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1、9FA联合循环汽轮机设备联合循环汽轮机设备10 十二月十二月 20222021/3/21内容介绍内容介绍1概述概述2汽轮机原理汽轮机原理3GE公司公司D10汽轮机本体结构汽轮机本体结构4凝汽设备及其系统凝汽设备及其系统5D10汽轮机汽水系统汽轮机汽水系统2021/3/222021/3/23联合循环机组中使用的汽轮机与常规火电站使用的汽轮机工作原理相同，结构形式也相似。但在热力参数及系统、结构和调节上都具有一定的特点。一、联合循环汽轮机热力参数及系统上的特点联合循环中使用的汽轮机与同功率等级的常规汽轮机在热力系统上的主要差别有两个：(1)联合循环汽轮机的系统类型众多，目前，余热锅炉所采用的汽水系
2、统大致有单压、双压和三压三种类型，双压和三压汽水系统又有再热和非再热之分。另外，各种系统又有带整体式除氧器和不带除氧器以及自然循环和强制循环之分。彼此之间的参数有很大差别；概述概述2021/3/24(2)联合循环汽轮机的主蒸汽压力一般低于同功率常规汽轮机的联合循环汽轮机的主蒸汽压力一般低于同功率常规汽轮机的主蒸汽压力。由于余热锅炉烟气侧的平均温度远远低于常规主蒸汽压力。由于余热锅炉烟气侧的平均温度远远低于常规锅炉烟气侧的平均温度，其传热过程受到节点温差的严格限锅炉烟气侧的平均温度，其传热过程受到节点温差的严格限制，在一定的节点温差下，如果汽水侧压力过高，锅炉的排制，在一定的节点温差下，如果汽水
3、侧压力过高，锅炉的排烟温度就不可能被降到较低的值，效率下降，余热锅炉中产烟温度就不可能被降到较低的值，效率下降，余热锅炉中产生的蒸汽就会因此而减少。生的蒸汽就会因此而减少。2021/3/25二、联合循环汽轮机结构特点二、联合循环汽轮机结构特点联合循环中使用的汽轮机，在结构上与常规汽轮机也有一定联合循环中使用的汽轮机，在结构上与常规汽轮机也有一定区别。其原因有以下几点：区别。其原因有以下几点：(1)汽轮机不再有回热抽汽，相反，在双压系统及三压系统中，汽轮机不再有回热抽汽，相反，在双压系统及三压系统中，还有蒸汽从中间汇入。这样汽轮机的排汽量与主蒸汽量相还有蒸汽从中间汇入。这样汽轮机的排汽量与主蒸汽
4、量相比，要多出比，要多出30左右，而不是像在常规汽轮机中那样，排汽左右，而不是像在常规汽轮机中那样，排汽量与主蒸汽量相比减少量与主蒸汽量相比减少3040。(2)联合循环中的汽轮机一般采用滑压运行方式。这是因为在联联合循环中的汽轮机一般采用滑压运行方式。这是因为在联合循环中，汽轮机的功率须跟随着余热锅炉的产汽量和产汽合循环中，汽轮机的功率须跟随着余热锅炉的产汽量和产汽参数的变化而变化，不参与功率调节，而滑压运行方式与此参数的变化而变化，不参与功率调节，而滑压运行方式与此是最相适合的。是最相适合的。(3)为了使联合循环机组能快速起停，要求汽轮机汽缸和转子加为了使联合循环机组能快速起停，要求汽轮机汽
5、缸和转子加热快，差涨小，在结构设计和间隙设置方面都要特殊考虑。热快，差涨小，在结构设计和间隙设置方面都要特殊考虑。2021/3/26(4)采用外部汽源供汽、漏汽漏入通流方式的汽封系统采用外部汽源供汽、漏汽漏入通流方式的汽封系统由于无回热系统，汽封漏汽（包括阀杆漏汽）不能再象常规由于无回热系统，汽封漏汽（包括阀杆漏汽）不能再象常规汽轮机那样，将漏汽接入外部加热器之中。汽轮机那样，将漏汽接入外部加热器之中。汽轮机汽封系统用的汽源普遍采用外部汽源，一般为新蒸汽，汽轮机汽封系统用的汽源普遍采用外部汽源，一般为新蒸汽，经过汽封系统压力，温度调节后供给汽封用。经过汽封系统压力，温度调节后供给汽封用。（5）
6、凝汽器重新设计）凝汽器重新设计由于排汽流量比常规汽轮机的排汽量增加了约由于排汽流量比常规汽轮机的排汽量增加了约30，同时大，同时大多数联合循环汽轮机为了适应快速起停的运行，要求凝汽器多数联合循环汽轮机为了适应快速起停的运行，要求凝汽器能接受汽轮机事故工况后的全部余热锅炉的蒸汽量，所以汽能接受汽轮机事故工况后的全部余热锅炉的蒸汽量，所以汽轮机的旁路多设计为轮机的旁路多设计为100容量，这使得凝汽器在结构上也有容量，这使得凝汽器在结构上也有增大的趋势。联合循环电厂的汽轮机，取消了复杂的回热系增大的趋势。联合循环电厂的汽轮机，取消了复杂的回热系统后，整个电厂的布置变得简单，所以厂房高度，占地面积统后
