汽輪機技術交流

1、1汽輪機技術交流哈爾濱廣瀚新能動力有限公司2012年9月17日目錄2汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率汽輪機的綜述和特點汽輪機的綜述和特點汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造電站汽輪機簡介電站汽輪機簡介基本原理3汽輪機的綜述和特點汽輪機的綜述和特點 汽輪機(steam turbine)又稱“蒸汽輪機”或“蒸汽透平”，它是將蒸汽的內(nèi)能轉化為機械功的葉輪旋轉式原動機。 汽輪機內(nèi)能量的轉化是伴隨著蒸汽的膨脹過程而完成的。先將蒸汽的內(nèi)能轉化為蒸汽的動能，再將蒸汽的動能轉化為機械功向外輸出?；驹?汽輪機的綜述和特點汽輪機的綜述和特點基本原理5汽輪機的綜述和特點汽輪機的綜述和特點發(fā)展歷史6汽輪機的綜

2、述和特點汽輪機的綜述和特點 世界上第一臺真正意義上的汽輪機是誕生于公元1882年，距今140年，由瑞典工程師拉法爾發(fā)明。該汽輪機為單級沖動式，功率5馬力。 世界上第一臺反動式汽輪機由英國工程師帕森斯于1884年發(fā)明，功率為10馬力。 1910年，瑞典的容克斯川兄弟制成了世界上第一臺徑流式汽輪機。發(fā)展歷史7汽輪機的綜述和特點汽輪機的綜述和特點 目前世界上著名的汽輪機企業(yè)商有：美國的通用公司（GE）、西屋公司（WH）；俄羅斯的列寧格勒金屬工廠；英國的帕森斯公司、英國通用公司（GEC）；法國的阿爾斯通公司、電氣機械公司（CMR）；日本的三菱公司、東芝公司、日立公司；德國的西門子等。發(fā)展歷史8汽輪機的

3、綜述和特點汽輪機的綜述和特點 我國的汽輪機起步較晚。上海汽輪機廠是我國第一家汽輪機廠，1955年制造出我國第一臺汽輪機，功率為6MW。 哈爾濱汽輪機廠于1956年建廠，先后制造出了我國第一臺25MW、50MW、100MW、200MW、300MW和600MW發(fā)電汽輪機。 東方汽輪機廠創(chuàng)建于1966年，并于1971年制造出第一臺汽輪機。 以上為我國三大電站汽輪機生產(chǎn)企業(yè)。 我國工業(yè)汽輪機的生產(chǎn)企業(yè)較多，目前規(guī)模最大的是杭汽?；咎攸c9汽輪機的綜述和特點汽輪機的綜述和特點u可使得單機功率最大。目前世界上單機功率最大的汽輪機為1800MW等級的發(fā)電機組。u能源利用率高，熱效率較高。直接利用一次能源。u

4、技術成熟，運行可靠，壽命可達20 30年。u以水蒸汽為工質(zhì)，安全環(huán)保。u能源適用范圍廣?？蛇M行煤炭、石油、天然氣、原子能、地熱、太陽能、潮汐能以及工業(yè)余熱、廢熱的利用。汽輪機分類10汽輪機的綜述和特點汽輪機的綜述和特點按照工作原理來劃分（反動度）：按照工作原理來劃分（反動度）：u純沖動式汽輪機 蒸汽內(nèi)能轉化為蒸汽動能的過程僅在靜葉中實現(xiàn)。u沖動式汽輪機 蒸汽內(nèi)能轉化為蒸汽動能的過程主要在靜葉中實現(xiàn)，有少量在動葉中實現(xiàn)。u反動式汽輪機 蒸汽內(nèi)能轉化為蒸汽動能的過程一半在靜葉中實現(xiàn)，一半在動葉中實現(xiàn)。汽輪機分類11汽輪機的綜述和特點汽輪機的綜述和特點按照級數(shù)來劃分：按照級數(shù)來劃分：u單級汽輪機u多

