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压缩机组工段
压缩机组培训教材
第一节压缩机概述
一、压缩机的定义和分类
工业生产中常需要具有一定的压力的气体用于各种用途,而压缩机是输送和提高气体压力的机器。
我们知道,气体的压强取决于单位时间内气体分子撞击单位面积的次数与强烈程度。
增加容积内气体的温度,使气体分子运动的速度增加,增加撞击程度可以使气体压力提高。
但当温度减下来后,气体压力又随之降低,而一般要求被压缩气体应具有不太高的温度。
因此提高气体压力的主要方法是通过增加单位面积内气体分子数目(也就是缩短分子间距)实现的,这就要通过压缩机完成。
目前使用最广泛的压缩机通常分为两类:
一类是容积式压缩机,它是通过缩小气体的容积的来提高压力(诸如活塞式、滑片式、罗茨式、螺杆式);另一类是透平式压缩机,它是利用旋转叶片对气流的作功、通过气流的不断加速、减速因惯性而彼此被挤压进而缩短分子间距来提高压力。
透平压缩机一般分为离心式和轴流式:
1、离心式压缩机:
被压缩的气体在离心式压缩机中的运动是沿着垂直于压缩机轴的径向进行的。
离心式压缩机中气体压力的提高是当气流流经叶轮时,由于叶轮旋转使气体受到离心力的作用而使其速度升高,当气体流经扩压器等截面积扩张的通道时,流速逐渐降低,从而是速度能转变为压力能,气体的压力得到提高。
2、轴流式压缩机:
气体在轴流式压缩机中的运动是沿着平行于压缩机轴的方向进行的。
在轴流式压缩机中,同样由于转子的旋转是气体产生很高的速度,当气体流经与动叶片间隔排列的静叶栅时,气体的速度逐渐减慢,从而速度能转变为压力能。
在使用上,一般容积式压缩机宜用于高压力,中、小流量的场合;透平压缩机则用于低中压力、大流量的场合,其中轴流式的流量比离心式的更大,压力则比离心式的低些。
二、汽轮机的定义和分类
汽轮机,又叫蒸汽透平,是用蒸气来做功的旋转式原动机。
来自锅炉或其它汽源的蒸汽通过调速阀进入汽轮机,依次高速流过一系
列环形配置的喷嘴(或静叶栅)和动叶栅而膨胀作功,推动汽轮机转子旋转(将蒸汽的动能转换成机械功),汽轮机又则带动电机或压缩机、泵等负荷机旋转。
汽轮机按照热力过程分为:
1、凝汽式汽轮机
蒸汽在汽轮汽机中作功后全部排入凝汽器冷凝,凝汽器内部压力比大气压低。
2、抽汽凝汽式汽轮机
蒸汽在汽轮机膨胀至某级时,将其中一部分蒸汽从汽轮机中抽出来,供给其它的蒸汽用户;其余蒸汽在后面级中作功后排入凝汽器。
二期的空气压缩机/增压机及发电机驱动透平就是抽汽凝汽式的。
3、背压式汽轮机
蒸汽进入汽轮机膨胀作功后,在大于1个大气压的压力下排出气缸,其排气供其它低压用户。
4、多压式(注入式)汽轮机
若工艺过程中有某一压力的蒸汽用不完时,就把这些多余的蒸汽用管道注入汽轮机中的某个中间级内并同原来的蒸汽一起在透平内膨胀作功,从而回收能量。
汽轮机也可按蒸汽压力分为低压(2.0Mpa以下)、中压(2.0~5.0Mpa)、高压(5.0~10.0Mpa)、超高压(12.0~14.0Mpa)及超临界(22.5Mpa以上)的汽轮机。
此外,也可按工作原理分为:
冲动式、反动式、冲动式与反动式的组合式汽轮机等。
第二节离心式压缩机及汽轮机的基本原理和结构
一、离心式压缩机工作原理及基本结构
1、结构
从外观上首先看到的是机壳,它又称气缸,通常用铸铁或铸钢浇铸而成。
