1、Ch 3 Steam Turbine 蒸汽轮机蒸汽轮机3.1 引言n 蒸汽轮机是最重要的涡轮发动机之一，是发电领域的主要原动机。本文简单讨论了作为蒸汽轮机发电厂部件之一的蒸汽轮机的作用。n 对于一个简单的蒸汽轮机发电厂，第一个部件就是把蒸汽提高到汽轮机所需压力和温度的蒸汽锅炉。蒸汽锅炉接受经过不同回热和热回收装置提高了温度的给水。在大多数电厂中，采用了过热蒸汽；大型电厂中，蒸汽在汽轮机的一些级中膨胀后，要经过一次或两次再热。n 过热蒸汽经过调节阀进入蒸汽轮机。蒸汽轮机总是多级汽轮机，根据汽轮机容量的大小采用一个或多个缸。n 在汽轮机中膨胀后的蒸汽在凝汽器中以低压凝结（0.0035 到 0.00
2、7 MPa）。凝结水以及抽汽用泵打入锅炉。3.1.1 蒸汽轮机的类型蒸汽轮机可用以下方式分为许多类型。n 根据流向 轴向 径向n 根据膨胀过程 冲动式 反动式 冲动反动混合式n 根据级的个数 单级 多级n 根据汽轮机入口结构 全周进汽 部分进汽n 根据汽流个数 单流 双流 单轴或双轴n 根据转速 N=3000rpm, f=50Hz N=3600rpm, f=60Hz N=1500rpm 变速机组n 根据应用 发电 工厂用 船用n 根据蒸汽参数 低压汽轮机，采用压力为0.12 到 0.2 MPa的蒸汽 ; 中压汽轮机，蒸汽压力达到0.2 MPa； 高压汽轮机，采用压力为 0.2到 16.8 MP
3、a或更高压力，温度为 535 或更高温度的蒸汽； 超临界压力汽轮机，采用蒸汽压力为 22.2 MPa或大于此压力。3.1.2 冲动式汽轮机n 冲动式汽轮机是指在转子中没有流体静压头改变的汽轮机。n 转子叶片仅仅引起能量的传递而没有任何能量的转变。n 由压能转变为动能或动能转变为压能的能量转换仅仅发生在静叶片中。n 如在冲动式汽轮机中，高速流体的动能传递到转子上仅仅由于作用在转子上的流体冲动力。n 图 3-1给出了典型的冲动级速度三角形图。动叶出口蒸汽的相对速度 (W2)小于动叶入口的相对速度 (W1)。这表示了在动叶中发生了动能向机械功的转化。n 由于在冲动式汽轮机中转子叶片通道不会引起流体的
4、任何加速，在叶片表面由于附面层的增加引起流体分离的机率要大一些。由此，冲动式汽轮机中转子叶片通道的损失较大，导致了较低的级效率。n 图 .3-1 冲动级速度三角形图n U=动叶轮周速度 , m/s c1 =动叶入口蒸汽的绝对速度 , m/sn C2 =动叶出口蒸汽绝对速度 , m/s w1 =动叶入口蒸汽的相对速度 , m/sn w2 =动叶出口蒸汽相对速度 , m/s3.1.3 反动式汽轮机n 涡轮机械级的反动度定义为转子中发生的压头改变与整级的全部压头改变之比。n 在转子叶片通道和静子叶片通道都有压头改变的涡轮机或级称作为反动式涡轮机或反动级。n 其中，在静叶和动叶中都有能量的转换。转子上
5、既有能量传递又有能量转变。n 因此在反动式汽轮机中，由于流体的连续加速及较低的损失，它的效率应当高一些。n 反动度为 50%或一半的涡轮机有一些特殊的特点。反动度为 50%的轴流式涡轮机和压缩机转子和静子上的叶片对称。对于反动度为 50%的级，可看出它的出口和入口速度三角形也是对称的。n 图 3-2给出了典型的反动级的速度三角形。动叶出口的蒸汽相对速度 (W2)大于动叶入口的蒸汽相对速度 (W1)：这是由于动叶的焓降导致通过动叶的速度增加。n 图 .3-2 反动级速度三角形图n U=动叶轮周速度 , m/s c1 =动叶入口蒸汽的绝对速度 , m/sn C2 =动叶出口蒸汽绝对速度 , m/s
6、 w1 =动叶入口蒸汽的相对速度 , m/sn w2 =动叶出口蒸汽相对速度 , m/s3.1.4 多级汽轮机n 后面可以看到，当转速给定时，在涡轮机械的一级中，流体能量水平的改变是有限的。这对于涡轮机、压缩机、泵和吹灰器是一样的。因此，在能量水平改变很大的应用中，采用了多级。n 在多级汽轮机中，可仅采用冲动级或采用反动级或冲动级和反动级的组合。冲动式汽轮机可采用许多压力级承担大的压降或许多速度级承担高的动能。还可同时采用速度级和压力级。在一定的压缩机中，同一个机械上采用了轴向流动的级和静向流动的级是有意义的。不同的级可安装在一个或多个轴上。n 在大型汽轮机中，锅炉出口和凝汽器入口的蒸汽压差非
7、常大。如果汽轮机中只有一个级，那么就需要采用一个高转速的直径很大的转子，这不仅会使制造困难，而且会引起严重的强度和支承问题。n 一般说来，一个多级蒸汽轮机基本由下面几部分组成：n （ 1） 汽缸，为了便于装配和拆卸，通常汽缸在水平中分面分开为两半，这两半由螺栓连接，用于支承静止叶片系统。n （ 2） 转子，转子上有动叶片安装在叶轮上，以及还有叶轮。n （ 3） 轴承箱 置于汽缸中，用于支承轴n （ 4） 调节系统 依靠控制蒸汽流量，调节汽轮机转速和出力，还有用于轴承润滑的油系统和一组安全装置n （ 5） 联轴器 用于转子的连接，并与发电机相连；n （ 6） 管道 与汽缸入口蒸汽供给管道、汽缸出口排汽系统相连。3.2 汽缸结构n 汽轮机汽缸实质上是一个压力容器，在水平中心线的两端支撑它的重量。n 设计中要求在汽缸的横断面上，能承担管道的应力，而且沿汽缸的长度方向，要有一定的刚性从而维持汽轮机动静部分准确的间隙。
