動力機械7-動力工程中汽輪機有關知識

1、動力工程中汽輪機主要涉及知識總結第一節(jié) 汽輪機的一般概念汽輪機簡圖凝汽式汽輪機汽輪機內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換 工作蒸汽先在噴管內(nèi)進行膨脹，壓力降低而速度增大，形成一股高速汽流，此高速汽流噴射到動葉上，推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，因而使蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。汽輪機的基本作功單元“級” 能量轉(zhuǎn)換的主要部件是一組噴管和一圈動葉，由它們組合而成的工作單元，稱為汽輪機的一個“級”。第二節(jié) 汽輪機級內(nèi)的工作過程級內(nèi)的汽流一、蒸汽在噴管內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換 蒸汽在噴管內(nèi)的流動過程，理想情況下是等熵膨脹過程，實際是不可逆的絕熱膨脹過程。tthhcc102021)(211000)()(21102021tthhcc20101)(2000chhc

2、tt噴管損失：)(20001212111cchhhttn10101172.4472.44hhhhcctt二、蒸汽在動葉內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換單級汽輪機速度三角形二、蒸汽在動葉內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換單級汽輪機速度三角形動葉內(nèi)的損失 由于摩擦等損失，動葉內(nèi)的汽流速度會降低動葉損失12ww)1 (2000110)(2122132221wwwhb余速損失2220001chc動葉損失輪周功率 根據(jù)動量定理若蒸汽流量為 D kg/s，則汽流作用于動葉上的圓周力為)()coscos(2211NccDFb此圓周力在每秒鐘內(nèi)所作之功，稱為“輪周功率”)kW(coscos100010002211ccDuuFPbb 蒸汽從噴管內(nèi)往外噴

3、出時，噴管本身也會受到高速汽流蒸汽從噴管內(nèi)往外噴出時，噴管本身也會受到高速汽流所施加的反作用力的作用。如果將動葉也做成噴管形狀，所施加的反作用力的作用。如果將動葉也做成噴管形狀，蒸汽加速離開動葉時，動葉也會受到一個與汽流相反方向蒸汽加速離開動葉時，動葉也會受到一個與汽流相反方向的反作用力。按這種原理工作的汽輪機，稱為的反作用力。按這種原理工作的汽輪機，稱為“反動式汽反動式汽輪機輪機”。 在反動式汽輪機中，蒸汽不僅在噴管內(nèi)膨脹，而且在在反動式汽輪機中，蒸汽不僅在噴管內(nèi)膨脹，而且在動葉內(nèi)也繼續(xù)膨脹。動葉受到汽流沖動的同時，還受到汽動葉內(nèi)也繼續(xù)膨脹。動葉受到汽流沖動的同時，還受到汽流反動力的作用。流

4、反動力的作用。該級總的焓降動葉內(nèi)的理想焓降反動度tstbhh,反動級 反動度為0.5的級。 反動級動葉出口的蒸汽理想相對速度21,22000whwtbt200072.4421,22whwwtbt反動級的特點 在保持最高效率的前提下，反動級可以轉(zhuǎn)換的蒸汽焓降約為沖動級的一半。因而，同等容量的反動式結構汽輪機總級數(shù)要比沖動式結構汽輪機的總級數(shù)大致多一倍。 反動式汽輪機的特點： 級數(shù)多、制造工藝要求高、造價高。 效率較高。第三節(jié) 多級汽輪機汽輪機裝置 現(xiàn)代汽輪機，由于采用越來越高的蒸汽初參數(shù)和很低的排汽壓力，整機的理想焓降都很大，為了有效利用蒸汽的焓降，汽輪機大都采用多級形式（壓力多級、速度多級）。

5、壓力多級汽輪機的應用 所謂壓力多級汽輪機，就是蒸汽從很高的初壓膨脹到很低的終壓，是在很多個壓力級內(nèi)分段依次進行的，也就是把蒸汽的總焓降分配給若干個壓力級來進行，每個壓力級都有自己的噴嘴和動葉，整臺汽輪機就像由若干臺單級汽輪機串聯(lián)起來一樣。 這種壓力多級汽輪機的各項損失都比較小，其效率一般要比速度多級汽輪機高得多；因此，現(xiàn)代大、中型汽輪機幾乎無所例外地都采用壓力多級得結構型式，其級數(shù)可根據(jù)功率需要確定，一般以10級以上者較為多見。多級汽輪機的剖面第四節(jié) 汽輪機的效率和功率一、汽輪機的內(nèi)部損失 汽輪機運行時，在它的每個級內(nèi)，都不可避免地有各種級內(nèi)的能量損失。包括 噴管損失 動葉損失 余速損失 葉輪

