《蒸汽輪機原理》課件

蒸汽輪機原理本課程將帶您深入了解蒸汽輪機的原理，從歷史發(fā)展到工作流程，再到制造工藝和應用領域，全面掌握蒸汽輪機的知識。蒸汽輪機簡介定義蒸汽輪機是一種利用蒸汽膨脹做功的熱力發(fā)動機，將蒸汽的熱能轉換為機械能，驅動各種機械設備。應用廣泛應用于發(fā)電廠、船舶、工業(yè)生產等領域，是現(xiàn)代社會重要的動力源之一。蒸汽輪機的歷史發(fā)展118世紀早期蒸汽機出現(xiàn)，效率低下219世紀帕森斯發(fā)明第一臺實用蒸汽輪機320世紀蒸汽輪機技術不斷發(fā)展，應用范圍擴大421世紀高效率、低排放的蒸汽輪機成為主流蒸汽輪機的工作原理蒸汽膨脹高溫高壓蒸汽進入汽缸，推動葉片旋轉動能轉換蒸汽膨脹過程中釋放的熱能轉換為轉子的動能機械能輸出轉子帶動發(fā)電機或其他機械設備，輸出機械能蒸汽輪機的主要結構轉子旋轉部件，由葉片和軸組成，接收蒸汽并產生動能定子固定部件，包含靜葉，用于引導蒸汽流向轉子汽缸容納蒸汽的部件，為轉子提供工作空間其他部件活塞、凸輪軸、減速齒輪箱、冷凝器、鍋爐等轉子結構由葉片和軸組成，葉片固定在軸上，軸承支撐轉子旋轉功能接收蒸汽，將蒸汽的動能轉換為機械能材料高強度、耐高溫、抗腐蝕的合金鋼定子引導定子上的靜葉引導蒸汽流向轉子，確保蒸汽高效膨脹穩(wěn)定定子結構穩(wěn)定，確保轉子安全運行汽缸1容納容納高溫高壓蒸汽2密封防止蒸汽泄漏3導熱將熱量傳遞給冷卻水活塞滑動活塞在汽缸內滑動，推動曲軸旋轉密封防止蒸汽泄漏傳力將蒸汽壓力轉換為機械力凸輪軸控制控制活塞的運動規(guī)律1調節(jié)調節(jié)蒸汽的進氣量2驅動驅動減速齒輪箱3減速齒輪箱1減速降低轉子的轉速2增扭增加轉軸的扭矩3匹配使轉子轉速與負載匹配冷凝器1降溫降低排汽溫度2凝結將蒸汽凝結成水3循環(huán)將凝結水送回鍋爐鍋爐加熱將水加熱成蒸汽加壓將蒸汽加壓到工作壓力供汽將蒸汽送往汽缸工作流程11.汽源入口高溫高壓蒸汽從鍋爐進入汽缸22.汽缸內工作蒸汽膨脹推動轉子旋轉33.定子靜葉引導蒸汽流向轉子44.轉子動葉接收蒸汽并產生動能55.轉子流道蒸汽在轉子流道中膨脹做功66.氣流的膨脹過程蒸汽不斷膨脹，溫度和壓力下降77.轉子的動能傳遞轉子的動能傳遞給發(fā)電機或其他機械設備88.凝汽過程排汽進入冷凝器，凝結成水99.冷卻水的循環(huán)冷卻水循環(huán)帶走冷凝器中的熱量汽源入口蒸汽參數(shù)溫度、壓力、流量控制閥門控制蒸汽進入汽缸的流量汽缸內工作葉片蒸汽推動葉片旋轉膨脹蒸汽在汽缸內膨脹做功定子靜葉1引導引導蒸汽流向轉子2方向控制蒸汽流動方向3效率提高蒸汽膨脹效率轉子動葉接收接收蒸汽并產生動能旋轉葉片隨轉子旋轉效率提高蒸汽能量利用率轉子流道123膨脹蒸汽在流道中膨脹做功加速蒸汽速度不斷提高能量能量轉換過程氣流的膨脹過程1高溫高壓蒸汽