7、，整个电厂的布置变得简单，所以厂房高度，占地面积都有减小的趋势。这和前面所提及的凝汽器体积增大的趋势都有减小的趋势。这和前面所提及的凝汽器体积增大的趋势相矛盾。因此，凝汽器的布置除了向下排汽形式以外，又出相矛盾。因此，凝汽器的布置除了向下排汽形式以外，又出现了轴向排汽，侧向排汽等多种形式，以适应不同的要求。现了轴向排汽，侧向排汽等多种形式，以适应不同的要求。2021/3/27三、联合循环汽轮机调节特点三、联合循环汽轮机调节特点汽轮机的功率仅占整个电厂的三分之一左右，如果电厂的功率由汽轮机单汽轮机的功率仅占整个电厂的三分之一左右，如果电厂的功率由汽轮机单独承担调节，那么一方面是调节范围有限，另外
8、也是不经济的。独承担调节，那么一方面是调节范围有限，另外也是不经济的。余热锅炉的产汽量随着燃气轮机排气的流量和温度的变化，汽轮机总是想余热锅炉的产汽量随着燃气轮机排气的流量和温度的变化，汽轮机总是想方设法地利用这部分烟气能量而尽量多发电，所以汽轮机的输出功率跟随方设法地利用这部分烟气能量而尽量多发电，所以汽轮机的输出功率跟随燃气轮机工况而变化。最终整个电厂的输出功率就由燃气轮机单独调节，燃气轮机工况而变化。最终整个电厂的输出功率就由燃气轮机单独调节，电厂输出功率的调节也就简单地成为了燃气轮机燃料量的调节，其中汽轮电厂输出功率的调节也就简单地成为了燃气轮机燃料量的调节，其中汽轮机本身是不参与功率
9、调节的。机本身是不参与功率调节的。由于这特点，汽轮机可按照滑压运行的模式设计。在功率大于由于这特点，汽轮机可按照滑压运行的模式设计。在功率大于50%额定功额定功率以上时，汽轮机进行阀门全开的滑压运行，此时调节阀不再参于压力调率以上时，汽轮机进行阀门全开的滑压运行，此时调节阀不再参于压力调节。节。汽轮机不再参与电网的一次调频和二次调频，整个电厂一、二次调频由燃汽轮机不再参与电网的一次调频和二次调频，整个电厂一、二次调频由燃气轮机单独完成。气轮机单独完成。采用采用“机跟炉机跟炉”（Steam Tur-bine Following HRSG）的运行方式，这种）的运行方式，这种方式体现在汽轮机设计上，
10、即进汽部分采用全周进汽，不设调节级的结构。方式体现在汽轮机设计上，即进汽部分采用全周进汽，不设调节级的结构。这不仅提高了通流效率，也使汽轮机有了更好的变工况性能。这不仅提高了通流效率，也使汽轮机有了更好的变工况性能。2021/3/28GE公司联合循环汽轮机的特点公司联合循环汽轮机的特点 GE的联合循环汽轮机的联合循环汽轮机4种标准型号的种标准型号的A型是与型是与6FA,7EA、7FA、9FA燃气轮机相配套的再热式汽燃气轮机相配套的再热式汽轮机。轮机。SC型是与型是与6B燃气轮机相配套的非再热式汽轮机。燃气轮机相配套的非再热式汽轮机。C型是与型是与6B和和7EA燃气轮机相配套的。燃气轮机相配套的
11、。D型通常是与型通常是与2台台7FA或或9FA燃气轮机相配套的分缸模块化燃气轮机相配套的分缸模块化再热式汽轮机。再热式汽轮机。2021/3/29GE 9FA联合循环联合循环D10蒸汽轮机特点蒸汽轮机特点 GE 9FA联合循环的蒸汽轮机型号为联合循环的蒸汽轮机型号为D10，为三压、一次中间再热、单轴、，为三压、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、纯凝式机组。该型汽轮机在设计上有如下的特点：双缸双排汽、纯凝式机组。该型汽轮机在设计上有如下的特点：（1）采用径向汽封）采用径向汽封减小径向动静间隙，加大轴向动静间隙，即保证了运行时减少漏气、提高减小径向动静间隙，加大轴向动静间隙，即保证了运行时减少漏气、提
12、高效率，又可防止在快速启动时由于膨胀不同步而引起动静之间的碰撞和摩效率，又可防止在快速启动时由于膨胀不同步而引起动静之间的碰撞和摩擦。具体做法是在隔板静叶根部内圈处与轮缘动叶根部外圈处增设汽封。擦。具体做法是在隔板静叶根部内圈处与轮缘动叶根部外圈处增设汽封。（2）低压缸采用双层双流式向下排汽结构）低压缸采用双层双流式向下排汽结构由于由于9FA联合循环汽轮机的蒸汽容积流量较大，所以就要求低压缸尺寸相联合循环汽轮机的蒸汽容积流量较大，所以就要求低压缸尺寸相应较大，并要保证其有足够的强度以及排气通道有合理的形状，以利用排应较大，并要保证其有足够的强度以及排气通道有合理的形状，以利用排气余速。为了使得
