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汽轮机的基本概念及工作原理

DOCX   13页   下载0   2024-09-21   浏览38   收藏0   点赞0   评分-   15561字   7.00
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汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机。由于其具有热
效率高、运转平稳、输出功率大、事故率低等优点,广泛应用于拖动发电机、
型风机水泵及船舶的动力设备。依其做功原理的不同,可分为冲动式汽轮机和反
动式汽轮机两种类型。两种类型各具特点,各有其发展的空间。
冲动式汽轮机:蒸汽的热能转变为动能的过程,仅在喷嘴中发生,而工作叶
片只是把蒸汽的动能转变成机械能的汽轮机。即蒸汽仅在喷嘴中产生压力降,
在叶片中不产生压力降。
反动式汽轮机:蒸汽的热能转变为动能的过程,不仅在喷嘴中发生,而且在
叶片中也同样发生的汽轮机。即蒸汽不仅在喷嘴中进行膨胀,产生压力降,而且
在叶片中也进行膨胀,产生压力降。
冲动式与反动式在构造上的主要区别在于:
冲动式:动叶片出、入口侧的横截面相对比较匀称,汽流通道从入口到出口
其面积基本不变。
反动式:动叶片出、入口侧的横截面不对称,叶型入口较肥大,而出口侧较
薄,汽流通道从入口到出口呈渐缩状。
最简单的汽轮机单级汽轮机结构由轴、转轮、叶片和喷嘴组成,工作原理为:
具有一定压力和温度的蒸汽通入喷嘴膨胀加速,此时蒸汽压力、温度降低,速度
增加,蒸汽热能转变为动能,然后,具有较高速度的蒸汽由喷嘴流出,进入动叶
片流道,在弯曲的动叶片流道内,改变汽流方向,给动叶片以冲动力,产生了使
叶轮旋转的力矩,带动主轴旋转,输出机械功,完成动能到机械能的转换。
热能动能机械能,这样一个能量转换的过程,便构成了汽轮机做功的基
本单部分元,通常称这个做功单元为汽轮机的级。由于单级汽轮机的功率较小,
且损失大,故使汽轮机发出更大功率,需要将许多级串联起来,制成多级汽轮机。
多级汽轮机的第一级又称为调节级,该级在机组负荷变化时,是通过改变部分进
汽量来调节汽轮机负荷,而其它级任何工况下都为全周进汽,称为非调节
级。
汽轮机分类按热力过程可分为:
1凝汽式汽轮机:进入汽轮机做功的蒸汽,除少量漏汽外,全部或大部分排
入凝汽器,形成凝结水。
2、背压式汽轮机:蒸汽在汽轮机内做功后,以高于大气压力被排入排汽室,
以供热用户采暖和工业用汽。
3调整抽汽式汽轮机:将部分做过功的蒸汽以某种压力下抽出,供工业用或
采暖用。
4中间再热式汽轮机:将在汽轮机高压缸做完功的蒸汽,再送回锅炉过热器
加热到新蒸汽温度,回中、低压缸继续做功。
按蒸汽初蒸汽分类:
低压汽轮机:新汽压力为 1.2~1.5MPa;
中压汽轮机:新汽压力为 2.0~4.0MPa;
次高压汽轮机:新汽压力为 5.0~6.0MPa;
高压汽轮机:新汽压力为 6.0~10.0MPa;
还有超高压、亚临界压力、超临界压力汽轮机等等。
汽轮机型号表达方式:
我国采用汉字拼音和数字来表示汽轮机的型号。型号中第一组符号的汉字拼
音,表示汽轮机的热力特性或用途,数字表示汽轮机的额定功率,第二组符号由
数字组成,表示汽轮机主蒸汽参数。
例如 N6-2.35 凝汽式,额定功率 6MW,初压 2.35MPa
B3-3.43/0.49 背压式,额定功率 3MW,初压 3.43MPa
背压 0.49MPa
针对水泥余热资源品位低、流量大的特点,在满足水泥工艺要求前提下,为充分
利用余热热能,宁一线采用多级冲动混压凝汽式带减速机型汽轮机。利用参数较
低的主蒸汽和来自闪蒸器的饱和蒸汽发电,汽轮机额定功率 6480kW,排气压力
