汽輪機(jī)工作原理_緒論_第一節(jié)

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,Steam Turbine,汽輪機(jī)原理,緒論（,preface),一、電力在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,二、汽輪機(jī)裝置在電廠中的地位,三、汽輪機(jī)發(fā)展概述,四、汽輪機(jī)的分類和型號(hào),五、本課程的主要內(nèi)容,發(fā)電機(jī)的發(fā)明,1819,年由丹麥科學(xué)家歐爾斯德,(Hans Christian,Oersted,),在教室里偶然發(fā)現(xiàn)放在電線下之指南針不再指南，而與電線成垂直方向。經(jīng)此之后，他便發(fā)現(xiàn)了電與磁之間的關(guān)系。次年法國(guó)人安培,(Andre,Marrie,Ampere),根據(jù)歐爾斯德之報(bào)告，對(duì)磁場(chǎng)與電流間之關(guān)系作一整理與研究，并提

2、出認(rèn)為兩條電線平行置放時(shí)，電流流動(dòng)之方向相同時(shí)會(huì)相排斥；而相反時(shí)會(huì)相吸。若將電線繞成線圈并行通電后，則如自然之磁石一樣。現(xiàn)在，,安培,的名字已家喻戶曉，成為電流強(qiáng)度單位之名稱。,1830,年英國(guó)有一位學(xué)者名叫法拉第,(Michael,Farady,),，發(fā)現(xiàn)當(dāng)一塊磁鐵放入電線圈中時(shí)，會(huì)使電流流入線圈；拿出磁鐵時(shí)，電流則反方向流動(dòng)。為使所發(fā)生之電能連續(xù)流動(dòng)，法拉第用一只十二英寸的銅盤(pán)裝在架子上，盤(pán)中央安置一曲柄，以手搖曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)銅盤(pán)，整個(gè)銅盤(pán)置於一馬蹄型磁鐵內(nèi)。將電線一端接於銅盤(pán)軸上，另一端則以接觸器接出。當(dāng)銅盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電線會(huì)不斷切割磁力線，并產(chǎn)生連續(xù)性電流。,一、電力在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位,1875

3、,年，巴黎北火車(chē)站建成世界上第一座火電廠，為附近照明供電。,1879,年，美國(guó)舊金山實(shí)驗(yàn)電廠開(kāi)始發(fā)電，是世界上最早出售電力的電廠。,80,年代，在英國(guó)和美國(guó)建成世界上第一批水電站。,1913,年，全世界的年發(fā)電量達(dá),500,億千瓦時(shí)，電力工業(yè)已作為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)部門(mén)，進(jìn)入人類的生產(chǎn)活動(dòng)領(lǐng)域,20,世紀(jì),30,、,40,年代，美國(guó)成為電力工業(yè)的先進(jìn)國(guó)家，擁有,20,萬(wàn)千瓦的機(jī)組,31,臺(tái)，容量為,30,萬(wàn)千瓦的中型火電廠,9,座。同一時(shí)期，水電機(jī)組達(dá),5,10,萬(wàn)千瓦。,1934,年，美國(guó)開(kāi)工興建的大古力水電站，計(jì)劃容量是,888,萬(wàn)千瓦，,1941,年發(fā)電，到,1980,年裝機(jī)容量達(dá),649,

4、萬(wàn)千瓦，至,80,年代中期一直是世界上最大的水電站。,1950,年，全世界發(fā)電量增至,9589,億千瓦時(shí)，是,1913,年的,19,倍。,50,、,60,、,70,年代，平均年增長(zhǎng)率分別為,9.4,、,8.0,、,5.3,。,1950,1980,年，發(fā)電量增長(zhǎng),7.9,倍，平均年增長(zhǎng)率,7.6,，約相當(dāng)于每,10,年翻一番。,1986,年，全世界水電發(fā)電量占,20.3,，火電占,63.7,，核電占,15.6,；美國(guó)水電占,11.4,，火電占,72.1,，核電占,16.0,；前蘇聯(lián)水電占,13.5,，火電占,76.4,，核電占,10.1,；日本水電占,12.9,，火電占,61.8,，核電占,25

