注冊(cè)動(dòng)力工程師講義3-汽輪機(jī)原理

注冊(cè)動(dòng)力工程師講義3-汽輪機(jī)原理第一頁(yè)，共35頁(yè)。第一節(jié)汽輪機(jī)級(jí)的工作原理1、汽輪機(jī)設(shè)備的組成和作用汽輪機(jī)及其附屬設(shè)備通過(guò)管道和閥門等附件組成一整體，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能冷源損失凝汽設(shè)備

鍋爐汽輪機(jī)凝汽器水泵冷卻水乏汽給水發(fā)電機(jī)第二頁(yè)，共35頁(yè)。2、汽輪機(jī)的基本工作原理噴嘴葉柵和動(dòng)葉柵內(nèi)共同完成,二者組成能量轉(zhuǎn)換基本單元“級(jí)”，單級(jí)汽輪機(jī)或多級(jí)汽輪機(jī)第三頁(yè)，共35頁(yè)。1、蒸汽在噴嘴中的流動(dòng)過(guò)程能量條件：壓差作用下，熱能變成動(dòng)能，近似等熵（可逆絕熱）過(guò)程噴嘴速度系數(shù)：由于摩擦，噴嘴出口流速和理想流速之比，0.95-0.97

，噴嘴損失結(jié)構(gòu)條件：截面變化滿足連續(xù)流動(dòng)需要，適應(yīng)動(dòng)葉布置成環(huán)形，表面流線形

第四頁(yè)，共35頁(yè)。2、蒸汽在動(dòng)葉中的流動(dòng)過(guò)程熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，轉(zhuǎn)子動(dòng)葉損失：摩擦，需較好型線、排列和較低表面粗糙度輪周功率：葉柵功率，級(jí)的基本功率輪周效率：輪周功率和理想能量之比，評(píng)價(jià)蒸汽在葉柵中能量轉(zhuǎn)換有效程度第五頁(yè)，共35頁(yè)。1、級(jí)的分類沖動(dòng)級(jí)與反動(dòng)級(jí)或純沖動(dòng)級(jí)、沖動(dòng)級(jí)、反動(dòng)級(jí)（三者即單列壓力級(jí)）和速度級(jí)反動(dòng)度：動(dòng)葉內(nèi)理想焓降和整級(jí)理想焓降之比純沖動(dòng)級(jí)：ρ=0沖動(dòng)級(jí)：ρ=0.05-0.35反動(dòng)級(jí)：ρ=0.5雙列速度級(jí)：噴嘴葉柵、導(dǎo)向葉柵和兩列動(dòng)葉柵第六頁(yè)，共35頁(yè)。2、反動(dòng)式汽輪機(jī)多級(jí)反動(dòng)式汽輪機(jī)3、沖動(dòng)式汽輪機(jī)單級(jí)沖動(dòng)式第七頁(yè)，共35頁(yè)。4、級(jí)內(nèi)損失噴嘴損失、導(dǎo)葉損失、動(dòng)葉損失、葉輪摩擦損失泄露損失、部分進(jìn)汽損失、撞擊損失以及濕汽損失葉輪摩擦損失：葉輪與蒸汽摩擦動(dòng)葉柵損失：如噴嘴尾緣損失，汽流紊亂部分進(jìn)汽損失：未布置噴嘴處，要帶動(dòng)蒸汽旋轉(zhuǎn)，有噴嘴處，汽流要沖開停滯在動(dòng)葉柵中蒸汽撞擊損失：蒸汽沖擊動(dòng)葉前緣蒸汽泄露損失：壓差下動(dòng)靜之間間隙存在泄露濕汽損失：水分子速度小引起碰撞、摩擦，沖蝕扇形損失：葉柵環(huán)形結(jié)構(gòu)造成，葉片長(zhǎng)損失大第八頁(yè)，共35頁(yè)。5、級(jí)的內(nèi)功率與效率級(jí)內(nèi)凈功：1kg蒸汽級(jí)內(nèi)理想焓降和各損失之差級(jí)的內(nèi)功率：全部蒸汽凈功級(jí)的內(nèi)效率：1kg蒸汽級(jí)內(nèi)凈功和理想焓降之比第九頁(yè)，共35頁(yè)。第二節(jié)多級(jí)汽輪機(jī)第十頁(yè)，共35頁(yè)。1、優(yōu)越性1）提高單機(jī)功率2）提高循環(huán)熱效率3）提高汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率4）降低汽輪機(jī)單位功率的投資2、結(jié)構(gòu)1）通流部分2）軸承通常落地式在基礎(chǔ)臺(tái)板上3）盤車裝置必要時(shí)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，防熱彎曲4）調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和抽汽壓力5）保護(hù)裝置超速保護(hù)裝置，軸向位移保護(hù)裝置，低油壓保護(hù)裝置第十一頁(yè)，共35頁(yè)。3、提高單機(jī)最大功率的途徑1）提高新汽參數(shù)高溫、高壓2）采用高強(qiáng)度、低密度材料3）采用低轉(zhuǎn)速功率與轉(zhuǎn)速平方成反比4）增加排汽口等4、臨界轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到某轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子強(qiáng)烈振動(dòng)，繼續(xù)升高，振幅減小，出現(xiàn)振幅峰值的轉(zhuǎn)速撓性轉(zhuǎn)子

