汽轮机培训教材剖析文档格式.docx

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第一章汽轮机...............................................................................2

一、汽轮机的定义和分类.......................................................2

二、汽轮机基本原理、结构...................................................3

三、汽轮机的结构及各部件的用途.......................................7

四、汽轮机的功率和效率.........................................................12

五、汽轮机的辅助系统...........................................................14

六、空压机组用汽轮机简介...................................................31

七、氮压机组用汽轮机简介....................................................33

八、汽轮机组知识问答...........................................................35

第二章离心式压缩机.......................................................................48

一、压缩机的定义和分类........................................................48

二、离心式压缩机工作原理及基本结构...............................48

三、离心式压缩机的功耗及效率...........................................52

四、离心式压缩机运行有关概念...........................................54

五、离心式压缩机的性能曲线、压缩机与管网联合工作......60

六、离心式压缩机组辅助系统................................................62

七、离心式压缩机工况调节的几种方法................................65

八、空压机组流程简介及说明..................................................69

九、氮压机组流程简介及说明..................................................71

十、压缩机知识问答..................................................................72

第1章汽轮机

一、汽轮机的定义和分类

汽轮机，又叫透平，它是用蒸汽做功的一种旋转式热力原动机，它的优点是功率大、效率高、结构简单、易损件少，运行安全可靠，调速方便、振动小、噪音小、防爆等，在炼油厂还可以充分利用炼油过程的余热生产蒸汽作为机泵的动力，这样可以综合利用热能。

正因为这些优点，蒸汽汽轮，蒸汽汽轮机得到了广泛的应用。

来自锅炉或其它汽源的蒸汽通过调速阀进入汽轮机，依次高速流过一系列环形配置的喷嘴（或静叶栅）和动叶栅而膨胀做功（将蒸汽的热能转换成动能），推动汽轮机转子旋转（将蒸汽的动能转换成机械功），汽轮机又带动发电机或压缩机，泵等对外做功。

1、汽轮机按照热力过程分为:

（1）凝汽式汽轮机

蒸汽在汽轮汽机中做功后全部排入凝汽器冷凝，凝汽器内部压力比大气压低。

（2）抽气凝汽式汽轮机

蒸汽在汽轮机膨胀至某级时，将其中一部分蒸汽从汽轮机中抽出来，供给其它的蒸汽用户；

其余蒸汽在后面级中做功后排入凝汽器。

（3）背压式汽轮机

蒸汽进入汽轮机膨胀做功后，在大于1个大气压的压力下排出气缸，其排汽供其它低压用户使用。

（4）多压式（注入式）汽轮机

若工艺过程中有某一压力的蒸汽用不完时，就把这些多余的蒸汽用管道注入汽轮机中的某个中间级内并同原来的蒸汽一起在透平内膨胀做功，从而回收能量

2、按蒸汽压力分为：

低压（2.0MPa以下）；

中压（2.0～5.0MPa）；

高压（5.0～10.0MPa）；

超高压（12.0～14.0MPa）及超临界（22.5MPa以上）的汽轮机。

3、按工作原理分为：

冲动式、反动式、冲动式与反动式的组合式汽轮机等。

2、汽轮机工作原理、结构

汽轮机是用蒸汽来做功的旋转式原动机。

来自锅炉或热网的蒸汽，经脱扣节流阀或事故切断阀、调速阀进入汽轮机，依次高速流经一系列环形配置的喷嘴（或静叶栅）和动叶栅而膨胀做功推动汽轮机转子旋转，将蒸汽的动能转换成机械功。

这便是汽轮机简单的工作原理。

汽轮机可按工作原理分为：

冲动式、反动式、冲动式与反动式的组合式汽轮机。

首先，我们对这几类汽轮机的工作原理作一下介绍。

1、汽轮机的工作原理

（1）冲动式汽轮机

冲动式汽轮机的最简单的结构，如图1所示。

叶轮上装配一圈动叶片与喷嘴配合在一起，构成一个做功的简单机械。

我们把由喷嘴和与其配合的动叶片构成的汽轮机做功的单元称级。

由一个级组成的汽轮机叫单级汽轮机。

1、转轴2、叶轮3、动叶片4、喷嘴

喷嘴又叫静叶片。

它是一个截面形状特殊且不断变化的通道。

蒸汽进入喷嘴后发生膨胀、消耗了蒸汽的压力能，即消耗了蒸汽的热能，蒸汽的压力及温度都下降了，而蒸汽的流速却增加了，获得了高速气流。

喷嘴的作用就是将蒸汽的热能转变为动能。

动叶片又称工作叶片。

在叶轮的外圆周上装满的一整圈叶片，常叫动叶栅。

由喷嘴流出的高速气流流至动叶片时，其速度的大小及方向是一定的，之后气流由于受到动叶片的阻碍（作用力），改变其原来的速度的大小及方向，这时候气流必然给动叶片一个反作用力，推动叶片运动，将一部分动能转换成叶轮旋转的机械功。

