蒸汽透平機(jī)培訓(xùn)資料

蒸汽透平機(jī)培訓(xùn)資料汽輪機(jī)是用蒸汽來作功的旋轉(zhuǎn)是原動機(jī)。來自鍋爐或熱網(wǎng)的蒸汽，經(jīng)脫扣節(jié)流閥或是事故切斷閥、調(diào)速閥進(jìn)入汽輪機(jī)，一次高速流經(jīng)一系列環(huán)形配置的噴嘴（或靜葉柵）和動葉柵而膨脹做功推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將蒸汽的動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。這便是汽輪機(jī)簡單的工作原理。汽輪機(jī)可按工作原理分為：沖動式、反動式、沖動與反動式的組合式汽輪機(jī)。首先，我們對這幾類汽輪機(jī)的工作原理作一下介紹。汽輪機(jī)的工作原理⑴沖動式汽輪機(jī)沖動式汽輪機(jī)的最簡單的結(jié)構(gòu)是葉輪上裝配一圈動葉片與噴嘴配合在一起，構(gòu)成一個做功的簡單的機(jī)械。我們把有噴嘴和與其配合的動葉片構(gòu)成的汽輪機(jī)做功的單元稱級。由一個級組成的汽輪機(jī)叫單極汽輪機(jī)。噴嘴又叫靜葉片。它是一個截面形狀特殊且不斷變化的通道。蒸汽進(jìn)入噴嘴后發(fā)生膨脹，消耗了蒸汽的壓力能，即消耗了蒸汽的熱能，蒸汽的壓力及溫度都下降了，而蒸汽的流速卻增加了，獲得了高速氣流。噴嘴的作用就是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。動葉片又稱工作葉片。在葉輪的外圓周上裝滿了一整圈葉片，常叫動葉柵。由噴嘴流出的高速氣體流至動葉片時，其速度的大小及方向是一定的，之后氣流由于受到動葉片的阻礙（作用力），改變其原來的速度的大小及方向，這時候氣流必然給動葉片一個反作用力，推動葉片運動，將一部分動能轉(zhuǎn)換成葉輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功。由上述可知，在汽輪機(jī)連續(xù)工作過程中有兩次能量轉(zhuǎn)換，即：熱能蒸汽能轉(zhuǎn)子機(jī)械能。為了更好的理解汽輪機(jī)的工作原理，下面分析一下沖動式汽輪機(jī)的動葉片形式。如果我們用一個直立的平板，讓高速氣流沖擊到它的表面上，平板由于受到氣流的沖擊作用而發(fā)生運動。但因在平板的表面附近產(chǎn)生了很大的擾動和渦流損失，使蒸汽中大量的有用能量不能得到很好的利用以至造成浪費。所以經(jīng)過大量的實踐改進(jìn)，現(xiàn)在汽輪機(jī)的動葉片做成彎曲形。如果要產(chǎn)生最大的作用力，就要使蒸汽的噴射方向與動葉片的運動方向一致，然后再轉(zhuǎn)一個180℃而離開動葉片，這是動葉片收到的沖擊力。氣流以C1的速度流向曲面，它相當(dāng)于汽輪機(jī)的動葉片，并能沿平行于氣流的方向移動。氣流進(jìn)入彎曲流道內(nèi)弧所構(gòu)成的氣道后，便沿著內(nèi)弧逐步改變其流動方向，最后流出汽道時的速度為C2方向恰與C1方向相反。當(dāng)氣流流過曲面時，實際上作圓周運動，因此組成氣流的每一個蒸汽微團(tuán)都受到葉片所作用給它的一個向心力，同時葉片受到氣流給它一個大小相等、方向相反的反作用力。假如氣流微團(tuán)的離心力用向量表示。在1點處的離心力p1可分解成軸向分力p12及運動方向上的分力p13,在2點處的離心力p2也可分解成p21和p23，軸向分離p12和p23恰好相互抵消，因為此二力大小相等，方向相反，且共同作用在一個葉片的同一條支線上。