1、汽輪發電機組的結構及工作原理汽輪發電機組的結構及工作原理 崔新佳崔新佳 2011年7月29日 目錄 1 .電的發現及汽輪機應用 2 .生產電力的幾種方法 3 .汽輪發電機的基本工作原理 4 .汽輪機的調節系統 5 .汽輪機的保護系統 6 .汽輪機的油系統 7 .汽輪機的基本構造 8 .汽輪機的分類1 電的發現與生產n600前希臘人泰勒斯 發現了電。n1660年德國人埃里克發明了世界上第一臺摩擦發電機。n1780年意大利醫生加法尼,通過動物組織對電流的反應。n1799年意大利物理學家伏特。他認為電不是來源動物。n1800年伏特他發明了世界上第一塊電池。n1821年英國人法拉第發明了世界上第一臺發

2、電機（不連續）n1831年他發現當電磁鐵穿過一個閉合回路時，線圈內就會產生電流，這就是“電磁感應”。由此他發明了世界 上第一臺永久磁鐵能連續生產電流的發電機。n1876年德國人西門子他發明了，采用電磁鐵連續生產電流的發電機。. 1883年瑞典工程師拉瓦爾設計制造了世界上第一臺沖動式汽輪機。 1884年英國人帕森斯設計制造了世界上第一臺反動式汽輪機。 人們把汽輪機和發電機有機結合就制造出了現在我們普遍使用的汽輪發電機組。 汽輪機的應用領域很廣泛。發電拖動、工業托動、船舶拖動。 2生產電力的方法。1.風力發電：利用風的動能，來吹動葉輪轉動，產生機械能，帶動發電機子轉子發電。2.水力發電： 利用水的

3、勢能, 來推動水輪機的轉子，帶動發電機轉子 ，進行發電 2.潮汐發電：利用海水的潮長潮落，產生的勢能進行發電。3.太陽能發電：利用太陽的光輻射，通過光伏組件吸收熱量，產生電能。（熱核反應)，4氫1氦，1KG氫的熱核反應，相當地球燃燒19000T的標煤，太陽中可燃燒的氫為10分之1，能燃燒100多億年。電磁波-粒子流。地球接收的能量只占總能量的20億分之1。3.風力發電； 利用風的動能，4太陽能發電；利用太陽的輻射，5潮汐發電； 利用海水的勢能，6核能發電； 利用鈾235的核反應，汽輪發電機組的工作原理4.核能發電：利用鈾235的核裂變，產生的能量，進行發電。1個中子進入鈾235原子核以后，原子

4、就變的不穩定，分裂成2個較小質量的原子核，這就是核裂反應，產生很大的能量的同時，還會放出2-3個中子和其他射線，這些中子再次進入鈾235原子核，不斷重復上述核裂變反應。5.水力發電：利用水的勢能帶動水輪機轉動，通過發電機發電。（古巴伊泰普，美國大古力哥倫比亞河，金沙江溪洛渡） n6.火力發電： 利用煤、油和可燃氣體的燃燒，使其的化學能轉化成熱能，再由熱能轉化成機械能，再由機械能轉化成電能。 發電廠的外景圖空冷發電廠的空冷塔 火力發電廠的幾個基本概念1.飽和水：指在一定條件時，水不能再溶解某種物質而達到此物質的飽和狀態，但此飽和水還可以溶解其他物質，里面物質的溶解度并不會互相影響。 2.飽和蒸汽

5、：當液體在有限的密閉空間中蒸發時 單位時間內進入空間的分子數目與返回液體中的分子數目相等時，則蒸發與凝結處于動平衡狀態。 3.過熱蒸汽：就是在一定壓力下，蒸汽達到飽和溫度，繼續吸熱，溫度超過飽和溫度。 4.蒸汽濕度：濕蒸汽中所含水分的質量百分數。 5.焓:熱力學中表示物質系統能量的一個狀態函數，常用符號H表示。數值上等于系統的內能U加上壓強p和體積V的乘積，即H=U+pV。焓的變化是系統在等壓可逆過程中所吸收的熱量的度量。，6.熵：表示物質系統狀態的一個物理量(記為S)，它表示該狀態可能出現的程度。在熱力學中，是用以說明熱學過程不可逆性的一個比較抽象的物理量。孤立體系中實際發生的過程必然要使它