13、低压缸巨大外壳温度分布均匀，不产生翘曲变形，所以气余速。为了使得低压缸巨大外壳温度分布均匀，不产生翘曲变形，所以D10汽轮机低压缸采用双层缸结构，外层缸采用钢板焊接结构，内缸采用汽轮机低压缸采用双层缸结构，外层缸采用钢板焊接结构，内缸采用铸造结构，这样可以减轻低压缸的重量，节约材料，增加刚度。同时采用铸造结构，这样可以减轻低压缸的重量，节约材料，增加刚度。同时采用双流式结构可以有效的平衡轴向推力。双流式结构可以有效的平衡轴向推力。2021/3/210GE 9FA联合循环联合循环D10蒸汽轮机特点蒸汽轮机特点（3）中压缸采用合缸方式。）中压缸采用合缸方式。高温区集中在汽缸中部，使汽缸温度分布均匀
14、，热应力降低，以及因温差高温区集中在汽缸中部，使汽缸温度分布均匀，热应力降低，以及因温差过大而造成汽缸变形的可能性减小。同时，因前后轴端汽封均处于高中压过大而造成汽缸变形的可能性减小。同时，因前后轴端汽封均处于高中压缸排气部位，使两端的温度、压力均较低，从而减少了对轴承和端部汽封缸排气部位，使两端的温度、压力均较低，从而减少了对轴承和端部汽封的影响，因而可以改善运行条件。的影响，因而可以改善运行条件。与分缸设计比较，由于减少了一个端部轴段，可以缩短主轴长度，减少了与分缸设计比较，由于减少了一个端部轴段，可以缩短主轴长度，减少了轴封漏气量轴封漏气量,提高了机组的效率。提高了机组的效率。减少了一个
15、汽缸和一个中间轴承座，简化了机组结构。减少了一个汽缸和一个中间轴承座，简化了机组结构。可以平衡部分轴向推力。可以平衡部分轴向推力。高中压缸采用合缸方式也有其缺点，它的推力轴承位于前轴承箱内，使机高中压缸采用合缸方式也有其缺点，它的推力轴承位于前轴承箱内，使机组的胀差不易控制，且合缸后的汽缸形状更复杂，经济性也会有所降低，组的胀差不易控制，且合缸后的汽缸形状更复杂，经济性也会有所降低，所以不适宜在大容量机组中采用。所以不适宜在大容量机组中采用。2021/3/211GE 9FA联合循环联合循环D10蒸汽轮机特点蒸汽轮机特点（4）汽缸的对称性。）汽缸的对称性。汽缸的结构设计成等强度变壁厚，不同压力段
16、壁厚不同，在汽缸的结构设计成等强度变壁厚，不同压力段壁厚不同，在关键部位要控制其几何形状，以尽量减小汽轮机快速启停过关键部位要控制其几何形状，以尽量减小汽轮机快速启停过程中的热变形和热应力。程中的热变形和热应力。（5）高窄法兰结构。）高窄法兰结构。中分面螺栓尽可能靠近转子轴心，使法兰和螺栓比较容易加中分面螺栓尽可能靠近转子轴心，使法兰和螺栓比较容易加热和膨胀，以减少其内外温差造成的热应力。热和膨胀，以减少其内外温差造成的热应力。（6）全周进汽结构。）全周进汽结构。保证进汽部分上下温度比较均匀，减少其热应力，主汽阀、保证进汽部分上下温度比较均匀，减少其热应力，主汽阀、调节阀、外接管道一般尽可能对
17、称布置。调节阀、外接管道一般尽可能对称布置。2021/3/212GE 9FA联合循环联合循环D10蒸汽轮机特点蒸汽轮机特点（7）通流部分用锥形通道。）通流部分用锥形通道。接近高温区的转子直径要设计的稍小一些，这样可以使在机组启停时，最接近高温区的转子直径要设计的稍小一些，这样可以使在机组启停时，最关键部位的热应力最小。关键部位的热应力最小。（8）低压补汽的流道和蜗壳型线要设计的光滑流畅，且流速低，以减少）低压补汽的流道和蜗壳型线要设计的光滑流畅，且流速低，以减少进汽压损。低压补汽与主气气流的温度差别要小，尽可能降低补汽与主气进汽压损。低压补汽与主气气流的温度差别要小，尽可能降低补汽与主气气流的
18、混合损失。气流的混合损失。（9）先进高效的全三维叶型，动叶自带围带，保证子午面通道的光滑，）先进高效的全三维叶型，动叶自带围带，保证子午面通道的光滑，低压各级长叶片采用弯扭联合成型，保证较高的级效率低压各级长叶片采用弯扭联合成型，保证较高的级效率此外，末级叶片还采取了良好的强化措施防止水蚀。联合循环中汽轮机末此外，末级叶片还采取了良好的强化措施防止水蚀。联合循环中汽轮机末几级蒸汽的湿度比火电厂汽轮机末几级蒸汽的湿度大，一般采用在湿度大几级蒸汽的湿度比火电厂汽轮机末几级蒸汽的湿度大，一般采用在湿度大的区域设置排泄孔、疏水捕捉栅等措施对蒸汽除湿，的区域设置排泄孔、疏水捕捉栅等措施对蒸汽除湿，D10
19、汽轮机末几级叶汽轮机末几级叶片采用了增设排泄孔的方法。片采用了增设排泄孔的方法。2021/3/213GE 9FA联合循环联合循环D10蒸汽轮机特点蒸汽轮机特点（10）汽机缸体、轴承箱及护套采用水平中分面型，以便于）汽机缸体、轴承箱及护套采用水平中分面型，以便于维护。汽缸设有检查孔，以便定期用内窥镜检查叶片的状况。维护。汽缸设有检查孔，以便定期用内窥镜检查叶片的状况。本机具备不揭缸进行轴系动平衡的能力。本机具备不揭缸进行轴系动平衡的能力。（11）汽机转子为锻造结构，由四个径向轴承支撑，径向轴）汽机转子为锻造结构，由四个径向轴承支撑，径向轴承为可倾瓦形式，可自对中。汽机采用全周进汽，不设调节承为可