1.4nc1≤n0≤0.7nc2第十二頁(yè)，共35頁(yè)。1kg蒸汽有效功和理想焓降之比1、相對(duì)內(nèi)效率1kg蒸汽有效功和所消耗熱量（在鍋爐吸熱）之比2、絕對(duì)內(nèi)效率生產(chǎn)1kW·

h電能所消耗熱量3、熱耗率4、汽耗率生產(chǎn)1kW·

h電能所消耗蒸汽量絕對(duì)電效率第十三頁(yè)，共35頁(yè)。1、汽輪機(jī)的分類還可按汽缸數(shù)量、排列方式第十四頁(yè)，共35頁(yè)。2、汽輪機(jī)類型的標(biāo)識(shí)AABB-CC-DDAA-汽輪機(jī)類型BB-額定功率(MW)CC-蒸汽參數(shù)D-變型設(shè)計(jì)次序第十五頁(yè)，共35頁(yè)。3、汽輪機(jī)的選用工業(yè)汽輪機(jī)：考慮轉(zhuǎn)速變化、轉(zhuǎn)速高、防爆除塵等特殊性、可靠性及自動(dòng)化程度要求高，結(jié)構(gòu)多種多樣，國(guó)內(nèi)外通常采用“積木”式工業(yè)生產(chǎn)凝汽式汽輪機(jī)：電力抽汽凝汽式：熱電廠背壓式汽輪機(jī)：熱電廠抽汽背壓式汽輪機(jī)：熱電廠第十六頁(yè)，共35頁(yè)。第三節(jié)汽輪機(jī)的變工況特性經(jīng)濟(jì)工況：設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行，效率與經(jīng)濟(jì)性較好變工況：負(fù)荷變化，蒸汽參數(shù)等變化條件下運(yùn)行1、費(fèi)留蓋爾簡(jiǎn)化公式通流部分結(jié)構(gòu)尺寸不變，‘級(jí)組’前后蒸汽參數(shù)與流量0-機(jī)組前，n-變工況，e-級(jí)組后負(fù)荷特性:蒸汽參數(shù),零部件受力隨功率等變化級(jí)組：任意若干蒸汽流量近似相等串聯(lián)級(jí)結(jié)構(gòu)尺寸不變：級(jí)組級(jí)數(shù)與通流截面面積不變，若含調(diào)節(jié)汽門，則開度不變第十七頁(yè)，共35頁(yè)?；瑝夯驂毫ψ兓淮螅琓0近似不變凝汽機(jī)組排汽壓力小，pe忽略簡(jiǎn)化公式應(yīng)用：1）由進(jìn)汽量變化，計(jì)算各抽汽點(diǎn)壓力變化2）用調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽壓力作為測(cè)量蒸汽流量或機(jī)組功率信號(hào)3）可利用抽汽點(diǎn)壓力變化監(jiān)視通流部分損壞或結(jié)垢程度第十八頁(yè)，共35頁(yè)。2、參數(shù)對(duì)運(yùn)行安全的影響1）主蒸汽超壓：承壓部件內(nèi)部應(yīng)力增大；蒸汽質(zhì)流量增大；使葉片壓力比、受力增大；末級(jí)葉片受力增大最大；軸向推力增大。<105%額定壓力2）“超溫”和“驟冷”：主蒸汽“超溫”將使承壓部件實(shí)際應(yīng)力增加；高溫管道產(chǎn)生蠕變問(wèn)題；鋼材塑性變形過(guò)大。-10～15℃“驟冷”指蒸汽溫度下降過(guò)快，鍋爐滿水等造成，汽輪機(jī)水沖擊。蒸汽濕度增大，軸向推力增大、推力瓦塊升溫。突降50℃停機(jī)3）真空“惡化”:排汽壓力過(guò)高將使排汽溫度升高,排汽室膨脹量增大,機(jī)組振動(dòng);循環(huán)水泄露;末級(jí)葉片顫振。循環(huán)水溫高、結(jié)垢造成。排汽不超過(guò)80℃4）小容積流量工況：末級(jí)葉片振動(dòng)，應(yīng)力升高；轉(zhuǎn)子與汽缸溫度升高5）高壓加熱器停用：級(jí)組前后壓差增大，部件應(yīng)力超預(yù)期第十九頁(yè)，共35頁(yè)。