燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2_第1頁
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本文極具參考價(jià)值,如若有用請打賞支持我們!不勝感激!本文極具參考價(jià)值,如若有用請打賞支持我們!不勝感激!本文極具參考價(jià)值,如若有用請打賞支持我們!不勝感激!【專業(yè)知識】燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)【學(xué)員問題】燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)?【解答】燃燒室和渦輪不僅工作溫度高,而且還承受燃?xì)廨啓C(jī)在起動和停機(jī)時(shí),因溫度劇烈變化引起的熱沖擊,工作條件惡劣,故它們是決定燃?xì)廨啓C(jī)壽命的關(guān)鍵部件。為確保有足夠的壽命,這兩大部件中工作條件最差的零件如火焰筒和葉片等,須用鎳基和鈷基合金等高溫材料制造,同時(shí)還須用空氣冷卻來降低工作溫度。對于一臺燃?xì)廨啓C(jī)來說,除了主要部件外還必須有完善的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng),此外還需要配備良好的附屬系統(tǒng)和設(shè)備,包括:起動裝置、燃料系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、空氣濾清器、進(jìn)氣和排氣消聲器等。燃?xì)廨啓C(jī)有重型和輕型兩類。重型的零件較為厚重,大修周期長,壽命可達(dá)10萬小時(shí)以上。輕型的結(jié)構(gòu)緊湊而輕,所用材料一般較好,其中以航機(jī)的結(jié)構(gòu)為最緊湊、最輕,但壽命較短。與活塞式內(nèi)燃機(jī)和蒸汽動力裝置相比較,燃?xì)廨啓C(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是小而輕。單位功率的質(zhì)量,重型燃?xì)廨啓C(jī)一般為2~5千克/千瓦,而航機(jī)一般低于0.2千克/千瓦。燃?xì)廨啓C(jī)占地面積小,當(dāng)用于車、船等運(yùn)輸機(jī)械時(shí),既可節(jié)省空間,也可裝備功率更大的燃?xì)廨啓C(jī)以提高車、船速度。燃?xì)廨啓C(jī)的主要缺點(diǎn)是效率不夠高,在部分負(fù)荷下效率下降快,空載時(shí)的燃料消耗量高。不同的應(yīng)用部門,對燃?xì)廨啓C(jī)的要求和使用狀況也不相同。功率在10兆瓦以上的燃?xì)廨啓C(jī)多數(shù)用于發(fā)電,而30~40兆瓦以上的幾乎全部用于發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組能在無外界電源的情況下迅速起動,機(jī)動性好,在電網(wǎng)中用它帶動尖峰負(fù)荷和作為緊急備用,能較好地保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行,所以應(yīng)用廣泛。在汽車(或拖車)電站和列車電站等移動電站中,燃?xì)廨啓C(jī)因其輕小,應(yīng)用也很廣泛。此外,還有不少利用燃?xì)廨啓C(jī)的便攜電源,功率最小的在10千瓦以下。燃?xì)廨啓C(jī)的未來發(fā)展趨勢是提高效率、采用高溫陶瓷材料、利用核能和發(fā)展燃煤技術(shù)。提高效率的關(guān)鍵是提高燃?xì)獬鯗?,即改進(jìn)渦輪葉片的冷卻技術(shù),研制能耐更高溫度的高溫材料。其次是提高壓縮比,研制級數(shù)更少而壓縮比更高的壓氣機(jī)。再次是提高各個部件的效率。高溫陶瓷材料能在1360℃以上的高溫下工作,用它來做渦輪葉片和燃燒室的火焰筒等高溫零件時(shí),就能在不用空氣冷卻的情況下大大提高燃?xì)獬鯗兀瑥亩^大地提高燃?xì)廨啓C(jī)效率。適于燃?xì)廨啓C(jī)的高溫陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。