[科普中国]-辐流式汽轮机

辐流式汽轮机是指蒸汽基本上沿径向流动的汽轮机。辐流式汽轮机一般设计为反击式结构，和轴流式汽轮机相比，若保持同样大小的叶轮直径，则辐流式汽轮机的转速较高，若保持同样转速，则辐流式汽轮机的叶轮直径较大。蒸汽首先由进汽管进入蜗壳形汽室，然后均匀引入喷管，继而进入叶片，最后从排汽管排出。辐流式汽轮机工作过程的一个重要特点是，当汽流通过叶片时，由于离心力的作用可以得到轴流式汽轮机所没有的附加功，因而具有比较高的效率。

简介自1970年起，我国开展利用地热能源发电的研究工作，相继建成七座不同热水温度和容量的地热试验电站。其中原动机大多采用常规电厂轴流式汽轮机。这种汽轮机结构比较复杂，加工困难，小功率时效率较低，成本高，成为当时阻碍加速推广地热发电的关键设备。开展了低沸点介质循环地热发电汽轮机的研究。通过分析表明，辐流式汽轮机比较适应于低沸点介质循环地热发电的中、低焓降和大流量的要求以及中低温地热电站的中、小功率的特点，它具有结构简单、加工容易、效率较高和成本低等优点1。

辐流式汽轮机原理蒸汽首先由进汽管进入蜗壳形汽室，然后均匀引入喷管，继而进入叶片，最后从排汽管排出。辐流式汽轮机工作过程的一个重要特点是，当汽流通过叶片时，由于离心力的作用可以得到轴流式汽轮机所没有的附加功，因而具有比较高的效率。

汽轮机效率汽轮机效率实际上是汽轮机的级效率，或相当于单级汽轮机效率，对于中低温热源低沸点介质循环，因可用烩降小，汽轮机一般为1-3级结构，在这些场合下，采用辐流式汽轮机，不但在结构及制造上有其优越性，而且可以获得比较高的效率。从对我国地下热水发电的参数计算表明，在保证相应的最佳速度比及其他参量的条件下，低沸点工质轴流式汽轮机的计算效率一般为0.65-0.75，而辐流式汽轮机为0.80-0.85。

辐流式汽轮机叶轮直径、转速与工质辐流式汽轮机一般设计为反击式结构，和轴流式汽轮机相比，若保持同样大小的叶轮直径，则辐流式汽轮机的转速较高，若保持同样转速，则辐流式汽轮机的叶轮直径较大。即使热水温度为100℃左右时，取叶轮转速为3000转/分，叶轮直径仍在1.0米以内；若提高转速(6000转/分)，叶轮直径则可大大减少，此时，增加一个2:1速比的变速装置即可。当采用可用烩降较小的如氟利昂作工质时，辐流式汽轮机的尺寸和转速都比较理想。当提高转速和运用类似氟利昂工质时，采用辐流式汽轮机是实现机组小型化的一个方向。

结构及参数(1)单级向心式悬臂结构，低沸点介质蒸汽首先经进汽伐进入蜗壳形汽室，继而自轮缘沿着径向依次流过喷管和叶片，流向轴心，最后由排汽管排出；

(2)叶轮为开式结构，非整锻铣制，用低碳钢钢板做轮盘，叶片为等厚度的圆弧片，仅有19片，采用精密铸造，叶片嵌镶在轮盘上，最后用铆钉定位；

(3)喷管片为铸造，共计34片，用销钉铆接在上下底板间；

(4)为了使热力系统中两台燕发器能并列一级蒸发或串连二级蒸发供汽发电运行和试验，以考察低温地热资源的力能效果，喷管和叶片分为左右两半，构成两个独立的通汽部分，并各自都配有进汽管和进汽伐；

(5)主轴出端设有双端面轴封，一端为机械密封(大气侧)，另一端为胀圈轴封(工质侧)，由系统工质氯乙烷冷却，以简化系统，提高运行的安全可靠性；

(6)本汽轮机无机械式调速装置，采用电测速讯号自动增减电站的内负荷，以控制汽轮机转速稳定。设有手动危急保安操伐；

(7)所用材料除主轴及叶片为45号钢外，其余均为一般钢材。

由于采取上述措施，使得汽轮机结构相当简单易制，用料较少，成本较低。

辐流式汽轮机的特点辐流式汽轮机有一个比较明显的特点，即在部分进汽时，鼓风损失较大。在离心力的作用下，在与无工作汽流通过的喷管相对应的非工作叶片中，产生与工作叶片中的汽流方向相反的(自轴心流向轮缘)汽流，因叶片比较长而消耗较大的功率。因此，对于辐流式汽轮机，进汽度对相对内效率的影响比轴流式汽轮机大。随着进汽度的减少，辐流式汽轮机效率下降的速度比轴流式汽轮机来得快。根据实验数据，进汽度在1到0.5范围内变化时，辐流式汽轮机效率与进汽度的关系接近直线关系。

本汽轮机尽管叶片高度较小、叶片为等厚度圆弧片(出汽边未曾削薄)、叶轮采用开式结构(无叶片端盖)以及加工比较粗糙等，汽轮机效率仍然比较高。无端盖开式叶轮，结构简单，制造方便。其漏入叶片一与汽缸间隙的蒸汽，仍将进入叶片通道和主汽流一起对叶片作功，实际的漏汽损失可能不大。

结论与展望根据理论分析及试验表明，辐流式汽轮机有如下几方面的优点和特点：

1.相对内效率较高，可以达到80%以上；

2.结构简单，机件少，对无腐蚀性工质可以采用价格低廉的材料，加工技术要求不高，造价较低；

3.机组运行平稳，操作简便；

4.即使汽轮机为单级结构，基本适应二级蒸发循环系统运行发电，可提高中低温地热电站的力能效果。

对于中低温地热资源，国内外多采用双流体热力循环。低沸点工质的可用烩降小，工质流量大，单机功率小，因而采用辐流式汽轮机有着明显的优越性。可以预期，在地热发电、太阳热发电以及余热发电等工程技术领域中，辐流式汽轮机将有广泛应用的前景。

对于资源温度较高、地热流体含盐量高、容量较大的电力站，双流体循环也是有广阔前景的热力循环。在这种情况下，应用辐流式汽轮机也是适宜的，此时，汽轮机的工作叶片可设计为径向轴流混合型线，以适应较大烩降和较大功率的要求，结构仍然简单且效率高。

国外正在研究的全流发电系统具有系统简单高效的特点，这一新型发电系统的关键设备就是动力机的设计。与其他型式动力机相比较，辐流式汽轮机在除垢防腐蚀、适应两相流动及提高热利用率等方面都有其特点。

低沸点介质动力循环中应用辐流式汽轮机总的说来，在国内外仍处于以试验研究为主的阶段，对其结构型式、工质及设计参数选择、密封技术以及技术经济评价等都有待进行深入的研究。本机组的研制仅是初步工作。建议有关部门在较高温度热源中对功率较大的辐流式汽轮机的研制和应用予以足够的重视，以适应我国地热发电、太阳热发电及余热发电等能源的利用1。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学