汽轮发电机组工作原理

汽轮发电机组的结构及工作原理,崔新佳 2011年7月29日,目录,1 .电的发现及汽轮机应用 2 .生产电力的几种方法 3 .汽轮发电机的基本工作原理 4 .汽轮机的调节系统 5 .汽轮机的保护系统 6 .汽轮机的油系统 7 .汽轮机的基本构造 8 .汽轮机的分类,1 电的发现与生产,600前希腊人泰勒斯 发现了电。 1660年德国人埃里克发明了世界上第一台摩擦发电机。 1780年意大利医生加法尼,通过动物组织对电流的反应。 1799年意大利物理学家伏特。他认为电不是来源动物。,1800年伏特他发明了世界上第一块电池。 1821年英国人法拉第发明了世界上第一台发电机（不连续） 1831年他发现当电磁铁穿过一个闭合回路时，线圈内就会产生电流，这就是“电磁感应”。由此他发明了世界 上第一台永久磁铁能连续生产电流的发电机。 1876年德国人西门子他发明了，采用电磁铁连续生产电流的发电机。,.,1883年瑞典工程师拉瓦尔设计制造了世界上第一台冲动式汽轮机。 1884年英国人帕森斯设计制造了世界上第一台反动式汽轮机。 人们把汽轮机和发电机有机结合就制造出了现在我们普遍使用的汽轮发电机组。 汽轮机的应用领域很广泛。发电拖动、工业托动、船舶拖动。,2生产电力的方法。,1.风力发电：利用风的动能，来吹动叶轮转动，产生机械能，带动发电机子转子发电。,2.水力发电： 利用水的势能, 来推动水轮机的转子，带动发电机转子 ，进行发电,2.潮汐发电：利用海水的潮长潮落，产生的势能进行发电。,3.太阳能发电：利用太阳的光辐射，通过光伏组件吸收热量，产生电能。（热核反应)，4氢1氦，1KG氢的热核反应，相当地球燃烧19000T的标煤，太阳中可燃烧的氢为10分之1，能燃烧100多亿年。电磁波-粒子流。地球接收的能量只占总能量的20亿分之1。,3.风力发电； 利用风的动能， 4太阳能发电；利用太阳的辐射， 5潮汐发电； 利用海水的势能， 6核能发电； 利用铀235的核反应， 汽轮发电机组的工作原理,4.核能发电：利用铀235的核裂变，产生的能量，进行发电。1个中子进入铀235原子核以后，原子就变的不稳定，分裂成2个较小质量的原子核，这就是核裂反应，产生很大的能量的同时，还会放出2-3个中子和其他射线，这些中子再次进入铀235原子核，不断重复上述核裂变反应。,5.水力发电：利用水的势能带动水轮机转动，通过发电机发电。（古巴伊泰普，美国大古力哥伦比亚河，金沙江溪洛渡）,6.火力发电： 利用煤、油和可燃气体的燃烧，使其的化学能转化成热能，再由热能转化成机械能，再由机械能转化成电能。,发电厂的外景图,空冷发电厂的空冷塔,火力发电厂的几个基本概念,1.饱和水：指在一定条件时，水不能再溶解某种物质而达到此物质的饱和状态，但此饱和水还可以溶解其他物质，里面物质的溶解度并不会互相影响。 2.饱和蒸汽：当液体在有限的密闭空间中蒸发时 单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态。 3.过热蒸汽：就是在一定压力下，蒸汽达到饱和温度，继续吸热，温度超过饱和温度。 4.蒸汽湿度：湿蒸汽中所含水分的质量百分数。 5.焓:热力学中表示物质系统能量的一个状态函数，常用符号H表示。数值上等于系统的内能U加上压强p和体积V的乘积，即H=U+pV。焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量。,，,6.熵：表示物质系统状态的一个物理量(记为S)，它表示该状态可能出现的程度。在热力学中，是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。孤立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增加 7.干球温度：干球温度是温度计在普通空气中所测出的温度，即我们一般天气预报里常说的气温。 8.湿球温度：湿球温度是指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度，,为了让大家对汽轮机内部有个感性认识，我先给大家放两个三维小视频。,3 汽轮机的基本工作原理,汽轮机和发电机是火力发电厂三大主要设备的两大主机，单机功率大、效率高、运行平稳、使用寿命长。 汽轮机以蒸汽为工质，将热能转变为机械能，为发电机发电提供机械能。,“级”是汽轮机中最基本的工作单元。在结构上它是由静叶（喷嘴）和对应的动叶所组成；一列固定的喷嘴和与它配合的动叶片构成了汽轮机的基本作功单元，称为汽轮机的级。,喷嘴出口处：蒸汽以相对速度w1进入动叶通道，由于受到动叶的阻碍，汽流方向不断改变，最后以相对速度w2流出动叶通道， 在流道中蒸汽对动叶产生一个轮周方向的冲动力F1，该力对动叶作功使动叶转动,蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度的变化,冲动作用原理,冲动力的定义：根据力学知识，当一运动物体碰到另一个静止的物体或者运动速度低于它的物体时，就会受到阻碍而改变其速度的大小或方向，同时给阻碍它的物体的一个作用力 特点：蒸汽仅把从喷嘴中获得的动能转变为机械功，蒸汽在动叶通道中不膨胀，动叶通道不收缩。,反动力定义：蒸汽在动叶汽道内膨胀时对动叶的作用力。