6、摩擦損失 葉片鼓風損失 級內(nèi)漏汽損失 濕氣損失，等余速損失)/(1021322kgkJchc 中間級的余速可能被下一級加以利用。葉輪摩擦及葉片鼓風損失 葉輪兩側表面與周圍的蒸汽（非工作汽流）發(fā)生摩擦，消耗一部分機械功。 沒有工作汽流的葉片，對周圍非工作蒸汽鼓風作用，消耗掉的部分機械能。級內(nèi)漏汽損級的相對效率 通常用級的相對內(nèi)效通常用級的相對內(nèi)效率表示蒸汽在某級內(nèi)率表示蒸汽在某級內(nèi)膨脹的完善程度膨脹的完善程度tsissoihh,二、汽輪機的各種效率以及功率的確定 汽輪機的相對內(nèi)效率 是衡量整臺汽輪機內(nèi)部構造完善程度的指標。它越大，表明損失越小。 一般：7890tioihh汽輪機的內(nèi)部功率0360

7、03600PhDhDPoitoiiiD 汽輪機的總汽耗量，kg/hP0 汽輪機的理想功率軸功率&電功率Pe 軸功率Pel 電功率iemPPeelgPP電效率 發(fā)電機所發(fā)出的電功率與汽輪機總的熱耗量之比，稱為汽輪發(fā)電機組的電效率elgmoitfwelelelhhDPQP)(3600360010汽輪發(fā)電機組的汽耗率 汽輪發(fā)電機組每發(fā)出1kW.h電能所消耗的蒸汽量，稱為該汽輪發(fā)電機組的汽耗率elgPDd gmoitfwelelelhhDPQP)(3600360010211,3600)(3600hhhhhhdtgmoitgmoitfwg第六節(jié) 汽輪機本體結構實例汽輪機結構特點發(fā)電廠所用汽輪機一

8、般具有高溫、高壓、大功率、高轉(zhuǎn)速、自動化和遠動發(fā)電廠所用汽輪機一般具有高溫、高壓、大功率、高轉(zhuǎn)速、自動化和遠動化程度均較高等一系列特點，在設計、安裝和運行時都有較高的要求。如化程度均較高等一系列特點，在設計、安裝和運行時都有較高的要求。如 高壓部分的汽缸、噴嘴、動葉和葉輪等部件必須采用高強度的鉻鉬釩鍛鋼或高壓部分的汽缸、噴嘴、動葉和葉輪等部件必須采用高強度的鉻鉬釩鍛鋼或鉻釩鑄鋼；鉻釩鑄鋼； 對噴嘴、動葉型線、光潔度以及動靜間隙等的加工和安裝的要求等十分嚴格對噴嘴、動葉型線、光潔度以及動靜間隙等的加工和安裝的要求等十分嚴格； 安裝時必須考慮到部件的受熱膨脹；安裝時必須考慮到部件的受熱膨脹； 保證

9、水不能進入汽輪機（水珠經(jīng)過噴嘴后，其速度之高猶如槍彈）；保證水不能進入汽輪機（水珠經(jīng)過噴嘴后，其速度之高猶如槍彈）； 保證轉(zhuǎn)子良好的動平衡，以防動靜碰摩；保證轉(zhuǎn)子良好的動平衡，以防動靜碰摩； 軸承一般使用滑動軸承軸承一般使用滑動軸承汽輪機的標號：汽輪機的標號： N300-16.2/550/550 CC25-8.83/1.27/0.118第七節(jié) 汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng)及保護裝置汽輪機調(diào)節(jié)的特點 發(fā)電廠中的汽輪機主要用來帶動交流發(fā)電機，交流電不能儲存，因此發(fā)電廠必須根據(jù)用戶的需要隨時改變自己的電能生產(chǎn)量。 當外界負荷變化時，必須及時調(diào)節(jié)汽輪機的進汽量，使其所發(fā)出的功率與外界負荷相適應，從而維持轉(zhuǎn)速不變，