-95.6kPa, 转速 5829rpm,级数 9 ,工作状态下额定蒸汽条件:
入口蒸汽压力 主蒸汽 高压混汽 低压混
2.45Mpa 0.31Mpa 0.006Mpa
入口蒸汽温度 335
饱和 饱和
入口蒸汽流量 31.93t/h 2.24t/h 0.93t/h
汽轮机为减速式汽轮机,通过减速机后转速为 1500rpm,这样汽轮机的整体
尺寸较小,暖机和冲转所需的时间较短,便于汽轮机停机后能够在短时间内迅速
再投入,适应窑系统工况的波动。针对汽轮机后几级叶片水份较多、易发生水蚀
现象的特点,在低压部分特别设计了集水槽和疏水孔,充分利用转子转动的离心
力分离水珠,避免水蚀。另在末两级叶片前部覆盖了一层特殊合金,以减轻水击
产生的损伤。
汽轮机的调节系统采用电、液(压)调节方式,感应机构为电磁式,执行机
构为液压传动式。调节系统稳定可靠,保证了汽轮机在设计范围内的任何工况下
稳定运行。
为保障汽轮机安全运行,我厂汽轮机设置保护有:1、主蒸汽进汽阀门丧失油压
而自动关闭;2、超速保护(电气、机械保护)3、润滑油、跳闸油压力低保护;
4、推力轴承磨损保护;5、排汽压力保护。
汽轮机油系统组成有:油箱装置、油雾排气扇、油净化器、油冷却器、润滑油
过滤器、调节油过滤器、主油泵、辅助油泵、紧急油泵、控制(润滑)油压调节
阀、油温调节阀及相应的管道等。润滑油主要作用是为保证各轴承部位的润滑、
冷却、清洗及防止氧化等,另外,汽轮机的调节、保护系统均采用油作为工质。
我厂汽轮机使用的是美孚(Mobil)46#透平油。
主油泵作用:是汽轮机正常运行时,向汽轮机发电系统供油。为轴驱动齿轮
泵,转速 1025rpm,能力 55m3/h
辅助油泵作用:汽轮机组启动与停止时向汽轮机系统供油。为电机驱动齿轮
泵,能力 54m3/h,电机额定功率 37kW
紧急油泵作用:当汽轮机系统主油泵及辅助油泵无法启动时,该泵启动向系
统供油。为直流电机驱动齿轮泵,能力 17m3/h,电机额定功率 2.2kW
盘车装置:在机组升温启动与机组停车降温时带动转子,使汽机转子均匀受
热。型式:手动啮合电机驱动自动分离式。
真空泵作用:将凝汽器内的不凝结气体抽出以保持较高的真空度,使做过功
的蒸汽能充分冷凝,设计真空-95.6kPa
汽封蒸汽凝汽器:使汽封部蒸汽凝结成水重新参加系统循
环,并回收蒸汽所携带热能。冷却水为凝结水,热交换加热。
三、汽轮机静止部分的结构
汽轮机静止部分的结构由汽缸、隔板和喷嘴组、轴封及隔板汽封、轴承组成。
1、汽缸
汽轮机的汽缸是将调节汽室及喷嘴、隔板、轴封、滑销等连成一体,与汽轮机
转子组成通流部分,从而保证蒸汽在汽轮机内做功过程的基础部件。
中小型汽轮机都是单层汽缸,整体呈圆柱形,由中分面将汽缸分为上下两部分,
上半部分叫上汽缸,又称为汽缸盖,下半部叫下汽缸。上下汽缸在接合面处用大
螺栓连成一体。每半汽缸又分为高压缸(前汽缸)、低压缸(后汽缸)两部分。
汽缸滑销系统:无论汽轮机汽缸怎么前后左右膨胀,有个点的相对位置却不变,
这个点称为汽缸膨胀的死点。
2、隔板和喷嘴组
隔板是由隔板外缘、喷嘴、隔板体构成的圆形板状组合件,通常将装在调节汽
室上的喷嘴组合体简称为喷嘴组,汽轮机通过各个调速汽阀,控制各自的喷嘴,
达到控制汽轮机进汽量的目的,从而使机组启动时能平稳地控制转速,并入电网
后稳定地调整负荷。
3、轴封及隔板汽封
轴封与隔板汽封统称为汽封。
轴封又称为轴端汽封,即转子穿出汽缸两端处的汽封。汽轮机高压端轴封称
为高压轴封,在单缸汽轮机中又称为前轴封,它的作用是防止高压蒸汽漏出汽缸,
造成工质损失,汽轮机效率降低,并可使轴颈处被加热或蒸汽冲进轴承造成润滑
油质恶化。低压端轴封称为低压轴封,用来防止空气漏进汽缸,造成真空度下降,
使真空恶化。在单缸汽轮机中又称为后轴封。我厂为密封迷宫填料,分成 4 6
段在填料盒内用圈弹簧压紧。