進入汽缸時具有高溫高壓2膨脹做功蒸汽推動葉片旋轉，溫度和壓力下降3低溫低壓蒸汽膨脹到低溫低壓后排放轉子的動能傳遞轉動轉子不斷旋轉，動能傳遞給發(fā)電機發(fā)電發(fā)電機利用轉子的動能發(fā)電凝汽過程排汽蒸汽膨脹到低溫低壓后排放到冷凝器降溫冷凝器利用冷卻水降低排汽溫度凝結蒸汽凝結成水，形成循環(huán)水冷卻水的循環(huán)1循環(huán)冷卻水循環(huán)帶走冷凝器中的熱量2冷卻降低排汽溫度，提高效率3回用凝結水被送回鍋爐，循環(huán)利用功率計算1流量蒸汽流量2焓差蒸汽進入汽缸前后的焓差3效率蒸汽輪機效率汽缸尺寸設計蒸汽參數(shù)溫度、壓力、流量效率目標蒸汽輪機效率要求材料特性汽缸材料的耐高溫、耐腐蝕性活塞運動規(guī)律線性運動活塞在汽缸內做線性運動循環(huán)運動活塞運動周期性重復連桿機構分析1傳力連桿機構將活塞的推力轉換為曲軸的旋轉力2運動分析連桿機構的運動學和動力學3優(yōu)化優(yōu)化連桿機構的設計，提高效率曲軸機構分析運動分析曲軸機構的旋轉運動平衡平衡曲軸的慣性力設計設計曲軸的尺寸和形狀轉子動平衡平衡轉子在高速旋轉時保持平衡1振動減少轉子旋轉時的振動2壽命延長轉子使用壽命3葉片動力學1振動分析葉片在蒸汽作用下的振動2疲勞評估葉片疲勞壽命3優(yōu)化優(yōu)化葉片設計，提高強度和壽命流固耦合分析流動分析蒸汽在汽缸和葉片中的流動結構分析葉片的結構強度和變形耦合分析流體與結構之間的相互作用熱應力分析溫度分析葉片和汽缸在不同溫度下的熱應力變形評估熱應力引起的結構變形壽命評估熱應力對部件壽命的影響材料選擇1耐高溫汽缸和葉片需要耐高溫材料2耐腐蝕蒸汽會腐蝕金屬，需要耐腐蝕材料3強度需要高強度材料，保證結構強度制造工藝1鑄造汽缸的制造2鍛造葉片和軸的制造3加工精密加工，保證部件精度4裝配將各部件組裝成蒸汽輪機軸承設計類型滾動軸承和滑動軸承尺寸根據(jù)轉子的重量和轉速設計軸承尺寸潤滑設計合適的潤滑系統(tǒng)，保證軸承的潤滑密封技術防止泄漏防止蒸汽泄漏，提高效率降低摩擦減少摩擦損失，提高效率潤滑系統(tǒng)1潤滑油為軸承和齒輪提供潤滑2過濾過濾潤滑油，防止雜質進入軸承3冷卻冷卻潤滑油，降低溫度調速控制監(jiān)控監(jiān)控轉子轉速調節(jié)調節(jié)蒸汽流量，控制轉速穩(wěn)定保持轉速穩(wěn)定，保證設備正常運行安全保護超速保護防止轉子超速1超壓保護防止汽缸內壓力過高2低水位保護防止鍋爐水位過低3維護保養(yǎng)1定期檢查定期檢查蒸汽輪機運行狀態(tài)2清潔保養(yǎng)清潔汽缸、葉片和軸承3更換部件更換磨損的部件性能提升措施優(yōu)化設計優(yōu)化汽缸、葉片和軸的設計材料升級使用更高性能的材料技術改進采用新的技術和工藝節(jié)能降耗方案提高效率提高蒸汽輪機效率