一台压缩机常常有两个或两个以上的气缸,按压力高低称低压缸、中压缸、高压缸。
压缩机本体结构可分两大部分:
(1)、转动部分,它由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘及联轴用的半联轴节等零部件组成,又称为转子。
(2)、定子部分,是由气缸、隔板、径向轴承、推力轴承、轴端密封等零部件组成,常称为定子。
在压缩机理论中常常顺着气体流动线路,将压缩机分成若干个级,所谓级就是由一个叶轮和与之相配合的固定元件结构的基本单元。
如图一所示,在压缩机中间的级,它包括叶轮、扩压器、弯道和回流器几
个元件。
压缩机每段进口处的级称为首级,它除了上述的元件外还应包括进气室;在压缩机的排气口的级称为末级,它没有弯道和回流器,而代之以排
气室。
有的压缩机甚至连扩压器也没有,气体从叶轮出来直接进入排气室。
在离心式压缩机中,气体流过一级之后,压力的提高是有限的,要想压缩到较高压力时,就需要通过若干个级来完成,几个级可以装在一个缸内。
一个缸最多能装10级左右,更多的级需要采用多缸。
气体经压缩后温度就要升高,当要求压力比较高时,常将气体压缩到一定压力时就从缸内引出,在冷却器内降温,然后再进入下级继续压缩。
根据冷却次数的多少,可将压缩机分为几个段。
一个段可以是一个级也可以是几个级。
一缸可分为一个段或多段。
在多级离心压缩机中,由于每级叶轮两侧气体作用在其上的力大小不同,因此,使转子受到一个指向低压端的合力,这个合力称为轴向力。
平衡盘是用自身两侧的压力差来平衡轴向力的零件。
它位于压缩机的高压侧,用来平衡大部分轴向力的,剩下的轴向力作用于止推轴承上。
有的压缩机叶轮采用背靠背的方法排列来平衡轴向力。
联轴节又叫靠背轮,它是汽轮机(或驱动电机)和压缩机以及压缩机高低压缸间的连接件,现在通常采用挠性联轴节。
它允许较大的平行不对中、角度不对中和综合不对中。
定子包括机壳和壳内的固定元件,机壳有水平分和垂直剖分两种型式。
水平剖分便于拆装机制造,但密封面大,且强度差;对于压力较高的情况,
采用垂直剖分形式,壳体实际上是两缸,内缸仍是水平剖分,转子及固定
元件都装在内缸中,然后再装入外缸,外缸为整个圆筒,在一端或两端有端盖,打开后即可把内缸拉出。
机壳内有各种隔板,在机壳和隔板之间,隔板与隔板子之间构成了吸
气室、扩压器、弯道和回流器等固定元件。
2、通流部分各主要部件的作用
气体在压缩机中流经的主要通道部件是进气室、叶轮、扩压器、弯道、
回流器和蜗壳。
这些部件我们称之为通流部件。
下面分述这些部件的作用。
(1)进气室:
这是将进气室或中间冷却器的气体均匀地吸入叶轮去进行增压的通道,因此在压缩机中每一段进口都设置进气室。
(2)叶轮:
叶轮也称为工作轮,它是压缩机的心脏部件,气体在叶轮叶片的作用下,跟着叶轮作高速旋转,气体由于受到旋转离心力的作用以及在叶轮里的扩压流动,使气体压力得到提高,速度也得到提高。
所以叶轮使气体提高能量的关键部件。
(3)扩压器:
气体被从叶轮甩出后,就有较高的流动速度,在叶轮出口后设置流道截面逐渐扩大的部件称为扩压器。
其目的是进一步将气体的流动速度转化为压力。
(4)弯道:
为了把扩压器后的气体引入到下一级叶轮的进口,就必须改变气体流动的方向,使其由离心方向的流动改为向心方向的流动,所以在扩压器的后面设置了弯道与其相连接。
(5)回流器:
其作用是将弯道来的气体均匀的分布到下一级叶轮的进口。
(6)蜗壳:
蜗壳的主要目的是把扩压器或叶轮后面的气体汇集起来,引到压缩机外面去,流向气体输送管道或气体冷却器,此外在汇集气体的过程中,一般由于蜗壳外径的逐渐增大通流截面也渐渐扩大,因此也起到一定的降速增压作用。
3、工作原理
离心式压缩机的工作原理与输送液体的离心泵相似。
当驱动机(如汽轮机、电动机等)带动压缩机转子旋转时,叶轮流道中的气体受叶轮作用随叶轮一起旋转,在离心力的作用下,气体被甩到叶轮外的扩压器中去。
因而在叶轮中形成了稀薄地带,入口气体从而进入叶轮填补这一地带。
由于叶轮不断旋转,气体就被不断地甩出,入口气体就不断地进入叶轮,沿径向流动离开叶轮的气体不但压力有所增加,还提高了速度,这部分速度就在后接元件扩压器中转变为压力,然后通过弯道导入下级。
导流器再把从弯道来的气体按一定方向均匀的导入下级叶轮继续压缩。
4、离心式压缩机的功耗及效率
(1)概述:
压缩机气体需要消耗的能,大型离心压缩机由原动机(如汽轮机.燃动机等)驱动,原动机轴端所传递的功率包括压缩机轴承、齿轮箱及联轴节等传动部分的机械损失以及压缩机内功率。
内功率指的是压缩
机转子对气体所消耗的功率。
压缩机转子是通过叶轮向气体传递能量的。
叶轮除对气体作功外,叶轮的轮盘、轮盖的外侧面及轮缘与周围气体的摩擦所产生的轮阻损失、叶
轮出口高压气体漏回到叶轮低压端的漏气损失也都要消耗功。
对整个压缩机来说,叶轮对气体作功转换成下列三个部分:
a提高气体的静压能(压缩功),使气体从进口压力提高到出口压力。
b提高气体的动能。
在一般情况下,动能的提高不大,常常可以忽略不计。
c克服气流在级中的流动损失。
这部分流动损失,是指气流在叶轮内和级的固定元件(如吸气室、扩压器、弯道、回流器、蜗壳等)内的流动损失。
总之,压缩机级的中功耗有五部分组成,即静压能提高、动能的变化、流动的损失、轮阻损失和漏气损失组成的,只有静压能的提高对气体的升压是有用的。
(2)气体的压缩过程
静压能的提高与气体的压缩过程有关。
热力学把气体的压缩过程分为:
等温压缩过程、绝热压缩过程、多变压缩过程。
压缩机中气体的实际压缩过程是多变压缩程,但可忽略与外界的热交换。
现分析各压缩过程中的静压能提高(压缩功)。
设压缩机进出口参数分别为P1、V1、T1和P2、V2、T2,压缩气体的所需能量的单位Kg.m/Kg表示,它表示压缩1kg气体所需的能量。
A等温压缩T=Const(恒定)
等温压缩功为His=RT1Ln(P2/P1)(Kg.m/Kg)
B绝热压缩
气体在压缩过程中与外界无热交换且无气体流动失和摩擦损失。
绝热压缩后气体温度:
T2/T1=(P2/P1)K-1/K
绝热压缩功为:
Had=K/(K-1)RT1((P2/P1)K-1/K-1)(Kg.m/Kg)
C多变压缩过程:
过程存在流动损失和磨擦损失,外界可以有热交换或者无热交换。
多边变过程气体温度计算式为:
T2/T1=(P2/P1)M-1/M
多变压缩功为:
(Kg.m/Kg)
以上式中R为气体常数,被压缩气体组份越轻则R越大。
多变过程和理论绝热过程的公式具有同样形式,只是绝热指数K代以多
变指数m。
多变指数和绝热指数不同,它不仅和气体的种类而变化,而且与设备结构有关系。
对于离心式压缩机来说,多变指数m大于绝热指数K。
机器设计和控制的愈合理,则m愈接近K值。
