汽轮机概念及其分类

第 1 章 汽轮机概念及其分类 1 1 汽轮机概述 1 1 1 汽轮机的概念 概念 概念 汽轮机是一种将蒸汽的热能转换成机械能热能转换成机械能的蒸汽动力装置 又称为 蒸汽透平蒸汽透平 汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械 主要用作发电原动机发电原动机 也用来直接直接 驱动各种泵 风机 压缩机和船舶螺旋桨驱动各种泵 风机 压缩机和船舶螺旋桨等 还可以利用汽轮机的排汽或中间 抽汽满足生产和生活上的供热需要 特点 特点 功率大 转速高 运行平稳 热经济性高 易损件少 运行安全可 靠 调速方便 振动小 噪音小等 1 1 2 汽轮机的工作原理 1 具有一定温度 一定温度 T 和压力 和压力 P 的蒸汽 的蒸汽 锅炉或核反应堆 首先进入进入 固定不动的喷嘴 喷嘴 也称静叶 蒸汽在喷嘴内膨胀在喷嘴内膨胀 蒸汽的压力 压力 P 温度 温度 T 不断降低降低 速度 速度 V 增大 增大 形成一股高速汽流形成一股高速汽流 蒸汽的热能转化为动能热能转化为动能 2 高速汽流流经动叶汽流流经动叶 也称叶片 做功做功 动叶片带动动叶片带动汽轮机转子转子以一定的 速度均匀转动 转动 蒸汽的动能转化为机械能 动能转化为机械能 能量转换过程 能量转换过程 蒸汽在汽轮机中 能量转换包括 2 个阶段 如图 1 所示 图 1 汽轮机能量转换过程 1 1 3 汽轮机的分类 汽轮机的类别和型式很多 可按工作原理 主蒸汽 进汽 参数 热力特工作原理 主蒸汽 进汽 参数 热力特 性 结构类型 转速 用途性 结构类型 转速 用途等几个方面进行分类 如表 1 所示 1 按工作原理分类 按工作原理分类 1 冲动式汽轮机 各级按照冲动原理设计 冲动式汽轮机 各级按照冲动原理设计 蒸汽主要在静叶 喷嘴 叶 栅槽道中膨胀 在动叶叶栅槽道中主要改变流动方向 只有少量膨胀 2 反动式汽轮机 各级按冲动和反动原理设计 反动式汽轮机 各级按冲动和反动原理设计 蒸汽在静叶 喷嘴 叶 栅槽道和动叶叶栅槽道中都发生膨胀 且膨胀程度相等 备注 调节级采用冲动级 其它级均为反动级 3 冲动反动组合式汽轮机 冲动反动组合式汽轮机 转子各级动叶片既有冲动级又有反动级 2 按主蒸汽 进汽 参数分类 按主蒸汽 进汽 参数分类 1 低压汽轮机 低压汽轮机 压力小于 1 47 Mpa 0 12 1 5MPa 2 中压汽轮机 中压汽轮机 压力为 1 96 3 92 Mpa 2 4 MPa 3 次高压汽轮机 次高压汽轮机 压力为 5 6 MPa 4 高压汽轮机 高压汽轮机 压力为 5 88 9 81 Mpa 6 12Mpa 5 超高压汽轮机 超高压汽轮机 压力为 11 77 13 93 Mpa 12 14 MPa 6 亚临界压力汽轮机 亚临界压力汽轮机 压力为 15 69 17 65 Mpa 16 18 MPa 7 超临界压力汽轮机 超临界压力汽轮机 压力大于 22 15 Mpa 8 超超临界压力汽轮机 超超临界压力汽轮机 压力大于 32 Mpa 3 按热力特性分类 按热力特性分类 1 凝汽式汽轮机 凝汽式汽轮机 N 蒸汽在汽轮机内做功后 乏汽 排汽 在低于乏汽 排汽 在低于 大气压力大气压力的真空状态下全部排入凝汽器 凝结成水 备注 有些小汽轮机没有回热系统 称为纯凝汽式汽轮机 2 背压式汽轮机 背压式汽轮机 B 蒸汽在汽轮机内做功后 乏汽 排汽 在高于乏汽 排汽 在高于 大气压力大气压力的状态下供热用户使用 没有布置凝汽器用于乏汽的冷凝 备注 若乏汽 排汽 作为其它中低压汽轮机的新汽其它中低压汽轮机的新汽时 称为前置式汽轮前置式汽轮 机 机 3 抽汽凝汽式汽轮机 调节抽汽式汽轮机 抽汽凝汽式汽轮机 调节抽汽式汽轮机 在汽轮机的级间某一位置某一位置 抽出部分蒸汽抽出部分蒸汽 调整压力后对外供热 其余蒸汽在汽轮机内做功 做功后乏汽乏汽 排汽 在低于大气压力 排汽 在低于大气压力的真空状态下全部排入凝汽器 凝结成水 4 抽气背压式汽轮机 抽气背压式汽轮机 在汽轮机的级间某一位置抽出部分蒸汽某一位置抽出部分蒸汽 供热用 户使用 其余蒸汽在汽轮机内做功 做功后乏汽 排汽 在高于大气压力乏汽 排汽 在高于大气压力的状 态下供热用户使用 没有布置凝汽器用于乏汽的冷凝 备注 调节抽汽和排汽都供热用户使用 5 中间再热式汽轮机 中间再热式汽轮机 新汽在高压缸做功后 进入锅炉再热器再热 经 过再热后的高压缸排汽进一步进入低中压缸做功 最后乏汽 排汽 在低于大乏汽 排汽 在低于大 气压力的真空状态下气压力的真空状态下全部排入凝汽器 凝结成水 a 