汽轮机-绪论
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汽轮机设备及运行绪论
由于太阳能能量十分巨大，且可实现无污染转化和利用，随着世界 性的能源供需日趋紧张和现代科学技术水平的迅速提高，大规模利 用太阳能是必然的趋势。预计在不远的将来，太阳能发电将成为一 种重要的发电方式。
太阳能发电
潮汐发电
潮汐发电
新疆达坂城风电场景观
三峡水利枢纽工程
三 汽轮机系统
一、蒸汽动力循环和汽轮机作功过程
西藏羊八井地热电厂
■ 地热发电
五、太阳能集热发电 太阳表面温度6000℃左右，内部温度高达摄氏20,000,000℃。利用 太阳辐射能发电，有光伏电池发电、太阳能集热发电等方式。
太阳能集热发电，接收或聚集太阳的辐射能，使之转换为热能，将 工质加热蒸发，生产蒸汽去驱动汽轮发电机组发电。目前，大规模 太阳能集热发电均采用这种模式。但是，由于技术上的原因，现在 的发电成本还远高于常规能源发电和核能发电。
能量在各设备中的利用和损失
2,给水回热抽汽系统的作用
在朗肯循环中，造成热效率低的主要原因是工质平均吸热温度不高。 为了提高蒸汽平均吸热温度，除了提高蒸汽初参数之外，另一种办法 是改善吸热过程。如右下图所示，4-5-1为蒸汽的吸热过程，而4- 5 为其预热阶段，是整个吸热过程中最低段。
给水回热加热循环的优缺点 采用给水回热加热循环，可以提高循环的热效率。同时也增加了设备 （加热器、管道、阀门、水泵等），使系统复杂，投资增加。但有利 是主要的： 1回热抽汽可使汽轮机进汽量增加，而排汽量减少。对提高效率、改善 末级的设计都是有好处的； 2由于热效率的提高，锅炉热负荷减少，可以减少锅炉的受热面，节约 部分金属材料；
完成一个循环。
■ 这种最简单的蒸汽动力装置循环（理想的朗肯循环）的热效率是不高 的（低于40%）。
■ 蒸汽在锅炉中的吸热量（Q。）只有一小部分转化为汽轮机的作功； 而大部分热量（潜热）作为冷源损失在凝汽器中为循环水所带走。如 下图所示，用热力学第一定律对最简单的蒸汽动力装置循环进行分析 的结果，就可以形象地用能流图表示。
太阳能发电
潮汐发电
潮汐发电
新疆达坂城风电场景观
三峡水利枢纽工程
三 汽轮机系统
一、蒸汽动力循环和汽轮机作功过程
西藏羊八井地热电厂
■ 地热发电
五、太阳能集热发电 太阳表面温度6000℃左右，内部温度高达摄氏20,000,000℃。利用 太阳辐射能发电，有光伏电池发电、太阳能集热发电等方式。
太阳能集热发电，接收或聚集太阳的辐射能，使之转换为热能，将 工质加热蒸发，生产蒸汽去驱动汽轮发电机组发电。目前，大规模 太阳能集热发电均采用这种模式。但是，由于技术上的原因，现在 的发电成本还远高于常规能源发电和核能发电。
能量在各设备中的利用和损失
2,给水回热抽汽系统的作用
在朗肯循环中，造成热效率低的主要原因是工质平均吸热温度不高。 为了提高蒸汽平均吸热温度，除了提高蒸汽初参数之外，另一种办法 是改善吸热过程。如右下图所示，4-5-1为蒸汽的吸热过程，而4- 5 为其预热阶段，是整个吸热过程中最低段。
给水回热加热循环的优缺点 采用给水回热加热循环，可以提高循环的热效率。同时也增加了设备 （加热器、管道、阀门、水泵等），使系统复杂，投资增加。但有利 是主要的： 1回热抽汽可使汽轮机进汽量增加，而排汽量减少。对提高效率、改善 末级的设计都是有好处的； 2由于热效率的提高，锅炉热负荷减少，可以减少锅炉的受热面，节约 部分金属材料；
完成一个循环。
■ 这种最简单的蒸汽动力装置循环（理想的朗肯循环）的热效率是不高 的（低于40%）。
■ 蒸汽在锅炉中的吸热量（Q。）只有一小部分转化为汽轮机的作功； 而大部分热量（潜热）作为冷源损失在凝汽器中为循环水所带走。如 下图所示，用热力学第一定律对最简单的蒸汽动力装置循环进行分析 的结果，就可以形象地用能流图表示。
华北电力大学汽轮机原理课件绪论
• 反动式汽轮机
– 由反动级组成，蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同。由于反 动级不能做成部分进汽，故调节机采用单列冲动机或复速级。
按热力特性分：
• 凝汽式汽轮机
– 排汽在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水，有些小汽轮机没有回热系 统，成为纯凝汽式汽轮机。
• 背压式汽轮机
– 排汽直接用于供热，没有凝汽器。当排汽作为其他中低压汽轮机的工作 蒸汽时，称为前制式汽轮机。
