汽轮机原理.docx
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汽轮机原理
汽轮机原理
1、汽轮机的组成
汽轮机又名蒸汽透平机(steamturbine),是将蒸汽的热能转换成机械能的一种旋转式原动机。
(1)汽轮机的组成:
转子和静子。
(2)转子:
转动部分的总称。
包括:
转轴、叶轮、叶片、联轴器及其附件。
(3)静子:
不转动部分的总称。
包括:
汽缸、进汽机构、排汽机构、汽封、滑销系统、轴承和盘车装置等。
汽轮机工艺图
2、汽轮机分类
汽轮机的分类
3、背压式汽轮机
排汽直接用于工业或供热,排汽压力高于大气压力,没有凝汽器。
当排汽作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时,称为前置式汽轮机,因此没有冷源损失,能量利用率高,但发电量完全由热负荷决定。
(凝汽式机组排汽在凝汽器中被冷却水带走的热量为2140-2220kJ/kg,称为冷源损失,而蒸汽带入汽轮机的热量3400kJ/kg左右)
背压式汽轮机
4、调节抽汽式汽轮机
从汽轮机某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热,其余排汽仍进入凝汽器。
由于热用户对供热压力有一定的要求,需要对抽汽压力进行自动调节(用于回热抽汽的压力无需调节),因而汽轮机装备有抽汽压力调节机构,以维持抽汽压力恒定故称为调节抽汽。
根据用户需要,有一次调节抽汽和两次调节抽汽。
揭去上汽缸的国产30万汽轮机汽缸和转子图
5、汽轮机的级、级内能量转换过程
(1)汽轮机的级:
静叶栅动叶栅是汽轮机作功的最小单元。
能量转换过程
(2)级内能量转换过程:
具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时,首先在喷嘴叶栅通道中得到膨胀加速,将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能,然后进入动叶通道,在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速,推动叶轮旋转,将高速汽流的动能转变为旋转机械能。
能量转换过程
(3)冲动级:
当汽流通过动叶通道时,由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向,因而产生离心力,离心力作用于叶片上,被称为冲动力。
这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽进、出动叶通道时其动能的变化量。
而这种级称为冲动级。
(4)反动级:
当汽流通过动叶通道时,一方面要改变方向,同时还要膨胀加速,前者会对叶片产生一个冲动力,后者会对叶片产生一个反作用力,即反动力。
蒸汽通过这种级,两种力同时作功。
通常称这种级为反动级。
(5)反动度:
反动度表示级中反动力所占比例,即蒸汽在动叶中膨胀程度的大小。
级的热力过程线
(6)带反动度的冲动级
为了提高级的效率,通常,冲动级也带有一定的反动度(Ω=0.05~0.20)、p1>p2、Δhn*>Δhb,这种级称为带反动度的冲动级,它具有作功能力大、效率高的特点。
(7)反动级
通常把反动度Ω=0.5的级称为反动级。
对于反动级来说,蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同,即是p1>p2,反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。
反动级的效率比冲动级高,但作功能力小。
6、汽轮机工艺简介
汽机工艺简介
(1)电厂基本汽水系统流程(朗肯循环):
给水→锅炉→过热蒸汽→汽轮机→凝汽器→给水泵→给水送入锅炉。
(2)主蒸汽系统及再热蒸汽系统:
