差所引起的熱應(yīng)力。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量過大時，將引起汽輪機的振動。不平衡質(zhì)量過大時，將引起汽輪機的振動。因此，轉(zhuǎn)子的工作狀況對汽輪機的安全、因此，轉(zhuǎn)子的工作狀況對汽輪機的安全、經(jīng)濟運行有著很大的影響。經(jīng)濟運行有著很大的影響。 套裝轉(zhuǎn)子套裝轉(zhuǎn)子套裝轉(zhuǎn)子的葉輪、軸封套、聯(lián)軸器等部件和主軸是分別制造的，然后將它們熱套(過盈配合)在主軸上，并用鍵傳遞力矩。主軸加工成階梯形，中間直徑大，只適用于中、低參數(shù)的汽輪機和高參數(shù)汽輪機的中、低壓部分，其工作溫度一般在

11、400以下。 組合轉(zhuǎn)子組合轉(zhuǎn)子根據(jù)各段的工作條件不同，在同一轉(zhuǎn)子上，高壓部分采用整鍛結(jié)構(gòu)，中、低壓部分采用套裝結(jié)構(gòu)，從而兼得整鍛轉(zhuǎn)子和套裝轉(zhuǎn)子的優(yōu)點。組合轉(zhuǎn)子廣泛用于高參數(shù)、中等功率的汽輪機上。 葉輪是一種圓盤形的零件，它一般由輪緣、輪體(輪面)和輪殼三部分組成。輪緣用來固定葉片，其具體結(jié)構(gòu)與葉片的受力情況及葉根形狀有關(guān)，大多數(shù)輪緣具有比輪體為大的截面。輪殼是葉輪套于主軸上的配合部分，故只有套裝轉(zhuǎn)子才有，其結(jié)構(gòu)取決于葉輪在主軸上的套裝方式，為了保證輪殼有足夠的強度，輪殼部分一般都要加厚。輪體是葉輪的中間部分，它起著連接輪緣與輪殼的作用，其斷面應(yīng)根據(jù)受力情況來確定。動葉片是汽輪機中數(shù)量最大和種類

12、最多的零件，它的結(jié)構(gòu)、材料和裝配質(zhì)量對汽輪機的安全和經(jīng)濟運行有極大的影響。在汽輪機的事故中，葉片事故約占60%70%左右，所以必須予以足夠的重視。葉片應(yīng)具有良好的流動特性、足夠的強度、滿意的轉(zhuǎn)動特性、合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性能。 葉片通過葉根固定在葉輪上，葉根與葉輪的連接應(yīng)該牢固可靠，而且應(yīng)保證葉片在任何運行條件下不會松動。同時，葉根的結(jié)構(gòu)應(yīng)在滿足強度的條件下盡量簡單，使制造、安裝方便，并使葉輪輪緣的軸向尺寸為最小。隨著動葉片的圓周速度和長度的不同，其葉根所受的作用力也不同，這就需要采用不同的葉根結(jié)構(gòu)型式。 汽缸從高壓向低壓方向看，大致上呈圓筒形或汽缸從高壓向低壓方向看，大致上呈圓筒形或圓錐形

13、。為了便于加工、安裝及檢修，汽缸一般作圓錐形。為了便于加工、安裝及檢修，汽缸一般作成水平對分式，即分為上、下汽缸，水平結(jié)合面一成水平對分式，即分為上、下汽缸，水平結(jié)合面一般用法蘭螺栓連接，另外，為了合理利用材料和便般用法蘭螺栓連接，另外，為了合理利用材料和便于加工、運輸，汽缸也常按缸內(nèi)壓力高低沿軸向分于加工、運輸，汽缸也常按缸內(nèi)壓力高低沿軸向分為幾段，垂直結(jié)合面也采用法蘭螺栓連接，由于垂為幾段，垂直結(jié)合面也采用法蘭螺栓連接，由于垂直結(jié)合面一般不需拆卸，為保證其嚴密性，有些汽直結(jié)合面一般不需拆卸，為保證其嚴密性，有些汽缸還在結(jié)合面的內(nèi)圓加以密封焊。缸還在結(jié)合面的內(nèi)圓加以密封焊。 隔板用于固定噴嘴葉片，并隔板用于固定噴嘴葉片，并將整個汽缸內(nèi)部空間分隔成將整個汽缸內(nèi)部空間分隔成若干個汽室。它主要由隔板若干個汽室。它主要由隔板體，噴嘴葉柵和隔板外緣等體，噴嘴葉柵和隔板外緣等部分組成。隔板通過外緣直部分組成。隔板通過外緣直接安裝在汽缸或隔板套內(nèi)專接安裝在汽缸或隔板套內(nèi)專門的凹槽中。為了安裝和拆門的凹槽中。為了安裝和拆卸方便，隔板沿水平中分面卸方便，隔板沿水平中分面對分為上、下兩半塊，稱上、對分為上、下兩半塊，稱上、下隔板。為了使上下隔板對下隔板。為了使上下隔板對準，并防止漏汽，在水平中準，并防止漏汽，在水平中分面加裝密封鍵和定位銷。分面加裝密封鍵和