按閉式循環(huán)工作的裝置能利用核能,它用高溫氣冷反應(yīng)堆作為加熱器,反應(yīng)堆的冷卻劑(氦或氮等)同時(shí)作為壓氣機(jī)和渦輪的工質(zhì)。潤滑系統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)潤滑油系統(tǒng)是任何一臺燃?xì)廨啓C(jī)必備的一個重要的輔助系統(tǒng)。它的作用是在機(jī)組啟動、正常運(yùn)行以及停機(jī)過程中,向正在運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的各個軸承、傳動裝置及其附屬設(shè)備,供應(yīng)數(shù)量充足的、溫度和壓力合適的、干凈的潤滑油,以確保機(jī)組安全可靠地運(yùn)行,防止發(fā)生軸承燒毀、轉(zhuǎn)子軸頸過熱彎曲、高速齒輪法蘭變形等事故。此外,部份潤滑油可能從系統(tǒng)分流出來,成為液壓油系統(tǒng)的油源,或經(jīng)過濾后作為控制油系統(tǒng)的用油。聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的潤滑油系統(tǒng)有幾種不同的配置,對于單軸機(jī)組,燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)共用一套潤滑油系統(tǒng);對于多軸機(jī)組,燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組與汽輪發(fā)電機(jī)組可以共用一套潤滑油系統(tǒng),也可以各自單設(shè)一套潤滑油系統(tǒng),這要視機(jī)組的總體布置而定,不過,由于電站分期建設(shè)的需要,大多數(shù)多軸機(jī)組采取各自單設(shè)一套的方式;還有一種航空衍生型的燃?xì)廨啓C(jī),由于燃?xì)獬鯗睾芨撸淙細(xì)獍l(fā)生器要求使用品質(zhì)更高的潤滑油,因此燃?xì)獍l(fā)生器單獨(dú)設(shè)一套潤滑油系統(tǒng),而動力渦輪與發(fā)電機(jī)另設(shè)一套,前者用合成油,后者用礦物油。單就潤滑油系統(tǒng)而言,不管是共用系統(tǒng)還是分設(shè)系統(tǒng),其設(shè)計(jì)原理是一樣的。整個潤滑油系統(tǒng)的組成應(yīng)包括下列一些設(shè)備:潤滑油箱潤滑油箱可設(shè)在機(jī)組的一個或幾個底盤內(nèi),也可以設(shè)計(jì)成單獨(dú)的容器。當(dāng)油箱由幾個容器組成時(shí),應(yīng)在它們之間用管道連通以平衡油箱內(nèi)的壓力。油箱除了起貯油的作用外,還擔(dān)負(fù)著分離空氣、水分和各種機(jī)械雜質(zhì)的任務(wù)。油箱中油流速度應(yīng)盡量緩慢,回油管應(yīng)布置在接近油箱的油面,以利于油層內(nèi)空氣逸出。油箱的容量越大,越有利于空氣、水分和各種雜質(zhì)的分離。通常用循環(huán)倍率K(全部潤滑油每小時(shí)通過油箱的次數(shù))表示系統(tǒng)容積的相對情況,以Q表示系統(tǒng)的每小時(shí)油的容積流量,V表示系統(tǒng)的容積(油箱+管路),循環(huán)倍率K=Q/V.通常規(guī)定K=8~10,最大不超過12.這是為了使從系統(tǒng)回來的潤滑油,有足夠的時(shí)間將其夾帶的空氣、水分分離掉。不過,為了結(jié)構(gòu)緊湊,避免因油箱體積過大而使設(shè)備笨重,多數(shù)機(jī)組油箱容量偏小,這迫使用戶要選擇分水性能更好和空氣釋放值較小的潤滑油。主潤滑油泵這是機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的工作油泵,可以由主機(jī)通過輔助齒輪驅(qū)動,也可以由交流電動機(jī)驅(qū)動,大型機(jī)組為了簡化結(jié)構(gòu)多采用電動。油泵的容量根據(jù)系統(tǒng)總的用油量、調(diào)節(jié)閥門溢流量和管路的泄漏量決定。主油泵常用的有齒輪泵和螺桿泵,也可以是離心泵。