凝汽式汽轮机 b 背压式汽轮机 c 抽汽凝汽式汽轮机 图 2 汽轮机分类 4 按汽流方向分类 按汽流方向分类 1 轴流式汽轮机 轴流式汽轮机 组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列 汽流方向的汽流方向的 总趋势是轴向的总趋势是轴向的 绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机 2 辐流式汽轮机 辐流式汽轮机 组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列 汽流方汽流方 向的总趋势是半径方向的向的总趋势是半径方向的 5 按用途分类 按用途分类 1 电站汽轮机 电站汽轮机 用来发电或热电联产的汽轮机 汽轮机转速恒定 也称 为恒速汽轮机 主要采用凝汽式汽轮机 也采用同时供热供电的 抽汽式 背压式 汽轮机 如图 3 所示 2 工业汽轮机 工业汽轮机 用于拖动风机 水泵 油泵风机 水泵 油泵等转动机械 其运行速度经 常是变动的 也称为变转速汽轮机 3 船用汽轮机 船用汽轮机 用于船舶的动力装置 驱动螺旋桨 为适应倒车的需要 其转动方向是可变的 6 按汽缸的数目分类 按汽缸的数目分类 1 单缸汽轮机 2 双缸汽轮机 3 多缸汽轮机 图 3 电站汽轮机工作简易示意图 7 按排汽冷却方式分类 按排汽冷却方式分类 1 水冷 湿冷 汽轮机 水冷 湿冷 汽轮机 汽轮机排汽由循环水 通过冷凝器 冷却 凝 结成水 2 空冷 干冷 汽轮机 空冷 干冷 汽轮机 采用空气 风 带走凝汽器废热的汽轮机 汽 轮机排汽经空气直接冷却或间接冷却 凝结成水 常用于缺水富煤地区常用于缺水富煤地区 8 按燃料分类 按燃料分类 1 火电汽轮机 火电汽轮机 燃用化石燃料 煤 石油 天然气等 2 核电汽轮机 核电汽轮机 核燃料 图 4 简单蒸汽循环汽轮机示意图 9 按热力循环方式分类 按热力循环方式分类 1 简单循环汽轮机 简单循环汽轮机 以蒸汽为单一工质进行发电 如图 4 所示 2 燃气 燃气 蒸汽联合循环 蒸汽联合循环 以燃气轮机的排气 高温烟气 作为热源 进 入余热锅炉加热水形成一定温度和压力的水蒸汽 水蒸汽进入汽轮机进行发电 10 按转速分类 按转速分类 1 低速汽轮机 n 3000 r min 2 中速汽轮机 n 3000 r min 3 高速汽轮机 n 3000 r min 由于发电机的极数只能成对增加或减小 大型汽轮机的转速通常选用两档 1 对于 50Hz 电网 3000 r min 或 1500 r min 2 对于 60Hz 电网 3600 r min 或 1800 r min 3000 r min 和和 3600 r min 称为全转速机组全转速机组 1500 r min 和和 1800 r min 称为 半转速机组半转速机组 工业用 给水泵小汽轮机 最高转速可达 12000r min 变转速 1 1 4 汽轮机的型号 汽轮机型号表示汽轮机基本特性 我国目前采用汉语拼音和数字来表示汽 轮机型号 其型号组成方式如图 5 所示 表 2 给出了我国常用汽轮机型式号 表 3 给出了我国常用汽轮机型号中蒸汽参数表示法 图 5 汽轮机型号的表示方法 例一 N300 16 7 537 537 2 型汽轮机 含义 300MW 凝汽式汽轮机 主蒸汽压力为 16 7MPa 温度为 537 C 再 热蒸汽温度 537 C 中间再热凝汽式汽轮机 属第二次变型设计 例二 N100 90 535 型汽轮机 含义 100MW 凝汽式汽轮机 主蒸汽压力为 8 82 MPa 温度为 535 C 表 2 汽轮机型式代号 代号型式代号型式 N凝汽式CB抽汽背压式 B背压式CY船用 C一次调整抽汽式Y移动式 CC两次调整抽汽式HN核电汽轮机 表 3 汽轮机型号中蒸汽参数表示法 型 式参数表示方法示例 凝汽式主蒸汽压力 主蒸汽温度N100 8 83 535 中间再热式主蒸汽压力 主蒸汽温度 中间再热温度N300 16 7 538 538 抽汽式主蒸汽压力 高压抽汽压力 低压抽汽压力C50 8 83 0 98 0 118 背压式主蒸汽压力 背压B50 8 83 0 98 抽汽背压式主蒸汽压力 抽汽压力 背压CB25 8 83 0 98 0 118 1 N3 2 35 3MW 凝汽式汽轮机 主蒸汽压力为 2 35 MPa 2 C12 4 9 1 5 0 98 12MW 抽汽式汽轮机 主蒸汽压力为 4 9 MPa 高压 抽汽压力为 1 5 MPa 低压抽汽压力为 0 98 MPa 3 CC12 3 43 0 98 0 4