《汽轮机原理》第一章.ppt

汽轮机原理Principle of Steam Turbine,重庆大学本科课程,授课教师：卿绍伟,2014.09,QQ群:383276252,漩涡,风车车 风车 风力发电,人类利用动能转化为机械能的历史,水轮机发电,水轮,如何产生并利用高速流体，以将其转化为机械能?,高温高压流体膨胀加速喷射旋转机械,4,教材及参考资料,黄树红.汽轮机原理.北京:中国电力出版社,2008,8.沈士一.汽轮机原理.北京:中国电力出版社,1992,6.靳智平.电厂汽轮机原理及系统.北京:中国电力出版社,2006,9.,5,课程目的、内容及要求,6,上课及学习方法,7,第一章 绪论 2学时 第二章 汽轮机级的工作原理 12学时 第三章 多级汽轮机 6学时 第四章 汽轮机的凝汽系统及设备 6学时 第五章 汽轮机的变工况特征 6学时 第六章 供热式汽轮机 2学时 第七章 大型汽轮机及特种汽轮机 2学时 第八章 汽轮机零件强度与振动 2学时 第九章 汽轮机控制系统 6学时,教学内容及学时分配,8,1 绪论,本章要求：,了解汽轮机的基本构成单元；掌握汽轮机型号的表示方法。,9,1 绪论,1.1 火电厂基本概念,10,1 绪论,1.1 火电厂基本概念,11,1 绪论,1.1 火电厂基本概念,12,1 绪论,1.1 火电厂基本概念,13,(1)能量转换过程 燃料化学能 蒸汽热能 机械能 电能(2)火电厂三大主机 锅 炉：将燃料的化学能转变为蒸汽的热能.汽轮机：将锅炉生产蒸汽热能转化为转子旋转机械能.发电机：将旋转机械能转化为电能.,1 绪论,1.1 火电厂基本概念,14,发电量：2003年总发电量19052亿千瓦时，火电电量占总发电量的比例为83%；2006年总发电量28344亿千瓦时，火力发电量占总发电量的比例也是83%；2007年总发电量32559亿千瓦时，火力发电量占总发电量的比例仍是83%。2008年总发电量34334亿千瓦时，火电占全部发电量80.95%2011年总发电量达4.6万亿千瓦小时，火电占全部发电量82.84%从以上三年的数据分析，再追溯到上世纪八十年代、九十年代，可以看出火力发电量在我国的电力结构中其比例一直在80%以上。,1 绪论,火力发电一直是我国电力的主力军1,2,_1中国节能信息网 2中国矿业资源网,15,1 绪论,装机容量:2003年火电装机28977万千瓦，占当年总装机容量39140万千瓦的74%。2006年火电装机是48405万千瓦，占当年总装机的77.6%。2007年火电装机达到55442万千瓦，占当年总装机的77.7%。2008年火电装机达60132万千瓦，约占总容量75.87%。2011年火电装机达76546千瓦，约占总容量72.5%。从电力的结构看，我国的电力装机虽然从2003年的3.9亿千瓦增加到2011年的10.56亿千瓦，但火电装机占总装机容量的比重并没有本质 降低，说明火力发电仍是我国电力的主力。,火力发电一直是我国电力的主力军1,2,_1中国节能信息网 2中国矿业资源网,16,我国和世界的一次能源消费结构,1 绪论,17,中国可再生能源应用规模和目标,1 绪论,18,1 绪论,我国煤炭消费结构图,19,我国一次能源需求的情景预测（单位：百万吨标煤 Mtce),1 绪论,20,我国电力生产的情景预测(TWh),1 绪论,21,1 绪论,22,1 绪论,23,1.2汽论机分类,汽轮机,冲动式汽轮机,反动式汽轮机,凝汽式汽轮机,供热式汽轮机,背压式汽轮机,调整抽汽式汽轮机,低压汽轮机,中压汽轮机,高压汽轮机,超高压汽轮机,亚临界压力汽轮机,超临界压力汽轮机,按作功原理分,按功能分,按参数高低分,1 绪论,24,按热力特性分类（即汽轮机型式）凝汽式、中间再热式背压式调整抽汽式,供热,Turbine,Turbine,热用户,Turbine,1 绪论,25,按主蒸汽参数分类低压汽轮机：1.2 2.0MPa；中压汽轮机：2.1 4.0 MPa；高压汽轮机：8.1 12.5 MPa；超高压汽轮机：12.6 15.0 MPa；临界压力汽轮机：15.1 22.5 MPa；超临界压力汽轮机：22.1 MPa；超超临界压力汽轮机：27 MPa或600。,1 绪论,26,1.3 汽轮机系统,采用大容量机组提高蒸汽初参数采用联合循环系统提高效率提高机组的运行水平,1 绪论,27,1 绪论,1，朗肯循环 根据热力学第二定律，卡诺循环的热效率是最高的。但实际上所采用的是最简单的蒸汽动力装置理想循环朗肯循环。它由锅炉、汽轮机、凝汽器和水泵所组成。如图所示。,一、蒸汽动力循环和汽轮机作功过程,锅炉，水在锅炉中定压吸热、汽化为饱和蒸汽。过热器，吸热成为过热蒸汽。汽轮机，膨胀、作功、乏汽排出。凝汽器，并凝结、放出潜热。给水泵，将凝结水提高压力并泵入锅炉，完成一个循环。,1 绪论,这种最简单的蒸汽动力装置循环（理想的朗肯循环）的热效率是不高的（低于40%）。