《透平機(jī)械原理》緒論.ppt

透平機(jī)械原理(1),2009.02,趙志軍,上海理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院,參考資料,黃樹(shù)紅主編. 汽輪機(jī)原理. 中國(guó)電力出版社，2006 王仲奇，秦仁 透平機(jī)械原理，機(jī)械工業(yè)出版社，1986 翦天聰 汽輪機(jī)原理 水利電力出版社，1992 王乃寧，張志剛 汽輪機(jī)熱力設(shè)計(jì) 水利電力出版社，1987 馮慧雯 汽輪機(jī)課程設(shè)計(jì)參考資料 水利電力出版社，1992 冉景煜 熱力發(fā)電廠 機(jī)械工業(yè)出版社，2010 李維特 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)特性的計(jì)算 中國(guó)電力 1995 曹祖慶 汽輪機(jī)變工況特性 水利電力出版社，1991,2,第一章 緒論,一、術(shù)語(yǔ) 二、汽輪機(jī)發(fā)展概述 三、汽輪機(jī)系統(tǒng) 四、汽輪機(jī)基本組成 五、汽輪機(jī)的分類和型號(hào) 六、本課程的主要內(nèi)容,術(shù)語(yǔ) (term),動(dòng)力機(jī)械：原動(dòng)機(jī)和工作機(jī) 透平機(jī)械（葉輪機(jī)械、渦輪機(jī)械）：回轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械。 （蒸）汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)、熱力透平機(jī)械、熱力發(fā)動(dòng)機(jī)、熱力渦輪機(jī)：將工質(zhì)熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械。 汽輪機(jī)（steam turbine）：是以水蒸汽為工質(zhì)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的高速旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)。,5,汽輪機(jī)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 汽輪機(jī)的特點(diǎn)：?jiǎn)螜C(jī)功率大、效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、單位功率制造成本低和使用壽命長(zhǎng)等。 汽輪機(jī)的用途：火力發(fā)電廠和核電廠的原動(dòng)機(jī)；用于工業(yè)動(dòng)力源：驅(qū)動(dòng)泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等設(shè)備和艦船動(dòng)力裝備等。 綜上所述，汽輪機(jī)是現(xiàn)代國(guó)家中重要的動(dòng)力機(jī)械。,第一節(jié) 汽輪機(jī)發(fā)展概述,1883年 第一臺(tái)沖動(dòng)式汽輪機(jī) 瑞典工程師 拉伐爾(Laval) 單級(jí) 3.7kW 26000r/min 574m/s,18841894年 軸流式多級(jí)反動(dòng)式、 輻流式和背壓式汽輪機(jī) 英國(guó)工程師 柏生氏(C.A.Parsons),1900年前后 復(fù)速級(jí)單級(jí)汽輪機(jī) 美國(guó)工程師 寇蒂斯（Curtis) 多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī) 法國(guó)工程師 拉托（Rateau)和瑞士工程師 崔利(Zolly),汽輪機(jī)的發(fā)展概況,我國(guó)汽輪機(jī)行業(yè)的發(fā)展,(1) 1953年至1980年的創(chuàng)業(yè)，自力更生發(fā)展階段 （2）大功率亞臨界參數(shù)汽輪機(jī)技術(shù)的引進(jìn)發(fā)展階段 （3）應(yīng)用當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)對(duì)引進(jìn)機(jī)組性能進(jìn)一步優(yōu)化的階段 （4）以高新技術(shù)為基礎(chǔ)建立現(xiàn)代汽輪機(jī)設(shè)計(jì)制造體系階段 哈爾濱汽輪機(jī)廠、上海汽輪機(jī)廠、東方汽輪機(jī)廠、北京重型電機(jī)廠、青島汽輪廠、武漢汽輪發(fā)電機(jī)廠、杭州汽輪機(jī)廠、南京汽輪發(fā)電機(jī)廠,9,透平機(jī)械的發(fā)展領(lǐng)域 國(guó)內(nèi)大學(xué)： 清華大學(xué)、西安交大、哈工大、大連理工、航空院校、上海交大、上海理工 國(guó)外大學(xué)： MIT、劍橋、加州工學(xué)院等 國(guó)外企業(yè)： GE、ABB、R-R、三菱、日立、Siemens 國(guó)內(nèi)企業(yè)： 大型國(guó)有或合資的汽輪機(jī)公司、壓縮機(jī)、石油化工、電力系統(tǒng)、航空、造船等領(lǐng)域研發(fā)機(jī)構(gòu),7,超臨界/超臨界蒸汽循環(huán)技術(shù)的發(fā)展階段,最佳性價(jià)比的材料是關(guān)鍵，因此，大力發(fā)展國(guó)產(chǎn)化的高溫高壓鋼材是關(guān)鍵。,歐洲，美國(guó) 和日本正在 這一等級(jí)蒸 汽參數(shù)的超 超臨界材料 方面進(jìn)行研 發(fā),50s 60s 70s 80s 90s 00s 10s,167/540/540(bar/C/C）,240/540/565 (bar/C/C),250/565/585,280/580/600,280/600/620,280/630/650,375/700/720/720,成熟技術(shù),成熟技術(shù),當(dāng)前在歐洲、美國(guó)、日本和中國(guó)已商業(yè)化的技術(shù),效率改進(jìn),提高蒸汽溫度和壓力,30,40,50,60,70,80,90,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,蒸汽溫度（oC),供電效率 (%),卡諾循環(huán)效率, ,AD700,IGCC 2006,GTCC 2006,通過(guò)采用高溫材料來(lái)提高效率,通過(guò)改進(jìn)熱力學(xué) 設(shè)計(jì)來(lái)提高效率,PP NJV 1998,Ultimate steel based PP,PP ESV 1992,向蒸汽循環(huán)效率的理論極限卡諾循環(huán)逼近,25MPa/560oC/560oC 45% ,高壓缸,煤粉 直流 鍋爐,給水溫度: 275 C 310 C 310 C 335 C,低壓缸,35MPa/700oC/700oC 51% ,35MPa/700o/C /720oC/ 720oC 53% ,中壓缸 1,給水泵汽輪機(jī),20%,80%,30MPa/600oC/ 600oC 47.5% ,給水溫度335C、 三維高效汽輪機(jī)葉片設(shè)計(jì) 蒸汽參數(shù)： 35MPa/700oC/720oC/720oC 凈效率：53,歐盟正在研發(fā)的1000MWe超超臨界煤粉爐機(jī)組 通過(guò)改進(jìn)熱力學(xué)設(shè)計(jì)提高AD700的效率 + 雙再熱,給水泵,中壓缸 2,3D 葉片,高效三維（3D）汽輪機(jī)葉片開(kāi)發(fā) 等熵（絕熱）效率現(xiàn)在達(dá)到95% (例如西門(mén)子Boxberg電廠的汽輪機(jī)，高壓缸效94.2% , 中壓缸效率96.1% ）,第二節(jié) 汽輪機(jī)裝置在電廠中的地位,火力發(fā)電廠生產(chǎn)流程,16,第三節(jié) 汽輪機(jī)系統(tǒng) （一）蒸汽動(dòng)力循環(huán) （二）汽輪機(jī)作功過(guò)程 （三）汽輪機(jī)設(shè)備及其系統(tǒng),一蒸汽動(dòng)力循環(huán),（一）朗肯循環(huán),17,汽輪機(jī),動(dòng)力循環(huán),（二）回?zé)嵫h(huán),18,（三）中間再熱循環(huán),19,提高循環(huán)熱效率的途徑,改變循環(huán)參數(shù),改變循環(huán)形式,改變循環(huán)方式,二、汽輪機(jī)作功過(guò)程,21,1軸,2葉輪,3動(dòng)葉柵,4噴嘴,單級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)工作原理結(jié)構(gòu)立體圖,三、汽輪機(jī)設(shè)備 