10、保證輸出電能的質(zhì)量（電壓、頻率）汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務 調(diào)節(jié)系統(tǒng)任務： 保證供電的數(shù)量和質(zhì)量 保證機組安全可靠地運行汽輪機的調(diào)節(jié)方法 現(xiàn)代汽輪機的調(diào)節(jié)，大都采用噴管調(diào)節(jié)法。這種調(diào)節(jié)方法通常是把汽輪機第一級的噴管分成四組，根據(jù)負荷的大小，由調(diào)節(jié)系統(tǒng)依次開閉各個調(diào)節(jié)閥。 采用這種調(diào)節(jié)法可大大減少汽輪機進汽時的節(jié)流損失。一、汽輪機的調(diào)節(jié)系統(tǒng) 液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)（Digital ElectroHydraulic Control System） 發(fā)展趨勢：DEH汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡介汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡介 機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)機械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 功頻電液功頻電液 DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比較各種調(diào)

11、節(jié)系統(tǒng)的比較DEH具有模擬功頻電調(diào)的所有優(yōu)點，此外： 采用分散控制，顯著提高了可靠性。 計算機應用。在：數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)監(jiān)控、可靠性分析、性能診斷和運行管理等方面，可充分發(fā)揮作用。 調(diào)節(jié)品質(zhì)高，靜、動態(tài)特性良好。 此外，系統(tǒng)采用積木式結構擴展靈活維修、測試方便 冗余控制：保護措施嚴密（某一回路故障后亦可運行） 有利于實現(xiàn)機組協(xié)調(diào)控制、廠級控制以至優(yōu)化控制，這是模擬電調(diào)無論如何也不能相比的二、汽輪機的保護裝置 汽輪機轉(zhuǎn)子上的各種部件所承受的應力均與轉(zhuǎn)速密切相關，轉(zhuǎn)速過高非但會使某些部件損壞，甚至還可能造成重大事故。為了防止調(diào)節(jié)系統(tǒng)因故障失靈，和汽輪機突然甩負荷時引起超速危險，近代汽輪機普遍設有超速

12、保護裝置。危急保安器參見火電廠生產(chǎn)過程CAI汽輪機的其它保護裝置 汽輪機除危急保安器（超速保護）以外，還有一汽輪機除危急保安器（超速保護）以外，還有一些其它保護裝置，如：自動磁力斷路裝置、手動些其它保護裝置，如：自動磁力斷路裝置、手動危急遮斷裝置等危急遮斷裝置等 當轉(zhuǎn)子軸向位移、軸承油壓和油溫、凝汽器真空等超當轉(zhuǎn)子軸向位移、軸承油壓和油溫、凝汽器真空等超過規(guī)定值時，自動發(fā)出信號使磁力斷路油門動作，切過規(guī)定值時，自動發(fā)出信號使磁力斷路油門動作，切斷進汽，進行強制性停機。斷進汽，進行強制性停機。第八節(jié) 汽輪機的油系統(tǒng) 油系統(tǒng)承擔兩方面的任務：油系統(tǒng)承擔兩方面的任務： 為調(diào)節(jié)和保護系統(tǒng)提供工作用油為

13、調(diào)節(jié)和保護系統(tǒng)提供工作用油 向汽輪機各個軸承供應大量的潤滑及冷卻用油向汽輪機各個軸承供應大量的潤滑及冷卻用油 對油質(zhì)要求很高，凈油裝置不斷清除油中的雜質(zhì)和水分。 凈化后，油中水分小于0.05精密濾網(wǎng)，可濾除粒徑2mm以上的雜質(zhì) 油中很小的有害顆粒亦可使軸承受到破壞，導致代價高昂的檢修第九節(jié) 汽輪機的主要輔助設備一、凝汽器凝汽器的作用 建立并維持高度真空，使進入汽輪機的蒸汽充分膨脹到盡可能低的背壓，從而使汽輪機的理想焓降增大，提高循環(huán)效率； 將汽輪機的排汽凝結為水，以便回收工質(zhì)，重新送回鍋爐作為給水使用。(目前普遍使用表面式凝表面式凝汽器汽器，使凝結水在不受到污染的情況下得到回收)二、抽汽器 由