(主蒸汽)锅炉主汽门(或集汽联箱)→主蒸汽管→汽机自动主汽门之前;(再热蒸汽)汽机高压缸出口→再热器冷段管→再热器→再热器热段管→汽机中压缸进口。
(3)主凝结水系统:
凝汽器→凝结水泵→轴封冷却器→低加→除氧器。
(4)除氧器系统:
除氧器及其相连的所有管路和附件(安全门,水位计等)。
(5)主给水系统:
除氧水箱下水管→低压给水管→给水泵→高压给水管→高加→主给水管。
(6)回热抽汽系统和加热器疏水系统:
汽机抽汽管路→各回热加热器(高加、低加、除氧器)→疏水管路→疏水回收设备。
(7)抽空气系统:
(低压加热器、凝结水泵)→凝汽器→抽真空设备和系统
(8)循环冷却水系统:
循环水进水管→凝汽器→循环水出水管(汽机车间范围内)
(9)排污利用系统:
锅炉汽包→连续排污管→连续排污扩容器→(汽)除氧器,下联箱→定排污管→↳→(水)定期排污扩容器。
(10)辅助蒸汽系统及补充水系统:
1)辅助蒸汽联箱及其相连接的管路和设备。
2)化学车间除盐水箱→补水箱→补水泵→凝汽器(或除氧器或疏水箱)。
7、发电厂的主要经济指标
(1)汽轮发电机组的汽耗率d0:
机组每发1KW.h的电所消耗的蒸汽量;200MW机组在3kg/kw.h左右。
(2)汽轮发电机组的热耗率q:
机组每发1KW.h的电所消耗的蒸汽量;200MW机组在8400kJ/kw.h左右。
(3)发电厂总效率ŋPL:
电厂发出的电能与所消耗的燃料总能量;200MW机组在34%左右。
(4)发电煤耗率:
发电厂每发1KW.h的电所需的煤耗量。
(5)标准煤耗率:
发电厂每发1KW.h的电所需的标准煤耗量;我国在300-420g标煤/(kw.h)。
(6)厂用电率:
厂用电占总发电量的百分率,大约在5%--10%之内。
(7)供电标准煤耗率:
扣除厂用电的标准煤耗率。
二、汽轮机的设备介绍
1、汽轮机本体
汽轮机包括汽轮机本体,调节、保安系统及辅助设备三大部分。
蒸汽轮机本体包括:
(1)静体(固定部位)——汽缸、喷嘴、隔板、汽封等。
(2)转子(转动部分)——轴、叶轮、叶片等。
(3)轴承(支承部分)——径向和止推。
2、汽缸
(1)汽缸的组成:
汽缸是汽轮机的外壳,汽轮机本体的主要零部件几乎包含在汽缸内。
汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板、隔板套和汽封等零部件。
汽缸外部装有调节汽阀及进汽、排汽和回热抽汽管道等。
(2)汽缸作用:
汽缸是汽轮机的外壳。
其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开,形成封闭的汽室,保证蒸汽在汽轮机内完成其能量转换过程。
低压缸
3、汽缸内部构件
(1)喷嘴、隔板
喷嘴
隔板
喷嘴和隔板的作用和特点:
喷嘴是组成汽轮机的主要部件之一。
它的作用是把蒸汽的热能转变为高速汽流的动能,使高速汽流以一定的方向从喷嘴喷出,进入动叶栅,推动叶轮旋转做功。
隔板由外缘,喷嘴和板体三部分组成,为便于安装,隔板一般都做成对分的,上半隔板装在汽缸上盖内,下半隔板装在下汽缸内。
第一级喷嘴直接安装在汽缸高压端专门的喷嘴室上。
第二级及以后各级喷嘴安装在各级隔板上,隔板用来安装喷嘴,并将各级叶轮分隔开。
冲动式汽轮机每一级由一个隔板和一个叶轮组成。
冲动式汽轮机的隔板可分为焊接隔板和铸造隔板。
反动式汽轮机不采用隔板式结构,各级喷嘴片(也叫静叶栅)直接安装在汽缸上。
(2)汽封
汽封
1)汽轮机汽缸两端轴孔处与转轴间有一定间隙,这样在工作时,汽缸内进汽端将发生高压蒸汽大量外漏,进入前轴承箱污染润滑油。
此外凝汽式汽轮机的排汽压力在0.05公斤/平方厘米(绝对)左右,即排汽端处于高真空状态,这样大气中的空气将沿边后轴孔大量漏入排汽管和凝汽器,就会破坏汽轮机的真空。
因此为了减少高压端的向外漏汽和排汽端往里漏空气,要求在汽缸两端轴孔处配备气封。
2)汽封的作用
汽轮机通汽部分的动静部分之间,为了防止碰擦,必须留有一定的间隙。
而间隙的存在必将导致漏汽,使汽轮机的经济性下降。