(3)压缩机过程分析讨论
A三种典型压缩过程,如气体温度和压比相同,则等温压缩过程需要的压缩功最小,排气温度最低,等于进气温度。
这是一种理想情况,实际
上只能接近而不能达到。
多变压缩过程需要的能量头最大,所以多级压缩机常做成多段,增加段间冷却器从而使压缩过程向等温压缩过程靠近,对于具有中间冷却器的压缩机常用等温效率来衡量机器的完善程度。
B同质量流量的同种气体来说,如初温度相同,当压缩比相同,其功耗也相同。
例如把气体从10个大气压压缩到100个大气压,与从1个大气压压缩到10个大气压所需要的功耗相同。
C气体所需的压缩功与气体的性质有关,对轻气体,因为气体R大,所以在相同压力下需要的压缩功就比压缩重气体大(从压缩表达式可以看出),但由于同一压缩机及压缩同一体积流量的不同气体,所提供的叶片功是相同的,也即H叶片与气体性质无关,所以在同一压力比要求下,压缩轻气体需要的级数比重气体多。
D多变过程是具有损失的过程,多变指数m反映多变压缩过程所需功的大小。
损失使气体得到附加热量,采用中间冷却器,目的是为了向等温压缩过程靠近。
各个不同压缩过程在P-V图和T-S图上的表示如下图2—图3所示。
各个过程的压缩功就是各压缩过程线纵坐标及P=P1、P=P2两条等压线所包括的面积。
图2T-S图上各种不同压缩过程图3P-V图上各种不同压缩过程
(4)压缩机的效率
压缩机或级的效率主要是用来说明传给气体的机械能的利用程度。
由于有三种压缩过程,则相应的把压缩机效率分为多变效率ηpol、绝热效率ηad和等温效率ηis。
多变效率指由压力P1增加到P2所需要的多变压缩功与实际消耗的功之
比。
目前离心式压缩机的多变效率为0.7~0.84左右。
绝热效率指由压力P1增加到P2时绝热压缩功与实际所需消耗的功之比。
等温效率指由压力P1增加到P2时等温压缩功与实际所需消耗的功之比。
实际的压缩机不可能实现没有损失的绝热压缩过程,但它可以作为比较标准。
由于多变压缩功>绝热压缩功>等温压缩功,故有ηpol>ηad>ηis,故要注意机器效率使用哪一种表示方法。
二、汽轮机基本原理、结构
汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式原动机。
来自锅炉或热网的蒸汽,经脱扣节流法阀或事故切断阀、调速阀进入汽轮机,依次高速流经一系列环形配置的喷嘴(或静叶栅)和动叶栅而膨胀作功推动汽轮机转子旋转,将蒸汽的动能转换成机械功。
这便是汽轮机简单的工作原理。
汽轮机可按工作原理分为:
冲动式、反动式、冲动式与反动式的组合式汽轮机。
首先,我们对这几类汽轮机的工作原理作一下介绍。
1.汽轮机的工作原理
(1)冲动式汽轮机
冲动式汽轮机的最简单的结构如图4所示。
叶轮上装配一圈动叶片与喷嘴配合在一起,构成一个做功的简单机械。
我们把由喷嘴和与其配合的动叶片构成的汽轮机作功的单元称级。
汽流
蒸汽
叶轮—3
轴—2
喷嘴—1
图4单级冲动式汽轮机示意图
动叶片—4
蒸汽
由一个级组成的汽轮机叫单级汽轮机。
喷嘴又叫静叶片。
它是一个截面形状特殊且不断变化的通道。
蒸汽进入喷嘴后发生膨胀、消耗了蒸汽的压力能,即消耗了蒸汽的热能,蒸汽的
压力及温度都下降了,而蒸汽的流速却增加了,获得了高速气流。
喷嘴的作用就是将蒸汽的热能转变为动能。
动叶片又称工作叶片。
在叶轮的外圆周上装满的一整圈叶片,常叫动叶栅。
