汽轮机技术交流

汽轮机技术交流第1页/共65页目录2汽轮机的损失与效率3汽轮机的综述和特点1汽轮机的结构与制造2电站汽轮机简介4第2页/共65页基本原理3汽轮机的综述和特点汽轮机(steamturbine)又称“蒸汽轮机”或“蒸汽透平”，它是将蒸汽的内能转化为机械功的叶轮旋转式原动机。汽轮机内能量的转化是伴随着蒸汽的膨胀过程而完成的。先将蒸汽的内能转化为蒸汽的动能，再将蒸汽的动能转化为机械功向外输出。第3页/共65页基本原理4汽轮机的综述和特点第4页/共65页基本原理5汽轮机的综述和特点第5页/共65页发展历史6汽轮机的综述和特点世界上第一台真正意义上的汽轮机是诞生于公元1882年，距今140年，由瑞典工程师拉法尔发明。该汽轮机为单级冲动式，功率5马力。世界上第一台反动式汽轮机由英国工程师帕森斯于1884年发明，功率为10马力。1910年，瑞典的容克斯川兄弟制成了世界上第一台径流式汽轮机。第6页/共65页发展历史7汽轮机的综述和特点目前世界上著名的汽轮机企业商有：美国的通用公司（GE）、西屋公司（WH）；俄罗斯的列宁格勒金属工厂；英国的帕森斯公司、英国通用公司（GEC）；法国的阿尔斯通公司、电气机械公司（CMR）；日本的三菱公司、东芝公司、日立公司；德国的西门子等。第7页/共65页发展历史8汽轮机的综述和特点我国的汽轮机起步较晚。上海汽轮机厂是我国第一家汽轮机厂，1955年制造出我国第一台汽轮机，功率为6MW。

哈尔滨汽轮机厂于1956年建厂，先后制造出了我国第一台25MW、50MW、100MW、200MW、300MW和600MW发电汽轮机。东方汽轮机厂创建于1966年，并于1971年制造出第一台汽轮机。

以上为我国三大电站汽轮机生产企业。

我国工业汽轮机的生产企业较多，目前规模最大的是杭汽。第8页/共65页基本特点9汽轮机的综述和特点可使得单机功率最大。目前世界上单机功率最大的汽轮机为1800MW等级的发电机组。能源利用率高，热效率较高。直接利用一次能源。技术成熟，运行可靠，寿命可达20～30年。以水蒸汽为工质，安全环保。能源适用范围广。可进行煤炭、石油、天然气、原子能、地热、太阳能、潮汐能以及工业余热、废热的利用。第9页/共65页汽轮机分类10汽轮机的综述和特点按照工作原理来划分（反动度）：纯冲动式汽轮机

蒸汽内能转化为蒸汽动能的过程仅在静叶中实现。冲动式汽轮机

蒸汽内能转化为蒸汽动能的过程主要在静叶中实现，有少量在动叶中实现。反动式汽轮机

蒸汽内能转化为蒸汽动能的过程一半在静叶中实现，一半在动叶中实现。第10页/共65页汽轮机分类11汽轮机的综述和特点按照级数来划分：单级汽轮机多级汽轮机按照布置型式来划分：立式汽轮机卧式汽轮机按照蒸汽流动方向来划分：轴流式汽轮机径流式（向心式）汽轮机第11页/共65页汽轮机分类12汽轮机的综述和特点按照用途来划分：电站汽轮机

大型电站用。转速恒定、工况功率基本恒定。目前功率等级一般在50MW以上。又分为火电汽轮机和核电汽轮机。工业汽轮机

工业驱动用。转速可在较小范围内变化，工况功率也可在较小范围内变化。功率等级一般在50MW以下。船用汽轮机

船舶螺旋桨推进用。转速和工况功率可较大范围内变化。又分为常规动力和核动力。第12页/共65页汽轮机分类13汽轮机的综述和特点按照排汽压力和热力过程来划分：（一般是工业汽轮机的划分方法）背压式汽轮机