同樣，其他點的軸向分離也相互抵消，因此氣流的離心力在軸向上的分力之和為零，既p12+p23+……=0在彎曲面運動方向上的分力之和等于p，即p12+p23+……=0在這個p力的作用下，彎曲面（葉片）向右運動，通過葉輪及軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。若帶動壓縮機(jī)和泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)械，就可以輸出機(jī)械功。這就是沖動式汽輪機(jī)的工作原理。實際上，由于機(jī)械機(jī)構(gòu)等方面的限制，從噴嘴流出來的氣流不能與動葉片的運動方向完全相同，而成一個夾角。動葉片也不是一個半圓弧，而是由好幾段曲線組成，一般是圓弧和拋物線弧。⑵速度級和壓力級前面已經(jīng)介紹級的概念，從結(jié)構(gòu)上看，汽輪機(jī)的一個級是由噴嘴（幾個或整個圓周布置的噴嘴）和一列動葉片組合起來的裝置，從動作原理來看，就是能造成高速氣流，能將速度能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并產(chǎn)生推力對外做功的基本單元。級可以分成壓力級和速度級，簡單介紹如下。壓力級在可以利用的蒸汽能量很大的情況下，只有一個級不能充分利用這些能量。這時，我們把由噴嘴和動葉片組成的級串聯(lián)在同一根軸上，將蒸汽的能量分別在若干個級中加以利用。從結(jié)構(gòu)來看，就是一列噴嘴和一列動葉片，其后又是一列噴嘴和一列動葉片，這樣逐次排列下去。在第一列噴嘴進(jìn)口處的蒸汽壓力最高，以后逐級降低，這就是常見的多級汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，其中的每個級，都叫做壓力級。速度級壓力級外，在有些汽輪機(jī)上還設(shè)有速度級。速度級又叫復(fù)速度級或寇蒂斯級。速度級比壓力級在結(jié)構(gòu)上復(fù)雜一點。雙列速度級的單級沖動式汽輪機(jī)，比單級沖動式汽輪機(jī)對蒸汽能量的利用更充分一點，由軸、葉輪、雙列動葉片等構(gòu)成轉(zhuǎn)子；由噴嘴、導(dǎo)向葉輪、汽缸、排氣氣管等組成的靜子部分。如果沖動式級在工作時，離開動葉片的氣流速度人仍很大，這說明還沒有充分利用蒸汽的動能來作功。為了利用這部分能量，在同一葉輪的輪級上再要裝設(shè)第二動葉柵，使蒸汽流過兩列轉(zhuǎn)動的葉柵，第一列動葉柵通道中蒸汽能量一部分轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，而其余的蒸汽能則由第二列動葉柵繼續(xù)將能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。為了使蒸汽流以一定的方向流入第二動葉柵，在第一、第二列動葉柵之間裝一列固定的葉片，起導(dǎo)向作用，稱之為導(dǎo)向葉片，它是裝在氣缸上的。速度級與沖動式壓力級的工作原理是一樣的，不同的就是整齊的速度在第一、第二列動葉柵中分別加以利用。除雙列速度級以外,還有三列速度級，但常用的是雙列速度級。經(jīng)常用它做成小功率的汽輪機(jī)，帶動風(fēng)機(jī)及其他各種泵等，也可以用它做多級汽輪機(jī)的第一級。⑶反動式汽輪機(jī)反動式汽輪機(jī)是利用反作用力與沖擊力將蒸汽的速度能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的。反動式汽輪機(jī)的工作原理同樣是基于慣性定律和作用力與反作用力定律的。反動式汽輪機(jī)的機(jī)構(gòu)是動葉片安裝在轉(zhuǎn)鼓上，軸、平衡活塞及轉(zhuǎn)鼓組成了轉(zhuǎn)子。