装在隔板汽封槽中的汽封称为隔板汽封,用来阻碍蒸汽绕过喷嘴而造成的能
量损失,并使叶轮上的轴向推力增大。采用曲径式汽封,一方面漏汽间隙减小,
另一方面汽封片较多,每一个汽封片形成一个缩孔,产生一次节流作用,漏汽量
逐级减少。
减少隔板汽封闭损失方法:
加装隔板汽封片,减少漏汽量;
在动叶片根部安装径向汽封片;
在叶轮上开平衡孔,使隔板漏汽经平衡孔漏向级后。
通流部分汽封是动叶柵顶部和根部处的汽封,用来阻碍蒸汽从动叶柵两端散
逸,使做功能力降低。
4、轴承
汽轮机的轴承按受力方式分为支持轴承和推力轴承两种。
1支持轴承 用来支承汽轮机转子的重力,保持动静件中心一致,从而保
证动静件之间的径向间隙在规定范围内。
2推力轴承 用来平衡转子的轴向推力,确定转子膨胀的死点,从而保证
动静件之间的轴向间隙在设计范围内。
四、汽轮机转子的结构
汽轮机转子是汽轮机最重要的部件,由主轴、叶轮、叶片、推力盘、轴套、
联轴器等组成。
按其结构分为套装式转子、整体锻造转子、组合式转子和焊接转子。
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  汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机。由于其具有热效率高、运转平稳、输出功率大、事故率低等优点,广泛应用于拖动发电机、大型风机水泵及船舶的动力设备。依其做功原理的不同,可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机两种类型。两种类型各具特点,各有其发展的空间。         冲动式汽轮机:蒸汽的热能转变为动能的过程,仅在喷嘴中发生,而工作叶片只是把蒸汽的动能转变成机械能的汽轮机。即蒸汽仅在喷嘴中产生压力降,而在叶片中不产生压力降。         反动式汽轮机:蒸汽的热能转变为动能的过程,不仅在喷嘴中发生,而且在叶片中也同样发生的汽轮机。即蒸汽不仅在喷嘴中进行膨胀,产生压力降,而且在叶片中也进行膨胀,产生压力降。         冲动式与反动式在构造上的主要区别在于:         冲动式:动叶片出、入口侧的横截面相对比较匀称,汽流通道从入口到出口其面积基本不变。         反动式:动叶片出、入口侧的横截面不对称,叶型入口较肥大,而出口侧较薄,汽流通道从入口到出口呈渐缩状。         最简单的汽轮机单级汽轮机结构由轴、转轮、叶片和喷嘴组成,工作原理为:具有一定压力和温度的蒸汽通入喷嘴膨胀加速,此时蒸汽压力、温度降低,速度增加,蒸汽热能转变为动能,然后,具有较高速度的蒸汽由喷嘴流出,进入动叶片流道,在弯曲的动叶片流道内,改变汽流方向,给动叶片以冲动力,产生了使叶轮旋转的力矩,带动主轴旋转,输出机械功,完成动能到机械能的转换。         热能 → 动能 → 机械能,这样一个能量转换的过程,便构成了汽轮机做功的基本单部分元,通常称这个做功单元为汽轮机的级。由于单级汽轮机的功率较小,且损失大,故使汽轮机发出更大功率,需要将许多级串联起来,制成多级汽轮机。多级汽轮机的第一级又称为调节级,该级在机组负荷变化时,是通过改变部分进汽量来调节汽轮机负荷,而其它级任何工况下都为全周进汽,称为非调节级。              汽轮机分类按热力过程可分为:        1 、凝汽式汽轮机:进入汽轮机做功的蒸汽,除少量漏汽外,全部或大部分排入凝汽器,形成凝结水。        2 、背压式汽轮机:蒸汽在汽轮机内做功后,以高于大气压力被排入排汽室,以供热用户采暖和工业用汽。        3 、调整抽汽式汽轮机:将部分做过功的蒸汽以某种压力下抽出,供工业用或采暖用。        4 、中间再热式汽轮机:将在汽轮机高压缸做完功的蒸汽,再送回锅炉过热器加热到新蒸汽温度,回中、低压缸
汽轮机的基本概念及工作原理