2022年汽轮机结构原理与运行培训 .docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 汽轮机结构原理与运行培训一、 汽轮机 结构原理将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械;又称蒸汽透平;主要用作发电用的原动机,也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等;仍可以利用 热需要;汽轮机 的排汽或中间抽汽满意生产和生活上的供汽轮机 是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械,是蒸汽动力装置的主要设备之一;汽轮机 是一种透平机械,又称蒸汽透平;公元一世纪时,亚历山大的希罗记述了利用蒸汽反作用力而旋转的汽转球,又称为风神轮,这是最早的反动式 汽轮机 的雏形;1629 年意大利的布兰卡提出由一股蒸汽冲击叶片而旋转的转轮;19 世纪末,
2、瑞典拉瓦尔和英国帕森斯分别创制了有用的 汽轮机 ;拉瓦尔于 1882 年制成了第一台 5 马力3.67 千瓦 的单级冲动式 汽轮机 ,并解决了有关的喷嘴设计和强度设计问题;单级冲动式 汽轮机 功率很小,现在已很少采纳;20 世纪初,法国拉托和瑞士佐莱分别制造了多级冲动式 汽轮机 ;多级结构为增大 汽轮机 功率开拓了道路,已被广泛采纳,机组功率不断增大;帕森斯在 1884 年取得英国专利,制成了第一台 10 马力的多级反动式 汽轮机 ,这台 汽轮机 的功率和效率在当时都占据先位置;20 世纪初, 美国的柯蒂斯制成多个速度级的 汽轮机 ,每个速度级一般有两列动叶,在第一列动叶后在汽缸上装有导向叶片
3、,将汽流导向其次列动叶;现在速度级的 汽轮机 只用于小型的 汽轮机 上,主要驱动泵、鼓风机等,也常用作中小型多级 汽轮机 的第一级;与往复式蒸汽机相比,汽轮机 中的蒸汽流淌是连续的、高速的,单位面积中能通过的流量大,因而能发出较大的功率;大功率 汽轮机 可以采纳较高的蒸汽压力和温度,故热效率较高;19 世纪以来, 汽轮机 的进展就是在不断提高安全牢靠性、耐用性和保证运行便利的基础上,增大单机功率和提高装置的热经济性;汽轮机 的显现推动了电力工业的进展,到 20 世纪初,电站 汽轮机 单机功率已达 10 兆瓦;随着电力应用的日益广泛, 美国纽约等大城市的电站尖峰负荷在 20 岁月已接近 1000
4、 兆瓦,假如单机功率只有 10 兆瓦,就需要装机近百台,因此 20 岁月时单机功率就已增大到 60 兆瓦, 30 岁月初又显现了 165 兆瓦和 208 兆瓦的汽轮机 ;此后的经济衰退和其次次世界大战期间爆发,使 汽轮机 单机功率的增大处于停顿状态;50 岁月,随着战后经济进展,电力需求突飞猛进,单机功率又开头不断增大,间续显现了 325 600兆瓦的大型 汽轮机 ;60 岁月制成了 1000 兆瓦 汽轮机 ;70 岁月,制成了 1300 兆瓦 汽轮机 ;现在很多国家常用的单机功率为 300 600 兆瓦;汽轮机 在社会经济的各部门中都有广泛的应用;汽轮机 种类很多,并有不同的分类方法;按结构
5、分,有单级 汽轮机 和多级 汽轮机 ;各级装在一个汽缸内的单缸 汽轮机 ,和各级分装在几个汽缸内的多缸 汽轮机 ;各级装在一根轴上的单轴 汽轮机 ,和各级装在两根平行轴上的双轴 汽轮机 等;按工作原理分,有蒸汽主要在各级喷嘴 或静叶 中膨胀的冲动式 汽轮机 ;蒸汽在静叶和动叶中都膨胀的反动式 汽轮机 ;以及蒸汽在喷嘴中膨胀后的动能在几列动叶上加以利用的速度级 汽轮机 ;按热力特性分,有为凝汽式、供热式、背压式、抽汽式和饱和蒸汽 汽轮机 等类型;凝汽式 汽轮机 排出的蒸汽流入凝汽器,排汽压力低于大气压力,因此具有良好的热力性能,是最为常用的一种 汽轮机 ;供热式汽轮机 既供应动力驱动发电机或其他