靜葉片安裝在氣缸上，與進(jìn)、排氣管組成靜子反動式的級仍然是由一列靜葉柵和一列動葉柵組成。它的工作原理是：在靜葉柵中氣流與經(jīng)過噴嘴時相似，壓力降低，容積膨脹，速度增加；而它的動葉柵葉做成截面漸收縮的氣道，氣流在動葉柵中進(jìn)一步降壓，膨脹加速。根據(jù)慣性定律可知，運動的物體如果不受外力的作用的話，則一定按照原倆的速度大小和方向運動下去。氣流既然在動葉柵中獲得了加速度，那必然有外力作用在其氣流上，這個力是由于在動葉柵中降低了氣流的壓力和溫度，即氣流的熱能轉(zhuǎn)換為動能所獲得的。在動葉柵中進(jìn)一步使氣流降壓，增速并以高速離開，這時氣流必然給動葉柵一個大小相等，方向相反的作用力，使動葉柵轉(zhuǎn)動帶動軸旋轉(zhuǎn)的對外做功。這就是反動式汽輪機(jī)的工作原理。⑷沖動反動組合式汽輪機(jī)這類汽輪機(jī)的前一級或前幾級為沖動式，后面的級為反動式。汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)及用途汽輪機(jī)的實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，主要是通過噴嘴把熱能轉(zhuǎn)換為動能，通過動葉柵把動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。因此，噴嘴一般做成靜止零件，用各種不同的方法固定在氣缸上，形成汽輪機(jī)的靜止部分。所以汽輪機(jī)主要是由轉(zhuǎn)子，靜子兩大部分組成。⑴轉(zhuǎn)子部分也就是汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動部件，靠固定與氣缸上的前后兩個軸承支撐，由主軸、葉輪、葉片組成，并通過聯(lián)軸器與被驅(qū)動機(jī)械相連。轉(zhuǎn)子做高速旋轉(zhuǎn)，把蒸汽作用到葉片上力矩傳遞給驅(qū)動機(jī)械，達(dá)到對外做功的目的。轉(zhuǎn)子的性能要求：為使轉(zhuǎn)子能安全可靠的運行，必須滿足下列條件：必然有一定的強(qiáng)度，以滿足支持自身重量和傳遞轉(zhuǎn)矩的要求。必然經(jīng)過嚴(yán)格的動平衡，以免高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生過大的離心力引起汽輪機(jī)震動或損毀。必須使汽輪機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速和運行轉(zhuǎn)速避開一定距離，以免發(fā)生共振。必須安裝平衡盤，推力盤和軸套，用以平衡轉(zhuǎn)子的軸向推力并確定轉(zhuǎn)子在軸向定位。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，一般有整鍛式、套裝式、組合式、焊接式、轉(zhuǎn)鼓式等。轉(zhuǎn)子的軸向推力及其平衡：蒸汽在汽輪機(jī)的通流部分膨脹做功時，轉(zhuǎn)子上受兩部分力，一部分叫做輪周力，是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩對外做功的有益力；另一部分沿葉輪軸向從高壓端指向低壓端，企圖推動轉(zhuǎn)子向其流方向運動，所有葉輪軸向力之代數(shù)和，就是整個轉(zhuǎn)子的軸向推力。轉(zhuǎn)子的軸向推力一般要采取措施平衡掉大部分，剩余的部分由推力軸承承擔(dān)。如果推力過大，就會影響軸承壽命，嚴(yán)重時會燒壞軸瓦，引起轉(zhuǎn)子上動靜部分碰撞，一支損壞機(jī)器，因此，在運行中必須嚴(yán)密監(jiān)視轉(zhuǎn)子軸向推力變化，確保機(jī)組安全運行。