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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: 汽轮机是一种将蒸汽的热能转换成机械能的蒸汽动力装置, 又称为蒸 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, 也用来直接驱 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: 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(T)和压力(P)的蒸汽(锅炉或核反应堆)首先进入固 定不动的喷嘴(也称静叶) ,蒸汽在喷嘴内膨胀,蒸汽的压力(P) 、温度(T) 不断降低,速度(V)增大,形成一股高速汽流,蒸汽的热能转化为动能。 2、高速汽流流经动叶(也称叶片)做功,动叶片带动汽轮机转子以一定的 速度均匀转动,蒸汽的动能转化为机械能。 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 (1)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,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: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 (1)低压汽轮机:压力小于 1.47 Mpa(0.12~1.5MPa) (2)中压汽轮机:压力为 1.96~3.92 Mpa(2~4 MPa) (3)次高压汽轮机:压力为 5~6 MPa (4)高压汽轮机:压力为 5.88~9.81 Mpa(6~12Mpa) (5)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:压力为 15.69~17.65 Mpa(16~18 MPa) (7)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:压力大于 32 Mpa 3、按热力特性分类 (1)凝汽式汽轮机(N) :蒸汽在汽轮机内做功后,乏汽(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。 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(B) :蒸汽在汽轮机内做功后,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: 若乏汽 (排汽) 作为其它中低压汽轮机的新汽时, 称为前置式汽轮机。 (3)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(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:在汽轮机的级间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: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 图 2 汽轮机分类 (c)抽汽凝汽式汽轮机 4、按汽流方向分类 (1)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 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:组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列,汽流方 向的总趋势是半径方向的。 5、按用途分类 (1)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:用于拖动风机、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: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 (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 (1)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: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。 8、按燃料分类 (1)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 (1)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-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 (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 3600 r/min 称为全转速机组, 1500 r/min 和 1800 r/min 称为半 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 N B C 型式 凝汽式 背压式 一次调整抽汽式 代号 CB CY Y 型式 抽汽背压式 船用 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 主蒸汽压力/主蒸汽温度 主蒸汽压力/主蒸汽温度/中间再热温度 主蒸汽压力/高压抽汽压力/低压抽汽压力 主蒸汽压力/背压 主蒸汽压力/抽汽压力/背压 示例 N100-8.83/535 N300-16.7/538/538 C50-8.83/0.98/0.118 B50-8.83/0.98 CB25-8.83/0.98/0.118 凝汽式 中间再热式 抽汽式 背压式 抽汽背压式 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、 CC12-3.43/0.98/0.49: 12MW 两次调整抽汽式汽轮机, 主蒸汽压力为 3.43MPa , 一级抽汽压力为 0.98 MPa、二级抽汽压力为 0.49 MPa。 4、B3-3.43/0.49 :3MW 背压式汽轮机、主蒸汽压力为 3.43MPa ,背压为 4.9 MPa。 5、CB12-4.9/1.18/0.17:12MW 抽汽背压式汽轮机、主蒸汽压力为 4.9 MPa、抽 汽压力为 1.18 MPa、背压为 0.17 MPa。