3、變工況對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響1）應(yīng)盡量接近設(shè)計(jì)工況2）超溫和超壓會(huì)提高熱效率，超溫還會(huì)使級(jí)效率提高3）要根據(jù)級(jí)組形式和結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)手段和工況變化范圍，如滑壓調(diào)節(jié)汽輪機(jī)效率下降輕微第二十頁(yè)，共35頁(yè)?；瑝哼\(yùn)行：汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí),調(diào)節(jié)汽門全開或開度不變，根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)燃料量、給水量、空氣量，鍋爐出口汽壓和流量隨負(fù)荷而變，但出口汽溫不變1）純滑壓運(yùn)行：調(diào)節(jié)汽門全開，負(fù)荷調(diào)節(jié)滯后2）節(jié)流滑壓運(yùn)行：汽門預(yù)關(guān)5%～15%進(jìn)行滑壓3）復(fù)合滑壓運(yùn)行：“定-滑-定”,高與最低負(fù)荷定壓好處：安全與靈活性較好，避免了定壓運(yùn)行時(shí)因負(fù)荷急劇變化引起的過(guò)大的溫度變化和熱應(yīng)力第二十一頁(yè)，共35頁(yè)。汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組功率與流量間的關(guān)系曲線稱為工況圖1）凝汽式與背壓式汽輪機(jī)：蒸汽流量與電功率都近似正比2）供熱型抽凝式汽輪機(jī)組：確定進(jìn)汽流量、電功率、工業(yè)抽汽量與采暖抽汽量之間關(guān)系某一次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)工況圖第二十二頁(yè)，共35頁(yè)。某二次調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)工況圖第二十三頁(yè)，共35頁(yè)。第四節(jié)汽輪機(jī)的凝汽設(shè)備1、作用及組成1）作用：汽輪機(jī)排汽側(cè)建立并維持高真空，減少冷源損失；回收凝結(jié)水2）組成：凝汽器本體及其輔助的抽氣器、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵及循環(huán)水管道系統(tǒng)，也叫冷端系統(tǒng)第二十四頁(yè)，共35頁(yè)。3）凝汽器：每端各有一水室殼體構(gòu)成材料選擇：主要依據(jù)冷卻水水質(zhì)，根據(jù)水質(zhì)清潔度選用不同黃銅類材料，還可根據(jù)實(shí)際情況采用加氯處理、膠球（海綿球）清洗、硫酸亞鐵鍍膜等技術(shù)措施。B10白銅管在清潔海水中耐腐蝕，鈦管對(duì)氯化物、硫化物和氨具有較好耐蝕性，抗沖擊腐蝕能力也強(qiáng)，但貴。不銹鋼耐蝕及抗沖擊由于黃銅，開始被采用膠球清洗裝置：對(duì)內(nèi)壁自動(dòng)清洗熱水井：收集凝結(jié)水第二十五頁(yè)，共35頁(yè)。4）凝結(jié)水泵：升壓輸送凝結(jié)水容量確定：考慮最大凝汽量以及其它可能進(jìn)入凝汽器水量揚(yáng)程確定：凝汽器最高真空；熱井最低水位至輸送終點(diǎn)靜壓差；流程阻力，加20%裕量；除氧器最大工作壓力，加15%裕量；除氧器入口凝結(jié)水管噴霧頭所需噴霧壓力等臺(tái)數(shù)確定：一般2×100%容量,一臺(tái)備用。