由喷嘴流出的高速气流流至动叶片时,其速度的大小及方向是一定的,之后气流由于受到动叶片的阻碍(作用力),改变其原来的速度的大小及方向,这时候气流必然给动叶片一个反作用力,推动叶片运动,将一部分动能转换成叶轮旋转的机械功。
由上述可知,在汽轮机连续工作过程中有两次能量转换,即:
热能→蒸汽动能→转子机械能。
为了更好的理解汽轮机的工作原理,下面分析一下冲动式汽轮机的动叶片型式。
如果我们用一个直立的平板,让高速气流冲击到它的表面上,平板由于受到气流的冲击作用而发生运动。
但因在平板的表面附近产生了很大的扰动和涡流损失,如图5-a所示,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费。
所以经过大量的实践改进,现在汽轮机的动叶片做成弯曲形。
如果要产生最大的作用力,就要使蒸气的喷射方向与动叶片的运动方向一致,然后再转一个180°而离开动叶片,如图5-b所示,这时动叶片受到的冲击力如图6所示。
图6蒸汽微团作用在叶片上的离心力
图5冲动式汽轮机动叶片的分析图
汽流以C1的速度流向曲面,它相当于汽轮机的动叶片,并能沿平行于汽流的方向移动。
汽流进入弯曲流道内弧所构成的气道后,便沿着内弧逐步改变其流动方向,最后流出汽道时的速度为C2方向恰与C1方向相反。
当汽流流过曲面时,实际上作圆周运动,因此组成汽流的每一个蒸汽微团都受
到叶片所作用给它的一个向心力,同时叶片受到气流给它一个大小相等、方向相反的反作用力。
假如汽流微团的离心力用向量表示。
在1点处的离心力P1可分解成轴向分力P1Z及运动方向上的分力P1U、在2点处的离心力P2也可以分解成P2Z和P2U。
轴向分离P1Z和P2Z恰好相互抵消,因为此二力大
小相等、方向相反,且共同作用在一个叶片的同一条支线上。
同样,其它点的轴向分离也相互抵消,因此汽流的离心力在轴向上的分力之和为零,即P1Z+P2Z+…..=0
在弯曲面运动方向上的分力之和等于P,即
P1U+P2U+…..=0
在这个P力的作用下,弯曲面(叶片)向右运动,通过叶轮及轴产生旋转运动。
若带动压缩机和泵、风机等机械,就可以输出机械功。
这就是冲动式汽轮机的工作原理。
实际上,由于机械结构等方面的限制,从喷嘴流出来的气流不能与动叶片的运动方向完全相同,而成一个夹角。
动叶片也不是一个半圆弧,而是由好几段曲线组成,一般是圆弧和抛物线弧。
如图所示7所示。
图7冲动式动叶片的断面图
(2)速度级和压力级
前面已经介绍级的概念,从结构上看,汽轮机的一个级是有喷嘴(几个或整个圆周布置的喷嘴)和一列动叶片组合起来的装置,从动作原理来看,就是能造成高速气流、能将速度能转换成机械能,并产生推力对外做功的基本单元。
级可以分成压力级和速度级,简单介绍如下。
A压力级
在可以利用的蒸汽能量很大的情况下,只有一个级不能充分利用这些能量。
这时,我们把由喷嘴和动叶片组成的级串联在同一根轴上,将蒸汽的能量分别在若干个级中加以利用。
从结构来看,就是一列喷嘴和一列动叶片,其后又是一列喷嘴和一列动叶片,这样逐次排列下去。
在第一列喷嘴进口处的蒸汽压力最高,以后逐级降低,这就是常见的多级汽轮机的结构形式,其中的每个级,都叫做压力级。
B速度级
压力级外,在有些汽轮机上还设有速度级。
速度级又叫复速度级或寇蒂斯级。
速度级比压力级在结构上复杂一点。
图8是具有双列速度级的单级冲动式汽轮机示意图,它比单级冲动式