6、的熵增加 7.干球溫度：干球溫度是溫度計在普通空氣中所測出的溫度，即我們一般天氣預報里常說的氣溫。 8.濕球溫度：濕球溫度是指同等焓值空氣狀態下，空氣中水蒸汽達到飽和時的空氣溫度， 為了讓大家對汽輪機內部有個感性認識，我先給大家放兩個三維小視頻。3 汽輪機的基本工作原理汽輪機和發電機是火力發電廠三大主要設備的兩大主機，單機功率大、效率高、運行平穩、使用壽命長。汽輪機以蒸汽為工質，將熱能轉變為機械能，為發電機發電提供機械能。 “級級”是汽輪機中最基本的工作單元。在結構上它是由靜葉（噴嘴）和對應的動葉所組成；一列固定的噴嘴和與它配合的動葉片構成了汽輪機的基本作功單元，稱為汽輪機的級。 噴嘴出口處噴

7、嘴出口處：蒸汽以相對速度w1進入動葉通道，由于受到動葉的阻礙，汽流方向不斷改變，最后以相對速度w2流出動葉通道，在流道中蒸汽對動葉產生一個輪周方向的沖動力F1，該力對動葉作功使動葉轉動 蒸汽流過無膨脹動葉通道時速度的變化沖動作用原理沖動力的定義：沖動力的定義：根據力學知識，當一運動物體碰到另一個靜止的物體或者運動速度低于它的物體時，就會受到阻礙而改變其速度的大小或方向，同時給阻礙它的物體的一個作用力特點：特點：蒸汽僅把從噴嘴中獲得的動能轉變為機械功，蒸汽在動葉通道中不膨脹，動葉通道不收縮。反動力定義：反動力定義：蒸汽在動葉汽道內膨脹時對動葉的作用力。根據動量守恒定律，當氣體從容器中加速流出時，

8、要對容器產生個與流動方向相反的力。基本特點：基本特點：蒸汽在動葉流道中不僅要改變方向，而且還要膨脹加速，從結構上看動葉通道是逐漸收縮的。反動作用原理從作用力方面分析原理蒸汽流經級時先在噴嘴中膨脹壓力降低，速度增加一方面通過速度方向的改變，產生沖動力F1蒸汽在動葉中繼續膨脹，壓力降低，所產生的焓降轉化為動能造成動葉出口的相對速度w2大于進口相對速度w1，使汽流產生了作用于動葉上的與汽流方向相反的反動力Fr。在蒸汽的沖動力和反動力合力作用下推動動葉旋轉作功。動葉通道是逐漸收縮的 .熱力循環火力發電廠的基本熱力循環 1.卡諾循環 。（奧氏體鋼，膨脹系數大，熱導率小，對溫度適應性差，抗蠕變能力差） 2

9、.朗肯循環。（鉻鉬鋼）4 汽輪機的調節系統 1.液壓調節系統。（50年代）機械部件和液壓部件 組成。 2.功頻電液調節系統。 (60年代 ) 以模擬計算機為基礎的，引入了功率、頻率兩個控制信號的電液調節系統，常稱為功頻電液調節系統。 3.數字調節系統。（70年代）以數字計算機為基礎的數字式電液調節系調節汽輪機的系統。數字調節系統發出指令后，通過調節汽輪機的閥門，而改變汽輪機的進汽量，從而達到調整負荷的目的 。 。調節系統任務 1.是調節汽輪機內功率以滿足外界負荷的變化 。 2.保證汽輪機的轉速在允許范圍 。 調節系統它六個部分組成 1.感應機構 2.定值機構（同步器）3.放大機構 4 執行機構