一般來說，作用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向推力來源于以下幾種因素：A葉輪兩側(cè)的壓力差B動葉片上的軸向力C軸上各處直徑不同引起的受力。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子所受軸向推力很大，高壓汽輪機(jī)（反動式）可達(dá)到幾百噸，為確保機(jī)組的安全運行，一般采取下列措施平衡軸向力。A使用推力軸承。目的是固定轉(zhuǎn)子在氣缸中的軸向位置，承受轉(zhuǎn)子上的少部分軸向推力。B使用平衡活塞或平衡盤。在轉(zhuǎn)子通流部分對側(cè)，將轉(zhuǎn)子做成階梯形，已產(chǎn)生相反的軸向推力，此階梯凸臺就叫平衡活塞。其右側(cè)為高壓蒸汽，左側(cè)與汽室相通，受低壓蒸汽作用，因而產(chǎn)生相左的軸向力，以平衡部分軸向力。對沖動式汽輪機(jī)因其總的軸向推動力不大，一般將高壓汽封套直徑座大些，也可以起到類似的作用。C開平衡孔。由于汽輪機(jī)葉片兩側(cè)的壓力差，在輪盤上開有貫通兩側(cè)的小孔，即平衡孔，可減少輪盤上的軸向推力。平衡孔一般開5-7個奇數(shù)孔，以免再也輪同一直徑上形成對稱孔，影響也輪強(qiáng)度。另外開奇數(shù)孔對減輕也輪輪震動也有好處，但此方式汽輪機(jī)效率有所降低。D采用相反流向布置。使蒸汽在高低壓缸或個區(qū)域內(nèi)流向相反，而產(chǎn)生反方向的軸向推力，以相互抵消而達(dá)平衡。（2）靜子部分即汽輪機(jī)的靜止部分，包括氣缸，前后支撐軸承，推力軸承，噴嘴組，隔板，支撐與潤滑系統(tǒng)，氣封等。A氣缸（機(jī)殼）氣缸的作用是支撐轉(zhuǎn)子，容納并通過蒸汽，將汽輪機(jī)通流部分（噴嘴，轉(zhuǎn)子，隔板等）與大氣隔開，保證蒸汽在其機(jī)內(nèi)完成做功過程。在運行中，汽缸會承受蒸汽與大氣壓力差，軸向拉應(yīng)力，部件重量，震動冀熱應(yīng)力等多種作用，一般作為薄殼雙層，既要可靠的固定在基座上，又要有一定的自由膨脹裕度。B支撐與潤滑系統(tǒng)目的是承受氣缸重量，并使氣缸在受熱狀況下按一定方向進(jìn)行膨脹。C碰嘴組和隔板噴嘴作用如前所述，它是將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為動能的重要部件；隔板側(cè)使各組葉輪在單獨的蒸汽室內(nèi)運行，達(dá)到熱能的充分利用。D氣封裝置在氣缸兩端，葉輪和隔板處，為避免動靜部分碰撞而留有間隙。由于這些間隙前后壓力差存在，主軸通過間隙處必然有漏氣，從而降低機(jī)組運行性并造成損失。汽封裝置作用是減少漏氣，確保機(jī)組安全運行。軸端漏氣不但造成部分蒸汽性能的浪費，影響汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，還會破壞潤滑，造成油中帶水，軸承潤滑不良等后果。另外，汽缸后側(cè)漏入空氣，對排氣溫度和凝氣設(shè)備的真空建立有一定危害。汽輪機(jī)的汽封裝置有多種形式，最常用的是迷宮式氣封，通過蒸汽的截流降低密封齒前后的流動壓差和流速，從而減少漏氣量，達(dá)到密封的目的。E軸承按其所起的作用可分為支撐軸承（又叫徑向軸承）和推力軸承。支持軸承的作用是承受徑向力，保持主軸與氣缸中心線一致，確保轉(zhuǎn)速正常運轉(zhuǎn)。推力軸承則是用來承受轉(zhuǎn)子軸向力，限制轉(zhuǎn)子軸向串動，保持轉(zhuǎn)子軸向位置。