- 0.1.2 凝汽式燃煤电厂生产过程
- 0.1.3 国内主要电厂介绍
- 0.1.4 火电厂基本概念
- 0.1.5 我国电力事业发展概况
- 0.1.6 汽轮机的结构简介(1)
- 0.1.7 汽轮机的结构简介(2)
- 0.1.8 汽轮机在电厂中的地位
- 0.2 汽轮机的分类方法
- 0.3 汽轮机型号的表示方法
- 0.4.1 汽轮机的发展
- 0.4.2 朗肯循环和循环效率
- 0.4.3 卡诺循环
- 0.4.4 蒸汽参数与理想热循环
- 0.4.5 回热抽汽与中间再热
- 0.4.6 国内百万千瓦机组信息
- 0.4.7 汽轮机整体动画演示
- 0.5 绪论习题讲解
- 1.1.1 第一章主要学习内容介绍
- 1.1.2 蒸汽在喷嘴内的流动的基本假设和基本方程式
- 1.1.3 冲动式汽轮机和反动式汽轮机的做功原理
- 1.1.4 蒸汽在喷嘴内膨胀的热力过程线
- 1.1.5 蒸汽出口气流速度的计算
- 1.1.6 喷嘴速度系数及动能损失
- 1.1.7 喷嘴中的临界条件和临界压比的概念
- 1.1.8 流过喷嘴的蒸汽流量
- 1.1.9 彭台门系数和流量比的概念
- 1.1.10 蒸汽在斜切部分的膨胀
- 1.1.11 蒸汽在喷嘴内的流动小结
- 1.1.12 蒸汽在喷嘴内的流动例题解析
- 1.1.13 蒸汽在动叶内的流动
- 1.1.14 反动度的概念
- 1.1.15 动叶出口速度的计算及动叶的流通能力
- 1.1.16 总结复习冲动做功原理和反动做功原理
- 1.1.17 蒸汽在级内的热力过程小结
- 1.1.18 蒸汽在级内流动的基本公式
- 1.1.19 蒸汽在级内流动的例题解析
- 1.2.1 动叶进出口速度三角形
- 1.2.2 顶点靠拢的速度三角形
- 1.2.3 余速利用和余速利用系数
- 1.2.4 余速利用情况
- 1.2.5 轮周功和轮周功率的推导
- 1.2.6 轮周功和轮周功率的深层理解
- 1.2.7 级的轮周效率
- 1.2.8 轮周效率例题解析(1)
- 1.2.9 轮周效率例题解析(2)
- 1.2.10 轮周效率与速度比的关系
- 1.2.11 纯冲动级的最佳速比
- 1.2.12 反动级的最佳速比
- 1.2.13 轮周效率和速度的关系小结
- 1.2.14 影响轮周效率的其它因素及复速级的概念
- 1.3.1 喷嘴叶栅
- 1.3.2 喷嘴叶栅尺寸的确定
- 1.3.3 动叶栅尺寸的确定
- 1.4.1 汽轮机叶片的形式
- 1.4.2 扭叶片级的概念
- 1.5.1 汽轮机级内损失的概念
- 1.5.2 汽轮机级内损失
- 1.5.3 汽轮机级效率和热力过程线
- 1.6 第一章总复习
- 1.7 第一章习题讲解
- 2.1.1 多级汽轮机应用的必要性
- 2.1.2 多级汽轮机介绍
- 2.1.3 多级汽轮机的优越性
- 2.1.4 多级汽轮机的重热现象和重热系数
- 2.1.5 重热系数的含义
- 2.1.6 多级汽轮机各级段的工作特点
- 2.1.7 多级汽轮机各级段的工作特点之高压段
- 2.1.8 多级汽轮机各级段的工作特点之中低压段
- 2.1.9 汽轮机装置的评价指标(1)
- 2.1.10 汽轮机装置的评价指标(2)
- 2.2.1 汽轮机进气阀门节流损失
- 2.2.2 汽轮机排汽管阻力损失
- 2.3.1 多级汽轮机的轴向推力
- 2.3.2 轴向推力的平衡
- 2.4.1 轴封的类型
- 2.4.2 轴封的工作原理
- 2.4.3 轴封系统及工作特点
- 2.5 汽轮机的极限功率
- 2.6 第二章总复习
- 2.7 第二章习题
- 3.1.1 汽轮机变工况的概念
- 3.1.2 渐缩喷嘴的流量公式
- 3.1.3 渐缩喷嘴的变工况
- 3.2.1 级的变工况(1)
- 3.2.2 级的变工况(2)
- 3.2.3 级的变工况小结
- 3.2.4 级组的变工况(1)
- 3.2.5 级组的变工况(2)
- 3.2.6 压力与流量关系式的应用
- 3.2.7 级组的变工况小结
- 3.2.8 级的变工况例题解析
- 3.3.1 喷嘴配汽的特点
- 3.3.2 调节级的变工况(1)
- 3.3.3 调节级的变工况(2)
- 3.3.4 节流配汽的特点
- 3.3.5 汽轮机滑压运行的方式