14、于凝汽器或乏汽管等連接處的不嚴密，勢必有空氣從外界漏入。為了保持凝汽器中有較高的真空度，必須采用抽氣設備將漏入的空氣不斷抽走。 抽汽器的常用種類 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 工作介質(zhì)是由專用水泵供給的具有較高壓力的水，結構與原理與射汽抽汽器相仿。 射水抽汽器系統(tǒng)的缺點是射水高壓泵耗電甚多；系統(tǒng)占地面積較大等。三、回熱加熱器 回熱加熱器（簡稱：加熱器）是利用從汽輪機中間級引來的、作過部分功的抽汽來加熱主凝結水或給水，可減少乏汽在凝汽器中的熱量損失（即冷源損失），從而提高循環(huán)熱效率。 火電廠應用最廣泛的是帶有管板的表面式回熱加熱器?；責峒訜崞鞣N類 根據(jù)回熱加熱器所承受的水

15、側壓力是給水泵出口壓力，還是凝結水出口壓力，把它們分成高壓回熱加熱器和低壓回熱加熱器兩種，分別簡稱為“高加”和“低加”。它們的工作原理與凝汽器相同，都是一種表面式加熱器，其中“高加”需用鋼管制造。 一臺汽輪機常常需要配備若干級回熱加熱器。表面式加熱四、除氧器 鍋爐給水中如含有氧和CO2等氣體，不僅影響傳熱，而且還會嚴重腐蝕各受熱面的金屬壁面。因此，給水在進入鍋爐省煤器之前，必須先經(jīng)過除氧（實際上不僅是除氧，而是“除氣”） 火電廠廣泛采用加熱除氧的方法，即在除氧器內(nèi)將一定壓力下的水加熱至該壓力下的飽和溫度，使原來溶解于水中的各種氣體全部從水中迅速逸出，并設法及時予以排除這就是除氧器所承擔的主要任

16、務 除氧器在多級回熱加熱器系統(tǒng)中同時還起著一級加熱器的作用。除氧器的構造雨淋式除氧器的缺點 水與蒸汽的接觸面積太小，以致除氧效果受到限制 對負荷變動的適應性較差，當汽輪機負荷發(fā)生變動時，除氧效果難以保證。噴霧填料式除氧器 該種除氧器可以克服上述除氧器的缺點 結構 利用若干個噴嘴把進入除氧塔頂部準備除氧的水先噴成霧狀，然后使之向下流動；除氧塔中部使用由不銹鋼短管組成的一定厚度的填料除氧層，其作用相當于雨淋式裝置中的滴水盤。 采用噴霧填料式結構，大大增加了水五、凝結水泵六、循環(huán)水泵第十節(jié) 汽輪機安全運行的基本知識 汽輪機是高溫、高壓設備，轉(zhuǎn)速又高，一旦發(fā)生重大事故，對人身及設備所造成的直接危害將十

17、分嚴重。所以汽輪機的安全運行具有重大的意義。汽輪機運行人員必須嚴格遵守操作規(guī)程，在保證安全的情況下，努力提高機組的經(jīng)濟性。 從節(jié)約燃料的角度來說，汽輪機的啟停應是越快越好，但從確保設備安全的觀點來看，則以慢些為妥。一、啟動前的準備工作 設備、系統(tǒng)檢查 暖管 油系統(tǒng)循環(huán) 調(diào)節(jié)保護裝置試驗 盤車投入 啟動輔機、凝汽器建立真空二、汽輪機的啟動沖轉(zhuǎn)和升速暖機 通常汽輪機沖轉(zhuǎn)前需具備下列條件 蒸汽參數(shù)達到要求，過熱度不小于50 凝汽器真空保持在6067 kPa范圍內(nèi) 潤滑油壓及軸承油流正常，油溫3045 汽缸上下缸溫差不大于50 盤車正常，大軸原始晃度不大于0.02mm 熱態(tài)啟動部件金屬溫度較高，蒸汽參數(shù)、凝汽器真空要維持稍高些 中速暖機(1200 rpm)和高速暖機(2500 rpm)的目的是防止材料脆性破壞和避免過大的熱應力三、汽輪機的帶負荷運行 達到額定轉(zhuǎn)速，經(jīng)