6、机械,又供应生产或生活用热,具有较高的热能利用率;背压式 汽轮机的排汽压力大于大气压力的 汽轮机 ;抽汽式 汽轮机 是能从中间级抽出蒸汽供热的 汽轮机 ;饱和蒸 汽轮机是以饱和状态的蒸汽作为新蒸汽的 汽轮机 ;汽轮机 的蒸汽从进口膨胀到出口,单位质量蒸汽的容积增大几百倍,甚至上千倍,因此各级叶片高度必名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 须逐级加长;大功率凝汽式 汽轮机 所需的排汽面积很大,末级叶片须做得很长;汽轮机 装置的热经济性用汽轮机 热耗率或热效率表示;汽轮机 热耗率是每输出单位机械功所消耗的蒸汽热量,热效率是
7、输出机械功与所耗蒸汽热量之比;对于整个电站,仍需考虑锅炉效率和厂内用电;因此,电站热耗率比单独 汽轮机 的热耗率高,电站热效率比单独 汽轮机 的热效率低;一座汽轮发电机总功率为 1000 兆瓦的电站,每年约需耗用标准煤 230 万吨;假如热效率肯定值能提高 1%,每年可节省标准煤 6万吨;因此, 汽轮机 装置的热效率始终受到重视;为了提高 汽轮机 热效率,除了不断改良 汽轮机 本身的效率,包括改良各级叶片的叶型设计 动身实行措施;以削减流淌缺失 和降低阀门及进排汽管缺失以外,仍可从热力学观点依据热力学原理,新蒸汽参数越高,热力循环的热效率也越高;早期 汽轮机 所用新蒸汽压力和温度都较低,热效率
8、低于 20;随着单机功率的提高, 30 岁月初新蒸汽压力已提高到 3 4 兆帕,温度为 400450;随着高温材料的不断改良,蒸汽温度逐步提高到 535,压力也提高到 612.5 兆帕,个别的已达 16 兆帕,热效率达 30以上; 50 岁月初,已有采纳新蒸汽温度为 600的 汽轮机 ;以后又有新蒸汽温度为 650的汽轮机 ;现代大型 汽轮机 依据其输出功率的不同,采纳的新蒸汽压力又可以分为各个压力等级,通常采纳新蒸汽压力 24.526 兆帕,新蒸汽温度和再热温度为535578的超临界参数 ,或新汽压力为16.5 兆帕、新汽温度和再热温度为535的亚临界参数;使用这些汽轮机 的电站热效率约为4
9、0;另外, 汽轮机 的排汽压力越低,蒸汽循环的热效率就越高;不过排汽压力主要取决凝汽器的真空度,真空度又取决于冷却水的温度和抽真空的设备通常称为真空泵,假如采纳过低的排汽压力,就需要增大冷却水流量、增大凝汽器冷却水和冷却介质的换热面、降低被使用的冷却水的温度和抽真空的设备,较长的末级叶片,但同时真空太低又会导致 汽轮机 汽缸低压缸的蒸汽流速加快,使 汽轮机 汽缸低压缸差胀加剧,危及 汽轮机 安全运转;凝汽式 汽轮机 常用的排汽压力为 510 千帕一个标准大气压是 101325帕斯卡;船用 汽轮机 组为了减轻重量,减小尺寸 ,常用 0.0060.01 兆帕的排汽压力;此外,提高 汽轮机 热效率的
10、措施仍有,采纳回热循环、采纳再热循环、采纳供热式 汽轮机 等;提高 汽轮机的热效率,对节省能源有着重大的意义;大型 汽轮机 组的研制是 汽轮机 将来进展的一个重要方向,这其中研制更长的末级叶片,是进一步进展大型 汽轮机 的一个关键;讨论提高热效率是 汽轮机 进展的另一方向, 采纳更高蒸汽参数和二次再热,研制调峰机组, 推广供热 汽轮机 的应用就是这方面进展的重要趋势;现代核电站 汽轮机 的数量正在快速增加,因此讨论适用于不同反应堆型的、性能良好的 汽轮机 具有特殊重要的意义;全世界利用地热的 汽轮机 的装机容量, 1983 年已有 3190 兆瓦,不过对熔岩等深层更高温度地热资源的利用尚待探究
11、;利用太阳能的 汽轮机 电站已在建造,海洋温差发电也在讨论之中;全部这些新能源方面的汽轮机 尚待连续进行试验讨论;另外,在 汽轮机 设计、制造和运行过程中,采纳新的理论和技术,以改善汽轮机 的性能,也是将来汽轮机讨论的一个重要内容;例如:气体动力学方面的三维流淌理论,湿蒸汽双相流淌理论;强度方面的有限元法和断裂力学分析;振动方面的快速傅里叶转换、模态分析和激光技术;设计、制造工艺、试验测量和运行监测等方面的电子电脑技术;寿命监控方面的超声检查和耗损运算;此外,仍将研制氟利昂等新工质的应用,以及新结构、新工艺和新材料等;目前进展瓶颈主要在材料上,材料问题解决了,单片的功率就可以更大;凝汽式 汽轮