10、 5.配汽機構 6.反饋機構。.5.汽輪機的保護系統. 汽輪機的超速保護 . 汽輪機的軸向位移保護 . 汽輪機的油壓和油溫保護. 汽輪機凝汽器低真空保護.6.汽輪機的供油系統 汽輪機供油系統分為兩個部分： 1. 一部分是汽輪機軸承潤滑油，轉子放在軸承上，需要潤滑油建立油膜，防止干摩擦 。 2. 頂軸油在汽輪機運轉之前，需要頂軸油系統開啟，給各個軸承處泵入潤滑油。 其實油的用途總的來說就是給軸承潤滑的，為了實現不同運行情況下的潤滑，才有相應的一些系統。 7. 汽輪機本體的基本結構 汽輪機是由靜子和轉子組成。 靜子 ： 由墊鐵、臺板、汽缸（上、下高中 低 ）、軸承箱、軸承（經向和推力）、噴嘴、隔板

11、、靜葉柵、汽封、滑銷系統（貓爪、立銷、縱銷、橫銷、角銷）組成。 轉子： 由轉子軸、動葉片、聯軸器、盤車組成。 汽輪機的墊鐵汽輪機的墊鐵有兩種一平墊鐵和斜墊鐵汽輪機的臺板汽缸的結構汽缸的結構 汽缸從高壓向低壓方向看，大致上呈圓筒汽缸從高壓向低壓方向看，大致上呈圓筒形或圓錐形。為了便于加工、安裝及檢修，汽形或圓錐形。為了便于加工、安裝及檢修，汽缸一般作成水平對分式，即分為上、下汽缸，缸一般作成水平對分式，即分為上、下汽缸，水平結合面一般用法蘭螺栓連接水平結合面一般用法蘭螺栓連接. . 另外，為了合理利用材料和便于加工、運另外，為了合理利用材料和便于加工、運輸，汽缸也常按缸內壓力高低沿軸向分為幾段，

12、輸，汽缸也常按缸內壓力高低沿軸向分為幾段，垂直結合面也采用法蘭螺栓連接，由于垂直結垂直結合面也采用法蘭螺栓連接，由于垂直結合面一般不需拆卸，為保證其嚴密性，有些汽合面一般不需拆卸，為保證其嚴密性，有些汽缸還在結合面的內圓加以密封焊。缸還在結合面的內圓加以密封焊。 再熱蒸汽進入中壓缸時壓力不高，但溫度很高，因此仍采用雙層缸結構。.汽輪機的前軸承箱.汽輪機的經向軸瓦（軸承）汽輪機的噴嘴汽輪機的隔板隔板結構隔板結構 隔板用于固定噴嘴葉片，隔板用于固定噴嘴葉片，并將整個汽缸內部空間分隔并將整個汽缸內部空間分隔成若干個汽室。它主要由隔成若干個汽室。它主要由隔板體，噴嘴葉柵和隔板外緣板體，噴嘴葉柵和隔板外

13、緣等部分組成。隔板通過外緣等部分組成。隔板通過外緣直接安裝在汽缸或隔板套內直接安裝在汽缸或隔板套內專門的凹槽中。為了安裝和專門的凹槽中。為了安裝和拆卸方便，隔板沿水平中分拆卸方便，隔板沿水平中分面對分為上、下兩半塊，稱面對分為上、下兩半塊，稱上、下隔板。為了使上下隔上、下隔板。為了使上下隔板對準，并防止漏汽，在水板對準，并防止漏汽，在水平中分面加裝密封鍵和定位平中分面加裝密封鍵和定位銷。在隔板體的內孔壁有安銷。在隔板體的內孔壁有安裝汽封環的槽道。裝汽封環的槽道。 汽輪機的汽封.汽汽 封封 汽輪機通流部分的汽輪機通流部分的動、靜機件之間，為了動、靜機件之間，為了避免碰磨，必須留有一避免碰磨，必須

