汽轮机原理讲义优秀PPT.ppt
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1、汽轮机的由来与发展方向汽轮机的由来与发展方向 汽轮机的基本概念汽轮机的基本概念 汽轮机是一种以蒸汽为工质,并将蒸汽的热能转汽轮机是一种以蒸汽为工质,并将蒸汽的热能转换为机械能的一种旋转机械。汽轮机带动发电机的同时,换为机械能的一种旋转机械。汽轮机带动发电机的同时,将机械能转化成了电能。高压高温的蒸汽具有相当高的将机械能转化成了电能。高压高温的蒸汽具有相当高的能量,热力学上称之为焓,当蒸汽依次通过汽轮机的通能量,热力学上称之为焓,当蒸汽依次通过汽轮机的通流级时,汽轮机的焓渐渐削减,当蒸汽从汽轮机排出时,流级时,汽轮机的焓渐渐削减,当蒸汽从汽轮机排出时,蒸汽所具有的焓已经基本不具备作功实力了。在汽
2、轮机蒸汽所具有的焓已经基本不具备作功实力了。在汽轮机级内蒸汽削减的焓部分地转变成了机械功。级内蒸汽削减的焓部分地转变成了机械功。汽轮机的历史与发展方向汽轮机的历史与发展方向 自从瓦特烧开水时发觉蒸汽汽泡具有能量以来,自从瓦特烧开水时发觉蒸汽汽泡具有能量以来,仅过去了短短的百余年。汽轮机设计与制造技术已经取仅过去了短短的百余年。汽轮机设计与制造技术已经取得了飞跃的发展。得了飞跃的发展。1883 1883年,瑞典工程师拉伐尔(年,瑞典工程师拉伐尔(LavalLaval)创建出第一)创建出第一台轴流式汽轮机,台轴流式汽轮机,3.7kW3.7kW单级冲动式汽轮机;单级冲动式汽轮机;18841894 1
3、8841894年,英国工程师巴森斯(年,英国工程师巴森斯(C.A.ParsonsC.A.Parsons)相继创建出了轴流式多级反动式汽轮机、辐流式汽轮机、相继创建出了轴流式多级反动式汽轮机、辐流式汽轮机、和背压式汽轮机;和背压式汽轮机;1900 1900年前后,美国工程师寇蒂斯(年前后,美国工程师寇蒂斯(CurtisCurtis)创建出)创建出了正在通常所谓的寇蒂斯(复速级)单级汽轮机;了正在通常所谓的寇蒂斯(复速级)单级汽轮机;1903 1903年至年至19071907年间,出现了热电联合生产的汽轮年间,出现了热电联合生产的汽轮机,即背压式与调整抽汽式汽轮机;机,即背压式与调整抽汽式汽轮机;
4、1920 1920年左右,随着蒸汽动力循环装置的改进,出年左右,随着蒸汽动力循环装置的改进,出现了给水回热式汽轮机;现了给水回热式汽轮机;1925 1925年,出现了第一台中间再热式汽轮机;年,出现了第一台中间再热式汽轮机;至此,今日所能见到的电站汽轮机的主要类型差至此,今日所能见到的电站汽轮机的主要类型差不多已经齐备。不多已经齐备。上世纪上世纪4040年头以来,汽轮机发展特殊快速。各种年头以来,汽轮机发展特殊快速。各种新技术与新材料层出不穷。材料科学的发展使得汽轮机新技术与新材料层出不穷。材料科学的发展使得汽轮机向高参数发展成了可能;计算机技术的发展,全三维理向高参数发展成了可能;计算机技术
5、的发展,全三维理论的出现,使得汽轮机通流级效率的提高成了各大制造论的出现,使得汽轮机通流级效率的提高成了各大制造厂家在市场竞争中制胜的法宝。厂家在市场竞争中制胜的法宝。目前,汽轮机发展的方向是以提高单机功率为中目前,汽轮机发展的方向是以提高单机功率为中心线索的。单心线索的。单MWMW的制造工时与运行成本的制造工时与运行成本(汽轮机效率汽轮机效率)在此基础上各种特型汽轮机也可以很好地占据市在此基础上各种特型汽轮机也可以很好地占据市场。场。汽轮机的应用与分类汽轮机的应用与分类按热力作功原理分类按热力作功原理分类 a.a.冲动式汽轮机冲动式汽轮机 b.b.反动式汽轮机反动式汽轮机按进汽参数分类按进汽