5、級汽輪機 按照布置型式來劃分：按照布置型式來劃分：u立式汽輪機u臥式汽輪機按照蒸汽流動方向來劃分：按照蒸汽流動方向來劃分：u軸流式汽輪機u徑流式（向心式）汽輪機汽輪機分類12汽輪機的綜述和特點汽輪機的綜述和特點按照用途來劃分：按照用途來劃分：u電站汽輪機 大型電站用。轉速恒定、工況功率基本恒定。目前功率等級一般在50MW以上。又分為火電汽輪機和核電汽輪機。u工業(yè)汽輪機 工業(yè)驅動用。轉速可在較小范圍內(nèi)變化，工況功率也可在較小范圍內(nèi)變化。功率等級一般在50MW以下。u船用汽輪機 船舶螺旋槳推進用。轉速和工況功率可較大范圍內(nèi)變化。又分為常規(guī)動力和核動力。汽輪機分類13汽輪機的綜述和特點汽輪機的綜述和

6、特點按照排汽壓力和熱力過程來劃分：按照排汽壓力和熱力過程來劃分：（一般是工業(yè)汽輪機的劃分方法）（一般是工業(yè)汽輪機的劃分方法）u背壓式汽輪機 排汽壓力高于大氣壓。u凝汽式（純凝式）汽輪機 排汽壓力低于大氣壓。u抽汽式汽輪機 帶有中間抽汽的汽輪機。u補汽式汽輪機 帶有中間補汽的汽輪機。汽輪機分類14汽輪機的綜述和特點汽輪機的綜述和特點按照進汽壓力來劃分：按照進汽壓力來劃分：（一般為電站汽輪機的劃分方法）（一般為電站汽輪機的劃分方法）u低壓汽輪機：進汽壓力小于15公斤；u中壓汽輪機：進汽壓力為20公斤40公斤；u高壓汽輪機：進汽壓力為60公斤100公斤；u超高壓汽輪機：進汽壓力為120公斤140公斤

7、；u亞臨界汽輪機：進汽壓力為160公斤180公斤；u超臨界汽輪機：進汽壓力大于220公斤；u超超臨界汽輪機：進汽壓力大于320公斤；主要部套15汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造汽輪機的主要部套有：汽輪機的主要部套有：u汽缸u噴嘴、隔板及靜葉u轉子及動葉u汽封與汽封抽氣器u軸承與軸承箱u主汽閥u調(diào)節(jié)閥u冷凝器u盤車裝置等主要部套16汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造主要部套17汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造主要部套18汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造汽缸：汽缸：（1）作用：將汽輪機通流部分與大氣隔開，保持一個近似絕熱的熱力過程；用于固定安裝噴嘴和隔板等靜子部分。（2）制造：主要是

8、鑄造而成。（3）質(zhì)量控制關鍵點：水壓試驗。主要部套19汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造汽缸：汽缸：主要部套20汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造噴嘴、靜葉：噴嘴、靜葉：（1）作用：把蒸汽的熱能轉變成動能，也就是說使蒸汽膨脹降壓，增加流速，按一定的方向噴射出來，進入動葉片做功。（2）制造：主要是鍛造而成。（3）質(zhì)量控制關鍵點：無損探傷，與型線的符契度。主要部套21汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造隔板：隔板：（1）作用：隔開相鄰的級，并用于安裝靜葉和隔板汽封。（2）制造：可以是鑄造或者鍛造，靜葉一般焊接于其上。（3）質(zhì)量控制關鍵點：隔板撓度試驗。主要部套22汽輪機的結構與制造汽輪機的結構

9、與制造隔板：隔板：主要部套23汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造轉子及動葉：轉子及動葉：（1）作用：把蒸汽的動能轉化機械功向外輸出。（2）制造：一般為鍛造。動葉裝配在轉子上。（3）質(zhì)量控制關鍵點：動葉片探傷、與動葉型線的符契度、轉子動平衡試驗。主要部套24汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造轉子及動葉：轉子及動葉：主要部套25汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造轉子及動葉：轉子及動葉：主要部套26汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造汽封與汽封抽氣器：汽封與汽封抽氣器：（1）作用：端汽封減少蒸汽在汽輪機軸端的泄漏量，進而端汽封損失。汽封抽氣器可以將從端汽封泄露的少量蒸汽抽走，以免漏入大氣。（2