- 3.3.6 汽轮机滑压运行的经济性和安全性
- 3.3.7 调节级变工况例题解析
- 3.4.1 工况变动时比焓降的变化规律
- 3.4.2 汽轮机各中间级比焓降的变化
- 3.4.3 汽轮机末级、调节级比焓降的变化
- 3.4.4 工况变动时比焓降的变化总结
- 3.4.5 工况变动时反动度的变化规律
- 3.5.1 工况变动时轴向推力的变化
- 3.5.2 机组负荷变化时各量的变化总结
- 3.6.1 凝汽式汽轮机的工况图
- 3.6.2 不同调节方式汽轮机的特性曲线
- 3.7 第三章总复习
- 3.8 第三章习题讲解
- 4.1.1 凝汽设备的必要性
- 4.1.2 凝汽设备的组成
- 4.1.3 凝汽设备的作用
- 4.2.1 凝汽器内压力的求解思路
- 4.2.2 凝汽器内压力的确定
- 4.2.3 凝汽器内压力的影响因素
- 4.3.1 凝汽器的变工况
- 4.3.2 凝汽器的特性曲线
- 4.4 凝汽器的运行
- 4.5.1 抽气设备的种类
- 4.5.2 抽气设备的工作原理
- 4.6 第四章习题讲解
- 5.1.1 汽轮机零件强度的基本内容
- 5.1.2 汽轮机的汽缸
- 5.1.3 汽缸的支撑和滑销系统
- 5.1.4 喷嘴组、隔板、静叶环和静叶持环
- 5.1.5 轴封和轴承
- 5.2.1 汽轮机的转动部分
- 5.2.2 汽轮机的转子
- 5.3.1 汽轮机叶片的强度
- 5.3.2 汽轮机叶片的受力分析
- 5.4.1 汽轮机叶片的振动
- 5.4.2 汽轮机叶片强度的安全准则和叶片调频
- 5.5.1 汽轮机转子的振动
- 5.5.2 汽轮机刚性转子和挠性转子
- 5.6 第五章习题讲解
- 6.1.1 汽轮机调节保护系统的任务
- 6.1.2 汽轮机调节保护系统的组成
- 6.2 汽轮机调节保护系统的静态特性
- 6.3 汽轮机调节保护系统的动态特性
- 6.4.1 汽轮机调节保护系统介绍(1)
- 6.4.2 汽轮机调节保护系统介绍(2)
- 6.5 第六章总复习&习题讲解
汽轮机发展介绍
将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机,也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。
汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械,是蒸汽动力装置的主要设备之一。汽轮机是一种透平机械,又称蒸汽透平。
公元一世纪时,亚历山大的希罗记述了利用蒸汽反作用力而旋转的汽转球,又称为风神轮,这是最早的反动式汽轮机的雏形;
1629年意大利的布兰卡提出由一股蒸汽冲击叶片而旋转的转轮。
19世纪末,瑞典拉瓦尔和英国帕森斯分别创制了实用的汽轮机。拉瓦尔于1882年制成了第一台5马力(3.67千瓦)的单级冲动式汽轮机,并解决了有关的喷嘴设计和强度设计问题。单级冲动式汽轮机功率很小,现在已很少采用。我国的第一台汽轮机是1949年在上海汽轮机制造,容量为6000千瓦,于1956年在淮南发电厂投产。
20世纪初,法国拉托和瑞士佐莱分别制造了多级冲动式汽轮机。多级结构为增大汽轮机功率开拓了道路,已被广泛采用,机组功率不断增大。帕森斯在1884年取得英国专利,制成了第一台10马力的多级反动式汽轮机,这台汽轮机的功率和效率在当时都占领先地位。 20世纪初,美国的柯蒂斯制成多个速度级的汽轮机,每个速度级一般有两列动叶,在第一列动叶后在汽缸上装有导向叶片,将汽流导向第二列动叶。现在速度级的汽轮机只用于小型的汽轮机上,主要驱动泵、鼓风机等,也常用作中小型多级汽轮机的第一级。 与往复式蒸汽机相比,汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的,单位面积中能通过的流量大,因而能发出较大的功率。大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度,故热效率较高。19世纪以来,汽轮机的发展就是在不断提高安全可靠性、耐用性和保证运行方便的基础上,增大单机功率和提高装置的热经济性。