• 混压式汽轮机
– 利用其他来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作 同常用于工业生产的流程中，作为蒸汽热能的综合利用。
按汽流方向分：
• 轴流式汽轮机
– 组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列，汽流方向的总趋势是轴向 的，绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机。
• 辐流式汽轮机
– 组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列，汽流方向的总趋势试
• 凝汽式供暖汽轮机
– 在中低压缸连通管上加装蝶阀来调节供暖抽汽量，抽汽压力不像调 节抽汽式汽轮机那样维持规定的数值，而是随流量大小基本上按直 线规律变化。
• 按进汽参数分：
1. 低压汽轮机 新蒸汽压力小于1。5MPa 2. 中压汽轮机 新蒸汽压力为2—4MPa 3. 高压汽轮机 新蒸汽压力为6—10MPa 4. 超高压汽轮机 新蒸汽压力为12—14MPa 5. 亚临界汽轮机 新蒸汽压力为16—18MPa 6. 超临界汽轮机 新蒸汽压力大于22.2MPa
汽轮机原理多媒体 初步实现
负责教师：田松峰
2004.4.20
简单介绍
• 绪论 • 第一章 • 第二章 • 第三章 • 第四章 • 第五章 • 第六章
汽轮机级的工作原理 多级汽轮机 汽轮机的变工况特性 汽轮机的凝气设备 汽轮机零件的强度校核 汽轮 汽轮机有名蒸汽透平，是将蒸汽的热能转换成机械能的一种 旋转式原动机。
– 由反动级组成，蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同。由于反 动级不能做成部分进汽，故调节机采用单列冲动机或复速级。
按热力特性分：
• 凝汽式汽轮机
– 排汽在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水，有些小汽轮机没有回热系 统，成为纯凝汽式汽轮机。
• 背压式汽轮机
– 排汽直接用于供热，没有凝汽器。当排汽作为其他中低压汽轮机的工作 蒸汽时，称为前制式汽轮机。
• 混压式汽轮机
– 利用其他来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作 同常用于工业生产的流程中，作为蒸汽热能的综合利用。
按汽流方向分：
• 轴流式汽轮机
– 组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列，汽流方向的总趋势是轴向 的，绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机。
• 辐流式汽轮机
– 组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列，汽流方向的总趋势试
• 凝汽式供暖汽轮机
– 在中低压缸连通管上加装蝶阀来调节供暖抽汽量，抽汽压力不像调 节抽汽式汽轮机那样维持规定的数值，而是随流量大小基本上按直 线规律变化。
• 按进汽参数分：
1. 低压汽轮机 新蒸汽压力小于1。5MPa 2. 中压汽轮机 新蒸汽压力为2—4MPa 3. 高压汽轮机 新蒸汽压力为6—10MPa 4. 超高压汽轮机 新蒸汽压力为12—14MPa 5. 亚临界汽轮机 新蒸汽压力为16—18MPa 6. 超临界汽轮机 新蒸汽压力大于22.2MPa
汽轮机原理多媒体 初步实现
负责教师：田松峰
2004.4.20
简单介绍
• 绪论 • 第一章 • 第二章 • 第三章 • 第四章 • 第五章 • 第六章
汽轮机级的工作原理 多级汽轮机 汽轮机的变工况特性 汽轮机的凝气设备 汽轮机零件的强度校核 汽轮 汽轮机有名蒸汽透平，是将蒸汽的热能转换成机械能的一种 旋转式原动机。
汽轮机原理
此工况条件如下： 1）额定主蒸汽参数及再热蒸汽参数，所规定的汽水品质 2）背压为35kPa
3）补给水率为3%
4）所规定的最终给水温度 5）全部回热系统正常运行，但不带厂用辅助蒸汽 6）2台50％容量的电动给水泵投入运行，并满足锅炉需要的 给水参数 7）发电机额定功率因数、额定氢压、额定电压、额定频率， 一次冷却水温38℃。 此工况为机组出力保证值的验收工况，此工况的进汽量称为 汽轮机铭牌进汽量。
k 1 k
pcr * 上两式相等可得： cr p0