20、倾瓦形式，可自对中。汽机采用全周进汽，不设调节级。级。（12）由于汽轮机、燃气轮机和发电机同轴布置，燃气轮机）由于汽轮机、燃气轮机和发电机同轴布置，燃气轮机启动时，汽轮机也跟随一起转动，这时余热锅炉还没有产生启动时，汽轮机也跟随一起转动，这时余热锅炉还没有产生满足参数要求的蒸汽进入汽轮机。随着转速的提高，汽轮机满足参数要求的蒸汽进入汽轮机。随着转速的提高，汽轮机鼓风热量增加，汽轮机需要引入辅助蒸汽冷却低压通流部分。鼓风热量增加，汽轮机需要引入辅助蒸汽冷却低压通流部分。本机配备高压，中压和低压蒸汽旁路。本机配备高压，中压和低压蒸汽旁路。2021/3/214D10汽汽轮轮机机主主要要的的技技术术规
21、规范范 2021/3/215哈动力哈动力158优化型汽轮机特点优化型汽轮机特点 D10型汽轮机是美国型汽轮机是美国GE公司提供的公司提供的9F级蒸汽轮机的型式，若按照级蒸汽轮机的型式，若按照我国汽轮机命名的规则，应命名为我国汽轮机命名的规则，应命名为LN137-9.65/2.18/0.30/565/565/300型汽轮机。哈尔滨汽轮机厂在该型汽轮型汽轮机。哈尔滨汽轮机厂在该型汽轮机的基础上，进行吸收改良，开发出的优化型汽轮机，内部编号机的基础上，进行吸收改良，开发出的优化型汽轮机，内部编号为为#158，其改进点主要有：，其改进点主要有：1.将所有的轴向汽封改为径向汽封，降低了漏气损失，提高了各
22、级将所有的轴向汽封改为径向汽封，降低了漏气损失，提高了各级的效率；的效率；2.将汽轮机的叶根由外包式倒纵树型叶根改为倒将汽轮机的叶根由外包式倒纵树型叶根改为倒T型或纵树型叶根；型或纵树型叶根；3.将原末级叶片的拱形围带和其余叶片的铆接围带全部改为自带围将原末级叶片的拱形围带和其余叶片的铆接围带全部改为自带围带；带；4.末级叶片由原来的末级叶片由原来的851mm加长到加长到900mm，并采用了新型前掠叶片，并采用了新型前掠叶片，降低了末级叶片的余速损失，提高了汽轮机的效率。降低了末级叶片的余速损失，提高了汽轮机的效率。2021/3/216图图1-3 D10型和型和158型汽轮机的高压缸在结构上的
23、异同型汽轮机的高压缸在结构上的异同2021/3/217图图1-4 D10型和型和158型汽轮机的低压缸在结构上的异同型汽轮机的低压缸在结构上的异同 2021/3/218第二章第二章 汽轮机级的工作原理汽轮机级的工作原理 1.按工作原理分按工作原理分级是汽轮机中最基本的作功单元，它是由喷管叶栅和与它相配合的动叶栅级是汽轮机中最基本的作功单元，它是由喷管叶栅和与它相配合的动叶栅组成的。蒸汽在汽轮机级中以不同方式进行能量转换，便形成不同工作原组成的。蒸汽在汽轮机级中以不同方式进行能量转换，便形成不同工作原理的汽轮机，即冲动式汽轮机和反动式汽轮机。理的汽轮机，即冲动式汽轮机和反动式汽轮机。（1）冲动式
24、汽轮机：主要由冲动级组成，蒸汽主要在管嘴叶栅（或静叶）冲动式汽轮机：主要由冲动级组成，蒸汽主要在管嘴叶栅（或静叶栅）中膨胀，在动叶栅中只有少量膨胀。栅）中膨胀，在动叶栅中只有少量膨胀。（2）反动式汽轮机：主要由反动级组成，蒸汽在管嘴叶栅（或静叶栅）反动式汽轮机：主要由反动级组成，蒸汽在管嘴叶栅（或静叶栅）和动叶栅中都进行膨胀，且膨胀程度大致相同。和动叶栅中都进行膨胀，且膨胀程度大致相同。到目前为止在世界范围内主要存在以美国到目前为止在世界范围内主要存在以美国GE公司为代表的冲动式汽轮机公司为代表的冲动式汽轮机和以和以Siemens、Alstom公司为代表的反动式汽轮机。本汽轮机采用冲动式公司为
25、代表的反动式汽轮机。本汽轮机采用冲动式设计，各级的大多数压降均产生在静叶内，从而将热能转换为动能，并作设计，各级的大多数压降均产生在静叶内，从而将热能转换为动能，并作用在汽轮机动叶片上。这种设计做功能力大，可使机组级数最少，并更适用在汽轮机动叶片上。这种设计做功能力大，可使机组级数最少，并更适于机组快速负荷变化。于机组快速负荷变化。2021/3/2192.按热力特性分按热力特性分（1）凝汽式汽轮机：蒸汽在汽轮机中膨胀做功，做完功后的蒸汽在低于）凝汽式汽轮机：蒸汽在汽轮机中膨胀做功，做完功后的蒸汽在低于大气压力的真空状态下进入凝汽器凝结成水。若将蒸汽在汽轮机某级后引大气压力的真空状态下进入凝汽器
