透平机工作原理

透平机工作原理

turbine:透平机，目前主要分为燃气透平（燃气轮机gas turbine），蒸汽透平（蒸汽轮机steam turbine）以及水轮机（hydro turbine）三种。



燃气透平被誉为世界上最为顶尖的工业技术，最初应用在喷气式飞机和舰船的引擎中，于上世纪70年代开始才逐步应用在民用发电领域。其特点是在透平机的进气口上分布4-12个燃烧仓，通过注入混合的可燃气以及空气并压缩来引发燃料在燃烧仓里爆炸产生高温高压气体，并注入透平高压仓，推动7-12段高压燃气透平叶片后通过抽气等方式进入低压仓，推动5-24段低压燃气透平叶片。所有的高低压透平叶片都固定在主轴上，以此来转动主轴输出功率。燃气透平排出气体中仍含有大量的热量，因此一般在透平之后会配置热回收装置，例如余热锅炉（热交换蒸汽发生器）等等。

燃气透平中的燃料燃烧仓以及透平叶片都属于最高精尖的工业技术，目前只有日本、法国、德国和美国掌握了该技术，中国已经于2003年开始尝试引进这些制造工艺。



蒸汽透平不配备蒸汽发生装置，主要靠锅炉来供应高压蒸汽。广泛应用于机车，火力发电厂以及核电站。

蒸汽透平的原理比燃气透平简单，进汽口接往蒸汽发生器（锅炉），透平仓根据技术的进步，已经出现了高-中-低压三缸配置和高中-低压两缸配置两种。透平叶片也分为高压段、中压段和低压（背压）段。其主要工作原理与燃气透平相同，但由于一般的蒸汽透平也要负担一定的供热任务，所以在抽汽方式以及高压蒸汽回收方式上也有很多分支，如抽汽式、背压式、抽气背压式等等。

通过蒸汽透平的蒸汽一般经冷却塔冷却后返回锅炉使用，称为水循环。核电站的水循环有两个环，其一是经过PW压水堆或BW沸水堆进入热交换器的放射性水循环，另外一个是经过热交换器进入蒸汽透平以及冷却塔的非放射性水循环。两个循环彼此独立，因此核电站自然蒸发出的水是没有放射性的。目前我国在小容量蒸汽轮机的技术比较成熟，但在大型蒸汽轮机方面，目前仅有哈汽，东方以及上汽有相应的技术引进工作。



燃气轮机和蒸汽轮机均通过轴系输出功，因此在现代的发电厂中，燃气轮机发电机-燃气轮机-余热锅炉-蒸汽轮机-蒸汽轮机发电机，即所谓双轴联合循环的应用最为广泛，为进一步减少传动中功率的损耗，近年来出现了将燃气轮机发电机以及蒸汽轮机发电机统一起来的所谓“二拖一”模式，以及将燃气轮机和蒸汽轮机通过单轴连接的“单轴”模式，进一步加强了燃料的使用效率。



水轮机的技术原理最为简单，没有透平仓也没有动力仓等等，仅依靠水力推动单级叶片转动输出功，应用于水电站以及船舶动力。二战后期出现了高效率的燃气轮机，并被首先应用于大型舰船的动力机关中，之后水轮机的进化就趋于停滞。