根据动量守恒定律，当气体从容器中加速流出时，要对容器产生个与流动方向相反的力。 基本特点：蒸汽在动叶流道中不仅要改变方向，而且还要膨胀加速，从结构上看动叶通道是逐渐收缩的。,反动作用原理,从作用力方面分析原理,蒸汽流经级时先在喷嘴中膨胀压力降低，速度增加一方面通过速度方向的改变，产生冲动力F1 蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低，所产生的焓降转化为动能造成动叶出口的相对速度w2大于进口相对速度w1，使汽流产生了作用于动叶上的与汽流方向相反的反动力Fr。 在蒸汽的冲动力和反动力合力作用下推动动叶旋转作功。,动叶通道是逐渐收缩的,.,热力循环,火力发电厂的基本热力循环 1.卡诺循环 。（奥氏体钢，膨胀系数大，热导率小，对温度适应性差，抗蠕变能力差） 2.朗肯循环。（铬钼钢）,4 汽轮机的调节系统,1.液压调节系统。（50年代）机械部件和液压部件 组成。 2.功频电液调节系统。 (60年代 ) 以模拟计算机为基础的，引入了功率、频率两个控制信号的电液调节系统，常称为功频电液调节系统。 3.数字调节系统。（70年代）以数字计算机为基础的数字式电液调节系调节汽轮机的系统。数字调节系统发出指令后，通过调节汽轮机的阀门，而改变汽轮机的进汽量，从而达到调整负荷的目的 。,。调节系统任务,1.是调节汽轮机内功率以满足外界负荷的变化 。 2.保证汽轮机的转速在允许范围 。 调节系统它六个部分组成 1.感应机构 2.定值机构（同步器） 3.放大机构 4 执行机构 5.配汽机构 6.反馈机构 。,.,.,5.汽轮机的保护系统,. 汽轮机的超速保护 . . 汽轮机的轴向位移保护 . . 汽轮机的油压和油温保护. . 汽轮机凝汽器低真空保护.,6.汽轮机的供油系统,汽轮机供油系统分为两个部分： 1. 一部分是汽轮机轴承润滑油，转子放在轴承上，需要润滑油建立油膜，防止干摩擦 。 2. 顶轴油在汽轮机运转之前，需要顶轴油系统开启，给各个轴承处泵入润滑油。 其实油的用途总的来说就是给轴承润滑的，为了实现不同运行情况下的润滑，才有相应的一些系统。,7. 汽轮机本体的基本结构,汽轮机是由静子和转子组成。 静子 ： 由垫铁、台板、汽缸（上、下高中 低 ）、轴承箱、轴承（经向和推力）、喷嘴、隔板、静叶栅、汽封、滑销系统（猫爪、立销、纵销、横销、角销）组成。 转子： 由转子轴、动叶片、联轴器、盘车组成。,汽轮机的垫铁,汽轮机的垫铁有两种一平垫铁和斜垫铁,汽轮机的台板,汽 缸,汽缸的作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，将蒸汽包容在汽缸中膨胀做功，完成其能量转换过程。 汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板套、隔板和汽封等部件。分成高压缸、中压缸和低压缸。,汽缸的结构,汽缸从高压向低压方向看，大致上呈圆筒形或圆锥形。为了便于加工、安装及检修，汽缸一般作成水平对分式，即分为上、下汽缸，水平结合面一般用法兰螺栓连接. 另外，为了合理利用材料和便于加工、运输，汽缸也常按缸内压力高低沿轴向分为几段，垂直结合面也采用法兰螺栓连接，由于垂直结合面一般不需拆卸，为保证其严密性，有些汽缸还在结合面的内圆加以密封焊。,高 压 缸 采用双层缸结构 内缸承受蒸汽的温差小、压差大，而外缸承受的温差大、压差小。因此内缸壁中温度梯度不大，引起的热应力较小,外缸承受大温差,但由于缸壁承压小，在工况变化过程中，能承受较大的热应力。,中 压 缸 再热蒸汽进入中压缸时压力不高，但温度很高，因此仍采用双层缸结构。,低 压 缸 低压缸尺寸大，要求缸体有足够的刚度和合理的排汽通道。蒸汽热膨胀后比容大是1: 100-1：600 。 低压缸设有喷水减温装置。,.,.,.,.,.,.,.,汽轮机的前轴承箱,.,前箱总图,轴承,汽轮机的轴承有径向支持轴承和轴向推力轴承两种。 1.径向支持承轴：支持转子重量 和离心力。( 固定式、自立式 、三油楔式、可倾瓦。） 2.推力承轴： 承担汽轮机转子轴向推力， 保证轴向间隙。 轴承全部采用乌金材料，径向轴承设计温度不超过90，推力轴承温度不超过85 ,汽轮机的经向轴瓦（轴承）,汽轮机的喷嘴,汽轮机的隔板,隔板结构,隔板用于固定喷嘴叶片，并将整个汽缸内部空间分隔成若干个汽室。它主要由隔板体，喷嘴叶栅和隔板外缘等部分组成。隔板通过外缘直接安装在汽缸或隔板套内专门的凹槽中。为了安装和拆卸方便，隔板沿水平中分面对分为上、下两半块，称上、下隔板。为了使上下隔板对准，并防止漏汽，在水平中分面加装密封键和定位销。在隔板体的内孔壁有安装汽封环的槽道。,汽 封 汽封是装设在汽轮机动、静机件间的密封装置。如果汽封装在轴端，我们就称之为轴封。装在轴间就称为轴间汽封。 1.防止高压部分蒸汽外漏 2.防止低压部分大气内漏,汽轮机的汽封,.,.,.,.,轴 封,汽 封,汽轮机通流部分的动、静机件之间，为了避免碰磨，必须留有一定的间隙，而间隙的存在又会导致漏汽，使汽轮机效率降低。为此，在汽轮机动、静机件的有关部位设有密封装置，通常称为汽封。,汽轮机转子,汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转，不仅要承受汽流的作