为了解决这一矛盾,在汽轮机动、静部件的有关部位设有密封装置,通常称为汽封。
可分为轴端汽封(又称轴封)、隔板汽封和围带汽封三种。
(3)转子
汽轮机中所有转动部件的组合体称作转子。
包括:
主轴、轴封、动叶片、止推盘、危急保安器、联轴器总承、测量盘等。
转子
(4)叶片
叶片分为动叶片和静叶片两种:
叶片
4、轴承
轴承是汽轮机一个重要的组成部分,分为径向支撑轴承和推力轴承两种类型,它们用来承受转子的全部重力并且确定转子在汽缸中的正确位置。
根据轴承中所能承受的载荷方向的不同,又可分为支撑轴承(承受径向载荷)、止推轴承(承受轴向载荷)和支撑止推轴承(同时承受径向载荷和轴向载荷)等。
在工业汽轮机上常用的径向轴承有圆瓦轴承、椭圆瓦轴承、多油楔固定轴承和可倾瓦轴承,并且以可倾瓦轴承使用最多。
可倾瓦轴承与上述轴承相比其优点是每一块瓦均能自由摆动,在任何情况下都能形成最佳油楔,高速稳定性好,不易发生油膜振荡,应用广泛。
径向可倾瓦轴承
5、联轴器
联轴器又称对轮或靠背轮。
作用是传递扭矩。
1)刚性联轴器:
结构简单,能够承受相邻转子分配来的重量,,减少支撑轴承数,并缩短机组长度。
缺点是传递振动和轴向位移,对找中心要求高
2)半挠性联轴器:
两半联轴器之间加了一段波形圆筒。
他在传递扭矩时是呈刚性的,还能传递一定轴向推力,部分吸收转子之间传递的振动。
它也允许相邻两轴端之间有少许的不同心度和端面瓢偏度。
3)挠性联轴器:
一般有齿轮式和弹簧式两种。
这类联轴器不传递轴向推力,基本不传递振动,对中要求低,但易磨损,需要润滑,造价高。
多用于小型汽轮机。
联轴器
6、自动主汽阀
自动主汽阀的作用是在汽轮机保护装置动作后,迅速切断汽源使汽轮机停止运行。
因此它是保护装置共有的执行元件。
自动主汽阀的结构可分为主汽阀和操纵座两部分,操纵座是控制自动主汽阀开启或关闭的机构。
为了保证安全,要求自动主汽阀动作迅速,关闭严密,对高压汽轮机,在正常的进、排汽参数情况下,自动主汽阀关闭后(调节阀全开),汽轮机的转速应能迅速降到1000rpm以下,自汽轮机保护装置动作至主汽阀全关的时间,通常要求不大于0.5~0.8s。
速关阀内部结构
7、超速保护装置
为了防止调节系统因故障失灵和突然甩负荷时引起超速危险,每台汽轮机都装有超速保护装置,它由感应机构、放大机构组成,其发讯装置通常称为危急遮断器或危急保安器,一般当汽轮机的转速升高到额定转速的1.10~1.12倍时它就动作,迅速切断汽轮机的供汽,使汽轮机停止运转。
(1)危急保安器
危急保安器是超速保护装置的转速感应机构,它实际上是一个静态不稳定的调速器,按其结构可分为飞锤式和飞环式两类,但它们的工作原理完全相同。
(2)危急断路滑阀
在近代汽轮机中,危急保安器动作后,飞锤飞出作为超速信号,再通过以危急断路滑阀作为传动放大机构去动作主汽阀。
因此危急保安器和危急断路滑阀两者共同组成超速保护装置。
(3)轴向位移保护
在汽轮机运行中,如果由于某种原因造成汽轮机轴向推力过大时,将导致推力瓦的乌金熔化,转子就会产生不允许的轴向位移,致使汽轮机的动、静部分发生摩擦,造成严重的设备损坏事故。
因此汽轮机都装有轴向位移测量、报警和自动保护装置。
(4)低油压保护
润滑油压过低将使汽轮机轴承不能维持正常工作,情况严重时,还会造成轴瓦损坏以及动、静部分摩擦等恶性事故。
因此润滑系统中都设有低油压保护装置。
低油压保护装置一般应具有下述功能:
1)润滑油压低于正常值时,首先发出信号,提醒运行人员注意并及时采取措施。
2)油压继续降低至某一数值时,自动投入辅助油泵以提高油压。
3)辅助油泵启动后油压若继续下降至某一数值时,应掉闸停机,再继续降低至另一数值时,应停止盘车。
8、油系统的主要设备
(1)油箱
作用:
储油,分离油中空气、水分和机械杂物。
油箱分为污段和净段,中间隔着过滤网。
回油管路布置在污段,油泵的吸油口布置在净段。
为了将沉淀下来的水分和杂物排出,油箱底部一般做成斜坡形。