6、参数分类按用途分类按用途分类 a.a.电站汽轮机电站汽轮机 b.b.工业汽轮机工业汽轮机 c.c.船用汽轮机船用汽轮机按热力特性分类按热力特性分类 凝汽式汽轮机、调整抽汽式汽轮机、背压式汽凝汽式汽轮机、调整抽汽式汽轮机、背压式汽轮机、抽汽背压式汽轮机、中间再热式汽轮机、轮机、抽汽背压式汽轮机、中间再热式汽轮机、混压式混压式汽轮机、空冷汽轮机。汽轮机、空冷汽轮机。参数参数超临界超临界亚临界亚临界超高压超高压高压高压次高压次高压中压中压低压低压压力压力MPaMPa23.5423.5416.6716.6713.2413.248.838.834.94.93.433.431.271.27温度温度 565
7、565535535535535535535435(475)435(475)435435350350我公司目前正在生产或有可能开发的我公司目前正在生产或有可能开发的各类型汽轮机概述各类型汽轮机概述电站汽轮机是我公司目前主要生产的汽轮机。主要有以电站汽轮机是我公司目前主要生产的汽轮机。主要有以下类型:下类型:传统的发电用汽轮机:传统的发电用汽轮机:凝汽式汽轮机:以发电为主,进汽参数越凝汽式汽轮机:以发电为主,进汽参数越高、功率数越大,则技术含量越高,目前国产最大机组高、功率数越大,则技术含量越高,目前国产最大机组为超超临界为超超临界1000MW1000MW汽轮机;我公司生产最大的为高压汽轮机;我公
8、司生产最大的为高压140MW140MW、超高压、超高压150MW150MW汽轮机;汽轮机;各类供热式汽轮机:供热式汽轮机是中小各类供热式汽轮机:供热式汽轮机是中小型汽轮机的固有特点,以其抽汽敏捷、适应性强而获得型汽轮机的固有特点,以其抽汽敏捷、适应性强而获得了大量的生存空间。了大量的生存空间。在传统汽轮机中,目前比较有市场前景,在传统汽轮机中,目前比较有市场前景,而各大厂家又开发得比较小的品种主要有:大功率而各大厂家又开发得比较小的品种主要有:大功率(50MW50MW及以上)背压式汽轮机、空冷汽轮机。目前我及以上)背压式汽轮机、空冷汽轮机。目前我公司空冷汽轮机全系列已基本形成,应大为推广。公司
9、空冷汽轮机全系列已基本形成,应大为推广。余热发电式汽轮机余热发电式汽轮机 余热利用是国家能源政激励的发展方向,余热利用是国家能源政激励的发展方向,近年来主要在以下几个方面发展:水泥窑余热利用;钢近年来主要在以下几个方面发展:水泥窑余热利用;钢铁厂炼钢炉余热利用;化工厂余热利用。铁厂炼钢炉余热利用;化工厂余热利用。余热发电式汽轮机其中比较有技术难度的余热发电式汽轮机其中比较有技术难度的是一种叫做饱和蒸汽发电汽轮机。饱和蒸汽发电可以说是一种叫做饱和蒸汽发电汽轮机。饱和蒸汽发电可以说是余热利用的极致:饱和蒸汽的蒸汽品质几乎可以说是是余热利用的极致:饱和蒸汽的蒸汽品质几乎可以说是最差的,最不具备作用实
10、力。用饱和蒸汽发电会遇到以最差的,最不具备作用实力。用饱和蒸汽发电会遇到以下技术难题:汽轮机功率很小,但进汽装置却可能很大;下技术难题:汽轮机功率很小,但进汽装置却可能很大;汽轮机内蒸汽湿度大,对汽轮机叶片抗水蚀性能要求特汽轮机内蒸汽湿度大,对汽轮机叶片抗水蚀性能要求特殊高。殊高。尾气透平尾气透平 尾汽透平原来属于工业汽轮机范畴。由于尾汽透平原来属于工业汽轮机范畴。由于尾气透平其热能利用方式及汽轮机结构形式与传统电站尾气透平其热能利用方式及汽轮机结构形式与传统电站汽轮机都特别相像,因此特殊适合我公司进行开发、设汽轮机都特别相像,因此特殊适合我公司进行开发、设计、制造。一般尾气透平是不用来发电的
11、,它一般是化计、制造。一般尾气透平是不用来发电的,它一般是化工装置中作为原动机运用的,利用化工生产线产生的尾工装置中作为原动机运用的,利用化工生产线产生的尾气作功,同时用来拖动化工装置,其余热利用的效益特气作功,同时用来拖动化工装置,其余热利用的效益特别明显。别明显。蒸汽蒸汽燃气联合循环用汽轮机燃气联合循环用汽轮机 蒸汽蒸汽燃气联合循环用汽轮机,特指用于燃气联合循环用汽轮机,特指用于联合循环系统中的一种余热利用汽轮机。跟一般余热选联合循环系统中的一种余热利用汽轮机。跟一般余热选用汽轮机相比,有以下几个特点:用汽轮机相比,有以下几个特点:1.1.余热参数比较高,余热参数比较高,且比较稳定;且比较
