汽輪發(fā)電機組工作原理

汽輪發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)及工作原理

目錄

1.電的發(fā)現(xiàn)及汽輪機應(yīng)用

2.生產(chǎn)電力的幾種方法

3.汽輪發(fā)電機的基本工作原理

4.汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)5.汽輪機的保護系統(tǒng)6.汽輪機的油系統(tǒng)7.汽輪機的基本構(gòu)造8.汽輪機的分類1電的發(fā)現(xiàn)與生產(chǎn)600前希臘人泰勒斯發(fā)現(xiàn)了電。1660年德國人埃里克發(fā)明了世界上第一臺摩擦發(fā)電機。1780年意大利醫(yī)生加法尼,通過動物組織對電流的反應(yīng)。1799年意大利物理學(xué)家伏特。他認為電不是來源動物。．1800年伏特他發(fā)明了世界上第一塊電池。1821年英國人法拉第發(fā)明了世界上第一臺發(fā)電機（不連續(xù)）1831年他發(fā)現(xiàn)當電磁鐵穿過一個閉合回路時，線圈內(nèi)就會產(chǎn)生電流，這就是“電磁感應(yīng)”。由此他發(fā)明了世界上第一臺永久磁鐵能連續(xù)生產(chǎn)電流的發(fā)電機。1876年德國人西門子他發(fā)明了，采用電磁鐵連續(xù)生產(chǎn)電流的發(fā)電機。.

1883年瑞典工程師拉瓦爾設(shè)計制造了世界上第一臺沖動式汽輪機。

1884年英國人帕森斯設(shè)計制造了世界上第一臺反動式汽輪機。

人們把汽輪機和發(fā)電機有機結(jié)合就制造出了現(xiàn)在我們普遍使用的汽輪發(fā)電機組。

汽輪機的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛。發(fā)電拖動、工業(yè)托動、船舶拖動。2．生產(chǎn)電力的方法。1.風(fēng)力發(fā)電：利用風(fēng)的動能，來吹動葉輪轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生機械能，帶動發(fā)電機子轉(zhuǎn)子發(fā)電。2.水力發(fā)電：利用水的勢能,來推動水輪機的轉(zhuǎn)子，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子，進行發(fā)電2.潮汐發(fā)電：利用海水的潮長潮落，產(chǎn)生的勢能進行發(fā)電。3.太陽能發(fā)電：利用太陽的光輻射，通過光伏組件吸收熱量，產(chǎn)生電能。（熱核反應(yīng))，4氫—1氦，1KG氫的熱核反應(yīng)，相當?shù)厍蛉紵?9000T的標煤，太陽中可燃燒的氫為10分之1，能燃燒100多億年。電磁波-粒子流。地球接收的能量只占總能量的20億分之1。3.風(fēng)力發(fā)電；利用風(fēng)的動能，4太陽能發(fā)電；利用太陽的輻射，5潮汐發(fā)電；利用海水的勢能，6核能發(fā)電；利用鈾235的核反應(yīng)，汽輪發(fā)電機組的工作原理4.核能發(fā)電：利用鈾235的核裂變，產(chǎn)生的能量，進行發(fā)電。1個中子進入鈾235原子核以后，原子就變的不穩(wěn)定，分裂成2個較小質(zhì)量的原子核，這就是核裂反應(yīng)，產(chǎn)生很大的能量的同時，還會放出2-3個中子和其他射線，這些中子再次進入鈾235原子核，不斷重復(fù)上述核裂變反應(yīng)。5.水力發(fā)電：利用水的勢能帶動水輪機轉(zhuǎn)動，通過發(fā)電機發(fā)電。（古巴伊泰普，美國大古力哥倫比亞河，金沙江溪洛渡）

6.火力發(fā)電：利用煤、油和可燃氣體的燃燒，使其的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，再由熱能轉(zhuǎn)化成機械能，再由機械能轉(zhuǎn)化成電能。

發(fā)電廠的外景圖空冷發(fā)電廠的空冷塔火力發(fā)電廠的幾個基本概念

1.飽和水：指在一定條件時，水不能再溶解某種物質(zhì)而達到此物質(zhì)的飽和狀態(tài)，但此飽和水還可以溶解其他物質(zhì)，里面物質(zhì)的溶解度并不會互相影響。2.飽和蒸汽：當液體在有限的密閉空間中蒸發(fā)時單位時間內(nèi)進入空間的分子數(shù)目與返回液體中的分子數(shù)目相等時，則蒸發(fā)與凝結(jié)處于動平衡狀態(tài)。3.過熱蒸汽：就是在一定壓力下，蒸汽達到飽和溫度，繼續(xù)吸熱，溫度超過飽和溫度。4.蒸汽濕度：濕蒸汽中所含水分的質(zhì)量百分數(shù)。