汽轮机对蒸汽能量的利用更充分一点,由轴1、叶轮2、双列动叶片3及6构成转子;由喷嘴4、导向叶片7、气缸5、排气气管8等组成的静子部分。
图8具有双列速度级的单级冲动式汽轮机示意图
如果冲动式级在工作时,离开动叶片的汽流速度仍很大,这就说明还没有充分利用蒸汽的动能来作功。
为了利用这部分能量,在同一叶轮的轮缘上再要装置第二动叶栅,使蒸汽流过两列转动的叶栅,第一列动叶栅通道中蒸汽能量中的一部分转换为机械能,而其余的蒸汽能则由第二列动叶栅继续将能量转换为机械能。
为了使蒸汽流以一定的方向流入第二动叶栅,在第一、二列动叶栅之间装一列固定的叶片,起导向作用,称之为导向叶片,它是装在气缸上的。
速度级与冲动式压力级的工作原理是一样的,不同的就是蒸汽的速度在第一、二列动叶栅中分别加以利用。
除双列速度级以外,还有三列速度级,但常用的是双列速度级。
经常用它做成小功率的汽轮机,带动风机及其它各种泵等,也可以用它做多级汽
轮机的第一级。
(3)反动式汽轮机
反动式汽轮机是利用反作用力与冲击力将蒸汽的速度能转换为机械能的。
反动式汽轮机的工作原理同样是基于惯性定律和作用力与反作用力定
律的。
图9是反动式汽轮机的结构示意图。
动叶片安装在转鼓上,轴、平衡活塞及转鼓组成了转子。
静叶片安装在气缸上,与进、排气管等组成静子。
反动式的级仍然是由一列静叶栅和一列动叶栅组成。
它的工作原理是:
在静叶栅中气流与经过喷嘴时相似,压力降低,容积膨胀,速度增加;而它的动叶栅也做成截面渐收缩的气道,气流在动叶栅中进一步降压,膨胀加速。
根据惯性定律可知,运动的物体如果不受外力的作用的话,则一定按照它原来的速度大小及方向运动下去。
气流既然在动叶栅之中获得了加速度,那必然有外力作用在其气流上,这个力是由于在动叶栅中降低了气流的压力和温度,即气流的热能转换为动能所获得的。
在动叶栅中进一步使气流降压、增速并以高速离开,这时气流必然给动叶栅一个大小相等、方向相反的作用力,使动叶栅转动带动轴旋转的对外做功。
这就是反动式汽轮机的工作原理。
反动原理在汽轮机中的实际应用,如图10所示。
这是反动式汽轮机中的一个级的断面示意图。
蒸汽在静叶栅中膨胀后达到较高的速度,蒸汽离开静叶栅后,进入动叶栅气道,沿着气道壁的内弧改变方向,因此动叶片就受到由于冲动原理产生的冲击力,记为P冲;又由于气流在动叶栅气道内从P1膨胀降压至P2,因而动叶片上又受到由于反动原理而引起的反作用力
P反的作用。
P冲与P反的合力为Pu。
此外,动叶片前后有压差也引起一个轴
向力P轴。
Pu与P轴的合力为P总,这就是作用在动叶片上的力。
沿动叶片运动方向的分力,使动叶片向右移动,并做机械功,因此,作用在反动式汽轮机的级的动叶片上的力,既有冲动力,也有反作用力。
实用的反动式汽轮机,都采用多级型式,其工作原理与前面分析的单级反动式汽轮机的工作原理基本一样。
为了分析方便,前述冲动式级,实际上是指在动叶栅中没有膨胀发生的情况,有人把它叫做纯冲动式级。
近代常用的汽轮机,实际上用的是带反动度的冲动式汽轮机。
在这种汽轮机中,动叶栅中也有汽流膨胀,但比喷嘴中的膨胀程度小些。
所谓反动度,就是在动叶栅中蒸汽膨胀的程度占级中总的应该膨胀程度的比例数,或是在动叶栅中的理想焓降之比,常用ρ表示反动度。
纯冲动式级的ρ=0;反动级的ρ=0.5;带反动度的冲动式级的0<ρ<0.5。