蒸汽在锅炉中的吸热量（Q。）只有一小部分转化为汽轮机的作功；而大部分热量（潜热）作为冷源损失在凝汽器中为循环水所带走。如下图所示，用热力学第一定律对最简单的蒸汽动力装置循环进行分析的结果，就可以形象地用能流图表示。,能量在各设备中的利用和损失,1 绪论,2.给水回热抽汽系统的作用,在朗肯循环中，造成热效率低的主要原因是工质平均吸热温度不高。为了提高蒸汽平均吸热温度，除了提高蒸汽初参数之外，另一种办法是改善吸热过程。如右下图所示，4-5-1为蒸汽的吸热过程，而6-8为其预热阶段，是整个吸热过程中最低段。,1 绪论,给水回热加热循环的优缺点 采用给水回热加热循环，可以提高循环的热效率。同时也增加了设备（加热器、管道、阀门、水泵等），使系统复杂，投资增加。但有利是主要的：1）回热抽汽可使汽轮机进汽量增加，而排汽量减少。对提高效率、改善末级的设计都是有好处的；2）由于热效率的提高，锅炉热负荷减少，可以减少锅炉的受热面，节约部分金属材料；3）由于凝汽量的减少，可以减少凝汽器的换热面，节约大量的铜材。,1 绪论,3.中间再热循环（1）中间再热循环的采用 提高蒸汽初压，可以提高循环热效率。但蒸汽初压的提高，将会引起：乏汽的湿度增加，对汽轮机的工作产生不利影响。如果同时提高蒸汽的初压和初温，又要受到金属材料性能的限制。为了解决这一问题，采用蒸汽中间再热的办法。采用中间再热，就是让新蒸汽首先进入汽轮机高压部分膨胀作功，到某一中间压力时，全部抽出来，送到锅炉的再热器中再过热，然后再送到汽轮机的中、低压部分继续膨胀作功。经再热后，膨胀末了的乏汽的干度明显增大。这样，就避免了提高初压或者同时提高初压、初温而带来的困难。,1 绪论,（2）再热对循环热效率的影响 当再热温度与新蒸汽温度相同时，当终参数一样，只要再热压力不太低，则附加循环的平均吸热温度将高于基本循环的平均吸热温度。这样，总的平均吸热温度就变高了，则总的热效率得到提高。采用再热循环还可以显著降低乏汽的湿度。,1 绪论,（3）再热压力选定如果再热压力选得较高，能使热效率得到提高；如果再热压力选得较低，则使热效率将会降低。如果再热压力选得过高，附加循环的吸热量减少，使整个循环的热效率减弱。因此要找一个最佳的再热压力。根据设计和运行的经验取再热压力为新蒸汽压力的2030%之间。,1 绪论,二、汽轮机设备及其系统 汽轮机设备及系统包括汽轮机本体、控制保安系统、辅助设备及系统等。汽轮机本体由转动部分和固定部分组成；控制保安系统包括主汽阀、调节汽阀、控制执行机构、信号变送器、控制油系统、计算机控制系统、安全保护装置等；辅助设备包括凝汽器、抽气器(或水环真空泵)、高压和低压加热器、除氧器、给水泵、凝结水泵、凝升泵、循环水泵等。汽轮机的重要系统包括主蒸汽系统、再热蒸汽系统、凝汽系统、给水回热系统、润滑油系统等。,35,1.3 汽轮机的基本组成,1 绪论,36,一、汽轮机级二、汽轮机转子三、汽轮机汽缸与隔板四、汽封五、汽轮机轴承六、联轴器七、盘车装置八、汽轮机控制与保护系统,1 绪论,37,1 绪论,38,1 绪论,39,1 绪论,40,1 绪论,41,隔板汽封,1 绪论,42,1 绪论,43,1 绪论,44,1 绪论,45,1.5 汽轮机制造工业,美国 通用电气公司(GE)、西屋电气公司(WH)日本 日立制作所、东芝电器会社、三菱重工株式会社法国 阿尔斯通-大西洋公司瑞士 BBC公司 中国 哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、东方汽轮机厂、北京重型电机厂、青岛汽轮厂、武汉汽轮发电机厂、杭州汽轮机厂、南京汽轮发电机厂,1 绪论,46,1.5 汽轮机的基本组成和型号,1 绪论,动画,47,1.5 汽轮机的基本组成和型号,1 绪论,型号表示：,中国汽轮机型号：N100-8.83/535 N600-23.8/566/566 C50-8.83/0.98/0.118 CB25-8.83/0.98/0.118,XX XX-X,变型设计次序蒸汽参数额定功率型式,48,1 绪论,型号表示：,俄罗斯汽轮机型号：K-300-23.54 IIT-80/100-12.75/1.27 P-100/150-12.75/1.47 IIP-12/15-8.83/1.47/0.69,-XX XX-X,变型设计次序蒸汽参数额定功率型式,1.5 汽轮机的基本组成和型号,49,1 绪论,型号表示：,美国和日本汽轮机型号：日本三菱TC2F-33.5型汽轮机型号,X F XX,末级叶片高度排汽口数轴数,法国汽轮机型号：法国阿尔斯通T2A330-30-2F1044型号,1.5 汽轮机的基本组成和型号,1 绪论,1.5 汽轮机的基本组成和型号,蒸汽参数表示法,注：功率单位为 MW；压力单位为 MPa；温度单位为。,51,1 绪论,本课程将讨论 汽轮机的工作原理 凝汽设备的工作 汽轮机调节 汽轮机主要零部件的强度和寿命,