2 k 1 过热蒸汽： cr 0.546 干饱和蒸汽： cr 0.577
k k 1
2、喷嘴截面的变化规律（画图分析）
在亚音速区域压力降低，流速增加，截面积逐渐减小； 在超音速区域压力降低，流速增加，截面积逐渐增大。 结论：
级的理想热力过程
p0 p0 t0 Δht Δh n Δht Δh b p1 级的理想焓降： Δht 喷嘴理想焓降： Δhn 动叶理想焓降： Δhb 级的理想滞止焓降 p2
h
s
级的反动度
反动度：蒸汽在动叶中的理想焓降与级的理想焓降之 比的意义：反映了蒸汽在动叶中的膨胀程度
n cr n cr
3、通过喷嘴的实际流量
c ccr 采用缩放喷嘴， c1t ccr
采用渐缩喷嘴， 1t
c11 1 G Anc11 Anc1t 1t Gt nGt c1t 1t 1t
c1t
能量方程导出的喷嘴出口速度：
2 c0 2 c1t 2h0 h1t c0 1.414 hn 2
c1t 1.414 h
n
hn ——喷嘴的理想焓降 hn ——喷嘴的滞止理想焓降
《汽轮机》课件一、绪论
注意：蒸汽参数表示法和汽轮机类型有关
例题：N300-16.7/537/537型汽轮机 表示为凝汽式、额定功率为300MW，新蒸汽压力为16.7MPa， 新蒸汽温度为537℃再热蒸汽温度为537℃的中间再热式汽轮机
State Grid of China Technology College
汽轮机的型号举例： N100-9.8/535-10 CC25-8.82/0.98/0.118 B50-8.82/0.98 CB25-8.82/0.98/0.118
效率高
3.汽轮机的用途
火力发电厂
State Grid of China Technology College
核电站
主要用途：在火力发电厂和核电站中驱动发电机
State Grid of China Technology College
其他用途：驱动其他设备。 驱动船舶螺旋桨
State Grid of China Technology College
汽轮机的外观
State Grid of China Technology College
二、汽轮机的发展史
1883年， Laval （瑞典）研制出第一台轴流式汽轮机3.67kW
1920给水回热汽轮机
1925第一台中间再热汽轮机
70年代后，进入百万级
汽轮机主要制造业：
GE Co.（General Electric Corporation) 美国通用电气公司（冲动式）
WH Co. (Westing House Electric Corporation) 西屋 （反动式）
BBC (Brown Boveri Co.)
瑞士
（反动式）
AA (Alsthon-Atlantague Co.)
例题：N300-16.7/537/537型汽轮机 表示为凝汽式、额定功率为300MW，新蒸汽压力为16.7MPa， 新蒸汽温度为537℃再热蒸汽温度为537℃的中间再热式汽轮机
State Grid of China Technology College
汽轮机的型号举例： N100-9.8/535-10 CC25-8.82/0.98/0.118 B50-8.82/0.98 CB25-8.82/0.98/0.118
效率高
3.汽轮机的用途
火力发电厂
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核电站
主要用途：在火力发电厂和核电站中驱动发电机
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其他用途：驱动其他设备。 驱动船舶螺旋桨
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汽轮机的外观
State Grid of China Technology College
二、汽轮机的发展史
1883年， Laval （瑞典）研制出第一台轴流式汽轮机3.67kW
1920给水回热汽轮机
1925第一台中间再热汽轮机
70年代后，进入百万级
汽轮机主要制造业：
GE Co.（General Electric Corporation) 美国通用电气公司（冲动式）
WH Co. (Westing House Electric Corporation) 西屋 （反动式）
BBC (Brown Boveri Co.)
瑞士
（反动式）
AA (Alsthon-Atlantague Co.)