26、凝结成水。若将蒸汽在汽轮机某级后引出再次加热，然后再返回汽轮机继续膨胀做功，这就是中间再热凝汽式汽出再次加热，然后再返回汽轮机继续膨胀做功，这就是中间再热凝汽式汽轮机。轮机。（2）背压式汽轮机：汽轮机的排汽压力大于大气压力，排汽直接供热用）背压式汽轮机：汽轮机的排汽压力大于大气压力，排汽直接供热用户使用，而不进入凝汽器。当排汽作为其他中、低压汽轮机的工作蒸汽时，户使用，而不进入凝汽器。当排汽作为其他中、低压汽轮机的工作蒸汽时，又称前置式汽轮机。又称前置式汽轮机。（3）抽汽式汽轮机：从汽轮机中间某级后抽出一定的可以调整参数、流）抽汽式汽轮机：从汽轮机中间某级后抽出一定的可以调整参数、流量的蒸汽对
27、外供热，其余汽流排入凝汽器。可分为一次调整抽汽式汽轮机量的蒸汽对外供热，其余汽流排入凝汽器。可分为一次调整抽汽式汽轮机和两次调整抽汽式汽轮机。和两次调整抽汽式汽轮机。（4）抽汽背压式汽轮机：具有调整抽汽的背压式汽轮机，调整抽汽和排）抽汽背压式汽轮机：具有调整抽汽的背压式汽轮机，调整抽汽和排汽都分别供热用户。汽都分别供热用户。（5）多压式汽轮机：汽轮机的进汽不止一个参数，在汽轮机的某中间级）多压式汽轮机：汽轮机的进汽不止一个参数，在汽轮机的某中间级前又引入其他来前又引入其他来 源的蒸汽，与原来的蒸汽混合共同膨胀做功。源的蒸汽，与原来的蒸汽混合共同膨胀做功。2021/3/220二、汽轮机级的工作原
28、理二、汽轮机级的工作原理 级：汽轮机作功的基本单元，由静叶栅（喷管叶栅）级：汽轮机作功的基本单元，由静叶栅（喷管叶栅）和与之相配合的动叶栅所组成。和与之相配合的动叶栅所组成。动叶栅动叶栅将动能（或热能）转换成机械能。将动能（或热能）转换成机械能。喷管叶栅喷管叶栅将热能转换成动能；将热能转换成动能；冲动式汽轮机级冲动式汽轮机级动叶栅动叶栅将动能（或热能）转换成机械能。将动能（或热能）转换成机械能。喷管叶栅喷管叶栅将热能转换成动能；将热能转换成动能；级：汽轮机作功的基本单元，由静叶栅（喷管叶栅）级：汽轮机作功的基本单元，由静叶栅（喷管叶栅）和与之相配合的动叶栅所组成。和与之相配合的动叶栅所组成。动
29、叶栅将动能（或热能）转换成机械能。动叶栅将动能（或热能）转换成机械能。喷管叶栅将热能转换成动能；喷管叶栅将热能转换成动能；2021/3/221一、蒸汽的冲动原理和反动原理一、蒸汽的冲动原理和反动原理反动力：因汽流膨胀加速，对动叶栅施加一反动力：因汽流膨胀加速，对动叶栅施加一个个与气流流出方向相反的反作用力与气流流出方向相反的反作用力（类似火（类似火箭），这个作用力叫做反动力。相应的级叫箭），这个作用力叫做反动力。相应的级叫做反动级。做反动级。其作用大小取决于动叶前后蒸汽压力变化。其作用大小取决于动叶前后蒸汽压力变化。冲动力：当一运动物体碰到另一静止的或运动冲动力：当一运动物体碰到另一静止的或运
30、动速度较低的物体时，就会受到阻碍而改变其速速度较低的物体时，就会受到阻碍而改变其速度，同时度，同时给阻碍它的物体一个作用力给阻碍它的物体一个作用力，这个作，这个作用力称为冲动力。根据冲量定律，冲动力的大用力称为冲动力。根据冲量定律，冲动力的大小取决于运动物体的小取决于运动物体的质量和速度变化质量和速度变化，质量越，质量越大，冲动力越大；速度变化越大，冲动力也越大，冲动力越大；速度变化越大，冲动力也越大。若阻碍运动的物体在此力作用下产生了速大。若阻碍运动的物体在此力作用下产生了速度变化，则运动物体就做了机械功。度变化，则运动物体就做了机械功。反动力：因汽流膨胀加速，对动叶栅施加一反动力：因汽流膨
31、胀加速，对动叶栅施加一个与气流流出方向相反的反作用力（类似火个与气流流出方向相反的反作用力（类似火箭），这个作用力叫做反动力。相应的级叫箭），这个作用力叫做反动力。相应的级叫做反动级。做反动级。其作用大小取决于动叶前后蒸汽压力变化。其作用大小取决于动叶前后蒸汽压力变化。冲动力：当一运动物体碰到另一静止的或运动冲动力：当一运动物体碰到另一静止的或运动速度较低的物体时，就会受到阻碍而改变其速速度较低的物体时，就会受到阻碍而改变其速度，同时给阻碍它的物体一个作用力，这个作度，同时给阻碍它的物体一个作用力，这个作用力称为冲动力。根据冲量定律，冲动力的大用力称为冲动力。根据冲量定律，冲动力的大小取决于运
32、动物体的质量和速度变化，质量越小取决于运动物体的质量和速度变化，质量越大，冲动力越大；速度变化越大，冲动力也越大，冲动力越大；速度变化越大，冲动力也越大。若阻碍运动的物体在此力作用下产生了速大。若阻碍运动的物体在此力作用下产生了速度变化，则运动物体就做了机械功。度变化，则运动物体就做了机械功。2021/3/222O O点级前的蒸汽状态点点级前的蒸汽状态点O O*点蒸汽等熵滞止到初速为零的状态点点蒸汽等熵滞止到初速为零的状态点1 1点喷管出口，点喷管出口，p p1 1喷管出口压力喷管出口压力2 2点动叶出口，点动叶出口，p p2 2动叶出口压力动叶出口压力hht t*级的滞止理想比焓降级的滞止理