12、机火电厂中普遍采纳的专为发电用的汽轮机 ;凝汽设备主要由凝汽器、循环水泵、凝聚水泵和抽气器组成;汽轮机 排汽进入凝汽器,被循环水冷却凝聚为水,由凝聚水泵抽出,经过各级加热器加热后作为给水送往锅炉;汽轮机 的排汽在凝汽器内受冷凝聚为水的过程中,体积突然缩小,因而原先布满蒸汽的密闭空间形成名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 真空,这降低了 汽轮机 的排汽压力,使蒸汽的抱负焓降增大,从而提高了装置的热效率;汽轮机 排汽中的非凝聚气体 主要是空气 就由抽气器抽出 ,以爱护必要的真空度;汽轮机 最常用的凝汽器为外表式;冷却水排
13、入冷却水池或冷却水塔降温后再循环使用;靠近江、河、湖泊的电厂,如水量充分,可将由凝汽器排出的冷却水直接排入江、河、湖泊,称为径流冷却方式;但这种方式可能对河流湖泊造成热污染;严峻缺水地区的电厂,可采纳空冷式凝汽器;但它结构巨大,金属材料消耗多,除列车电站外,一般电厂较少采纳;老式电厂中,有的采纳混合式凝汽器,汽轮机 排汽与冷却水直接混合接触冷却;但因排汽凝聚水被冷却水污染,需要处理后才能作为锅炉给水,已很少采纳;运行特性 凝汽式 汽轮机 的排汽压力对运行经济性有明显影响;影响凝汽器真空度的主要因素是冷却水进口温度和冷却倍率;前者与电厂所在地区、季节及供水方式有关;后者表示冷却水设计流量与 汽轮
14、机排汽量之比; 冷却倍率大, 可获得较高真空度;但冷却倍率增大的同时增加了循环水泵的功耗和设备投资;一般外表式凝汽器的冷却倍率设计为 厂选址的重要条件之一;60120;由于凝汽式 汽轮机 循环水的需要量很大,水源条件成为电抱负情形下外表式凝汽器的凝水温度应与排汽温度相同,被冷却水带走的热量仅为排汽的汽化潜热;但实际运行中,由于排汽流淌阻力及非凝聚气体的存在,导致凝聚水温度低于排汽温度,两者的温差称为过冷却度;冷却水管布置不当,运行中凝聚水位过高而浸泡冷却水管 度应不大于 1 2;,均会加大过冷却度;正常情形过冷却排汽压力与机组功率 降低凝汽式 汽轮机 的排汽压力 ,虽可提高热效率, 但因排汽比
15、容增大 ,汽轮机 末级通流面积和叶片需要相应增大 ,这加大了制造成本 ,使加工困难; 因此, 最正确排汽压力需通过技术经济综合分析确定;目前一般凝汽式 汽轮机 排汽压力取为 0.0040.006 兆帕;汽轮机 功率打算于蒸汽流量;凝汽式 汽轮机 可通过的最大流量打算于末级叶片长度;由于叶片越大,离心力越大 ,这使它受到材料强度的限制;目前 ,末级叶片最大长度可达 10001200 毫米,叶片顶端最大允许圆周速度为 550 650 米/秒,单排汽口极限功率约为 100 120 兆瓦;低压缸采纳分流式结构可提高单机功率;到 80 岁月末,常规火电厂最大凝汽式单机功率,双轴机组为 1300 兆瓦,单
16、轴机组为 800 兆瓦;凝汽式机组设计为低转速1500 或 1800 转 /分时,可提高极限功率,但这又使 汽轮机 尺寸及材料消耗增加,由于 汽轮机 总重量与转速的三次方成反比;因此,除核电站为适应低参数、大流量特点,常采纳低速 汽轮机 外,中国火力发电厂均采纳 3000 转/分 汽轮机 ;汽轮机 工作原理汽轮机 是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械;在 汽轮机 中,蒸汽在喷嘴中发生膨胀,压力降低,速度增加,热能转变为动能;如图 1 所示;高速汽流流经动叶片 3 时,由于汽流方向转变,产生了对叶片的冲动力,推动叶轮 2 旋转做功,将蒸汽的动能变成轴旋转的机械能;图 1 冲动式 汽轮机 工作原
17、理图1-轴; 2-叶轮; 3-动叶片; 4-喷嘴2 汽轮机 结构汽轮机 主要由转动部分 转子 和固定部分 静体或静子 组成;转动部分包括叶栅、叶轮或转子、主轴和联轴器及紧固件等旋转部件;固定部件包括气缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套 轴承座、机座、滑销系统以及有关紧固零件等;或静叶持环 、汽封、轴承、名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 套装转子的结构如图 2 所示;套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的,然后将它们热套 过盈协作 在主轴上,并用键传递力矩;图 2 套装转子结构1-油封环 2-油封套 3