5、.1,；中國(guó)水電占,21.0,，火電占,79.0,。世界上核電比重最大的是法國(guó)，,1989,年占總發(fā)電量的,74.6,。,20,世紀(jì),70,年代，電力工業(yè)進(jìn)入以大機(jī)組、大電廠、超高壓以至特高壓輸電，形成以聯(lián)合系統(tǒng)為特點(diǎn)的新時(shí)期。,1973,年，瑞士,BBC,公司制造的,130,萬(wàn)千瓦雙軸發(fā)電機(jī)組在美國(guó)肯勃蘭電廠投入運(yùn)行。蘇聯(lián)于,1981,年制造并投運(yùn)世界上容量最大的,120,萬(wàn)千瓦單軸汽輪發(fā)電機(jī)組。到,1977,年，美國(guó)已有,120,座裝機(jī)容量百萬(wàn)千瓦以上的大型火電廠。,1985,年，蘇聯(lián)有百萬(wàn)千瓦以上火電廠,59,座。,1983,年，日本有百萬(wàn)千瓦以上的火電廠,32,座，其中鹿兒島電廠總?cè)萘?/p>

6、,440,萬(wàn)千瓦，是世界上最大的燃油電廠。世界上設(shè)計(jì)容量最大的水電站是巴西和巴拉圭合建的伊泰普水電站，設(shè)計(jì)容量,1260,萬(wàn)千瓦，近期裝機(jī)容量達(dá),490,萬(wàn)千瓦，采用,70,萬(wàn)千瓦機(jī)組，與運(yùn)行中的世界最大水電站美國(guó)大古力水電站的世界最大水輪機(jī)組,70,萬(wàn)千瓦容量相等。世界上最大的核電站是日本福島核電站，容量是,909.6,萬(wàn)千瓦。,中國(guó)電力工業(yè),中國(guó)的電力工業(yè)開(kāi)始于,1882,年，英商在上海設(shè)立了電光公司，以后外國(guó)資本相繼在天津、武漢、廣州等地開(kāi)辦了一些電力工業(yè)企業(yè)。為配合新工業(yè)地區(qū)的建設(shè)，中國(guó)資本,1905,年才開(kāi)始投資于電力工業(yè)，以后雖有一定程度的發(fā)展，但增長(zhǎng)速度緩慢。中國(guó)發(fā)電量最高年份的

7、,1941,年只有,59.6,億度，到,1949,年全國(guó)發(fā)電設(shè)備容量為,185,萬(wàn)千瓦，發(fā)電量只有,43.1,億度。安裝了一些自動(dòng)安全監(jiān)測(cè)裝置。,中華人民共和國(guó)建立后，單機(jī)容量,60,萬(wàn)千瓦的火力發(fā)電機(jī)組已開(kāi)始運(yùn)行；在電站大機(jī)組上，國(guó)家對(duì)電力工業(yè)進(jìn)行了大量投資，單機(jī)容量,10,萬(wàn)千瓦以上的火力發(fā)電機(jī)組已達(dá),3094,萬(wàn)千瓦，電力工業(yè)得到很大發(fā)展。到,1984,年底，全國(guó)發(fā)電量,3770,億度，為,1949,年的,87,倍；全國(guó)發(fā)電設(shè)備容量,7995,萬(wàn)千瓦，為,1949,年的,43.2,倍。,截止,2006,年底，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到,62200,萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng),20.3%,。從電力生產(chǎn)情況

8、看，,2006,年全國(guó)發(fā)電量達(dá)到,28344,億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng),13.5%,。其中，水電發(fā)電量,4167,億千瓦時(shí)，約占全部發(fā)電量的,14.70%,，同比增長(zhǎng),5.1%,；火電發(fā)電量,23573,億千瓦時(shí)，約占全部發(fā)電量的,83.17%,，同比增長(zhǎng),15.3%,；核電發(fā)電量,543,億千瓦時(shí)，約占全部發(fā)電量的,1.92%,，同比增長(zhǎng),2.4%,。,2006,年全社會(huì)用電量達(dá)到,28248,億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng),14.0%,，增幅比,2005,年上升,0.4,個(gè)百分點(diǎn)。,截至,2007,年底，發(fā)電設(shè)備容量達(dá),7.13,億千瓦，同比增長(zhǎng),14.4%,。在短短一年的時(shí)間內(nèi)，全國(guó)電力裝機(jī)實(shí)現(xiàn)了從,6,

9、億千瓦到,7,億千瓦的飛躍。截至,2007,年底，全國(guó),220,千伏及以上輸電線路回路長(zhǎng)度達(dá),33.38,萬(wàn)公里，增長(zhǎng),17.45%,；,220,千伏及以上變電容量達(dá),11.60,億千伏安，增長(zhǎng),19.59%,。電力建設(shè)規(guī)模持續(xù)歷史高位水平。全年基本建設(shè)新增（正式投產(chǎn)）發(fā)電設(shè)備容量基本與,2006,年持平，為,10009,萬(wàn)千瓦,二、汽輪機(jī)裝置在電廠中的地位,鍋 爐,汽輪機(jī),發(fā) 電 機(jī),蒸 汽,化學(xué)能,(,燃料,),熱能,機(jī)械能,電能,電廠鳥(niǎo)覽圖,汽輪機(jī)車(chē)間圖,圖為位于法國(guó),CHOOZ,的世界上第一大核電廠的,HP/IP,汽機(jī),(1560 MW),比利時(shí)一汽機(jī)改造項(xiàng)目的優(yōu)化流動(dòng)低壓轉(zhuǎn)子,美國(guó)阿