排汽压力高于大气压。凝汽式（纯凝式）汽轮机

排汽压力低于大气压。抽汽式汽轮机

带有中间抽汽的汽轮机。补汽式汽轮机

带有中间补汽的汽轮机。第13页/共65页汽轮机分类14汽轮机的综述和特点按照进汽压力来划分：（一般为电站汽轮机的划分方法）低压汽轮机：进汽压力小于15公斤；中压汽轮机：进汽压力为20公斤～40公斤；高压汽轮机：进汽压力为60公斤～100公斤；超高压汽轮机：进汽压力为120公斤～140公斤；亚临界汽轮机：进汽压力为160公斤～180公斤；超临界汽轮机：进汽压力大于220公斤；超超临界汽轮机：进汽压力大于320公斤；第14页/共65页主要部套15汽轮机的结构与制造汽轮机的主要部套有：汽缸喷嘴、隔板及静叶转子及动叶汽封与汽封抽气器轴承与轴承箱主汽阀调节阀冷凝器盘车装置等第15页/共65页主要部套16汽轮机的结构与制造第16页/共65页主要部套17汽轮机的结构与制造第17页/共65页主要部套18汽轮机的结构与制造汽缸：（1）作用：将汽轮机通流部分与大气隔开，保持一个近似绝热的热力过程；用于固定安装喷嘴和隔板等静子部分。（2）制造：主要是铸造而成。（3）质量控制关键点：水压试验。第18页/共65页主要部套19汽轮机的结构与制造汽缸：第19页/共65页主要部套20汽轮机的结构与制造喷嘴、静叶：（1）作用：把蒸汽的热能转变成动能，也就是说使蒸汽膨胀降压，增加流速，按一定的方向喷射出来，进入动叶片做功。（2）制造：主要是锻造而成。（3）质量控制关键点：无损探伤，与型线的符契度。第20页/共65页主要部套21汽轮机的结构与制造隔板：（1）作用：隔开相邻的级，并用于安装静叶和隔板汽封。（2）制造：可以是铸造或者锻造，静叶一般焊接于其上。（3）质量控制关键点：隔板挠度试验。第21页/共65页主要部套22汽轮机的结构与制造隔板：第22页/共65页主要部套23汽轮机的结构与制造转子及动叶：（1）作用：把蒸汽的动能转化机械功向外输出。（2）制造：一般为锻造。动叶装配在转子上。（3）质量控制关键点：动叶片探伤、与动叶型线的符契度、转子动平衡试验。第23页/共65页主要部套24汽轮机的结构与制造转子及动叶：第24页/共65页主要部套25汽轮机的结构与制造转子及动叶：第25页/共65页主要部套26汽轮机的结构与制造汽封与汽封抽气器：（1）作用：端汽封减少蒸汽在汽轮机轴端的泄漏量，进而端汽封损失。汽封抽气器可以将从端汽封泄露的少量蒸汽抽走，以免漏入大气。（2）制造：汽封一般为锻造。汽封抽气器壳体为铸造。第26页/共65页主要部套27汽轮机的结构与制造支持轴承和推力轴承：（1）作用：支持轴承主要用于支承转子的重量。推力轴承主要用于承担转子的轴向推力。（2）设计：支持轴承的设计要考虑轴承本身油温、油流量的因素和轴承与转子系统动力学的因素。推力轴承的设计要考虑转子极限轴向推力的大小。（3）汽轮机的支持轴承符合经典的滑动轴承理论计算方法和体系。第27页/共65页主要部套28汽轮机的结构与制造盘车装置：（1）作用：避免停机后由于汽缸内部散热缓慢和散热不均匀引起的钻子大轴弯曲。（2）分类：盘车装置是否设置取决于汽轮机转子的动力学特性和轴承跨度。一般柔性转子和轴承跨度相对较大的汽轮机转子都要设置盘车装置。主汽阀和调节阀：（1）作用：主汽阀用于实现汽轮机的汽源的快速切断进而实现汽轮机的各种保护。调节阀用于将进入汽轮机的蒸汽分流以实现不同工况的控制并尽可能使得变工况的效率较高。第28页/共65页主要部套29汽轮机的结构与制造盘车装置：第29页/共65页两种通道（喷管）30汽轮机的损失与效率收缩通道