12、稳定;2.2.一般为多压汽轮机。一般为多压汽轮机。汽轮机的工质汽轮机的工质水与水蒸汽水与水蒸汽 水与水蒸汽是热力工程上应用极广的一种工质。水与水蒸汽是热力工程上应用极广的一种工质。水变成水蒸汽的过程称为水变成水蒸汽的过程称为“汽化汽化”,汽化有两种形式:蒸发与沸腾,汽化有两种形式:蒸发与沸腾 当水在有限的密闭容器内汽化时,不仅液体表面有液体分子蒸发到空间去,当水在有限的密闭容器内汽化时,不仅液体表面有液体分子蒸发到空间去,而空间的蒸汽分子也会撞击到液体表面回到液体中。当液面上空的蒸气分子而空间的蒸汽分子也会撞击到液体表面回到液体中。当液面上空的蒸气分子密度达到确定程度时,在单位时间内逸出液面与
13、回到液面的蒸汽分子数量相密度达到确定程度时,在单位时间内逸出液面与回到液面的蒸汽分子数量相等,这种处于两相动平衡的状态称为等,这种处于两相动平衡的状态称为“饱和状态饱和状态”。水蒸汽的状态参数水蒸汽的状态参数:压力、温度、焓、比容。压力、温度、焓、比容。各种状态参数间的相互关系:焓熵图(目前有大量电子软件)各种状态参数间的相互关系:焓熵图(目前有大量电子软件)汽化潜热汽化潜热 湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽干饱和蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽 蒸汽的温度高于其压力所对应的饱和温度,差值为过热度。蒸汽的温度高于其压力所对应的饱和温度,差值为过热度。临界水的压力越高,水的沸点与比容就越高,另一方面,压力
14、越高,干蒸汽临界水的压力越高,水的沸点与比容就越高,另一方面,压力越高,干蒸汽的比容越小。达到某一压力时,水在沸点的比容等于干蒸汽的比容。在这一的比容越小。达到某一压力时,水在沸点的比容等于干蒸汽的比容。在这一点,水与干饱和蒸汽具有相同的状态参数。这个点称为临界点。点,水与干饱和蒸汽具有相同的状态参数。这个点称为临界点。临界压力临界压力22.064MPa22.064MPa;临界温度;临界温度374374;临界比容;临界比容0.003106m3/kg;0.003106m3/kg;热力发电厂的基本构成热力发电厂的基本构成蒸汽动力装置蒸汽动力装置朗肯循环及其热效率朗肯循环及其热效率 工质在各设备中依
15、次发生状态变更而形成工质在各设备中依次发生状态变更而形成一个循环,这一循环可志向化为两个等压过程与一个循环,这一循环可志向化为两个等压过程与两个绝热过程所组成的基本循环,称为朗肯循环。两个绝热过程所组成的基本循环,称为朗肯循环。朗肯循环的热效率可表示为:朗肯循环的热效率可表示为:=蒸汽动力装置的基本构成蒸汽动力装置的基本构成 蒸汽动力装置由锅炉、汽轮机、发电机、蒸汽动力装置由锅炉、汽轮机、发电机、冷凝器及给水泵等四大主要设备构成。冷凝器及给水泵等四大主要设备构成。属于汽轮机的主要辅机有:属于汽轮机的主要辅机有:凝汽器:将做完功的蒸汽凝合成水,并形成高凝汽器:将做完功的蒸汽凝合成水,并形成高度真
16、空;度真空;回热加热器:用来逐级加热给水以提高循环热回热加热器:用来逐级加热给水以提高循环热效率;效率;给水泵:保证锅炉等压燃烧,并为汽轮机供应给水泵:保证锅炉等压燃烧,并为汽轮机供应规定压力;规定压力;油系统:供应汽轮机及发电机等轴承润滑用油油系统:供应汽轮机及发电机等轴承润滑用油及调整系统用油,包括油泵、冷油器、油箱等。及调整系统用油,包括油泵、冷油器、油箱等。汽轮机级的工作原理汽轮机级的工作原理级的工作过程级的工作过程 汽轮机级由静叶与动叶组成。蒸汽在静叶内汽轮机级由静叶与动叶组成。蒸汽在静叶内在前后压差下加速,将速度由在前后压差下加速,将速度由C0C0增加到出口处的增加到出口处的速度速
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