33、想比焓降hhn n*喷管中的滞止理想比焓降喷管中的滞止理想比焓降hhb b*动叶中的理想比焓降动叶中的理想比焓降级级的的热热力力过过程程线线sh0*021P0*P0P1P2hn*ht*hbhb*2021/3/223二、级的反动度二、级的反动度蒸汽在动叶栅中膨胀时理想焓降蒸汽在动叶栅中膨胀时理想焓降hhb b和整个级理想滞止焓降和整个级理想滞止焓降hht t*之比。之比。m m增加，则增加，则hhb b增加，蒸汽对动叶的反动力也越大。增加，蒸汽对动叶的反动力也越大。m m称为级的平均反动度，是指在级的平均直径截面上的反动称为级的平均反动度，是指在级的平均直径截面上的反动度，它由平均截面上喷嘴和动
34、叶中的理想比焓降所确定。但度，它由平均截面上喷嘴和动叶中的理想比焓降所确定。但实际上蒸汽参数沿叶高是变化的，在动叶不同直径截面上的实际上蒸汽参数沿叶高是变化的，在动叶不同直径截面上的理想比焓降是不同的，因此，反动度沿动叶高度亦不相同。理想比焓降是不同的，因此，反动度沿动叶高度亦不相同。2021/3/224三、汽轮机级的类型三、汽轮机级的类型轴流式级由以下几种分类方法：轴流式级由以下几种分类方法：（一）冲动级和反动级（一）冲动级和反动级1、纯冲动级（、纯冲动级（m=0）特点：蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅特点：蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变流动方向。当不考虑损失中不膨胀而只改
35、变流动方向。当不考虑损失时，动叶通道进出口压力相等，相对速度也时，动叶通道进出口压力相等，相对速度也相等。相等。结构：动叶叶型对称弯曲，通道内各通流截结构：动叶叶型对称弯曲，通道内各通流截面近似相同。面近似相同。做功能力大、效率低。做功能力大、效率低。冲动力的切向分量冲动力的切向分量大、轴向小大、轴向小因为在动叶中蒸汽不膨胀，因为在动叶中蒸汽不膨胀，流态差流态差+叶轮摩擦损失叶轮摩擦损失2021/3/2252、反动级、反动级 m=0.5特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。效率比冲动级特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。效率比冲动级高，但做功能力较小。高，但做功能力较小。结构：喷嘴和动叶
36、采用的叶型相同，流道均为收缩型。结构：喷嘴和动叶采用的叶型相同，流道均为收缩型。3、带反动度的、带反动度的冲动级：m=0.050.2特点：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有小部分在动特点：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有小部分在动叶栅中进行，作功能力比反动级大，效率比纯冲动级高。叶栅中进行，作功能力比反动级大，效率比纯冲动级高。现在的汽轮机没有纯冲动式的汽轮机，只有反动式和带有一定现在的汽轮机没有纯冲动式的汽轮机，只有反动式和带有一定反动度的冲动式汽轮机。反动度的冲动式汽轮机。2021/3/2262021/3/227二、蒸汽在动叶栅中的流动和能量转换过二、蒸汽在动叶栅中的流动和能量转
37、换过程程（一）动叶栅进出口速度三角形（一）动叶栅进出口速度三角形绝对速度绝对速度相对速度相对速度圆周速度圆周速度c c1 1、a a1 1为喷管计算的结果，为喷管计算的结果，c0p0,h0c1uw1p1，h1u1=1gw2p2，h2uc21=1g2021/3/228级的轮轴功率与轮周效率级的轮轴功率与轮周效率 对于一个具有反动度的冲动式对于一个具有反动度的冲动式汽轮机动叶栅，它不仅受到蒸汽轮机动叶栅，它不仅受到蒸汽冲动力汽冲动力F的作用，而且受蒸的作用，而且受蒸汽在动叶片内膨胀加速所产生汽在动叶片内膨胀加速所产生的反动力的反动力F的作用，这两个力的作用，这两个力的合力的合力F作用于动叶片上使叶
