动力机械-动力工程中汽轮机有关知识

动力工程中汽轮机主要涉及知识总结第一节汽轮机的一般概念汽轮机又称“蒸汽透平SteamTurbine”,是一种以水蒸气作为工质的叶轮式发动机。优点：转速高、运行平稳、工作可靠、单机功率大、热经济性高，便于与发电机直接连接等。用途现代火电厂、核电厂、大型船舶等。作用将蒸汽的热能转变为机轴上的机械能。汽轮机简图凝汽式汽轮机汽轮机内的能量转换工作蒸汽先在喷管内进行膨胀，压力降低而速度增大，形成一股高速汽流，此高速汽流喷射到动叶上，推动转子转动，因而使蒸汽的热能转变为机械能。蒸汽热能汽流的动能机轴上的机械能喷管内动叶内汽轮机的基本作功单元－“级”能量转换的主要部件是一组喷管和一圈动叶，由它们组合而成的工作单元，称为汽轮机的一个“级”。第二节汽轮机级内的工作过程级内的汽流一、蒸汽汽在喷管管内的能能量转换换蒸汽在喷喷管内的的流动过过程，理理想情况况下是等等熵膨胀胀过程，，实际是是不可逆逆的绝热热膨胀过过程。喷管损失失：二、蒸汽汽在动叶叶内的能能量转换换单级汽轮轮机速度度三角形形二、蒸汽汽在动叶叶内的能能量转换换单级汽轮轮机速度度三角形形动叶内的的损失由于摩擦擦等损失失，动叶叶内的汽汽流速度度会降低低－动叶叶损失余速损失失动叶损失失轮周功率率根据动量量定理若蒸汽流流量为Dkg/s，则汽流流作用于于动叶上上的圆周周力为此圆周力力在每秒秒钟内所所作之功功，称为为“轮周周功率””反动式汽汽轮机蒸汽从喷喷管内往往外喷出出时，喷喷管本身身也会受受到高速速汽流所所施加的的反作用用力的作作用。如如果将动动叶也做做成喷管管形状，，蒸汽加加速离开开动叶时时，动叶叶也会受受到一个个与汽流流相反方方向的反反作用力力。按这这种原理理工作的的汽轮机机，称为为“反动动式汽轮轮机”。。在反动式汽轮轮机中，蒸汽汽不仅在喷管管内膨胀，而而且在动叶内内也继续膨胀胀。动叶受到到汽流冲动的的同时，还受受到汽流反动动力的作用。。反动级反动度为0.5的级。反动级动叶出出口的蒸汽理理想相对速度度反动级的特点点在保持最高效效率的前提下下，反动级可可以转换的蒸蒸汽焓降约为为冲动级的一一半。因而，，同等容量的的反动式结构构汽轮机总级级数要比冲动动式结构汽轮轮机的总级数数大致多一倍倍。反动式汽轮机机的特点：级数多、制造造工艺要求高高、造价高。。效率较高。第三节多多级汽轮机汽轮机装置现代汽轮机，，由于采用越越来越高的蒸蒸汽初参数和和很低的排汽汽压力，整机机的理想焓降降都很大，为为了有效利用用蒸汽的焓降降，汽轮机大大都采用多级级形式（压力力多级、速度度多级）。压力多级汽轮轮机的应用所谓压力多级级汽轮机，就就是蒸汽从很很高的初压膨膨胀到很低的的终压，是在在很多个压力力级内分段依依次进行的，，也就是把蒸蒸汽的总焓降降分配给若干干个压力级来来进行，每个个压力级都有有自己的喷嘴嘴和动叶，整整台汽轮机就就像由若干台台单级汽轮机机串联起来一一样。这种压力多级级汽轮机的各各项损失都比比较小，其效效率一般要比比速度多级汽汽轮机高得多多；因此，现现代大、中型型汽轮机几乎乎无所例外地地都采用压力力多级得结构构型式，其级级数可根据功功率需要确定定，一般以10级以上者较为为多见。多级汽轮机的的剖面第四节汽汽轮机的效率率和功率一、汽轮机的内部部损失汽轮机运行时时，在它的每每个级内，都都不可避免地地有各种级内内的能量损失失。