5.焓:熱力學(xué)中表示物質(zhì)系統(tǒng)能量的一個狀態(tài)函數(shù)，常用符號H表示。數(shù)值上等于系統(tǒng)的內(nèi)能U加上壓強p和體積V的乘積，即H=U+pV。焓的變化是系統(tǒng)在等壓可逆過程中所吸收的熱量的度量。，

6.熵：表示物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的一個物理量(記為S)，它表示該狀態(tài)可能出現(xiàn)的程度。在熱力學(xué)中，是用以說明熱學(xué)過程不可逆性的一個比較抽象的物理量。孤立體系中實際發(fā)生的過程必然要使它的熵增加7.干球溫度：干球溫度是溫度計在普通空氣中所測出的溫度，即我們一般天氣預(yù)報里常說的氣溫。8.濕球溫度：濕球溫度是指同等焓值空氣狀態(tài)下，空氣中水蒸汽達到飽和時的空氣溫度，．為了讓大家對汽輪機內(nèi)部有個感性認識，我先給大家放兩個三維小視頻。3汽輪機的基本工作原理

汽輪機和發(fā)電機是火力發(fā)電廠三大主要設(shè)備的兩大主機，單機功率大、效率高、運行平穩(wěn)、使用壽命長。汽輪機以蒸汽為工質(zhì)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，為發(fā)電機發(fā)電提供機械能。

“級”是汽輪機中最基本的工作單元。在結(jié)構(gòu)上它是由靜葉（噴嘴）和對應(yīng)的動葉所組成；一列固定的噴嘴和與它配合的動葉片構(gòu)成了汽輪機的基本作功單元，稱為汽輪機的級。

噴嘴出口處：蒸汽以相對速度w1進入動葉通道，由于受到動葉的阻礙，汽流方向不斷改變，最后以相對速度w2流出動葉通道，在流道中蒸汽對動葉產(chǎn)生一個輪周方向的沖動力F1，該力對動葉作功使動葉轉(zhuǎn)動蒸汽流過無膨脹動葉通道時速度的變化沖動作用原理沖動力的定義：根據(jù)力學(xué)知識，當一運動物體碰到另一個靜止的物體或者運動速度低于它的物體時，就會受到阻礙而改變其速度的大小或方向，同時給阻礙它的物體的一個作用力特點：蒸汽僅把從噴嘴中獲得的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功，蒸汽在動葉通道中不膨脹，動葉通道不收縮。

反動力定義：蒸汽在動葉汽道內(nèi)膨脹時對動葉的作用力。根據(jù)動量守恒定律，當氣體從容器中加速流出時，要對容器產(chǎn)生—個與流動方向相反的力。基本特點：蒸汽在動葉流道中不僅要改變方向，而且還要膨脹加速，從結(jié)構(gòu)上看動葉通道是逐漸收縮的。反動作用原理從作用力方面分析原理蒸汽流經(jīng)級時先在噴嘴中膨脹壓力降低，速度增加一方面通過速度方向的改變，產(chǎn)生沖動力F1蒸汽在動葉中繼續(xù)膨脹，壓力降低，所產(chǎn)生的焓降轉(zhuǎn)化為動能造成動葉出口的相對速度w2大于進口相對速度w1，使汽流產(chǎn)生了作用于動葉上的與汽流方向相反的反動力Fr。在蒸汽的沖動力和反動力合力作用下推動動葉旋轉(zhuǎn)作功。動葉通道是逐漸收縮的

.熱力循環(huán)火力發(fā)電廠的基本熱力循環(huán)1.卡諾循環(huán)。（奧氏體鋼，膨脹系數(shù)大，熱導(dǎo)率小，對溫度適應(yīng)性差，抗蠕變能力差）2.朗肯循環(huán)。（鉻鉬鋼）4汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)1.液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（50年代）機械部件和液壓部件組成。2.功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。(60年代)以模擬計算機為基礎(chǔ)的，引入了功率、頻率兩個控制信號的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，常稱為功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。3.數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（70年代）以數(shù)字計算機為基礎(chǔ)的數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系調(diào)節(jié)汽輪機的系統(tǒng)。數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出指令后，通過調(diào)節(jié)汽輪機的閥門，而改變汽輪機的進汽量，從而達到調(diào)整負荷的目的。

。調(diào)節(jié)系統(tǒng)任務(wù)

1.是調(diào)節(jié)汽輪機內(nèi)功率以滿足外界負荷的變化。2.保證汽輪機的轉(zhuǎn)速在允許范圍。調(diào)節(jié)系統(tǒng)它六個部分組成1.感應(yīng)機構(gòu)2.定值機構(gòu)（同步器）