缩放通道（拉法尔通道）

第30页/共65页水蒸汽的焓熵图31汽轮机的损失与效率第31页/共65页水蒸汽的温熵图32汽轮机的损失与效率第32页/共65页简单朗肯循环33汽轮机的损失与效率第33页/共65页简单朗肯循环34汽轮机的损失与效率第34页/共65页汽轮机热力循环35汽轮机的损失与效率第35页/共65页汽轮机热力循环36汽轮机的损失与效率第36页/共65页汽轮机损失37汽轮机的损失与效率汽轮机由于结构因素，在工作过程中存在多种损失，导致其效率低于理想朗肯循环的效率。

汽轮机的损失可以分为内部损失和外部损失。

汽轮机的内部损失指的是工作蒸汽在通流部分流动过程中产生的损失。

汽轮机的内部损失以外的损失称为外部损失。第37页/共65页内部损失38汽轮机的损失与效率汽轮机的内部损失大致有九项：进汽损失

流经进汽阀门和管道引起的节流和流动损失。排汽损失

流经排汽缸和排汽管道引起的流动损失。静叶损失

流经静叶时会与叶片表面产生摩擦，并在叶片端部产生涡流，引起做功能力的损失。动叶损失流经动叶时会与叶片表面产生摩擦，并在叶片端部产生涡流，引起做功能力的损失。第38页/共65页内部损失39汽轮机的损失与效率级间漏汽损失

蒸汽在级间流动时，会有少量蒸汽经叶片顶部或根部汽封直接漏入下一级无法做功。摩擦鼓风损失摩擦损失是指转子叶轮和叶栅转动时与蒸汽摩擦所造成的损失。鼓风损失是指在部分进汽级中，动叶处在没有蒸汽流过的部分转动时，把蒸汽从动叶片一侧鼓到另一侧所产生的附加损失。摩擦损失和鼓风损失总称为摩擦鼓风损失。余速损失

蒸汽从末级动叶排出时必然具有一定的速度，这部分能量是无法利用的。第39页/共65页内部损失40汽轮机的损失与效率部分进汽损失（驱汽损失）在部分进汽的级中，喷嘴出来的蒸汽只通过部分动叶的流道，而其它动叶中充满了停滞的蒸汽。当这部分动叶旋转到又对准喷嘴时，从喷嘴出来的主汽流首先要将这部分滞留的蒸汽排斥出去，这就使汽流速度降低，产生了能量损失。湿汽损失湿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损失。同时由于水滴的流速低，进入动叶时正好冲击在动叶片进口处的背部，对叶轮产生制动作用，要消耗一部分有用功。第40页/共65页外部损失41汽轮机的损失与效率汽轮机的外部损失大致有三项：端部漏汽损失

蒸汽进入汽轮机后会有一部分蒸汽没有经过通流部分做功，而是直接从汽轮机轴端部轴封处漏出。轴承机械损失

转子轴颈旋转过程中与轴承润滑油摩擦产生的损失，引起润滑油温的升高。汽缸热辐射损失

由于汽缸壁温远高于环境温度而向外辐射散热引起的损失。这部分损失可通过机组保温降至极小，基本上可以忽略不计。第41页/共65页汽轮机效率42汽轮机的损失与效率汽轮机本体的效率与汽轮机循环的效率不同。

影响汽轮机循环效率的因素则主要体现在设计蒸汽参数和特殊的热力过程上。

设计蒸汽参数主要包括设计初压力、设计初温度和设计背压（排汽压力）。特殊的热力过程主要指的是抽汽回热和抽汽再热。

影响汽轮机本体效率的因素除了前已述及的各项内部损失和外部损失之外，则主要体现在设计的特性速比上。第42页/共65页汽轮机效率43汽轮机的损失与效率设计初参数对循环效率的影响：提高蒸汽初参数和降低汽轮机背压均可提高整个汽轮机循环的热效率，但却不一定提高汽轮机本体的有效效率。

抽汽回热和抽汽再热会提高汽轮机循环的热效率。抽汽再热一般也可以提高汽轮机本体的有效效率，抽汽回热则不能。第43页/共65页抽汽回热44汽轮机的损失与效率在朗肯循环中，新蒸汽的热量在汽轮机中转变为功的部分只占30%左右，而其余70%左右的热量随乏汽进入凝汽系统，在凝结过程中被循环水带走了。

