文 献 综 述

1选题的背景及意义

近年来能源及与之相关的环境成为全世界各国最为关注的热点，各国都在从自己本国的国情出发来解决能源与环境问题。近年来，我国GDP 每年以10%的速度发展，能源消耗急骤增加，环境、生态日益恶化^[1]。

电力工业是整个国民经济的基础和支柱产业。到2004年底为止，我国发电设备的总装机容量已超过4亿千瓦，居世界第二位^[2]。现在火电厂基本都是高参数大容量机组。凝汽式汽轮机是火电厂中普遍采用的专为发电用的汽轮机^[3]。我国能源结构以火电为主，电力结构发展不够平衡，根据目前的现状，火电厂装机量的增加及效率的提升在电厂中占有重要地位^[4]。汽轮机作为火力发电的重要设备，其结构的好坏对能量转换效率影响重大^[5]。汽轮机设计成功及运行能够提高发电厂的效率，提高发电量。加快电网建设速度，满足经济发展需要，提高电网的调峰能力^[6]。通过本课题的设计学习，能够培养学生树立安全效益相统一的观点。提高学生分析，研究解决火电厂中生产实际问题的独立工作能力。

2国内外发展及研究现状

2.1国外发展及研究现状

1883年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台单级冲动式汽轮机^[7]，随后在1884年英国工程师帕森斯设计制造了第一台单级反动式汽轮机^[8]，虽然当时的汽轮机和我们现在的汽轮机相比结构非常简单，但是从此推动了汽轮机在世界范围内的应用，被广泛应用在电站、航海和大型工业中。1894年英国工程师巴森斯创造出了轴流式多级反动式汽轮机和辐流式汽轮机以及背压式汽轮机。1900年前后，美国工程师寇蒂斯创造出了单级汽轮机。与此同时，法国工程师拉透和瑞士工程师崔利分别在拉法尔单级汽轮机的基础上应用了分

级原理，制造出了多级冲动式汽轮机^[9]。为了满足其他部门对蒸汽的需求，在1903年至1907年间，出现了热能电能联合生产的汽轮机，即背压式及调节抽汽式汽轮机。1920年左右随着蒸汽动力循环装置的改进，出现了给水回热式汽轮机。1925年，出现了第一台中间再热式汽轮机。1912年瑞典的荣斯特罗姆兄弟创造了具有两个反向转子的辐流式汽轮机。1930年德国西门子公司将辐流式高压级与普通的任何一种轴流式低压级结合起来，制成一种能应用较高蒸汽参数的汽轮机^[10]。本世纪40年代以后，尤其是最近20几年来，汽轮机发展特别迅速，目前世界各国都在研究大容量、高参数汽轮机，如俄罗斯正在研究2000MW汽轮机。主要是大容量汽轮机有如下特点： 降低单位功率投资成本。如800MW机组比500MW汽轮机的千瓦造价低17%；1200MW机组比800MW机组的千瓦造价低15%#8212;20%^[11]。提高运行经济性。如法国的600MW机组比国产的125MW机组的热耗率低276kJ/kW.h，每年可节约燃煤4万吨。

2.2国内发展及研究现状

我国汽轮机发展起步比较晚。1955年上海汽轮机厂制造出第一台6MW汽轮机^[12]。1964年哈尔滨汽轮机厂第一台100MW机组在高井电厂投入运行；1972年第一台200MW汽轮机在朝阳电厂投入运行；1974年第一台300MW机组在望亭电厂投入运行^[13]。70年代进口了10台200#8212;320MW机组，分别安装在了陡河、元宝山、大港、清河电厂^[14]。70年代末国产机组占到总容量70%^[15]。 1987年采用引进技术生产的300MW机组在石横电厂投入运行；1989年采用引进技术生产的600MW机组在平圩电厂投入运行^[16]；2000年从俄罗斯引进两台超临界800MW机组在绥中电厂投入运行^[17]。上海汽轮机厂是中国第一家汽轮机厂，在1995年开始与美国西屋电气公司合作成立了现在的STC^[18]，1999 年德国西门子公司收购了西屋电气公司发电部，STC相应股份转移给西门子^[19]。哈尔滨汽轮机厂1956年建厂，先后设计制造了我国第一台25MW、50MW、100MW和200MW汽轮机^[20]，80年代从美国西屋公司引进了300MW和600MW亚临界汽轮机的全套设计和制造技术^[21]，于1986年制造成功了我国第一台600MW汽轮机，目前自主研制的三缸超临界600MW汽轮机已经投入生产^[22]。东方汽轮机厂1965年开始兴建，1971年制造出第一台汽轮机，目前的主力机型为600MW汽轮机^[23]。北京北重汽轮电机有限责任公司做为后起之秀，以300MW机组为主导产品，它是由始建于1958年的北京重型电机厂通过资产转型在2000年10月份成立的又一大动力厂，目前2台600MW汽轮机也已经在今年投入生产^[24]。目前中国四大动力厂以300MW和600MW机组为主导产品^[25]。

3 汽轮机热力设计过程

本机高压单缸凝汽式汽轮机，设计主要包括以下内容：1)汽轮机结构形式的选择查阅国内外相关文献资料,全面掌握抽汽式汽轮机各组成部分的工作原理，根据给定的技术参数及要求确定汽轮机的初终参数、型式。根据几种调节方式的优缺点及适用范围选定汽轮机的调节方式。2)汽轮机的热力计算，汽轮机变工况热力校核。确定高低压加热器个数、关键点参数、各加热器温升分布、各抽汽参数，画出热力系统图，拟定热力系统。计算各缸进排气参数、压损、内效率，绘制焓熵图，拟定汽轮机的热力过程线。确定调节级主要参数即调节级理想比焓降、调节级速比、反动度、平均直径、叶型。在汽轮机进行热力设计时，需对额定工况、最大工况及几个部分负荷工况进行热力核算，以取得这些工况下机组的经济指标，并为机组主要零部件强度计算和运行提供数据，以保证机组安全、经济运行。3)汽轮机通流部分的计算，调节抽汽轮机不能仅仅按照发出功率的大小来区别各种工况，而且是必须同时考虑很多有关因素，如最大工业抽汽量，最大供暖抽汽量，汽轮机各个机组的最大流通量等。尽管调节抽汽轮机能较大范围内同时适应外界热、电负荷的不同需求，但它在某些工况下经济性是不高的，只有当高、低压各部分流量接近设计值时，才具有较高的经济性。涉及适用范围选定汽轮机的调节方式。4) 汽轮机整体方案的设计；绘制汽轮机纵剖图，查找相关资料，确定汽轮机整体方案设计，根据汽轮机的设计计算确定合理的外部形状以及内外部的尺寸结构。运用AutoCAD绘制汽轮机纵剖图。5) 绘制汽轮机转子组件图，根据汽轮机转子的结构尺寸，运用AutoCAD绘制汽轮机转子组件图。6)汽轮机通流部分主要零部件的强度校核计算，校核汽机的叶片和隔板、转子、气缸和轴承，其中包括气缸法兰螺栓和主进气阀门及气封结构的确定。7) 整理资料，撰写详细的设计说明书。