3.放大機構(gòu)4執(zhí)行機構(gòu)5.配汽機構(gòu)

6.反饋機構(gòu)

。..5.汽輪機的保護系統(tǒng)１.汽輪機的超速保護.２.汽輪機的軸向位移保護.３.汽輪機的油壓和油溫保護.４.汽輪機凝汽器低真空保護.6.汽輪機的供油系統(tǒng)汽輪機供油系統(tǒng)分為兩個部分：1.一部分是汽輪機軸承潤滑油，轉(zhuǎn)子放在軸承上，需要潤滑油建立油膜，防止干摩擦。2.頂軸油在汽輪機運轉(zhuǎn)之前，需要頂軸油系統(tǒng)開啟，給各個軸承處泵入潤滑油。其實油的用途總的來說就是給軸承潤滑的，為了實現(xiàn)不同運行情況下的潤滑，才有相應(yīng)的一些系統(tǒng)。7.汽輪機本體的基本結(jié)構(gòu)

汽輪機是由靜子和轉(zhuǎn)子組成。

靜子：

由墊鐵、臺板、汽缸（上、下高中低）、軸承箱、軸承（經(jīng)向和推力）、噴嘴、隔板、靜葉柵、汽封、滑銷系統(tǒng)（貓爪、立銷、縱銷、橫銷、角銷）組成。轉(zhuǎn)子：

由轉(zhuǎn)子軸、動葉片、聯(lián)軸器、盤車組成。汽輪機的墊鐵汽輪機的墊鐵有兩種一平墊鐵和斜墊鐵汽輪機的臺板汽缸汽缸的作用是將汽輪機的通流部分與大氣隔開，將蒸汽包容在汽缸中膨脹做功，完成其能量轉(zhuǎn)換過程。汽缸內(nèi)部裝有噴嘴室、噴嘴、隔板套、隔板和汽封等部件。分成高壓缸、中壓缸和低壓缸。汽缸的結(jié)構(gòu)

汽缸從高壓向低壓方向看，大致上呈圓筒形或圓錐形。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，有些汽缸還在結(jié)合面的內(nèi)圓加以密封焊。高壓缸

采用雙層缸結(jié)構(gòu)內(nèi)缸承受蒸汽的溫差小、壓差大，而外缸承受的溫差大、壓差小。因此內(nèi)缸壁中溫度梯度不大，引起的熱應(yīng)力較小,外缸承受大溫差,但由于缸壁承壓小，在工況變化過程中，能承受較大的熱應(yīng)力。

中壓缸再熱蒸汽進入中壓缸時壓力不高，但溫度很高，因此仍采用雙層缸結(jié)構(gòu)。低壓缸

低壓缸尺寸大，要求缸體有足夠的剛度和合理的排汽通道。蒸汽熱膨脹后比容大是1:100--1：600。低壓缸設(shè)有噴水減溫裝置。.......汽輪機的前軸承箱.前箱總圖

軸承汽輪機的軸承有徑向支持軸承和軸向推力軸承兩種。

1.徑向支持承軸：支持轉(zhuǎn)子重量和離心力。(固定式、自立式、三油楔式、可傾瓦。）2.推力承軸：承擔(dān)汽輪機轉(zhuǎn)子軸向推力，保證軸向間隙。軸承全部采用烏金材料，徑向軸承設(shè)計溫度不超過90℃，推力軸承溫度不超過85℃汽輪機的經(jīng)向軸瓦（軸承）汽輪機的噴嘴汽輪機的隔板隔板結(jié)構(gòu)

隔板用于固定噴嘴葉片，并將整個汽缸內(nèi)部空間分隔成若干個汽室。它主要由隔板體，噴嘴葉柵和隔板外緣等部分組成。隔板通過外緣直接安裝在汽缸或隔板套內(nèi)專門的凹槽中。為了安裝和拆卸方便，隔板沿水平中分面對分為上、下兩半塊，稱上、下隔板。為了使上下隔板對準，并防止漏汽，在水平中分面加裝密封鍵和定位銷。在隔板體的內(nèi)孔壁有安裝汽封環(huán)的槽道。汽封

汽封是裝設(shè)在汽輪機動、靜機件間的密封裝置。如果汽封裝在軸端，我們就稱之為軸封。裝在軸間就稱為軸間汽封。

1.防止高壓部分蒸汽外漏

2.防止低壓部分大氣內(nèi)漏

汽輪機的汽封....軸封汽封汽輪機通流部分的動、靜機件之間，為了避免碰磨，必須留有一定的間隙，而間隙的存在又會導(dǎo)致漏汽，使汽輪機效率降低。為此，在汽輪機動、靜機件的有關(guān)部位設(shè)有密封裝置，通常稱為汽封。