10、拉巴馬州,680MW,沖動(dòng)式機(jī)組高壓缸,三、汽輪機(jī)的發(fā)展概述,汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械，是蒸汽動(dòng)力裝置的主要設(shè)備之一。汽輪機(jī)是一種透平機(jī)械，又稱蒸汽透平。,公元一世紀(jì)時(shí)，亞歷山大的希羅記述了利用蒸汽反作用力而旋轉(zhuǎn)的汽轉(zhuǎn)球，又稱為風(fēng)神輪，這是最早的反動(dòng)式汽輪機(jī)的雛形；,1629,年意大利的布蘭卡提出由一股蒸汽沖擊葉片而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪。,19,世紀(jì)末，瑞典拉瓦爾和英國(guó)帕森斯分別創(chuàng)制了實(shí)用的汽輪機(jī)。拉瓦爾于,1882,年制成了第一臺(tái),5,馬力,(3.67,千瓦,),的單級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)，并解決了有關(guān)的噴嘴設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)問(wèn)題。單級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)功率很小，現(xiàn)在已很少采用。,20,世紀(jì)初，

11、法國(guó)拉托和瑞士佐萊分別制造了多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)。多級(jí)結(jié)構(gòu)為增大汽輪機(jī)功率開(kāi)拓了道路，已被廣泛采用，機(jī)組功率不斷增大。帕森斯在,1884,年取得英國(guó)專利，制成了第一臺(tái),10,馬力的多級(jí)反動(dòng)式汽輪機(jī)，這臺(tái)汽輪機(jī)的功率和效率在當(dāng)時(shí)都占領(lǐng)先地位。,汽輪機(jī)的蒸汽從進(jìn)口膨脹到出口，單位質(zhì)量蒸汽的容積增大幾百倍，甚至上千倍，因此各級(jí)葉片高度必須逐級(jí)加長(zhǎng)。大功率凝汽式汽輪機(jī)所需的排汽面積很大，末級(jí)葉片須做得很長(zhǎng)。,汽輪機(jī)裝置的熱經(jīng)濟(jì)性用汽輪機(jī)熱耗率或熱效率表示。汽輪機(jī)熱耗率是每輸出單位機(jī)械功所消耗的蒸汽熱量，熱效率是輸出機(jī)械功與所耗蒸汽熱量之比。對(duì)于整個(gè)電站，還需考慮鍋爐效率和廠內(nèi)用電。因此，電站熱耗率比單獨(dú)汽

12、輪機(jī)的熱耗率高，電站熱效率比單獨(dú)汽輪機(jī)的熱效率低。,一座汽輪發(fā)電機(jī)總功率為,1000,兆瓦的電站，每年約需耗用標(biāo)準(zhǔn)煤,230,萬(wàn)噸。如果熱效率絕對(duì)值能提高,1%,，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤,6,萬(wàn)噸。因此，汽輪機(jī)裝置的熱效率一直受到重視。為了提高汽輪機(jī)熱效率，除了不斷改進(jìn)汽輪機(jī)本身的效率，包括改進(jìn)各級(jí)葉片的葉型設(shè)計(jì),(,以減少流動(dòng)損失,),和降低閥門(mén)及進(jìn)排汽管損失以外，還可從熱力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)采取措施。,根據(jù)熱力學(xué)原理，新蒸汽參數(shù)越高，熱力循環(huán)的熱效率也越高。早期汽輪機(jī)所用新蒸汽壓力和溫度都較低，熱效率低于,20,。隨著單機(jī)功率的提高，,30,年代初新蒸汽壓力已提高到,3,4,兆帕，溫度為,400,450

13、,。隨著高溫材料的不斷改進(jìn)，蒸汽溫度逐步提高到,535,，壓力也提高到,6,12.5,兆帕，個(gè)別的已達(dá),16,兆帕，熱效率達(dá),30,以上。,50,年代初，已有采用新蒸汽溫度為,600,的汽輪機(jī)。以后又有新蒸汽溫度為,650,的汽輪機(jī)。,現(xiàn)代大型汽輪機(jī)通常采用新汽壓力,24,兆帕，新汽溫度和再熱溫度為,535,565,的超臨界參數(shù),或新汽壓力為,16.5,兆帕、新汽溫度和再熱溫度為,535,的亞臨界參數(shù)。使用這些汽輪機(jī)的電站熱效率約為,40,。,另外，汽輪機(jī)的排汽壓力越低，蒸汽循環(huán)的熱效率就越高。不過(guò)排汽壓力主要取決于冷卻水的溫度，如果采用過(guò)低的排汽壓力，就需要增大冷卻水流量或增大凝汽器冷卻面積