14、留有一定的間隙，而間隙的存定的間隙，而間隙的存在又會導致漏汽，使汽在又會導致漏汽，使汽輪機效率降低。為此，輪機效率降低。為此，在汽輪機動、靜機件的在汽輪機動、靜機件的有關部位設有密封裝置，有關部位設有密封裝置，通常稱為汽封。通常稱為汽封。 汽輪機轉子汽輪機轉子 汽輪機轉子在高溫蒸汽中高速旋轉，不僅要汽輪機轉子在高溫蒸汽中高速旋轉，不僅要承受汽流的作用力和由葉片、葉輪本身離心力所承受汽流的作用力和由葉片、葉輪本身離心力所引起的應力，而且還承受著由溫度差所引起的熱引起的應力，而且還承受著由溫度差所引起的熱應力。應力。 此外，當轉子不平衡質量過大時，將引起汽此外，當轉子不平衡質量過大時，將引起汽輪機

15、的振動。因此，轉子的工作狀況對汽輪機的輪機的振動。因此，轉子的工作狀況對汽輪機的安全、經濟運行有著很大的影響。安全、經濟運行有著很大的影響。 汽輪機的轉子汽輪機的轉子汽輪機的轉子葉輪的結構型式葉輪的結構型式葉根和輪緣結構葉根和輪緣結構 葉片通過葉根固定在葉輪上，葉根與葉輪的連接應該牢固可靠，而且應保證葉片在任何運行條件下不會松動。同時，葉根的結構應在滿足強度的條件下盡量簡單，使制造、安裝方便，并使葉輪輪緣的軸向尺寸為最小。隨著動葉片的圓周速度和長度的不同，其葉根所受的作用力也不同，這就需要采用不同的葉根結構型式。 動葉片的結構動葉片的結構 動葉片是汽輪機中數量最大和種類最多的零件，它的結構、材

16、料和裝配質量對汽輪機的安全和經濟運行有極大的影響。在汽輪機的事故中，葉片事故約占60%70%左右，所以必須予以足夠的重視。葉片應具有良好的流動特性、足夠的強度、滿意的轉動特性、合理的結構和良好的工藝性能。 焊接轉子焊接轉子 由若干個實心輪盤和端軸拼合焊接而成。焊接轉子的主要優點是：不存在松動問題；采用實心的輪盤，強度高，不需要葉輪輪殼，結構緊湊；輪盤和轉子可以單獨制造，材料利用合理，加工方便且易于保證質量；焊成整體后轉子剛性較大等。但是焊接轉子要求材料的可焊性好，焊接工藝及檢驗技術要求高且比較復雜，這一切在一定程度下妨礙了焊接轉子的應用。 整煅轉子整煅轉子 葉輪和主軸及其他主要零部件是用整體毛

17、坯加工制成的。主軸的中心通常鉆有中心孔，其作用是：去掉鍛件中殘留的雜質及疏松部分；用來檢查鍛件的質量；減輕轉子的重量。高參數或超高參數機組的高壓轉子，防止高溫下松動是主要的，因此廣泛采用整鍛轉子。 套裝轉子套裝轉子 套裝轉子的葉輪、軸封套、聯軸器等部件和主軸是分別制造的，然后將它們熱套(過盈配合)在主軸上，并用鍵傳遞力矩。主軸加工成階梯形，中間直徑大，只適用于中、低參數的汽輪機和高參數汽輪機的中、低壓部分，其工作溫度一般在400以下。 組合轉子組合轉子 根據各段的工作條件不同，在同一轉子上，高壓部分采用整鍛結構，中、低壓部分采用套裝結構，從而兼得整鍛轉子和套裝轉子的優點。組合轉子廣泛用于高參數