由上述可知，在汽轮机连续工作过程中有两次能量转换，即：

热能→蒸汽动能→转子机械能。

为了更好的理解汽轮机的工作原理，下面分析一下冲动式汽轮机的动叶片型式。

如果我们用一个直立的平板，让高速汽流冲击到它的表面上，平板由于受到汽流的冲击作用而发生运动。

但因在平板的表面附近产生了很大的扰动和涡流损失，使蒸汽中大量的有用能量不能得到很好的利用以至造成浪费。

所以经过大量的实践改进，现在汽轮机的动叶片做成弯曲形。

如果要产生最大的作用力，就要使蒸汽的喷射方向与动叶片的运动方向一致，然后再转一个180°

而离开动叶片，如图2所示，这时动叶片受到的冲击力如图3所示。

汽流以C1的速度流向曲面，它相当于汽轮机的动叶片，并能沿平行于汽流的方向移动。

汽流进入弯曲流道内弧所构成的汽道后,便沿着内弧逐步改变其流动方向，最后流出汽道时的速度为C2，方向恰与C1方向相反。

当汽流流过曲面时，实际上作圆周运动，因此组成汽流的每一个蒸汽微团都受到叶片所作用给它的一个向心力，同时叶片受到汽流给它一个大小相等、方向相反的反作用力。

假如汽流微团的离心力用向量表示。

在1点处的离心力P1可分解成轴向分力P1Z及运动方向上的分力P1U，在2点处的离心力P2也可以分解成渝P2Z和P2U。

轴向分离P1Z和P2Z恰好相互抵消，因为此二力大小相等、方向相反，且共同作用在一个叶片的同一条支线上。

同样，其它点的轴向分离也相互抵消，因此汽流的离心力在轴向上的分力之和为零，即P1Z+P2Z+…..=0

在弯曲面运动方向上的分力之和等于P，即P1U+P2U+…..=0

在这个P力的作用下，弯曲面（叶片）向右运动，通过叶轮及轴产生旋转运动。

若带动压缩机、泵、风机等机械，就可以输出机械功。

这就是冲动式汽轮机的工作原理。

实际上，由于机械结构等方面的限制，从喷嘴流出来的气流不能与动叶片的运动方向完全相同，而成一个夹角。

动叶片也不是一个半圆弧，而是由好几段曲线组成，一般是圆弧和抛物线弧。

如图4所示。

（2）速度级和压力级

前面已经介绍级的概念，从结构上看，汽轮机的一个级是由喷嘴（几个或整个圆周布置的喷嘴）和一列动叶片组合起来的装置。

从动作原理来看，就是能造成高速汽流、能将速度能转换成机械能，并产生推力对外做功的基本单元。

级可以分成压力级和速度级，简单介绍如下。

A、压力级

在可以利用的蒸汽能量很大的情况下，只有一个级不能充分利用这些能量。

这时，我们把由喷嘴和动叶片组成的级串联在同一根轴上，将蒸汽的能量分别在若干个级中加以利用。

从结构来看，就是一列喷嘴和一列动叶片，其后又是一列喷嘴和一列动叶片，这样逐次排列下去。

在第一列喷嘴进口处的蒸汽压力最高，以后逐级降低，这就是常见的多级汽轮机的结构形式，其中的每个级，都叫做压力级。

B、速度级

除压力级外，在有些汽轮机上还设有速度级。

速度级又叫复速度级或寇蒂斯级。

速度级比压力级在结构上复杂一点。

双列速度级的单级冲动式汽轮机比单级冲动式汽轮机对蒸汽能量的利用更充分一点。

如果冲动式级在工作时，离开动叶片的速度仍很大，这就说明还没有充分利用蒸汽的动能来做功。

为了利用这部分能量，在同一叶轮的轮缘上在要装置第二动叶栅，使蒸汽流过两列转动的叶栅，第一列动叶栅通道中蒸汽能量中的一部分转换为机械能，而其余的蒸汽能则由第二列动叶栅继续将能量转换为机械能。

为了使蒸汽流以一定的方向流入第二动叶栅，在第一、二列动叶栅之间装一列固定的叶片，起导向作用，称之为导向叶片，它是装在气缸上的。

速度级与冲动式压力级的工作原理是一样的，不同的就是蒸汽的速度在第一、二列动叶栅中分别加以利用。

除双列速度级以外，还有三列速度级，但常用的是双列速度级。

经常用它做成小功率的汽轮机，带动风机及其它各种泵等，也可以用它做多级汽轮机的头一级。

（3）反动式汽轮机

反动式汽轮机是利用反作用力与冲击力将蒸汽的速度能转换为机械能的。

反动式汽轮机的工作原理同样是基于惯性定律和作用力与反作用力定律的。

图5是单级反动式汽轮机的结构示意图。

动叶片安装在转鼓上，轴、平衡活塞及转鼓组成了转子。

静叶片安装在汽缸上，与进、排汽管等组成静子。

反动式的级仍然是由一列静叶栅和一列动叶栅组成。

它的工作原理是：

在静叶栅中气流与经过喷嘴时相似，压力降低，容积膨胀，速度增加；

而它的动叶栅也做成截面渐收缩的汽道，汽流在动叶栅中进一步降压，膨胀加速。

根据惯性定律可知，运动的物体如果不受外力的作用的话，则一定按照它原来的速度大小及方向运动下去。

汽流既然在动叶栅之中获得了加速度，那必然有外力作用在其汽流上，这个力是由于在动叶栅中降低了汽流的压力和温度，即汽流的热能转换为动能所获得的。

在动叶栅中进一步使汽流降压、增速并以高速离开，这时汽流必然给动叶栅一个大小相等、方向相反的作用力，使动叶栅转动带动轴旋转的对外做功。

这就是反动式汽轮机的工作原理。

反动原理在汽轮机中的实际应用，如图6所示。

这是反动式汽轮机中的一个级的断面示意图。

蒸汽在静叶栅中膨胀后达到较高的速度，蒸汽离开静叶栅后，进入动叶栅气道，沿着汽道壁的内弧改变方向，因此动叶片就受到由于冲动原理产生的冲击力，记为P冲；

又由于汽流在动叶栅汽道内从P1膨胀降压至P2，因而动叶片上又受到由于反动原理而引起的反作用力P反的作用。

P冲与P反的合力