10、）制造：汽封一般為鍛造。汽封抽氣器殼體為鑄造。主要部套27汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造支持軸承和推力軸承：支持軸承和推力軸承：（1）作用：支持軸承主要用于支承轉子的重量。推力軸承主要用于承擔轉子的軸向推力。（2）設計：支持軸承的設計要考慮軸承本身油溫、油流量的因素和軸承與轉子系統(tǒng)動力學的因素。推力軸承的設計要考慮轉子極限軸向推力的大小。（3）汽輪機的支持軸承符合經(jīng)典的滑動軸承理論計算方法和體系。主要部套28汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造盤車裝置：盤車裝置：（1）作用：避免停機后由于汽缸內(nèi)部散熱緩慢和散熱不均勻引起的鉆子大軸彎曲。（2）分類：盤車裝置是否設置取決于汽輪機轉子的動力學

11、特性和軸承跨度。一般柔性轉子和軸承跨度相對較大的汽輪機轉子都要設置盤車裝置。主汽閥和調(diào)節(jié)閥：主汽閥和調(diào)節(jié)閥：（1）作用：主汽閥用于實現(xiàn)汽輪機的汽源的快速切斷進而實現(xiàn)汽輪機的各種保護。調(diào)節(jié)閥用于將進入汽輪機的蒸汽分流以實現(xiàn)不同工況的控制并盡可能使得變工況的效率較高。主要部套29汽輪機的結構與制造汽輪機的結構與制造盤車裝置：盤車裝置：兩種通道（噴管）30汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率u收縮通道 u縮放通道（拉法爾通道） 水蒸汽的焓熵圖31汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率水蒸汽的溫熵圖32汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率簡單朗肯循環(huán)33汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率簡單朗肯循環(huán)3

12、4汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率汽輪機熱力循環(huán)35汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率汽輪機熱力循環(huán)36汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率汽輪機損失37汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率 汽輪機由于結構因素，在工作過程中存在多種損失，導致其效率低于理想朗肯循環(huán)的效率。 汽輪機的損失可以分為內(nèi)部損失內(nèi)部損失和外部損失外部損失。 汽輪機的內(nèi)部損失指的是工作蒸汽在通流部分流動過程中產(chǎn)生的損失。 汽輪機的內(nèi)部損失以外的損失稱為外部損失。內(nèi)部損失38汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率汽輪機的內(nèi)部損失大致有九項：汽輪機的內(nèi)部損失大致有九項：u進汽損失 流經(jīng)進汽閥門和管道引起的節(jié)流和流動損失。u

13、排汽損失 流經(jīng)排汽缸和排汽管道引起的流動損失。u靜葉損失 流經(jīng)靜葉時會與葉片表面產(chǎn)生摩擦，并在葉片端部產(chǎn)生渦流，引起做功能力的損失。u動葉損失 流經(jīng)動葉時會與葉片表面產(chǎn)生摩擦，并在葉片端部產(chǎn)生渦流，引起做功能力的損失。內(nèi)部損失39汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率u級間漏汽損失 蒸汽在級間流動時，會有少量蒸汽經(jīng)葉片頂部或根部汽封直接漏入下一級無法做功。u摩擦鼓風損失 摩擦損失是指轉子葉輪和葉柵轉動時與蒸汽摩擦所造成的損失。鼓風損失是指在部分進汽級中，動葉處在沒有蒸汽流過的部分轉動時，把蒸汽從動葉片一側鼓到另一側所產(chǎn)生的附加損失。摩擦損失和鼓風損失總稱為摩擦鼓風損失。u余速損失 蒸汽從末級動葉