38、作用于动叶片上使叶轮旋转。在汽轮机计算中，通轮旋转。在汽轮机计算中，通常把该力常把该力F分解成一个周向力分解成一个周向力Fu和一个轴向力和一个轴向力Fz，如图，如图2-5所所示。示。Pu=Fuu蒸汽对动叶片的作用力周向力蒸汽对动叶片的作用力周向力Fu在动叶片上每秒钟所做的在动叶片上每秒钟所做的功叫功叫级的轮周功率级的轮周功率Pu，它等于周向力，它等于周向力Fu与圆周速度之积与圆周速度之积2021/3/229级的轮周效率与最佳速度比级的轮周效率与最佳速度比一、级的轮周效率一、级的轮周效率定义：蒸汽在级内所作的轮周功定义：蒸汽在级内所作的轮周功P Pu1u1与蒸汽在该级中所具有的理想能量与蒸汽在该
39、级中所具有的理想能量E E0 0之比。之比。汽轮机经济性的重要指标，但并非最终指标汽轮机经济性的重要指标，但并非最终指标n、b、c2喷嘴损失、动叶损失和余速损失与理想能量喷嘴损失、动叶损失和余速损失与理想能量E0之比，称为之比，称为喷嘴、喷嘴、动叶损失和余速能量损失系数动叶损失和余速能量损失系数。选定喷嘴和动叶后，选定喷嘴和动叶后，、值基本确定，即值基本确定，即n、b值确定值确定。从速度三角形可知，。从速度三角形可知，动叶出口动叶出口c2在轴向排汽在轴向排汽时，时，余速损失最小余速损失最小，使，使余速损失最小的余速损失最小的速度比（速度比（u/c1）称为）称为最佳速度比最佳速度比。速度比是级的
40、一个重要特性，直接影响级的轮周效率和做功能力。速度比是级的一个重要特性，直接影响级的轮周效率和做功能力。2021/3/230（二）反动级的轮周效率（二）反动级的轮周效率与最佳速比与最佳速比 （一）纯冲动级的最佳速度比（一）纯冲动级的最佳速度比为保证级的最佳速度比，以为保证级的最佳速度比，以获得最大的轮周效率，级的获得最大的轮周效率，级的理想比焓降不能选得太大。理想比焓降不能选得太大。若纯冲动级和反动级的平均若纯冲动级和反动级的平均直径相同，且均在最佳速比直径相同，且均在最佳速比下工作，则它们的理想焓降下工作，则它们的理想焓降之比为之比为2:12:1，即纯冲动级为，即纯冲动级为反动级的倍。也就是
41、说，反动级的倍。也就是说，纯冲动级可耗用较大的焓降，纯冲动级可耗用较大的焓降，做功能力大，常被作为调节做功能力大，常被作为调节级用；而反动级耗用焓降小，级用；而反动级耗用焓降小，做功能力小，因而反动式汽做功能力小，因而反动式汽轮机级数较多。轮机级数较多。2021/3/231第二节第二节 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 2021/3/232（一）叶高损失（一）叶高损失h hl l汽道上下两个汽道上下两个端面端面上，上，离心力和压差不平衡离心力和压差不平衡，产生，产生横向横向流动的流动的二次二次流流。二次流在近端面的背弧上与主流的。二次流在近端面的背弧上与主流的附面层相互作用附面层相
42、互作用，使附面层，使附面层剧烈增厚，并形成剧烈增厚，并形成局部脱离局部脱离；引起主气流产生；引起主气流产生横向补偿横向补偿流动，在叶流动，在叶片背面与壁面的交界处形成了两个方向相反的片背面与壁面的交界处形成了两个方向相反的旋涡旋涡区。区。二次流损失与二次流损失与叶高叶高密切密切相关，当相关，当l l增加时，二次增加时，二次流在顶部和根部产生的流在顶部和根部产生的涡流对主流的影响减弱，涡流对主流的影响减弱，使叶高损失减少。（使叶高损失减少。（l l15mm15mm）控制手段：控制手段：部分进汽部分进汽增增加叶高加叶高l l；减小减小叶栅平均叶栅平均直径直径d dm m，增加叶高，增加叶高l l；
43、2021/3/233（二）扇形损失（二）扇形损失hh在较长的等截面叶片级中，环形叶栅的汽流参数和几何参数沿叶高在较长的等截面叶片级中，环形叶栅的汽流参数和几何参数沿叶高变化较大，会产生偏离设计值的附加损失，统称变化较大，会产生偏离设计值的附加损失，统称扇形损失扇形损失h；扇形损失与径高比扇形损失与径高比的平方成反比，的平方成反比，越小，扇形损失越大，当越小，扇形损失越大，当812时，可采用等截面直叶片，但存在扇形损失；时，可采用等截面直叶片，但存在扇形损失；，因而可以略去，因而可以略去pz2这样公式将变成如下形式：这样公式将变成如下形式：mo1mo=010（2-14）上式说明：当级组的级数较多
44、时，级组前的压力与流量成正上式说明：当级组的级数较多时，级组前的压力与流量成正比变化。比变化。凝汽式汽轮机中间各级的级前压力均与流量成正比变化。凝汽式汽轮机中间各级的级前压力均与流量成正比变化。CABqm1.0p00pz0.80.60.40.20.2 0.4 0.6 0.8 1.02021/3/256蒸汽流量变化对汽轮机各级焓降和效蒸汽流量变化对汽轮机各级焓降和效率的影响率的影响 级前后绝对温度变化不大时，凝汽式汽轮机中间级变工况时级前后绝对温度变化不大时，凝汽式汽轮机中间级变工况时其焓降近似不变。其焓降近似不变。流量减小时，调节级焓降增加，末几级焓降减小。流量减小时，调节级焓降增加，末几级焓