18、-轴 4-动叶槽 5-叶轮 6-平稳槽汽轮机 主要用途是在热力发电厂中做带动发电机的原动机;为了保证 汽轮机 正常工作,需配置必要的附属设备,如管道、阀门、凝汽器等,汽轮机 及其附属设备的组合称为 汽轮机 设备;图 3 为汽轮机 设备组成图;来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调剂阀进入 汽轮机 ;由于 汽轮机 排汽口的压力大大低于进汽压力,蒸汽在这个压差作用下向排汽口流淌,其压力和温度逐步降低,部分热能转换为 汽轮机 转子旋转的机械能;做完功的蒸汽称为乏汽,从排汽口排入凝汽器,在较低的温度下凝聚成水,此凝聚水由凝聚水泵抽出送经蒸汽发生器构成封闭的热力循环;为了吸取乏汽在凝汽器放出的凝聚热,
19、并爱护较低的凝聚温度,必需用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水;由于 汽轮机 的尾部和凝汽器不能肯定密封,其内部压力又低于外界大气压,因而会有空气漏入,最终进入凝汽器的壳侧;假设任空气在凝汽器内积存,凝汽器内压力必定会上升,导致乏汽压力上升,削减蒸汽对 汽轮机 做的有用功,同时积存的空气仍会带来乏汽凝聚放热的恶化,这两者都会导致热循环效率的下降,因而必需将凝汽器壳侧的空气抽出;凝汽设备由凝汽器、凝结水泵、 循环水泵和抽气器组成,它的作用是建立并保持凝汽器的真空,以使 汽轮机 保持较低的排汽压力,同时回收凝聚水循环使用,以削减热缺失,提高 汽轮机 设备运行的经济性;图 3 汽轮机 设备组成图1-主
20、汽阀 2-调剂阀 3-汽轮机 4-凝汽器 5-抽汽器 6-循环水泵7-凝聚水泵 8-低压加热器 9-除氧器 10-除水泵 11-高压加热器为了调剂 汽轮机 的功率和转速,每台 汽轮机 有一套由调剂装置组成的调剂系统;另外,汽轮机 是高速旋转设备,它的转子和定子间隙很小,是既巨大又精密的设备;为保证 汽轮机 安全运行,配有一套自动爱护装置,以便在反常情形下发出警报,在危急情形下自动关闭主汽阀,使之停运;调剂系统和爱护装置常用压力油来传递信号和操纵有关部件;汽轮机 的各个轴承也需要油润滑和冷却,因而每台汽轮机 都配有一套润滑油系统;总之, 汽轮机 设备是以 汽轮机 为核心,包括凝汽设备、回热加热设
21、备、调剂和爱护装置及供油系统等附属设备在内的一系列动力设备组合;正是靠它们和谐有序地工作,才得以完成能量转换的任务;火力发电原理 : 火力发电一般是指利用煤炭、石油和自然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水,使水变成高温、高压水蒸气,然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称;我国的火电厂以燃煤为主;优越性 : 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 投资相对较少,适合我国现阶段国情;烧煤比较廉价;传统的火力发电站的燃烧能量大约有近70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些巨大的设备上;弊端及对环境的影响: 烟气污染:煤炭直接燃烧排
22、放的 产生 140 万吨 SO2;SO2、NOX 等酸性气体不断增长,使我国很多地区酸雨量增加;全国每年粉尘污染: 对电站邻近环境造成粉煤灰污染,对人们的生活及植物的生长造成不良影响;全国每年产生1500万吨烟尘;资源消耗:发电的 汽轮机 通常选用水作为冷却介质,一座 1000MW 火力发电厂每日的耗水量约为十万吨;全国每年消耗 5000 万吨标准煤;火力发电污染严峻,电力工业已经成为我国最大的污染排放产业之一改良 : 利用各种技术提高发电效率;对烟尘采纳脱硫除尘处理或改烧自然气;气轮机改用空气冷却;二、 汽轮机 运行培训1、轴封冷却器的作用?答; 汽轮机 采纳内泄式轴封系统时,一般设轴封加热
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