14、排出時必然具有一定的速度，這部分能量是無法利用的。內(nèi)部損失40汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率u部分進汽損失（驅汽損失） 在部分進汽的級中，噴嘴出來的蒸汽只通過部分動葉的流道，而其它動葉中充滿了停滯的蒸汽。當這部分動葉旋轉到又對準噴嘴時，從噴嘴出來的主汽流首先要將這部分滯留的蒸汽排斥出去，這就使汽流速度降低，產(chǎn)生了能量損失。u濕汽損失 濕蒸汽中水滴的流速要比蒸汽小，蒸汽分子要消耗一部分能量加速水滴而引起能量損失。同時由于水滴的流速低，進入動葉時正好沖擊在動葉片進口處的背部，對葉輪產(chǎn)生制動作用，要消耗一部分有用功。外部損失41汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率汽輪機的外部損失大致有三項：汽

15、輪機的外部損失大致有三項：u端部漏汽損失 蒸汽進入汽輪機后會有一部分蒸汽沒有經(jīng)過通流部分做功，而是直接從汽輪機軸端部軸封處漏出。u軸承機械損失 轉子軸頸旋轉過程中與軸承潤滑油摩擦產(chǎn)生的損失，引起潤滑油溫的升高。u汽缸熱輻射損失 由于汽缸壁溫遠高于環(huán)境溫度而向外輻射散熱引起的損失。這部分損失可通過機組保溫降至極小，基本上可以忽略不計。汽輪機效率42汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率 汽輪機本體的效率與汽輪機循環(huán)的效率不同。 影響汽輪機循環(huán)效率的因素則主要體現(xiàn)在設計蒸汽參數(shù)和特殊的熱力過程上。 設計蒸汽參數(shù)主要包括設計初壓力、設計初溫度和設計背壓（排汽壓力）。特殊的熱力過程主要指的是抽汽回熱和抽

16、汽再熱。 影響汽輪機本體效率的因素除了前已述及的各項內(nèi)部損失和外部損失之外，則主要體現(xiàn)在設計的特性速比上。汽輪機效率43汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率設計初參數(shù)對循環(huán)效率的影響：設計初參數(shù)對循環(huán)效率的影響： 提高蒸汽初參數(shù)和降低汽輪機背壓均可提高整個汽輪機循環(huán)的熱效率，但卻不一定提高汽輪機本體的有效效率。 抽汽回熱和抽汽再熱會提高汽輪機循環(huán)的熱效率。抽汽再熱一般也可以提高汽輪機本體的有效效率，抽汽回熱則不能。抽汽回熱44汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率 在朗肯循環(huán)中，新蒸汽的熱量在汽輪機中轉變?yōu)楣Φ牟糠种徽?0%左右，而其余70%左右的熱量隨乏汽進入凝汽系統(tǒng)，在凝結過程中被循環(huán)水帶走

17、了 。 抽汽回熱循環(huán)即在汽輪機中間級中抽出一股蒸汽去加熱鍋爐給水，減少凝汽器中被冷卻水所帶走的熱量，以提高系統(tǒng)的熱效率。抽汽回熱45汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率抽汽回熱46汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率 新蒸汽進入汽輪機高壓缸膨脹做功之后，又回到鍋爐的再熱器，再次被加熱，提高溫度后再回到汽輪機中、低壓缸膨脹做功后，最后排入凝汽器。 對于核電機組，中間再熱一般還伴隨著除濕過程，抽汽除濕與抽汽再熱均可提高蒸汽的焓值。核電機組一般采用二者合一的裝置汽水分離再熱器（MSR）。抽汽再熱47汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率特性速比48汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率 汽輪機的特性速比