45、降减小。反之亦然反之亦然汽轮机各级的效率主要决定于速比，在设计工况下汽轮机各汽轮机各级的效率主要决定于速比，在设计工况下汽轮机各级均在最佳速比下工作，因而效率最高。变工况时中间级由级均在最佳速比下工作，因而效率最高。变工况时中间级由于焓降基本不变，各级速比也近似不变，因而级的内效率也于焓降基本不变，各级速比也近似不变，因而级的内效率也近似不变。调节级和末几级由于焓降发生变化，级的速比发近似不变。调节级和末几级由于焓降发生变化，级的速比发生变化，偏离最佳速比。因而级的内效率下降。生变化，偏离最佳速比。因而级的内效率下降。2021/3/257蒸汽流量变化对各级反动度的影响蒸汽流量变化对各级反动度的
46、影响 当当比焓降减小比焓降减小，喷管出口速度从，喷管出口速度从c c1 1降低到降低到c c1111，从图中可以看出，从图中可以看出，w w下降得下降得更多，不能使从喷管流出的汽流全部进入动叶内，形成更多，不能使从喷管流出的汽流全部进入动叶内，形成流动阻塞流动阻塞。显然，。显然，这是这是不符合流动连续方程不符合流动连续方程的，级内热力参数将会的，级内热力参数将会自发调整自发调整，使动叶前，使动叶前pp（h hb b、h hn n），因此，因此，使动叶流额外加速，同时喷管汽流受使动叶流额外加速，同时喷管汽流受抑制。抑制。为了计算工况变动时汽轮机某些零件强度以及轴向推力为了计算工况变动时汽轮机某些
47、零件强度以及轴向推力变化，也必须知道级内反动度的变化规律。变化，也必须知道级内反动度的变化规律。根据连续流动方程，根据连续流动方程，2021/3/258工况变化对轴向推力的影响工况变化对轴向推力的影响 汽轮机的轴向推力主要取决于叶轮前后的压力差。当蒸汽流汽轮机的轴向推力主要取决于叶轮前后的压力差。当蒸汽流量改变时，虽然占大多数的中间级压力比基本不变，但中间量改变时，虽然占大多数的中间级压力比基本不变，但中间各级的级前后压力却随之变化，因而级前后的压力差将发生各级的级前后压力却随之变化，因而级前后的压力差将发生变化，使得轴向推力发生变化。如果蒸汽流量增加，则级前变化，使得轴向推力发生变化。如果蒸
48、汽流量增加，则级前后压力随之升高，级前后压力差增大，轴向推力增加；反之，后压力随之升高，级前后压力差增大，轴向推力增加；反之，轴向推力减少。调节级和末几级的压力差变化正好相反，且轴向推力减少。调节级和末几级的压力差变化正好相反，且伴随有焓降和反动度的变化，因而轴向推力变化情况比较复伴随有焓降和反动度的变化，因而轴向推力变化情况比较复杂，但由于中间级占大多数，因此一般地说，多级汽轮机的杂，但由于中间级占大多数，因此一般地说，多级汽轮机的轴向推力随蒸汽流量的增加而增加。其他引起轴向推力的增轴向推力随蒸汽流量的增加而增加。其他引起轴向推力的增加的工况为：加的工况为：1.新蒸汽温度降低；新蒸汽温度降低
49、；2.水冲击；水冲击；3.负荷突增；负荷突增；4.甩负荷；甩负荷；5.叶叶片结垢。片结垢。2021/3/259第三章第三章 GE公司公司D10汽轮机本体结构汽轮机本体结构 D10汽轮机额定高压主蒸汽压力为汽轮机额定高压主蒸汽压力为9.58MPa，温度为，温度为565，高中压缸采用的是单层缸结构，低压缸分成内、，高中压缸采用的是单层缸结构，低压缸分成内、外两层缸。外两层缸。2021/3/260高中压高中压缸缸 2021/3/261高中压缸高中压缸 图图3-2所示为所示为D10汽轮机高中压缸剖面图。高中压缸合缸布置汽轮机高中压缸剖面图。高中压缸合缸布置时，新蒸汽和再热蒸汽均由中间进入汽缸，高中压通
50、流部分时，新蒸汽和再热蒸汽均由中间进入汽缸，高中压通流部分采用反向布置采用反向布置,即高温区在中间，改善了汽缸温度场分布情况。即高温区在中间，改善了汽缸温度场分布情况。使汽缸温度分布较均匀，汽缸热应力较小，以及因温差过大使汽缸温度分布较均匀，汽缸热应力较小，以及因温差过大而造成汽缸变形的可能性减小，同时也改善了轴承的工作条而造成汽缸变形的可能性减小，同时也改善了轴承的工作条件；高中压缸的两端分别是高压缸排汽和中压缸排汽，压力件；高中压缸的两端分别是高压缸排汽和中压缸排汽，压力和温度都较低，因此两端的外汽封漏汽量少，轴承受汽封温和温度都较低，因此两端的外汽封漏汽量少，轴承受汽封温度的影响也较小，