目前汽輪機(jī)和離心式壓縮機(jī)絕大多數(shù)采用的是油潤滑動壓軸承，通過建立油膜壓力承受載荷。汽輪機(jī)的功率和效率汽輪機(jī)的功率我們知道，汽輪機(jī)的功是熱能轉(zhuǎn)換而來的，而功率則表示單位時間的功。在汽輪機(jī)運行管理工作中，將接觸到以下幾種功率：A理想功率表示不考慮任何損失，蒸汽在汽輪機(jī)中作理想膨脹，單位間內(nèi)將全部熱能轉(zhuǎn)換為功。1公斤蒸汽具有的能量可用熱量表示：g=io–i排=HtG公斤蒸汽具有的能量表示熱量：Q=G(io-i排)=GHt式中：io–在入口狀態(tài)參數(shù)下的新蒸汽焓。I排---排氣壓力，溫度下的蒸汽焓。Ht------理想焓降在理想情況下，蒸汽能量都轉(zhuǎn)化為機(jī)械功應(yīng)為：L=427Q=427GHt在實際工作中，知道每小時的重量流量，就可相應(yīng)算出相應(yīng)理想功率。B內(nèi)功率從理想功率中扣除內(nèi)部損失后得到的功率叫做內(nèi)功率。他表示汽輪機(jī)通流部分可以發(fā)出的功率。（所謂通流部分就是流經(jīng)汽輪機(jī)的蒸汽，流經(jīng)各級噴嘴和動葉柵的流道完成二次能源的轉(zhuǎn)換。這條通道叫通流部分）。C功率從內(nèi)功率中扣除外部損失消耗后的功率，叫做軸功率，他表示汽輪機(jī)軸端輸出功率時可以被利用的功率，所以也叫有效功率。D汽輪機(jī)的效率效率是衡量經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，由于汽輪機(jī)實際工作中各有損失，所以熱能并不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。實際發(fā)出的功率理論上應(yīng)發(fā)出的功率之筆，就使汽輪機(jī)的效率，叫做相對效率。相對內(nèi)效率：內(nèi)效率與理想效率之比較叫做相對內(nèi)效率，它說明內(nèi)部損失的大小。相對有效效率：汽輪機(jī)的軸功與理想功之比叫做有效效率。有效效率表明汽輪機(jī)內(nèi)部及外部損失大小，表示汽輪機(jī)的綜合性經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，汽輪機(jī)的功率越大，有效功率就越大，有效效率就越大，實際工作中還有實際有效氣耗率表示汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，他表示單位軸功率所消耗的蒸汽量。實際汽輪機(jī)氣耗率是用實驗或計算的方法求得的。汽輪機(jī)的機(jī)械效率反映了汽輪機(jī)在機(jī)械方面的工作效能，它是軸功率和內(nèi)功率之比，一般為0.96—0.995汽輪機(jī)的輔助系統(tǒng)⑴汽輪機(jī)的凝汽系統(tǒng)凝汽系統(tǒng)的作用和組成凝汽系統(tǒng)的作用是建立和維持給定有力的排氣壓力，增大蒸汽的可用焓降，并將派出蒸汽冷凝結(jié)成水，作為鍋爐給水循環(huán)利用。凝汽系統(tǒng)一般由表面凝汽器、循環(huán)水回路、凝結(jié)水泵和抽氣器等組成。抽氣器作用：是將蒸汽中帶入的空氣或由于處在真空系統(tǒng)下工作的設(shè)備及其工作管線、法蘭等處結(jié)合不嚴(yán)密而漏入的空氣從凝汽器中抽出，以維持凝汽器的經(jīng)濟(jì)真空。當(dāng)然除抽氣器外，還有抽氣冷凝器。其作用是將抽氣器抽出的蒸汽與空氣混合物中的蒸汽凝結(jié)成水，回收再利用。⑵機(jī)組油系統(tǒng)概述：機(jī)組油系統(tǒng)包括油箱、油泵、管路和閥門、冷卻器、過濾器等。油系統(tǒng)對設(shè)備潤滑