輔助油泵這是機(jī)組啟動和停機(jī)時(shí)的工作油泵,或在主油泵出故障時(shí)投入使用,通常由交流電動機(jī)驅(qū)動。此泵多采用浸入式離心泵。其壓力和容量一般和主油泵相同或稍微高一些。應(yīng)急油泵該泵在停機(jī)時(shí)因輔助潤滑油泵故障而投入,或因失去交流電源而投入,或因主、輔泵都不能工作機(jī)組緊急停機(jī)而投入。由于應(yīng)急泵只在故障時(shí)工作,其壓力和容量一般較小。也有的潤滑油系統(tǒng)用高位油箱代替應(yīng)急油泵。潤滑油流過各潤滑點(diǎn)(軸承、齒輪等)后溫度上升14~33℃(配備減速齒輪時(shí)溫升可達(dá)33℃),因此,從系統(tǒng)回來的潤滑油必須冷卻以保證合適的供油溫度。應(yīng)用較為廣泛的仍然是管式冷油器。常用的冷卻方式為水冷,其次是氣冷,氣冷的優(yōu)點(diǎn)是不需要冷卻水,可在缺水地區(qū)使用,但由于空氣的傳熱系數(shù)比水的要低得多,因此空冷式冷油器體積相對要龐大得多。在采用水冷方式時(shí),常常設(shè)置兩個并聯(lián)的可切換的冷油器。主潤滑油濾多采用兩個并聯(lián)的可切換的濾油器。主油濾應(yīng)設(shè)置在冷油器的下游。除上述的設(shè)備之外,潤滑油系統(tǒng)還需要有閥門、孔板、溫度開關(guān)、壓力開關(guān)、油箱液位指示器、潤滑油加熱器等各種組件和設(shè)施,以保證系統(tǒng)正常、安全、可靠地工作。為保證對燃?xì)廨啓C(jī)及其驅(qū)動的設(shè)備提供良好的潤滑,除了有設(shè)計(jì)完善的潤滑油系統(tǒng)外,選擇性能優(yōu)越的潤滑油也是一個重要因素。早期燃?xì)廨啓C(jī)由于渦輪進(jìn)口溫度不是很高,其所用的潤滑油基本與汽輪機(jī)用油一致,但隨著渦輪進(jìn)口溫度的不斷提高,燃?xì)廨啓C(jī)對潤滑油質(zhì)量指標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)與汽輪機(jī)的側(cè)重點(diǎn)明顯不同,燃?xì)廨啓C(jī)強(qiáng)調(diào)的是油的高溫抗氧化性能,而汽輪機(jī)則看重油的抗乳化性能(分水性能)。不少廠商正在研制上述兩種性能均優(yōu)的聯(lián)合循環(huán)用油,特別是同一潤滑油系統(tǒng)的單軸機(jī)組的用油。潤滑油為基礎(chǔ)油添加防銹、防腐、抗氧化等各種添加劑后的制成品。基礎(chǔ)油可以是礦物油,也可以是合成油。由于合成油純度高,其性能及使用壽命均優(yōu)于礦物油,但價(jià)格一般為礦物油的2~3倍。評價(jià)潤滑油優(yōu)劣的性能指標(biāo)有油的物理性能、表面性能和氧化性能三個方面,對此燃?xì)廨啓C(jī)制造廠商會提出選擇建議。&對潤滑油的要求,原則上有下列幾個方面:1.要求適應(yīng)軸承、齒輪裝置等的啟動、加速、滿轉(zhuǎn)速及超速等各種工況所需要的潤滑油性能。2.要求適應(yīng)液壓系統(tǒng)如油缸、伺服閥等所需要的液壓油性能。3.熱傳遞油性能。能把軸承、齒輪裝置等各種熱表面的熱量吸收,并將其傳輸給潤滑油換熱器(冷油器)。4.在一定溫度和壓力下工作、靜止或貯存狀態(tài)都具有穩(wěn)定的物理性能、表面性能和氧化性能。5.能適應(yīng)潤滑系統(tǒng)中及其他用油系統(tǒng)中的各種機(jī)械材料,并能保護(hù)材料不受腐蝕。6.具有自動排除空氣和水等污染物的性能。7.具有一定的抗燃能力等。在選擇潤滑油時(shí),除了遵照設(shè)備制造廠商的建議之外,應(yīng)該更側(cè)重于下列的性能指標(biāo):1.黏度和黏度指數(shù)為了常溫下燃?xì)廨啓C(jī)啟動時(shí)確保各軸承的靜壓潤滑和液壓系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力,希望在啟動時(shí)潤滑油的黏度不要太高,為此絕大多數(shù)渦輪機(jī)械選擇40℃時(shí)黏度為28.8~35.2/s的潤滑油,即黏度等級為ISOVG32的潤滑油。