《汽轮机》 讲义
《汽轮机》讲义一、汽轮机的概述汽轮机是一种将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械。
它广泛应用于现代工业中，尤其是在电力生产、船舶推进和大型工业驱动等领域发挥着至关重要的作用。
汽轮机的工作原理基于热力学中的能量转换定律。
高温高压的蒸汽进入汽轮机后，通过一系列的动叶和静叶，蒸汽的热能转化为动能，推动叶轮旋转，从而输出机械功。
二、汽轮机的分类1、按工作原理分类冲动式汽轮机：蒸汽主要在喷嘴中膨胀，在动叶中不膨胀或膨胀很少。
反动式汽轮机：蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度大致相等。
2、按热力特性分类凝汽式汽轮机：排汽在凝汽器中凝结成水，蒸汽的潜热得到充分利用。
背压式汽轮机：排汽压力高于大气压，用于供热等。
抽汽式汽轮机：部分蒸汽在中间抽出供工业或采暖用。
3、按进汽参数分类低压汽轮机：进汽压力低于 15MPa。
中压汽轮机：进汽压力为 20 40MPa。
高压汽轮机：进汽压力为 60 100MPa。
超高压汽轮机：进汽压力为 120 140MPa。
三、汽轮机的结构1、静止部分汽缸：是汽轮机的外壳，起支撑和容纳蒸汽的作用。
隔板：将汽缸分成若干个汽室，引导蒸汽的流动。
喷嘴：将蒸汽的热能转化为动能。
2、转动部分叶轮：安装动叶片，并带动轴旋转。
叶片：分为动叶片和静叶片，是实现能量转换的关键部件。
轴：传递扭矩和功率。
3、汽封轴端汽封：防止蒸汽沿轴向外泄漏。
隔板汽封：减少蒸汽在隔板前后的泄漏。
四、汽轮机的运行1、启动暖机：使机组各部件均匀受热，避免热应力过大。
升速：逐渐提高转速至额定值。
2、正常运行监控各项参数，如温度、压力、转速等。
保持蒸汽品质，防止杂质对叶片的侵蚀。
3、停机正常停机：逐步降低负荷，直至停机。
紧急停机：在出现故障时迅速停机，以保护设备。
五、汽轮机的维护1、日常巡检检查设备的运行状况，包括声音、振动、温度等。
检查润滑油、密封油系统的工作情况。
2、定期检修对设备进行全面检查、维修和更换磨损部件。
进行叶片探伤、轴系校中、汽缸清理等工作。
《汽轮机》 讲义
《汽轮机》讲义一、汽轮机的定义与工作原理汽轮机是一种将蒸汽的热能转化为机械能的旋转式动力机械。
它在现代工业中有着广泛的应用，特别是在发电领域。
其工作原理基于热力学中的朗肯循环。
高温高压的蒸汽进入汽轮机后，通过一系列的喷嘴和动叶片，蒸汽的热能被转化为动能，进而推动叶片旋转，输出机械能。
蒸汽在汽轮机中的流动过程是一个连续的能量转换过程。
从喷嘴出来的高速蒸汽冲击动叶片，使动叶片带动转子旋转。
在这个过程中，蒸汽的压力和温度逐渐降低，流速也相应发生变化，最终以低温低压的状态排出汽轮机。
二、汽轮机的分类根据不同的分类标准，汽轮机可以分为多种类型。
按工作原理，可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。
冲动式汽轮机中，蒸汽主要在喷嘴中膨胀加速，在动叶片中不膨胀或膨胀很小；而反动式汽轮机中，蒸汽在喷嘴和动叶片中都膨胀做功。
按热力特性，可分为凝汽式、背压式、抽汽式和多压式汽轮机等。
凝汽式汽轮机是最常见的类型，其排汽在凝汽器中凝结成水，循环使用；背压式汽轮机的排汽压力高于大气压，可直接用于供热；抽汽式汽轮机则在运行过程中可抽出部分蒸汽用于供热或其他用途；多压式汽轮机则是在不同的压力段采用不同的热力循环，以提高效率。
按蒸汽参数，可分为低压、中压、高压、超高压、亚临界和超临界汽轮机等。
蒸汽参数越高，汽轮机的效率通常也越高。
按用途，可分为电站汽轮机、工业汽轮机和船用汽轮机等。
电站汽轮机主要用于发电；工业汽轮机用于驱动各种工业设备，如压缩机、风机等；船用汽轮机则用于船舶的动力系统。
三、汽轮机的结构汽轮机的结构复杂，主要由静止部分和转动部分组成。
静止部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封等。
汽缸是汽轮机的外壳，承受蒸汽的压力和温度；隔板将汽缸分成若干个汽室，引导蒸汽的流动；喷嘴将蒸汽的热能转化为动能；汽封则用于减少蒸汽的泄漏。