14、，同時(shí)末級(jí)葉片也較長(zhǎng)。凝汽式汽輪機(jī)常用的排汽壓力為,0.005,0.008,兆帕。船用汽輪機(jī)組為了減輕重量，減小尺寸,常用,0.006,0.01,兆帕的排汽壓力。,汽輪機(jī)的發(fā)展歷程,此外，提高汽輪機(jī)熱效率的措施還有，采用回?zé)嵫h(huán)、采用再熱循環(huán)、采用供熱式汽輪機(jī)等。提高汽輪機(jī)的熱效率，對(duì)節(jié)約能源有著重大的意義。,大型汽輪機(jī)組的研制是汽輪機(jī)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向，這其中研制更長(zhǎng)的末級(jí)葉片，是進(jìn)一步發(fā)展大型汽輪機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵；研究提高熱效率是汽輪機(jī)發(fā)展的另一方向，采用更高蒸汽參數(shù)和二次再熱，研制調(diào)峰機(jī)組，推廣供熱汽輪機(jī)的應(yīng)用則是這方面發(fā)展的重要趨勢(shì)。,另外，在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行過(guò)程中，采用新的理論

15、和技術(shù)，以改善汽輪機(jī)的性能，也是未來(lái)汽輪機(jī)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。例如：氣體動(dòng)力學(xué)方面的三維流動(dòng)理論，濕蒸汽雙相流動(dòng)理論；強(qiáng)度方面的有限元法和斷裂力學(xué)分析；振動(dòng)方面的快速傅里葉轉(zhuǎn)換、模態(tài)分析和激光技術(shù)；設(shè)計(jì)、制造工藝、試驗(yàn)測(cè)量和運(yùn)行監(jiān)測(cè)等方面的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)；壽命監(jiān)控方面的超聲檢查和耗損計(jì)算。此外，還將研制氟利昂等新工質(zhì)的應(yīng)用，以及新結(jié)構(gòu)、新工藝和新材料等。,汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家,1,、,1883,年，,Laval,（瑞典）研制出第一臺(tái)軸流式汽輪機(jī),2,、,70,年代后，進(jìn)入百萬(wàn)級(jí),3,、汽輪機(jī)主要制造業(yè)：,GE Co.,（,General Electric Corporation),美國(guó)通用電氣公司（

16、沖動(dòng)式）,WH Co.(,Westing,House Electric Corporation),西屋 （反動(dòng)式）,BBC(Brown,Boveri,Co.),瑞士 （反動(dòng)式）,AA(,Alsthon-Atlantague,Co.),法國(guó) （沖動(dòng)式、反動(dòng)式）,其他（蘇聯(lián)、日本等）,我國(guó)三大動(dòng)力設(shè)備廠：哈汽、上汽、東汽,工業(yè)汽輪機(jī)：杭州,燃?xì)廨啓C(jī)：南京,四、汽輪機(jī)的分類和型號(hào),（,1,）按工作原理分類 沖動(dòng)式汽輪機(jī)。主要由沖動(dòng)級(jí)組成，蒸汽主要在噴嘴葉柵（或靜葉柵）中膨脹，在動(dòng)葉柵中只有少量膨脹。反動(dòng)式汽輪機(jī)。主要由反動(dòng)級(jí)組成，蒸汽在噴嘴葉柵（或靜葉柵）和動(dòng)葉柵中都進(jìn)行膨脹，且膨脹程度相同。（,2,）按熱力特性分 凝汽式汽輪機(jī)：蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹作功后，進(jìn)入高度真空狀態(tài)下的凝汽器，凝結(jié)成水。背壓式汽輪機(jī)：排汽壓力高于大氣壓力，直接用于供熱，無(wú)凝汽器。當(dāng)排汽作為其他中、低壓汽輪機(jī)的工作蒸汽時(shí)，稱為前置式汽輪機(jī)。調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)：從汽輪機(jī)中間某幾級(jí)后抽出一定參數(shù)、一定流量的蒸汽,(,在規(guī)定的壓力下）對(duì)外供熱，其排汽仍排入凝汽器。根據(jù)供熱需要，有一次調(diào)整抽汽和二次抽汽之分。中間再熱式汽輪機(jī)：蒸汽