汽轮机概述

汽轮机概述 一、汽轮机装置在国民经济中的地位 经济的发展，社会的进步，都是以现代高度电气化为前提的。电力、工业 是现代化国家的基本工业之一，电力生产量是一个国家经济发展水平 的重要标志之一，在现代电力工业中，火力发电数量上比重最大，其次是 水电和核电。在火力发电厂和核电站中。绝大多数都是以汽轮机拖动发电 机来生产电能的，汽轮发电机组为人类提供了80%左右的电能，所以汽轮 机是现代化国家中重要的动力机械设备。 汽轮机又名\"蒸汽透平\"，是将蒸汽的热能转换成机械功的一种旋转 式原动机。它比其它类型原动机具有单机功率大、热经济性高、运行安全 可靠、单位功率制造成本低等一系列优点，所以它不仅是现代火力发电和 核动力工业中普遍采用的发动机，而且还广泛应用于冶金、化工、船运等 部门中直接拖动各种泵、风机、压缩机和航舶的螺旋桨等。汽轮机的排汽 或中间抽汽可用来满足生活上供热的需要，这种用于热能和电能联合生产 的热电式汽轮机，具有更高的热经济性，对节约能源具有重要意义。 二、汽轮机发展概述 1883年瑞典工程师拉瓦尔(Laval)创造出第一台轴流式汽轮机，这 是一台3.7kW的单级冲动式汽轮机，转速高达26000r/min，相应的轮周速 度为475m/s。在这台汽轮机中，拉瓦尔解决了等强度轮盘、挠性轴和缩放 喷嘴等较为复杂的汽轮机技术问题。 1884～14年，英国工程师巴森斯(C.A.Parsons)相继创造出了轴 流式多级反动式汽轮机、辐流式汽轮机和背压式汽轮机。 1900年前后，美国工程师寇蒂斯(Curis)创造出了现在通常所谓的 寇蒂斯(复速级)单级汽轮机。 与此同时，法国工程师拉透(Rateau)和瑞士工程师崔利(Zoelly)分 别在拉伐尔单级汽轮机的基础上应用了分级的原理，制造出了多级冲动式 汽轮机 这样，在前后十几年里基本形成了汽轮机的两种基本类型，即多级 冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机。 为了满足其它工业部门对蒸汽的需要，在1903年至1907年间，出现 了热能、电能联合生产的汽轮机，即背压式及调节抽汽式汽轮机。 1920年左右，随着蒸汽动力装置循环的改进，出现了给水回热式汽 轮机。这种汽轮机的应用不但使整个装置的热效率有较大的提高，而且也 提高了汽轮机本身的相对内效率，更重要的是为提高汽轮机单机功率创造 了条件。因此，从那时起，给水回热式汽轮机几乎完全代替了原来的纯凝 汽式汽轮机，而且一直被应用到现在。随着蒸汽参数的提高和单机功率的 增加，抽汽级数也愈来愈多。1925年，出现了第一台中间再热式汽轮机， 这种汽轮机及其装置的主要优点是相对效率和绝对效率都比较高，而且能 在更大程度上满足提高单机功率的要求，同时减少了末级的蒸汽温度。 1912年瑞典的容斯特罗姆兄弟创造了具有两个反向转子的辐流式汽 轮机，这种汽轮机的缺点是单机功率不能做得很大。1930年德国西门子公 司将辐流式高压级与普通的任何种轴流式低压级结合起来，制成一种能应 用较高蒸汽参数的汽轮机。至此，今天所能见到的电站汽轮机的主要类型 差不多已经齐备 本世纪40年代以后，尤其是最近二十几年来，汽轮机发展特别迅速 。现代汽轮机发展的基本方向是以增大单机功率为中心线索的。增大单机 功率能减少单位功率的材料消耗和制造工时，如200MW汽轮机单位功率的 制造工时仅为100MW汽轮机的63％，增大单机功率后适宜采用较高的蒸汽 参数，可提高机组的热经济性，节约电厂占地面积，减少机组运行人员， 从而降低电站建设投资和运行费用。 自70年代以来，工业发达国家汽轮机的制造水平普遍进入百万级。 双轴汽轮机一度发展较快，最大单机功率为1300MW。但由于双轴汽轮机成 本高、占地面积大，管道系统复杂、建厂投资大等原因，在长叶片等主要 技术问题得到解决以后，又开始建造大功率单轴机组。1980年苏联制造的 1200MW单轴汽轮机投入运行，这是世界上到目前为止火电站中最大的单轴 机组。该汽轮机转速为3000r/min，五缸六排汽，新汽压力为23.5MPa，新 汽温度为540℃,一次中间再热，再热温度为540℃,末级叶片长度为1200mm ，材料为钛合金。 单机功率的增大和蒸汽初参数的提高，必然导致汽轮机热力系统、 自动调节系统、保护系统以及监测和