18、、中等功率的汽輪機上。 汽輪機的聯軸器汽輪機的聯軸器 聯軸器又叫靠背輪，其作用是連接汽輪機的各轉子和發電機轉子,并傳遞轉矩。 聯軸器的形式有三種。 1. 剛性聯軸器。 2. 半撓性聯軸器。 3. 撓性聯軸器。汽輪機的盤車裝置貓爪 ：起著橫銷作用，又對汽缸起著支承作用。 2.立銷 ：3.縱銷 ：可保證汽輪機沿縱向中心線正確膨脹，并保證汽缸 中心線不能作橫向滑移 。 4.橫銷：作用是保證汽缸橫向的正確膨脹，并限制汽缸沿軸向移動 。 5.角銷： 汽輪發電機結構及工作原理 發電機通常由定子、轉子、端蓋及軸承等部件構成。 定子由定子鐵芯、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結構件組成。 轉子由轉子鐵芯(

19、或磁極、磁扼)繞組、護環、中心環、滑環、風扇及轉軸等部件組成。 由軸承及端蓋將發電機的定子，轉子連接組裝起來，使轉子能在定子中旋轉，做切割磁力線的運動，從而產生感應電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產生了電流。 汽輪發電機 通常為3000轉分（頻率為50赫）或3600轉分（頻率為60赫）。核電站中汽輪機轉速較低,但也在1500轉/分。高速汽輪發電機為了減少因離心力而產生的機械應力以及降低風摩耗，轉子直徑一般做得比較小，長度比較大，即采用細長的轉子。. 必須加強電機的冷卻,汽輪發電機都采用了冷卻效果較好的氫冷或水冷技術。勵磁機： 就是一個小功率的直流發電機,一般都為幾十伏,勵磁電壓一般不變,

20、即使變動也很小,而勵磁電流的大小,由磁場變阻器或自動勵磁調節器調節,它的作用是將發出來的直流電供發電機轉子磁極饒組,勵磁電流以產生磁場.勵磁電流在發電機空載時,改變其大小可以改變發電機的端電壓,在發電機并網帶負荷時,改變其大小,可以改變發電機的無功功率 8.汽輪機的分類按工作原理分按工作原理分沖動式汽輪機沖動式汽輪機反動式汽輪機反動式汽輪機按熱力特性分按熱力特性分凝汽式汽輪機凝汽式汽輪機背壓式汽輪機背壓式汽輪機調節抽汽式汽輪機調節抽汽式汽輪機中間再熱式汽輪機中間再熱式汽輪機.凝汽式汽輪機凝汽式汽輪機凝汽式汽輪機的主要任務是發電，它把做完功的蒸汽排入凝汽器，變成凝結水，送回到鍋爐加熱成過熱蒸汽，

21、再進入汽輪機做功發電。（它的排汽壓力小于大氣壓）.背壓式汽輪機背壓式汽輪機背壓式汽輪機是把做完功高于大氣壓力蒸汽，直接送給熱用戶。它的發電負荷的多少完全取決熱用戶。.調節抽汽式汽輪機調節抽汽式汽輪機 調節抽汽式汽輪機，是把做完一部分功調節抽汽式汽輪機，是把做完一部分功的蒸汽從某一級抽出，送給工業用戶或采暖的蒸汽從某一級抽出，送給工業用戶或采暖用戶。用戶。 它又分為兩種它又分為兩種抽汽凝汽式汽輪機它的電負荷取決抽抽汽凝汽式汽輪機它的電負荷取決抽氣量。氣量。抽汽背壓式汽輪機它可以靈活地調節抽汽背壓式汽輪機它可以靈活地調節熱負荷和電負荷。熱負荷和電負荷。.中間再熱式汽輪機中間再熱式汽輪機 中間再熱式汽輪機是，把高壓缸做完中間再熱式汽輪機是，把高壓缸做完一部分功的蒸汽，從某一級抽出送人鍋爐一部分功的蒸汽，從某一級抽出送人鍋爐的再熱