采暖抽汽機(jī)組應(yīng)3×50%形式和布置高度確定：要避免發(fā)生汽化第二十六頁(yè)，共35頁(yè)。2、凝汽器的真空與傳熱真空：壓力即為蒸汽凝結(jié)溫度下飽和壓力蒸汽凝結(jié)溫度：循環(huán)水進(jìn)口溫度+循環(huán)水溫升（凝汽器溫差）+傳熱端差凝汽器溫差：取決于循環(huán)倍率m，汽化潛熱q凝汽器傳熱端差：受熱負(fù)荷、凝汽器總體傳熱系數(shù)等影響第二十七頁(yè)，共35頁(yè)。1、管束布置：分主凝結(jié)區(qū)和空氣冷卻區(qū)，有三角形排列、正方形排列和輻向排列，要求：減小流動(dòng)阻力，減小凝結(jié)水過(guò)冷度，熱負(fù)荷分布均勻。2、真空除氧：沸騰狀態(tài)時(shí)，其它氣體分壓力趨于0，但過(guò)冷時(shí)，氣體又會(huì)溶入水中。熱水井部位可加淋水盤式或鼓泡式除氧裝置3、評(píng)價(jià)指標(biāo)：真空度、凝結(jié)水過(guò)冷度、凝結(jié)水含氧量、水阻和空冷區(qū)排出的氣-汽混合物過(guò)冷度第二十八頁(yè)，共35頁(yè)。1、工作原理抽出不凝結(jié)氣體，維持真空度。氣體被抽出，其分壓力接近0，凝汽器內(nèi)壓力才是該溫度蒸汽的飽和壓力2、抽氣器類型1）蒸汽射流抽氣器：利用一定壓力和溫度的蒸汽流過(guò)減縮噴管產(chǎn)生高速流在混合室形成高真空，效率較低2）射水抽氣器：以水為工質(zhì)，極限真空受進(jìn)水溫度制約，一般閉式系統(tǒng)，由水池、射水泵、射水抽氣器組成。3）水環(huán)式真空泵：價(jià)格較貴,大型電廠廣泛用第二十九頁(yè)，共35頁(yè)。第五節(jié)汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)1、功能及特點(diǎn)1）軸封汽利用2）低壓低溫汽源的應(yīng)用3）防止蒸汽由端軸封漏入大氣4）防止空氣漏入真空部分軸端汽封：轉(zhuǎn)子端部和汽缸之間所裝，軸封，通常曲徑式軸封系統(tǒng)：汽輪機(jī)軸封和電站外部汽源，通過(guò)管道、閥門和設(shè)備、附件等共同組成，用以防止或減弱軸間蒸汽泄露第三十頁(yè)，共35頁(yè)。1、功能調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)都是由油驅(qū)動(dòng)，各軸承需潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻由主油泵、高壓油泵、交直流潤(rùn)滑油泵、注油器、冷油器、油箱、油凈化、油壓調(diào)節(jié)和低油壓保護(hù)裝置等設(shè)備組成2、組成第三十一頁(yè)，共35頁(yè)。1、供水方式直流供水（開式系統(tǒng)）：水來(lái)自江河閉式系統(tǒng)：必須帶冷卻塔等冷卻設(shè)施1）機(jī)力通風(fēng)冷卻塔：初投資小，建設(shè)工期短，布置緊湊，占地少，冷卻效果穩(wěn)定，適宜在空氣濕度大、氣溫高、要求冷卻水溫較低場(chǎng)合。但需要風(fēng)機(jī)設(shè)備，運(yùn)行中消耗電能，檢修維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用增加。適合小型電廠2、冷卻設(shè)施第三十二頁(yè)，共35頁(yè)。2）自然通風(fēng)冷卻塔初投資大，建