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控制系统的进一步复杂化。 当今世界上，汽轮机的主要制造企业有：美国通用电气公司(Gener a lElectric Co.简称GE)，生产冲动式汽轮机，年生产能力约为20000MW ，占美国生产汽轮机总容量的2/3，是世界上最大的汽轮机制造生产业。 美国西屋电气公司(WestingHouse Electric Co.简称WH)，生产反动式汽 轮机，年生产能力约为10000MW。加拿大、意大利和日本等国均有与GE和 WH有从属关系或专利关系的汽轮机制造企业。瑞士的勃朗.鲍维利公司 (Brown Boveri Co.简称BBC)，是一家国际性公司，在联邦德国、法 国和瑞典都有子公司，生产反动式汽轮机，产品主要销于国际市场，年生 产能力在10000MW。苏联的列宁格勒金属工厂，是苏联生产汽轮机的最大 工厂，它主要生产200～1200MW凝汽式汽轮机和60～200MW供热式汽轮机。 日本的利用GE专利生产冲动式汽轮机的株式会社日立制造所(简称日立)和 东京芝浦电气株式会社(简称东芝)，利用WH专利生产反动式汽轮机的三菱 株式会社(简称三菱)，年生产能力均为4000～5000MW。 我国自1955年制造第一台中压6MW汽轮机以来，在以后的30几年时 间里，已经走完了从中压机组到亚临界600MW机组的全部过程，特别是近 十几年内，发展较快。这预示着我国将制造出更大功率等级的汽轮机， 逐步赶上世界先进水平。我国生产汽机的主要工厂有哈尔滨汽轮机厂、 轮机厂和东方汽轮机厂。除了这三个大型工厂以外，还有北京重型电机厂 上海汽、青岛汽轮机厂和武汉汽轮机厂等中小型汽轮机厂，还有以生产工 业汽轮机为主的杭州汽轮机厂和以生产燃气轮机为主的南京汽轮机厂。 三、汽轮机的分类和型号 汽轮机历史较久，用途广泛，类型繁多，可以从不同的角度将汽轮 机进行分类： 1、按工作原理可分为： 1.)冲动式汽轮机 由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴中膨胀，在动叶栅中只有少量膨胀。 2.)反动式汽轮机 由反动级组成，蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同，由于反动级不能做成部分进汽，故调节级采用单列冲动级或复速级。 2、按热力特性可分为 : 1.)凝汽式汽轮机 排汽在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水。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 排汽直接用于供热，没有凝汽器。当排汽作为其它中低压汽轮机的工作蒸汽时，称 为前置式汽轮机。 3.)调节抽汽式汽轮机 从汽轮机某级后抽出一定压力的蒸汽对外供热，其余排汽仍进入凝汽器。由于热用 户对供热蒸汽压力有一定要求，需要对抽汽供热压力进行自动调节，这称为调节抽汽。 根据供热需要，有一次调节抽汽和两次调节抽汽。 4.)抽汽背压式汽轮机 具有调节抽汽的背压式汽轮机 5.)中间再热式汽轮机 进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被全部抽出送往锅炉的再热器进行再热，再 返回汽轮机继续膨胀做功。 6.)混压式汽轮机 利用其它来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作。通常用于 工业生产的流程中，作为蒸汽热能的综合利用。 3、按汽流方向可分为： 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。 4、按用途可分为： 1.)电站汽轮机 用于拖动发电机，汽轮发电机组需按供电频率定转速运行，故也称为定转速汽轮机， 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，通常称它们为 热电汽轮机或供热式汽轮机。 2.)工业汽轮机 用于拖动风机、水泵等转动机械，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 用于船舶推进动力装置，驱动螺旋桨。为适应倒车的需要，其转动方向是可变的。 4.)凝汽式供暖汽轮机 在中低压缸连通管上加装蝶阀来调节供暖抽汽量，抽汽压力不象调节抽汽式汽轮机 那样维持规定的数值，而是随流量大小基本上按直线规律变化的。 5、按进汽参数可分为： 1.)低压汽轮机 新蒸汽压力小于1.5Mpa 2.)中压汽轮机 新蒸汽压力为2~4Mpa 3.)高压汽轮机 新蒸汽压力为6~10Mpa 4.)超高压汽轮机 新蒸汽压力为12~14MPa 5.)亚临界汽轮机 新蒸汽压力为16~18Mpa 6.)超临界汽轮机 新蒸汽压力超过22.2MPa 6、按功率可分为： 1.)大功率汽轮机 现在国内有关会议和文件中，大功率汽轮机通常指200MW以上的汽轮机。 2.)小功率汽

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轮机 在我国目前状况，为25MW以下的汽轮机。 汽 轮 机 本 体 汽轮机本体（steam turbine proper）是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。

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