包括喷管损失动叶损失余速损失叶轮摩擦损损失叶片鼓风损损失级内漏汽损损失湿气损失，，等余速损失中间级的余余速可能被被下一级加加以利用。。叶轮摩擦及及叶片鼓风风损失叶轮两侧表表面与周围围的蒸汽（（非工作汽汽流）发生生摩擦，消消耗一部分分机械功。。没有工作汽汽流的叶片片，对周围围非工作蒸蒸汽鼓风作作用，消耗耗掉的部分分机械能。。级内漏汽损损级的相对效效率通常用级的的相对内效效率表示蒸蒸汽在某级级内膨胀的的完善程度度二、汽轮机机的各种效效率以及功功率的确定定汽轮机的相相对内效率率是衡量整台台汽轮机内内部构造完完善程度的的指标。它它越大，表表明损失越越小。一般：78～90％汽轮机的内内部功率D—汽轮机的总总汽耗量，，kg/hP0—汽轮机的理理想功率轴功率&电电功率Pe—轴功率Pel—电功率电效率发电机所发发出的电功功率与汽轮轮机总的热热耗量之比比，称为汽轮发电机机组的电效效率hel汽轮发电机机组的汽耗耗率汽轮发电机机组每发出出1kW.h电能所消耗耗的蒸汽量量，称为该该汽轮发电机机组的汽耗耗率第六节汽汽轮机本本体结构实实例汽轮机结构构特点发电厂所用用汽轮机一一般具有高高温、高压压、大功率率、高转速速、自动化化和远动化化程度均较较高等一系系列特点，，在设计、、安装和运运行时都有有较高的要要求。如高压压部部分分的的汽汽缸缸、、喷喷嘴嘴、、动动叶叶和和叶叶轮轮等等部部件件必必须须采采用用高高强强度度的的铬铬钼钼钒钒锻锻钢钢或或铬铬钒钒铸铸钢钢；；对喷喷嘴嘴、、动动叶叶型型线线、、光光洁洁度度以以及及动动静静间间隙隙等等的的加加工工和和安安装装的的要要求求等等十十分分严严格格；；安装装时时必必须须考考虑虑到到部部件件的的受受热热膨膨胀胀；；保证水不不能进入入汽轮机机（水珠珠经过喷喷嘴后，，其速度度之高犹犹如枪弹弹）；保证转子子良好的的动平衡衡，以防防动静碰碰摩；轴承一般般使用滑滑动轴承承汽轮机的的标号：：N300-16.2/550/550CC25-8.83/1.27/0.118第七节汽汽轮机的的调节系系统及保保护装置置汽轮机调调节的特特点发电厂中中的汽轮轮机主要要用来带带动交流流发电机机，交流流电不能能储存，，因此发发电厂必必须根据据用户的的需要随随时改变变自己的的电能生生产量。。当外界负负荷变化化时，必必须及时时调节汽汽轮机的的进汽量量，使其其所发出出的功率率与外界界负荷相相适应，，从而维维持转速速不变，，保证输输出电能能的质量量（电压压、频率率）汽轮机调调节系统统的任务务调节系统统任务：：保证供电电的数量量和质量量保证机组组安全可可靠地运运行汽轮机机的调调节方方法现代汽汽轮机机的调调节，，大都都采用用喷管管调节节法。。这种种调节节方法法通常常是把把汽轮轮机第第一级级的喷喷管分分成四四组，，根据据负荷荷的大大小，，由调调节系系统依依次开开闭各各个调调节阀阀。采用这这种调调节法法可大大大减减少汽汽轮机机进汽汽时的的节流流损失失。