及其系統(tǒng),22,第四節(jié) 汽輪機(jī)基本組成,23,（一）汽輪機(jī)級(jí) （二）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 （三）汽輪機(jī)汽缸與隔板 （四）汽封 （五）軸承 （六）聯(lián)軸器 （七）盤(pán)車裝置 （八）汽輪機(jī)控制與保護(hù)系統(tǒng),24,第五節(jié) 汽論機(jī)的分類和型號(hào),汽輪機(jī),沖動(dòng)式汽輪機(jī),反動(dòng)式汽輪機(jī),凝汽式汽輪機(jī),供熱式汽輪機(jī),背壓式汽輪機(jī),調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī),低壓汽輪機(jī)：小于1.5 MPa,中壓汽輪機(jī)：小于24 MPa,高壓汽輪機(jī)：小于610 MPa,超高壓汽輪機(jī)：小于1214 MPa,亞臨界壓力汽輪機(jī)：小于1618 MPa,超臨界壓力汽輪機(jī)：大于22.2 MPa,按工作原理分,按功能分,按參數(shù)高低分,超超臨界壓力汽輪機(jī)：大于25 MPa,汽輪機(jī)的分類與型號(hào),汽輪機(jī)型號(hào)：用來(lái)表示汽輪機(jī)基本特性的符號(hào)。,例：N50-8.83 50MW凝汽式汽輪機(jī) 蒸汽初壓8.83MPa；,例：N200-12.75/535/535 200MW中間再熱凝汽式汽輪機(jī) 蒸汽初壓12.75MPa/初溫535/中間再熱溫度535。,N 凝汽式 N508.82/535 再熱 N30016.7/537/537 B 背壓式 B508.82/0.98 C 一次調(diào)節(jié)抽汽式 C508.82/0.118 CC 兩次調(diào)節(jié)抽汽式 CC258.82/0.98/0.118 CB 抽汽背壓式 CB258.82/0.98/0.118 H 船用 Y 移動(dòng)式,六、本課程的主要內(nèi)容,第一部分為汽輪機(jī)級(jí)的工作原理，包括：汽輪機(jī)級(jí)的概念、工作原理及熱力計(jì)算基本方法，并介紹長(zhǎng)葉片級(jí)的概念等； 第二部分為多級(jí)汽輪機(jī)的工作過(guò)程，包括多級(jí)汽輪機(jī)的工作過(guò)程和特點(diǎn)，軸向推力的計(jì)算及平衡方法，軸封漏汽量計(jì)算等； 第三部分為汽輪機(jī)的變動(dòng)工況，包括噴嘴、級(jí)和汽輪機(jī)變動(dòng)工況時(shí)壓力和流量關(guān)系的計(jì)算，各級(jí)焓降、溫度、反動(dòng)度及軸向推力的變化等；,28,汽輪機(jī)通流部分設(shè)計(jì),汽輪機(jī)通流部分設(shè)計(jì)，通稱“熱力計(jì)算”。應(yīng)該說(shuō)，汽輪機(jī)熱力計(jì)算是汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的第一步，它的計(jì)算成功與否直接表現(xiàn)在下列方面： 1.汽輪機(jī)出力及各項(xiàng)供熱參數(shù)能否滿足用戶需要； 2.系統(tǒng)配置是否合理，是否符合基本的科學(xué)精神； 3.汽輪機(jī)軸向推力； 4.各級(jí)葉型選型是否合理； 5.是否最有利于組織生產(chǎn)與盡可能地降低生產(chǎn)成本。 汽輪機(jī)通流部分的設(shè)計(jì)一旦完成，應(yīng)該說(shuō)汽輪機(jī)的主要性能就基本確定下來(lái)了。,汽輪機(jī)熱力計(jì)算的基本思路,一、計(jì)算原始數(shù)據(jù) 1. 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速 為什么定在3000rpm？ 2. 初參數(shù) 3. 終參數(shù) 二、整機(jī)焓降的確定，估算功率等級(jí) 估算汽輪機(jī)的功率等級(jí)，最直接的辦法是按排汽量估算 三、整機(jī)級(jí)數(shù)的確定 確定汽輪機(jī)的級(jí)數(shù)，多半是參照定型機(jī)組根據(jù)