转动部分包括转子、叶轮、叶片和联轴器等。
转子是汽轮机的核心部件，由主轴和安装在其上的叶轮、叶片等组成；叶轮用于安装叶片，并传递扭矩；叶片则是实现能量转换的关键部件；联轴器用于连接汽轮机的转子和其他设备的轴。
燃气轮机基础知识
燃气轮机基础知识
第一章 绪论
一、燃气轮机发电装置的组成 燃气轮机是近几十年迅速发展起来的热能动力机械。现广泛应用的是按 开式循环工作的燃气轮机。它不断地由外界吸入空气，经过压气机压缩，在 燃烧室中通过与燃料混合燃烧加热，产生具有较高压力的高温燃气，再进入 透平膨胀作功，并把废气排入大气。输出的机械功可作为驱动动力之用。因 此，由压气机、燃烧室、透平再加上控制系统及基本的辅助设备，就组成了 燃气轮机装置。如果用以驱动发电机供应电力，就成了燃气轮机发电装置。
燃气轮机基础知识
第一章 绪论
先进的燃气轮机已普遍应用模块化结构。运输、安装、维修和更换都比 较方便，而且广泛地应用了孔探仪、振动、温度监控、焰火保护等措施，其 可靠性和可用率大为提高，指标已超过了蒸汽轮机电站的相应指标。此外， 在环保方面，出于燃气轮机的燃烧效率很高，排气干净，未燃烧的碳氢化合 物，CO、S0X，等排放物一般的都能够达到严格的环保标准，再结合应用 干式低NOX燃烧室、排气烟道中安装选择性催化还原装置(SCR)等技术措施， 可施使NOX的排放低至9ppm，满足最严格的环保要求。因此，燃气轮机发 电机组，特别是燃气-蒸汽联合循环机组已作基本负荷机组或备用机组得到 了迅速的应用。 燃气轮机的发展主要还是圈绕着增加单机功率，提高效率和经济性，燃 用多种燃料和廉价燃料，减少对环境的有害影响来进行的。诸如加强高温材 料的开发，提高冷却技术，发展闭回路蒸汽冷却燃气轮机，发展新型航空改 型燃气轮机，开发先进的燃气轮机循环，进一步发展清洁煤技术等等。燃煤 的燃气-蒸汽联合循环是“煤的清洁燃绕”技术中最为令人瞩目的项目，是九十 年代到下世纪之初最有发展前途的方式。到目前为止最具竞争力的方案有三 个，即(1)增压流化床方案(PFBC);(2)增压流化床加炭化炉加顶置燃烧室方 案(简称CPFBC燃气· 蒸汽联合循环);(3)整体煤气化联合循环(IGCC)。
第一章 绪论
一、燃气轮机发电装置的组成 燃气轮机是近几十年迅速发展起来的热能动力机械。现广泛应用的是按 开式循环工作的燃气轮机。它不断地由外界吸入空气，经过压气机压缩，在 燃烧室中通过与燃料混合燃烧加热，产生具有较高压力的高温燃气，再进入 透平膨胀作功，并把废气排入大气。输出的机械功可作为驱动动力之用。因 此，由压气机、燃烧室、透平再加上控制系统及基本的辅助设备，就组成了 燃气轮机装置。如果用以驱动发电机供应电力，就成了燃气轮机发电装置。
燃气轮机基础知识
第一章 绪论
先进的燃气轮机已普遍应用模块化结构。运输、安装、维修和更换都比 较方便，而且广泛地应用了孔探仪、振动、温度监控、焰火保护等措施，其 可靠性和可用率大为提高，指标已超过了蒸汽轮机电站的相应指标。此外， 在环保方面，出于燃气轮机的燃烧效率很高，排气干净，未燃烧的碳氢化合 物，CO、S0X，等排放物一般的都能够达到严格的环保标准，再结合应用 干式低NOX燃烧室、排气烟道中安装选择性催化还原装置(SCR)等技术措施， 可施使NOX的排放低至9ppm，满足最严格的环保要求。因此，燃气轮机发 电机组，特别是燃气-蒸汽联合循环机组已作基本负荷机组或备用机组得到 了迅速的应用。 燃气轮机的发展主要还是圈绕着增加单机功率，提高效率和经济性，燃 用多种燃料和廉价燃料，减少对环境的有害影响来进行的。诸如加强高温材 料的开发，提高冷却技术，发展闭回路蒸汽冷却燃气轮机，发展新型航空改 型燃气轮机，开发先进的燃气轮机循环，进一步发展清洁煤技术等等。燃煤 的燃气-蒸汽联合循环是“煤的清洁燃绕”技术中最为令人瞩目的项目，是九十 年代到下世纪之初最有发展前途的方式。到目前为止最具竞争力的方案有三 个，即(1)增压流化床方案(PFBC);(2)增压流化床加炭化炉加顶置燃烧室方 案(简称CPFBC燃气· 蒸汽联合循环);(3)整体煤气化联合循环(IGCC)。
电厂燃气轮机概论01绪论