一、汽汽轮机机的调调节系系统液压调调节系系统DEH调节系系统（DigitalElectro－HydraulicControlSystem）调节系系统：：机械械式→→液压压式→→功频频电液液→DEH发展趋趋势：：DEH汽轮机机调节节系统统简介介机械液压调调节系统功频电液DEH调节系统DEH系统：也是是一种功率率——频率调节系系统不同的是：：给定、比比较、PID运算部分在在数字计算机内内进行模拟电调—连续控制DEH————离散控制（（采样控制制）各种调节系系统的比较较DEH具有模拟功功频电调的的所有优点点，此外：：采用分散控控制，显著著提高了可可靠性。计算机应用用。在：数数据处理、、系统监控控、可靠性性分析、性性能诊断和和运行管理理等方面，，可充分发发挥作用。。调节品质高高，静、动动态特性良良好。此外，系统统采用积木木式结构→→扩展灵活活→维修、、测试方便便冗余控制：：保护措施施严密（某某一回路故故障后亦可可运行）有利于实现现机组协调调控制、厂厂级控制以以至优化控控制，这是是模拟电调调无论如何何也不能相相比的二、汽轮机机的保护装装置汽轮机转子子上的各种种部件所承承受的应力力均与转速速密切相关关，转速过过高非但会会使某些部部件损坏，，甚至还可可能造成重重大事故。。为了防止止调节系统统因故障失失灵，和汽汽轮机突然然甩负荷时时引起超速速危险，近近代汽轮机机普遍设有有超速保护护装置。危急保安器器参见火电厂厂生产过程程CAI汽轮机的其其它保护装装置汽轮机除危危急保安器器（超速保保护）以外外，还有一一些其它保保护装置，，如：自动动磁力断路路装置、手手动危急遮遮断装置等等当转子轴向向位移、轴轴承油压和和油温、凝凝汽器真空空等超过规规定值时，，自动发出出信号使磁磁力断路油油门动作，，切断进汽汽，进行强强制性停机机。第八节汽汽轮机的的油系统油系统承担担两方面的的任务：为调节和保保护系统提提供工作用用油向汽轮机各各个轴承供供应大量的的润滑及冷冷却用油对油质要求求很高，净净油装置不不断清除油油中的杂质质和水分。。净化后，油油中水分小小于0.05％精密滤网，，可滤除粒粒径2mm以上的杂质质油中很小的有有害颗粒亦可可使轴承受到到破坏，导致致代价高昂的的检修第九节汽汽轮机的主要要辅助设备一、凝汽器凝汽器的作用用建立并维持高高度真空，使使进入汽轮机机的蒸汽充分分膨胀到尽可可能低的背压压，从而使汽汽轮机的理想想焓降增大，，提高循环效效率；将汽轮机的排排汽凝结为水水，以便回收收工质，重新新送回锅炉作作为给水使用用。(目前普遍使用用表面式凝汽器器，使凝结水在在不受到污染染的情况下得得到回收)二、抽汽器由于凝汽器或或乏汽管等连连接处的不严严密，势必有有空气从外界界漏入。为了了保持凝汽器器中有较高的的真空度，必必须采用抽气气设备将漏入入的空气不断断抽走。抽汽器的常用用种类射汽抽汽器射水抽汽器射汽抽汽器射汽抽汽器射水抽汽器工作介质是由由专用水泵供供给的具有较较高压力的水水，结构与原原理与射汽抽抽汽器相仿。。射水抽汽器系系统的缺点是是射水高压泵泵耗电甚多；；系统占地面面积较大等。。三、回热加热热器回热加热器（（简称：加热热器）是利用用从汽轮机中中间级引来的的、作过部分分功的抽汽来来加热主凝结结水或给水，，可减少乏汽汽在凝汽器中中的热量损失失（即冷源损损失），从而而提高循环热热效率。火电厂应用最最广泛的是带带有管板的表表面式回热加加热器。回热加热器种种类根据回热加热热器所承受的的水侧压力是是给水泵出口口压力，还是是凝结水出口口压力，把它它们分成高压压回热加热器器和低压回热热加热器两种种，分别简称称为“高加””和“低加””。