1000MW汽轮机原理

第三章 汽轮机工作原理

第三章 汽轮机工作原理

第一节 汽轮机的基本工作原理和类型

汽轮机是一种以具有一定温度和压力的水蒸汽为工质，将热能转变为机械能的回转式原动机。它在工作时先把蒸汽的热能转变为动能，然后再将蒸汽的动能转变为机械能。 一、冲动作用原理和反动作用原理 当运行物体碰到另一个静止的或速度较低的物体时，就会受到阻碍而改变其速度和方向，同时给阻碍它运行的物体一个作用力，通常称这种F冲123作用力为冲动力，如图3-1所示。蒸汽在喷嘴1上发生膨胀，压力降低，速度增加，蒸汽的热能转换为动能，高速汽流冲击台面上的木块3，这时图3-1 冲动力作用原理3-木块2-蒸汽1-喷嘴 蒸汽的速度发生改变，就会有一个冲动力作用于木块，使其向前运动，这种作功的原理，称为冲动作用原理。

反动力的产生与上述冲动力产生的原因不同，反动力是由原来静止或运动速度较小的物体，在离开或通过另一物体时，骤然获得的一个较大的速度增加而产生的。在反动式汽轮机中蒸汽在喷嘴中产生膨胀压力降低速度增加，汽流进入动叶后，一方面由于速度方向的改变而产生冲动力，另一方面蒸汽同时在动叶中继续膨胀，压力降低，汽流加速产生一个反动力，动叶则在这两种力的合力作用下将蒸汽动能转换成旋转的机械能，这种利用反动力作功的原理，称为反动作用原理。

在汽轮机中蒸汽的动能到机械能的转变都是通过上述两种不同作用原理来实现的。通常我们将利用冲动原理作功的汽轮机称为冲动式汽轮机，将利用反动原理作功的汽轮机称为反动式汽轮机。

二、汽轮机的基本工作原理

最简单的汽轮机如图3-2所示，它由喷嘴、动叶片、叶轮和轴等基本部件组成。从图可

41

第三章 汽轮机工作原理

见，当有一定压力和温度的蒸汽通过喷嘴膨胀加速时，蒸汽的压力温度降低，速度增加，使热能转变为动能。然后，有较高速度的蒸汽由喷嘴流出，进入动叶通道，在弯曲的动叶通道内，改变汽流方向，给动叶片以冲动力，如图3－3所示，产生了动叶旋转动力矩，带动主轴旋转，输出机械功，即在动叶中蒸汽推动叶片旋转做功，完成动能到机械能的转换。

由上述可知，汽轮机在工作时，首先在喷嘴叶

栅中蒸汽的热能转变为动能，然后在动叶栅中蒸汽的动能转变为机械能，喷嘴叶栅和与它相配合的动叶片完成了能量转换的全过程，于是便构成了汽轮机的基本工作单元——级。 三、汽轮机的分类

汽轮机的类型很多，在实际运用当中，常按下列方法对汽轮机进行分类。 １、按工作原理分类

１）冲动式汽轮机：按冲动作功原理工作的汽轮机称为冲动式汽轮机。它在工作时，蒸汽的膨胀主要在喷嘴中进行，少部分在动叶片中膨胀。

２）反动式汽轮机：按反动作功原理工作的汽轮机称为反动式汽轮机。它在工作时，蒸汽的膨胀在喷嘴动叶片中各进行大约一半。

３）冲动反动联合式汽轮机：由冲动级和反动级组合而成的汽轮机称为冲动反动联合式汽轮机。

２、按热力过程分类

１）凝汽式汽轮机：进入汽轮机作功的蒸汽，除少量的漏气外，全部或大部分排入凝汽器的汽轮机。蒸汽全部排入凝汽器的汽轮机又称纯凝汽式汽轮机；采用回热加热系统，除部分抽气外，大部分蒸汽排入凝汽器的汽轮机，称为凝汽式汽轮机

２）背压式汽轮机：蒸汽在汽轮机作功后，以高于大气压的压力排出，供工业或采暖使

42

第三章 汽轮机工作原理

用。这种汽轮机称为背压式汽轮机。若排汽供给中低压汽轮机使用时，又称为前置式汽轮机。

３）调整抽汽式汽轮机：将部分作过功的蒸汽在一种或两种压力下抽出，供工业或采暖用汽，其余蒸汽仍排至凝汽器，这类汽轮机叫调整抽汽式汽轮机。调整抽汽式汽轮机和背压式汽轮机统称为供热式汽轮机。

４）中间再热式汽轮机：将在汽轮机高压缸部分作过功的蒸汽，引至锅炉再热器再次加热到一定温度，然后再重新返回汽轮机的中低压缸部分继续做功，这类汽轮机叫中间再热式汽轮机。再热次数可以是一次，两次或多次，但一般采用一次中间再热。

３、按蒸汽初参数分类

１）低压汽轮机：新蒸汽压力为1.176～1.47MPa; ２）中压汽轮机：新蒸汽压力为1.96～3.92 MPa; ３）高压汽轮机：新蒸汽压力为5.88～9.8 MPa; ４）超高压汽轮机：新蒸汽压力为11.76～13.72 MPa; ５）亚临界压力汽轮机：新蒸汽压力为15.68～17.64 MPa; ６）超临界压力汽轮机：新蒸汽压力大于22.06 MPa。 ４、按蒸汽流动方向分类

１）轴流式汽轮机：蒸汽流动整体方向大致与轴平行； ２）辐流式汽轮机：蒸汽流动整体方向大致与轴垂直； ３）周流式汽轮机：蒸汽大致沿叶轮轮周方向流动。

此外，还有一些分类方法，例如按汽缸的数目分为单缸、双缸和多缸汽轮机，按汽轮机的转轴数目分为单轴、双轴汽轮机等。 四、汽轮机的型号

表示汽轮机基本特征的符号叫汽轮机的型号。我国目前采用汉语拼音和数字来表示汽轮机的型号，其表示方法由三段组成：

Χ ΧΧ－ΧΧΧ／ΧΧΧ／ΧΧΧ－Χ 第一段 第二段 第三段

43

第三章 汽轮机工作原理

第一段表示汽轮机型式（见表）及额定功率（MW），第二段表示蒸汽参数（见表），第三段表示改型序号。

汽轮机型号表示其型式的代号

我国汽轮机新型号中型式代号 汽轮机型式 第一个拼音字母 凝汽式 一次调整抽汽式 二次调整抽汽式 背压式 调整抽汽背压式 N C CC B CB 我国汽轮机新型号中蒸汽参数的表示方法

汽轮机型式 凝汽式 中间再热式 一次调整抽汽式 二次调整抽汽式 背压式 蒸汽参数表示方法 进汽压力／进汽温度 进汽压力／进汽温度／中间再热温度 进汽压力／调整抽汽压力 进汽压力／高压调整抽汽压力／低压调整抽汽压力 进汽压力／排汽压力 下面举例说明我厂机组型号：“ N300-16.7/538/538型”表示凝汽式，额定功率为300MW，主蒸汽压力为16.7MPa，主、再蒸汽温度为538℃。

第二节 汽轮机级的工作原理 一、级的反动度与级的类型

在汽轮机中，一列喷嘴和其后的动叶栅，组成了将热能转换为机械能的汽轮机的基本作功单元，通常称这个做功单元为汽轮机的级。由一个级构成的汽轮机称为单级汽轮机，由若干个级构成的汽轮机称为多级汽轮机。

44