18、是一個比值，用U/C表示。 U指的是轉子動葉片的平均線速度，表征著轉子的轉速。 C指的是汽輪機每一級焓降全部轉化為蒸汽動能時理想的蒸汽速度。 U/C實際上是反應了汽輪機轉速與汽輪機級數(shù)的合理選擇。汽輪機內(nèi)特性49汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率 汽輪機特性速比與汽輪機輪周效率之間的關系稱為汽輪機的內(nèi)特性。汽輪機的特性速比與汽輪機效率的關系曲線近似是一個開口向下的拋物線，存在一個最佳速比，使得汽輪機效率最高。 沖動式汽輪機的最佳速比一般在0.45 0.55之間；反動式汽輪機的最佳速比一般在0.65 0.75之間。 不同功能的汽輪機最加速比的設計理念也有所不同。內(nèi)特性曲線50汽輪機的損失與效率

19、汽輪機的損失與效率汽輪機外特性51汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率 汽輪機外特性主要是輸出功率或者輸出扭矩與汽輪機輸出轉速在不同流量下的關系。 汽輪機的輸出功率與輸出轉速在不同流量下的關系曲線稱為汽輪機的功率外特性曲線。 汽輪機的輸出扭矩與輸出轉速在不同流量下的關系曲線稱為汽輪機的扭矩外特性曲線。外特性曲線52汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率估算背壓機排汽溫度的方法53汽輪機的損失與效率汽輪機的損失與效率（1）由p0，t0確定i0和s0；（2）由pc，s0確定ic，進而得到等熵焓降i0-ic；（3）按73%左右的估取內(nèi)效率，則實際出口焓值ic為i0-73%*(i0-ic)；（4）由pc

20、，ic確定tc。三大汽輪機廠主流產(chǎn)品54電站汽輪機簡介電站汽輪機簡介哈汽主流產(chǎn)品：哈汽主流產(chǎn)品：u150MW、135MW超高壓汽輪機；u350MW亞臨界汽輪機；u350MW超臨界汽輪機；u600MW亞臨界汽輪機；u660MW超臨界汽輪機；u660MW超超臨界汽輪機；u1100MW超超臨界汽輪機；u核電汽輪機；u聯(lián)合循環(huán)汽輪機等。三大汽輪機廠主流產(chǎn)品55電站汽輪機簡介電站汽輪機簡介東汽主流產(chǎn)品：東汽主流產(chǎn)品：u60MW高壓汽輪機；u135MW超高壓汽輪機；u200MW超高壓汽輪機；u300MW亞臨界汽輪機；u660MW亞臨界汽輪機；u660MW超臨界汽輪機；u660MW超超臨界汽輪機；u1000

21、MW超超臨界汽輪機；u核電汽輪機等。三大汽輪機廠主流產(chǎn)品56電站汽輪機簡介電站汽輪機簡介上汽主流產(chǎn)品：上汽主流產(chǎn)品：u135MW超高壓汽輪機；u300MW亞臨界汽輪機；u600MW亞臨界汽輪機；u660MW超臨界汽輪機；u660MW超超臨界汽輪機；u1000MW超超臨界汽輪機；300MW亞臨界汽輪機圖57電站汽輪機簡介電站汽輪機簡介電站汽輪機變工況討論58電站汽輪機簡介電站汽輪機簡介弗留蓋爾公式：弗留蓋爾公式：對于通流幾何面積不變的某段級組而言： 級組前后壓差變化對流量的影響由近及遠。 若級組內(nèi)蒸汽流動速度未達到臨界速度，則當級組前后壓差加大時，級組的流量也將加大。 如級組內(nèi)某級中蒸汽速度已達臨界，則繼續(xù)加大壓差時，該級將會出現(xiàn)斜切膨脹，級組的流量繼續(xù)增加。 當斜切膨脹到極限時，再加大壓差時，流量將不再變化。電站汽輪機變工況討論59電站汽輪機簡介電站汽輪機簡介背壓升高對電站汽輪機的影響：背壓升高對電站汽輪機的影響：u如果背壓升高，則末級組的等熵焓降降低；同時排汽比容和排汽濕度減小，余速損失和濕汽損失減小，末級組效率提高；另外由于背壓升高，凝水溫度會提高，所需要的低壓回熱抽