带有不大反动度的冲动级使用最广泛,它可以提高冲动式汽轮机的效率。
图9单级反动式汽轮机示意图图10反动式汽轮机的级
(4)冲动反动组合式汽轮机
这类汽轮机的前一级或前几级为冲动式,后面的即为反动式。
2汽轮机的结构及用途
汽轮机实现能量转换,主要是通过喷嘴把热能转换为动能,通过动叶栅把动能转换为机械能。
因此,喷嘴一般做成静止零件,用各种不同的方法固定在汽缸上,形成汽轮机的静止部分;而动叶栅则安装在转动轴上,形成汽轮机的转子部分。
所以汽轮机主要是由转子、静子两大部分组成。
(1)转子部分
也就是汽轮机的转动部件,靠固定于汽缸上的前后两个轴承支撑,由主轴、叶轮、叶片组成,并通过联轴器与被驱动机械相连。
转子作高速旋转,把蒸汽作用到叶片上力矩传递给驱动机械,达到对外做功的目的。
转子的性能要求
为使转子能安全可靠的运行,必然满足下列条件:
A必然有一定的强度,以满足支持自身重量和传递转矩的要求。
B必须经过严格的动平衡,以免高速旋转时产生过大的离心力引起汽轮机振动和损坏
C必须使汽轮机的临界转速和运行转速避开一定距离,以免发生共振。
D必须安装平衡盘、推力盘和轴套,用以平衡转子的轴向推力并确定转子在轴向定位。
转子的结构形式,一般有整锻式、套装式、组合式、焊接式、转鼓式
等。
转子的轴向推力及其平衡
蒸汽在汽轮机的通流部分膨胀做功时,转子上受两部分力,一部分叫做轮周力,是产生转矩对外做功的有益力;另一部分沿叶轮轴向从高压端
指向低压端,企图推动转子向汽流方向运动,所有叶轮轴向力之代数和,就是整个转子的轴向推力。
转子的轴向推力一般要采取措施平衡掉大部分,剩余的部分由推力轴承承担。
如果推力过大,就会影响轴承寿命,严重时
会烧坏轴瓦,引起转子上动静部分碰撞,以致损坏机器,因此,在运行中必须严密监视转子轴向推力变化,确保机组安全运行。
一般来说,作用于汽轮机转子的轴向推力来源于以下几种因素:
a叶轮两侧的压力差.
b动叶片上的轴向力.
c轴上各处直径不同引起的受力.
汽轮机转子所受轴向推力很大,高压汽轮机(反动式)可达到几百吨,为确保机组的安全运行,一般采取下列措施平衡轴向力.
a使用推力轴承。
目的是固定转子在气缸中的轴向位置,承受转子上的少部分轴向推力.
b使用平衡活塞或平衡盘。
如图11所示,在转子通流部分对侧,将转子做成阶梯形,以产生相反的轴向推力,此阶梯凸台就叫平衡活塞。
其右侧为高压蒸汽,左侧与汽室相通,受低压蒸汽作用,因而产生向左的轴向力,以平衡部分轴向力。
对冲动式汽轮机因其总的轴向推力不大,一般将高压汽封套直径做大些,也可以起到类似的作用.
c开平衡孔。
由于汽轮机叶片两侧存在压力差,在轮盘上开有贯通两侧的小孔,即平衡孔,可减少轮盘上的轴向推力。
平衡孔一般开5-7个奇数孔,以免在叶轮同一直径上形成对称孔,影响叶轮强度。
另外开奇数孔对减轻叶轮震动也有好处。
但此法会使汽轮机效率有所降低。
图11平衡活塞
d采用相反流向布置。
如图12所示,使蒸汽在高低压缸或各区域内流向相反,而产生反方向的轴向推力,以相互抵消而达平衡。
(2)静子部分
即汽轮机的静止部分,包括汽缸、前后支承轴承、推力轴承、喷嘴
组、隔板、支撑与滑销系统、汽封等。
图12相反流动的布置方案
A汽缸(机壳)
汽缸的作用
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- 压缩 机组 工段