汽轮机的出现推动了电力工业的发展,到20世纪初,电站汽轮机单机功率已达10兆瓦。随着电力应用的日益广泛,美国纽约等大城市的电站尖峰负荷在20年代已接近1000兆瓦,如果单机功率只有10兆瓦,则需要装机近百台,因此20年代时单机功率就已增大到60兆瓦,30年代初又出现了165兆瓦和208兆瓦的汽轮机。 此后的经济衰退和第二次世界大战期间爆发,使汽轮机单机功率的增大处于停顿状态。
50年代,随着战后经济发展,电力需求突飞猛进,单机功率又开始不断增大,陆续出现了325~600兆瓦的大型汽轮机; 60年代制成了1000兆瓦汽轮机;
70年代,制成了1300兆瓦汽轮机。现在许多国家常用的单机功率为300~600兆瓦。 汽轮机的蒸汽从进口膨胀到出口,单位质量蒸汽的容积增大几百倍,甚至上千倍,因此各级叶片高度必须逐级加长。大功率凝汽式汽轮机所需的排汽面积很大,末级叶片须做得很长。 汽轮机装置的热经济性用汽轮机热耗率或热效率表示。汽轮机热耗率是每输出单位机械功所消耗的蒸汽热量,热效率是输出机械功与所耗蒸汽热量之比。对于整个电站,还需考虑锅炉效率和厂内用电。因此,电站热耗率比单独汽轮机的热耗率高,电站热效率比单独汽轮机的热效率低。 一座汽轮发电机总功率为1000兆瓦的电站,每年约需耗用标准煤230万吨。如果热效率绝对值能提高1%,每年可节约标准煤 6万吨。因此,汽轮机装置的热效率一直受到重视。为了提高汽轮机热效率,除了不断改进汽轮机本身的效率,包括改进各级叶片的叶型设计(以减少流动损失)和降低阀门及进排汽管损失以外,还可从热力学观点出发采取措施。 根据热力学原理,新蒸汽参数越高,热力循环的热效率也越高。早期汽轮机所用新蒸汽压力和温度都较低,热效率低于20%。随着单机功率的提高,30年代初新蒸汽压力已提高到3~4兆帕,温度为400~450℃。随着高温材料的不断改进,蒸汽温度逐步提高到535℃,压力也提高到6~12.5兆帕,个别的已达16兆帕,热效率达30%以上。50年代初,已有采用新蒸汽温度为600℃的汽轮机。以后又有新蒸汽温度为650℃的汽轮机。
现代大型汽轮机按照其输出功率的不同,采用的新蒸汽压力又可以分为各个压力等级,通常采用新蒸汽压力24.5~26兆帕,新蒸汽温度和再热温度为535~578℃的超临界参数,或新汽压力为16.5兆帕、新汽温度和再热温度为535℃的亚临界参数。使用这些汽轮机的电站热效率约为40%。
另外,汽轮机的排汽压力越低,蒸汽循环的热效率就越高。不过排汽压力主要取决凝汽器的真空度,真空度又取决于冷却水的温度和抽真空的设备(通常称为真空泵),如果采用过低的排汽压力,就需要增大冷却水流量、增大凝汽器冷却水和冷却介质的换热面、降低被使用的冷却水的温度和抽真空的设备,较长的末级叶片,但同时真空太低又会导致汽轮机汽缸(低压缸)的蒸汽流速加快,使汽轮机汽缸(低压缸)差胀加剧,危及汽轮机安全运转。凝
汽式汽轮机常用的排汽压力为5~10千帕(一个标准大气压是101325帕斯卡)。船用汽轮机组为了减轻重量,减小尺寸,常用0.006~0.01兆帕的排汽压力。
此外,提高汽轮机热效率的措施还有,采用回热循环、采用再热循环、采用供热式汽轮机等。提高汽轮机的热效率,对节约能源有着重大的意义。 大型汽轮机组的研制是汽轮机未来发展的一个重要方向,这其中研制更长的末级叶片,是进一步发展大型汽轮机的一个关键;研究提高热效率是汽轮机发展的另一方向,采用更高蒸汽参数和二次再热,研制调峰机组,推广供热汽轮机的应用则是这方面发展的重要趋势。
现代核电站汽轮机的数量正在快速增加,因此研究适用于不同反应堆型的、性能良好的汽轮机具有特别重要的意义。
全世界利用地热的汽轮机的装机容量,1983年已有3190兆瓦,不过对熔岩等深层更高温度地热资源的利用尚待探索;利用太阳能的汽轮机电站已在建造,海洋温差发电也在研究之中。所有这些新能源方面的汽轮机尚待继续进行试验研究。
另外,在汽轮机设计、制造和运行过程中,采用新的理论和技术,以改善汽轮机的性能,也是未来汽轮机研究的一个重要内容。例如:气体动力学方面的三维流动理论,湿蒸汽双相流动理论;强度方面的有限元法和断裂力学分析;振动方面的快速傅里叶转换、模态分析和激光技术;设计、制造工艺、试验测量和运行监测等方面的电子计算机技术;寿命监控方面的超声检查和耗损计算。此外,还将研制氟利昂等新工质的应用,以及新结构、新工艺和新材料等。