汽輪機轉(zhuǎn)子

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，當轉(zhuǎn)子不平衡質(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、經(jīng)濟運行有著很大的影響。

汽輪機的轉(zhuǎn)子汽輪機的轉(zhuǎn)子汽輪機的轉(zhuǎn)子葉輪的結(jié)構(gòu)型式葉根和輪緣結(jié)構(gòu)

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。

動葉片的結(jié)構(gòu)動葉片是汽輪機中數(shù)量最大和種類最多的零件，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。

焊接轉(zhuǎn)子由若干個實心輪盤和端軸拼合焊接而成。焊接轉(zhuǎn)子的主要優(yōu)點是：不存在松動問題；采用實心的輪盤，強度高，不需要葉輪輪殼，結(jié)構(gòu)緊湊；輪盤和轉(zhuǎn)子可以單獨制造，材料利用合理，加工方便且易于保證質(zhì)量；焊成整體后轉(zhuǎn)子剛性較大等。但是焊接轉(zhuǎn)子要求材料的可焊性好，焊接工藝及檢驗技術(shù)要求高且比較復(fù)雜，這一切在一定程度下妨礙了焊接轉(zhuǎn)子的應(yīng)用。

整煅轉(zhuǎn)子葉輪和主軸及其他主要零部件是用整體毛坯加工制成的。主軸的中心通常鉆有中心孔，其作用是：①去掉鍛件中殘留的雜質(zhì)及疏松部分；②用來檢查鍛件的質(zhì)量；③減輕轉(zhuǎn)子的重量。高參數(shù)或超高參數(shù)機組的高壓轉(zhuǎn)子，防止高溫下松動是主要的，因此廣泛采用整鍛轉(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400℃以下。

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。

汽輪機的聯(lián)軸器汽輪機的聯(lián)軸器聯(lián)軸器又叫靠背輪，其作用是連接汽輪機的各轉(zhuǎn)子和發(fā)電機轉(zhuǎn)子,并傳遞轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器的形式有三種。1.剛性聯(lián)軸器。2.半撓性聯(lián)軸器。3.撓性聯(lián)軸器。盤車系統(tǒng)：

汽輪機設(shè)置一套盤車裝置，汽輪機啟動或停車以后，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。停機時防止汽輪機轉(zhuǎn)子受熱不均發(fā)生熱彎曲。啟動前盤車可以檢查汽輪機是否具備運行條件,當汽輪機轉(zhuǎn)速達到一定轉(zhuǎn)速時自動脫開。

汽輪機的盤車裝置

汽輪機的滑銷系統(tǒng)

在汽輪機啟動、運行和停機時，為了保證汽輪機各個部件按要求膨脹、收縮和定位，同時保證汽缸和轉(zhuǎn)子正確對中和動靜之間間隙，設(shè)計了合理的滑銷系統(tǒng)。

1.貓爪：起著橫銷作用，又對汽缸起著支承作用。2.立銷：引導(dǎo)汽缸沿垂直方向滑動。3.縱銷：可保證汽輪機沿縱向中心線正確膨脹，并保證汽缸中心線不能作橫向滑移。4.橫銷：作用是保證汽缸橫向的正確膨脹，并限制汽缸沿軸向移動。5.角銷：它能起到縱向及橫向的雙重導(dǎo)向作用。

汽輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)及工作原理

發(fā)電機通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。

定子由定子鐵芯、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。

轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。

由軸承及端蓋將發(fā)電機的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。

汽輪發(fā)電機通常為3000轉(zhuǎn)／分（頻率為50赫）或3600轉(zhuǎn)／分（頻率為60赫）。核電站中汽輪機轉(zhuǎn)速較低,但也在1500轉(zhuǎn)/分。高速汽輪發(fā)電機為了減少因離心力而產(chǎn)生的機械應(yīng)力以及降低風(fēng)摩耗，轉(zhuǎn)子直徑一般做得比較小，長度比較大，即采用細長的轉(zhuǎn)子。.

必須加強電機的冷卻,汽輪發(fā)電機都采用了冷卻效果較好的氫冷或水冷技術(shù)。

勵磁機：

就是一個小功率的直流發(fā)電機,一般都為幾十伏,勵磁電壓一般不變,即使變動也很小,而勵磁電流的大小,由磁場變阻器或自動勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié),它的作用是將發(fā)出來的直流電供發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極饒組,勵磁電流以產(chǎn)生磁場.勵磁電流在發(fā)電機空載時,改變其大小可以改變發(fā)電機的端電壓,在發(fā)電機并網(wǎng)帶負荷時,改變其大小,可以改變發(fā)電機的無功功率

8.汽輪機的分類按工作原理分沖動式汽輪機反動