• 流体工质和机械之间的相互作用主要依靠 流体动力；
• 传热对此能量交换影响不大； • 能量损失不可忽略。 • 轴只做旋转运动，轴上带有动叶片，机匣
上带有静叶片。
9
1.2 叶轮机械的历史
• 公元前70年罗马人发明了paddle-type water wheels (用 水冲击浆叶的水车）用于加工谷物；
•通过工质的连续流动产生 •通过封闭在工作空间内的定量工
力
质产生力
•旋转运动
•绝大多数是往复运动，但也有个 别是旋转运动
25
1.2 叶轮机械简介
• 叶轮机械相对于活塞式机械的优点：
–单机功率可大 –单位功率重量轻 –单位功率体积小 –可用率高 –自动化程度高 –环保性能好（大气污染物排放水平、噪声等）
机械功
电能
（热机）
（发电机）
6
1.1 前言
热功 流动功 机械功
鉴于叶轮机械是功能转换过程中 最重要和最先进的机械，这里重 点阐述叶轮机械原理与工作过程
7
1.2 叶轮机械
1.2 叶轮机械的定义
什么是叶轮机械(Turbomachine）？
• 使通过其中的流体工质发生焓的变化，并 通过旋转的轴进行功的传递；
49
（6）微型燃气轮机
50
1.3.3 燃气轮机的发展史
1. 1900年以前：零星的雏形 2. 1900—1939 ：试验机组 3. 1940s：实用燃机和航空发动机 4. 1950s：工业用燃机研制出来、航空上取
代活塞式发动机、小功率燃机出现 5. 1960s：陆、海、空用燃机均迅速发展 6. 1970s—1980s：发电用燃机遭遇困难，
技术研发重点，并且有明确的扶持政策； • 特别是成熟的燃气轮机设计体系，均已成为各大公
• 传热对此能量交换影响不大； • 能量损失不可忽略。 • 轴只做旋转运动，轴上带有动叶片，机匣
上带有静叶片。
9
1.2 叶轮机械的历史
• 公元前70年罗马人发明了paddle-type water wheels (用 水冲击浆叶的水车）用于加工谷物；
•通过工质的连续流动产生 •通过封闭在工作空间内的定量工
力
质产生力
•旋转运动
•绝大多数是往复运动，但也有个 别是旋转运动
25
1.2 叶轮机械简介
• 叶轮机械相对于活塞式机械的优点：
–单机功率可大 –单位功率重量轻 –单位功率体积小 –可用率高 –自动化程度高 –环保性能好（大气污染物排放水平、噪声等）
机械功
电能
（热机）
（发电机）
6
1.1 前言
热功 流动功 机械功
鉴于叶轮机械是功能转换过程中 最重要和最先进的机械，这里重 点阐述叶轮机械原理与工作过程
7
1.2 叶轮机械
1.2 叶轮机械的定义
什么是叶轮机械(Turbomachine）？
• 使通过其中的流体工质发生焓的变化，并 通过旋转的轴进行功的传递；
49
（6）微型燃气轮机
50
1.3.3 燃气轮机的发展史
1. 1900年以前：零星的雏形 2. 1900—1939 ：试验机组 3. 1940s：实用燃机和航空发动机 4. 1950s：工业用燃机研制出来、航空上取
代活塞式发动机、小功率燃机出现 5. 1960s：陆、海、空用燃机均迅速发展 6. 1970s—1980s：发电用燃机遭遇困难，
技术研发重点，并且有明确的扶持政策； • 特别是成熟的燃气轮机设计体系，均已成为各大公
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汽轮机发展概述
Summary of Steam Turbine Development
Category and Type of Steam Turbine
汽轮机的分类和型号
世界一次能源消费（1986-2011）
各地区一次能源消费结构（2011）
人均一次能源消费（2011）
三大一次能源储产比（2011）
东方汽轮机厂四川成都平原西部、德阳市郊
1000MW核电全转 速汽轮机
M701F 重型燃气轮机
大型风电机组
●100万超超临界汽轮机 ●60万超临界汽轮机
●60万及以下亚临界汽轮机
●5万及以下汽轮机 ●工业汽轮机
上海汽轮机有限公司
由中国上海汽轮机厂与 德国西门子公司共同投 资组建的合资公司（简 称STC） 引进西屋、西门子技术 6MW—600MW等级火电系 列和300MW以上核电汽轮 机 引进西门子技术的600MW 超临界汽轮机、1000MW 超临界汽轮机和V94.3A 燃气轮机