它们的工工作原理与凝凝汽器相同，，都是一种表表面式加热器器，其中“高高加”需用钢钢管制造。一台汽轮机常常常需要配备备若干级回热热加热器。表面式加热四、除氧器锅炉给水中如如含有氧和CO2等气体，不仅仅影响传热，，而且还会严严重腐蚀各受受热面的金属属壁面。因此此，给水在进进入锅炉省煤煤器之前，必必须先经过除除氧（实际上上不仅是除氧氧，而是“除除气”）火电厂广泛采采用加热除氧氧的方法，即即在除氧器内内将一定压力力下的水加热热至该压力下下的饱和温度度，使原来溶溶解于水中的的各种气体全全部从水中迅迅速逸出，并并设法及时予予以排除———这就就是是除除氧氧器器所所承承担担的的主主要要任任务务除氧氧器器在在多多级级回回热热加加热热器器系系统统中中同同时时还还起起着着一一级级加加热热器器的的作作用用。。除氧氧器器的的构构造造雨淋淋式式除除氧氧器器的的缺缺点点水与与蒸蒸汽汽的的接接触触面面积积太太小小，，以以致致除除氧氧效效果果受受到到限限制制对负负荷荷变变动动的的适适应应性性较较差差，，当当汽汽轮轮机机负负荷荷发发生生变变动动时时，，除除氧氧效效果果难难以以保保证证。。喷雾雾填填料料式式除除氧氧器器该种种除除氧氧器器可可以以克克服服上上述述除除氧氧器器的的缺缺点点结构构利用用若若干干个个喷喷嘴嘴把把进进入入除除氧氧塔塔顶顶部部准准备备除除氧氧的的水水先先喷喷成成雾雾状状，，然然后后使使之之向向下下流流动动；；除除氧氧塔塔中中部部使使用用由由不不锈锈钢钢短短管管组组成成的的一一定定厚厚度度的的填填料料除除氧氧层层，，其其作作用用相相当当于于雨雨淋淋式式装装置置中中的的滴滴水水盘盘。。采用用喷喷雾雾填填料料式式结结构构，，大大大大增增加加了了水水五、、凝凝结结水水泵泵六、、循循环环水水泵泵第十十节节汽汽轮轮机机安安全全运运行行的的基基本本知知识识汽轮轮机机是是高高温温、、高高压压设设备备，，转转速速又又高高，，一一旦旦发发生生重重大大事事故故，，对对人人身身及及设设备备所所造造成成的的直直接接危危害害将将十十分分严严重重。。所所以以汽汽轮轮机机的的安安全全运运行行具具有有重重大大的的意意义义。。汽汽轮轮机机运运行行人人员员必必须须严严格格遵遵守守操操作作规规程程，，在在保保证证安安全全的的情情况况下下，，努努力力提提高高机机组组的的经经济济性性。。从节节约约燃燃料料的的角角度度来来说说，，汽汽轮轮机机的的启启停停应应是是越越快快越越好好，，但但从从确确保保设设备备安安全全的的观观点点来来看看，，则则以以慢慢些些为为妥妥。。一、、启启动动前前的的准准备备工工作作设备备、、系系统统检检查查暖管管油系系统统循循环环调节节保保护护装装置置试试验验盘车车投投入入启动动辅辅机机、、凝凝汽汽器器建建立立真真空空二、、汽汽轮轮机机的的启启动动冲转转和和升升速速暖暖机机通常常汽汽轮轮机机冲冲转转前前需需具具备备下下列列条条件件蒸汽汽参参数数达达到到要要求求，，过过热热度度不不小小于于50℃℃凝汽汽器器真真空空保保持持在在60~67kPa范围内润滑油压及及轴承油流流正常，油油温30~45℃汽缸上下缸缸温差不大大于50℃盘车正常，，大轴原始始晃度不大大于0.02mm热态启动部部件金属温温度较高，，蒸汽参数数、凝汽器器真空要维维持稍高些些中