在燃?xì)廨啓C(jī)正常帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí),軸承間隙內(nèi)的工作溫度有可能高達(dá)120℃以上,此時(shí)要求油的黏度高一些。為此,應(yīng)選擇黏度隨溫度變化較為平緩的、即黏度指數(shù)較大的潤滑油。這里建議油的黏度指數(shù)在100以上,至少不應(yīng)小于90.2.氧化安定性燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí),潤滑油受到強(qiáng)烈的熱氧化作用,汽輪機(jī)油常用的揮發(fā)型防銹抗氧化劑對燃?xì)廨啓C(jī)用的潤滑油已不適宜。對于在溫度高于260℃的環(huán)境中工作的軸承,文獻(xiàn)49中明確規(guī)定其使用的潤滑油中不宜含有DBPC(二叔丁基對甲酚)一類的揮發(fā)型抗氧化劑。對于氧化安定性,傳統(tǒng)的考核指標(biāo)是油氧化后酸值達(dá)2.0mgKOH/g時(shí)所需要的小時(shí)數(shù)(國外常簡稱為TOSTLife,即總的氧化穩(wěn)定性試驗(yàn)壽命),在燃?xì)獬鯗夭皇呛芨叩那闆r下,僅考核這一指標(biāo)已足夠,而且只要求其在2000h以上就可。但是,由于TOST是在95℃的試驗(yàn)條件下進(jìn)行,而這一溫度與燃?xì)廨啓C(jī)軸承的工作溫度頗有距離,對新一代燃?xì)獬鯗馗叩娜細(xì)廨啓C(jī),光考核TOST已經(jīng)不夠,因此增加了油的旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)指標(biāo),以便在更高的溫度下考核油的性能。旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)的溫度為150℃,比TOST要高得多。3.破乳化值,也稱分水性能這是指油和水的分離能力,測量的方法是在專用的試管內(nèi)放入40mL的油和40mL的水,按規(guī)定的試驗(yàn)程序混合,然后測量油水完全或基本完全分離的時(shí)間(min),油水分離的程度可以是40-37-3.40-40-0等。對于燃?xì)廨啓C(jī),這不是十分強(qiáng)調(diào)的性能指標(biāo),因?yàn)樵谌細(xì)廨啓C(jī)中,潤滑油被水(或蒸汽)污染的可能性不大。而在汽輪機(jī)中,油水混合的可能性很大,對油的破乳化值不能忽視,其指標(biāo)至少是油水分離至40-37-3,時(shí)間不大于15min.對于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置,如果燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)共用潤滑油系統(tǒng),則必須兼顧油的高溫性能和分水性能。4.空氣釋放值由于大多數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)的軸承均使用密封空氣,因此軸承的回油中必然會混進(jìn)空氣。這些進(jìn)入油層中的空氣,必須要在油回到油箱后的短暫停留時(shí)間內(nèi)從油層中釋放掉。在選擇潤滑油時(shí),其空氣釋放值應(yīng)不大于油在油箱內(nèi)循環(huán)一次的時(shí)間。5.起泡性能起泡性能與空氣釋放值是兩個相互關(guān)聯(lián)而又容易混淆的概念。其實(shí)空氣釋放發(fā)生在油層之內(nèi),泡沫則產(chǎn)生于油的表面之上。通常認(rèn)為,在油面上形成5mm的泡沫是正常的。但泡沫過多,油箱的通(排)氣口充滿泡沫時(shí),就會因妨礙空氣的排放而招致嚴(yán)重的后果。因此油的起泡性能至少應(yīng)符合一般汽輪機(jī)油的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外,新油的顏色應(yīng)淺,以不超過ASTMD1500中的2.0為宜。對于帶有負(fù)荷齒輪箱的機(jī)組,必須考慮油的承

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