按气流方向
按功率
汽轮机的分类
分类 按 工 作 原 理 类型 冲动式汽轮机 简要说明 由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴 中膨胀，在动叶栅中只有少量膨 胀 由反动级组成，蒸汽在喷嘴和动 叶中膨胀程度相同。由于反动级 不能做成部分进汽，故调节级采 用单列冲动级或复速级
世界油价变化（1861-2011）
中国能源生产与消费（2007）
中国主要污染物排放量
年份 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 二氧化硫/Mt 23.70 19.95 19.48 19.27 21.59 22.55 25.49 25.89 24.68 烟尘/Mt 17.44 11.65 10.70 10.13 10.48 10.95 11.82 10.89 9.69 工业粉尘/Mt 17.31 10.92 9.91 9.41 10.21 9.05 9.11 8.08 6.99 废水/亿 m3 化学需氧量/Mt 415.3 415.2 432.9 439.5 460.0 482.4 523.0 536.8 556.8 14.45 14.05 13.67 13.34 13.39 14.14 14.28 13.82 工业固体废物/Mt 22.27 31.86 28.94 26.35 19.41 17.62 16.55 13.02 11.97
电站汽轮机的发展
20世纪初，电站汽轮机单机功率达10兆瓦 20年代时单机功率就已增大到60兆瓦 30年代初出现165兆瓦和208兆瓦汽轮机 50年代325～600兆瓦大型汽轮机 60年代制成1000兆瓦汽轮机 70年代，制成1300兆瓦汽轮机 现在常用的单机功率为300～1000兆瓦
现代发电厂全貌——海水冷却
GP7200 for the Airbus A380
T.O. Thrust 70,000 lb Bypass ratio 8.7 to 1 Fan Diameter 116 in (295 cm)
叶轮机的广泛应用
风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、 水轮机、水泵、螺旋桨（飞机、轮船）、 航空发动机中的风扇、压气机、涡轮 …… 各式各样的叶轮机存在一个共同的特点： 叶片围绕旋转轴旋转，在叶片的旋转过程 中完成了叶片机与工质（流体：气、液、 二者混合物）之间的能量交换； 根据叶轮机与流体之间能量交换的方向， 叶轮机分为两大类型。
实施可持续发展战略 有效利用能源，提高转换和使用效率 控制污染物排放 扩大再生能源所占比重
对能源行业和发电工业要求
发电厂的最简单和形象比喻
连续供煤和强化供氧
连续除灰，热风助燃，烟气搜集
利用烟气余热加热空气——空气 预热器
锅炉的雏形
•连续供水 •连续供煤 •连续除灰 •外燃—内燃
2006年世界各国CO2的排放比例
Latin America 4% Asia 10% Africa 3% OECD (without US) 26%
China 21% or 4.9 Gt CO2 Non-OECD Europe 1% United States 21%
Former USSR 9%
Middle East 5%
四、汽轮机的分类和型号
Category and Type of Steam Turbine
按工作原理
冲动式 反动式
凝汽式 背压式 调节抽汽式 抽汽背压式 中间再热式 混压式 轴流式 辐流式
按用途
电站 工业 船用 凝汽式供暖 低压 中压 高压 超高压 亚临界 超临界 大功率 小功率
按热力特性
按进汽参数
The Energy and Electric Development in China and World
The Role of Electric Power in National Economy
电力在国民经济中的地位
汽轮机装置在电厂中的地位