抽汽回热循环即在汽轮机中间级中抽出一股蒸汽去加热锅炉给水，减少凝汽器中被冷却水所带走的热量，以提高系统的热效率。第44页/共65页抽汽回热45汽轮机的损失与效率第45页/共65页抽汽回热46汽轮机的损失与效率新蒸汽进入汽轮机高压缸膨胀做功之后，又回到锅炉的再热器，再次被加热，提高温度后再回到汽轮机中、低压缸膨胀做功后，最后排入凝汽器。

对于核电机组，中间再热一般还伴随着除湿过程，抽汽除湿与抽汽再热均可提高蒸汽的焓值。核电机组一般采用二者合一的装置——汽水分离再热器（MSR）。第46页/共65页抽汽再热47汽轮机的损失与效率第47页/共65页特性速比48汽轮机的损失与效率汽轮机的特性速比是一个比值，用U/C表示。U指的是转子动叶片的平均线速度，表征着转子的转速。C指的是汽轮机每一级焓降全部转化为蒸汽动能时理想的蒸汽速度。U/C实际上是反应了汽轮机转速与汽轮机级数的合理选择。第48页/共65页汽轮机内特性49汽轮机的损失与效率汽轮机特性速比与汽轮机轮周效率之间的关系称为汽轮机的内特性。汽轮机的特性速比与汽轮机效率的关系曲线近似是一个开口向下的抛物线，存在一个最佳速比，使得汽轮机效率最高。

冲动式汽轮机的最佳速比一般在0.45～0.55之间；反动式汽轮机的最佳速比一般在0.65～0.75之间。

不同功能的汽轮机最加速比的设计理念也有所不同。第49页/共65页内特性曲线50汽轮机的损失与效率第50页/共65页汽轮机外特性51汽轮机的损失与效率汽轮机外特性主要是输出功率或者输出扭矩与汽轮机输出转速在不同流量下的关系。

汽轮机的输出功率与输出转速在不同流量下的关系曲线称为汽轮机的功率外特性曲线。

汽轮机的输出扭矩与输出转速在不同流量下的关系曲线称为汽轮机的扭矩外特性曲线。第51页/共65页外特性曲线52汽轮机的损失与效率第52页/共65页估算背压机排汽温度的方法53汽轮机的损失与效率（1）由p0，t0确定i0和s0；（2）由pc，s0确定ic，进而得到等熵焓降i0-ic；（3）按73%左右的估取内效率，则实际出口焓值ic’为i0-73%*(i0-ic)；（4）由pc，ic’确定tc。第53页/共65页三大汽轮机厂主流产品54电站汽轮机简介哈汽主流产品：150MW、135MW超高压汽轮机；350MW亚临界汽轮机；350MW超临界汽轮机；600MW亚临界汽轮机；660MW超临界汽轮机；660MW超超临界汽轮机；1100MW超超临界汽轮机；核电汽轮机；联合循环汽轮机等。第54页/共65页三大汽轮机厂主流产品55电站汽轮机简介东汽主流产品：60MW高压汽轮机；135MW超高压汽轮机；200MW超高压汽轮机；300MW亚临界汽轮机；660MW亚临界汽轮机；660MW超临界汽轮机；660MW超超临界汽轮机；1000MW超超临界汽轮机；核电汽轮机等。第55页/共65页三大汽轮机厂主流产品56电站汽轮机简介上汽主流产品：135MW超高压汽轮机；300MW亚临界汽轮机；600MW亚临界汽轮机；660MW超临界汽轮机；660MW超超临界汽轮机；1000MW超超临界汽轮机；第56页/共65页300MW亚临界汽轮机图57电站汽轮机简介第57页/共65页电站汽轮机变工况讨论58电站汽轮机简介弗留盖尔公式：对于通流几何面积不变的某段级组而言：级组前后压差变化对流量的影响由近及远。

若级组内蒸汽流动速度未达到临界速度，则当级组前后压差加大时，级组的流量也将加大。

如级组内某级中蒸汽速度已达临界，则继续加大压差时，该级将会出现斜切膨胀，级组的流量继续增加。

当斜切膨胀到极限时，再加大压差时，流量将不再变化。第58页/共65页电站汽轮机变工况讨论59电站汽轮机简介背压升高对电站汽轮机的影响：如果背压升高，则末级组的等熵焓降降低；同