The Status of Steam Turbine in Power Plant
Steam Turbine
华北电力大学能动学院 高丹 2013.2
课程概述
教师姓名：高丹 Email：gaodan@ 主要参考书：
沈士一等合编，汽轮机原理，中 国电力出版社 盛伟等合编，电厂热力设备及运 行，中国电力出版社，2007
绪论（preface)
世界及我国能源及电力发展现状
发展趋势
采用大容量机组
a.大容量机组，电厂经济性高效率高 b.单位功率机组成本低，单位功率造价低 c.安装周期短，电站数目减少
例如：600MW机组热耗率约7800kJ/(kW· h) 125MW机组热耗率约8500kJ/(kW· h) 每年可节约大约五万吨标准煤
发展趋势
提高蒸汽初参数
主蒸汽压力、温度 根据卡诺循环、朗肯循环的基本原理，火电机组的循环热 效率随主蒸汽压力和温度的上升而提高。 （耐高温和高压金属材料）
年份
1980
1990
2000
发电技术现状
2007年，我国电力工业平均供电煤耗为356 gce/kWh（相当于效率为34.5%）；世界先进水 平国家为312 gce/kWh（相当于效率为39.4% ） 火力发电中，各技术的供电煤耗
“<100MW机组”：380～500 gce/kWh “>300MW机组”：290～340 gce/kWh 亚临界机组：290~325 gce/kWh 超临界机组：275~305 gce/kWh
2007年，我国“>300MW机组”占火电装机容量 61%，比2006年提高了13个百分点
电力在国民经济中的地位
The Role of Electric Power in National Economy
电能是最具生命力的优质洁净能源，它能很方便 地转换成其他多种形式的能量，如：机械能、热
能、化学能等。
亚临界机组：初压16-18MPa，初温535℃-565℃ 超临界机组：初压22.2-24MPa
发展趋势
采用燃气/蒸汽联合循环、IGCC
发展趋势
提高机组的运行水平 安全性：
在调节系统、保安系统、监控系统中普遍应用计算机技术、 计算机网络技术。
经济性：
各种最优化运行方式，如在低负荷范围内的滑压运行、优 化操作指导系统。
China will exceed US soon!
Source: World Energy Outlook 2006 (IEA)
中国CO2排放结构（2006）
12 化石燃料CO2总排放量 气体燃料CO2排放量 液体燃料CO2排放量 燃煤CO2排放量 水泥生产行业CO2排放量 废气燃烧CO2排放量 8
几种原动机比较
汽轮机（蒸汽轮机、透平） 工质：蒸汽 作用：热能机械功 方式：旋转式 蒸汽机 工质：蒸汽 作用：热能机械功 方式：往复式 燃气轮机 工质：燃气 作用：热能机械功 方式：旋转式
三、汽轮机发展概述 Summary of Steam Turbine
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，意大利，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。 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。 1884，英国，帕森斯，第一台10马力的多级反动式汽轮机 美国的柯蒂斯制成多个速度级的汽轮机
一种类型叶轮机的作用是将流体的机械能和 热能转换为对外界输出的机械功，这种叶轮 机有：水轮机、汽轮机、涡轮等； 另一种类型叶轮机的作用是将外界输入的机 械功转换为流体的机械能（动能和压力势能） 和热能，这种叶轮机有：鼓风机、水泵、螺 旋桨、风扇、压气机等。
二、汽轮机装置在电厂中的地位
The Status of Steam Turbine in Power Plant
•烟气搜集
•空气预热 •水循环和蒸汽分离 •控制
给水加热，能量回收
锅炉水位控制——反馈控制给水
锅炉烟气能量回收——省煤器
多级汽轮机原理示意——喷嘴和 叶片，叶片级
实际的汽轮机叶片级
实际的汽轮机
电厂主机示意图
蒸汽回热加热（提高效率）
多级回热
具有多级回热的凝汽式电厂
引风机
蒸汽再热
哈尔滨汽轮机厂