传统产业升级改造项目汽轮机培训教材.docx
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传统产业升级改造项目汽轮机培训教材
传统产业升级改造项目
汽轮机培训教材
培训人:
万树文
第一讲工业汽轮机概述
工业汽轮机是以蒸汽为工质,将蒸汽热能转变为转子旋转机械能的动力机械,它具有单机功率大、效率高、转速高、调速方便、使用寿命长、运行安全可靠等优点,因此,被广泛应用于石油化工、冶金等行业。
随着科学技术进步和资源的开发,新技术、新设备、新工艺不断地引进,我国石油化工工业也得到飞速发展,逐渐形成了石油化工装置设备的新特点,即大型化、单系列、自动化、智能化,引进与国产的工业汽轮机在石油化工装置中都得到了广泛的利用。
石油化工装置大多采用工业汽轮机作为原动机来驱动压缩机、风机、泵及发电机等工作机械。
为了提高石油化工装置的独立性,减少对电网的依赖性,提高开工率,一般都建有汽轮机发电机组的自备电站,既供热又供电,这样可减少远距离输电和送汽,既解决本装置生产和生活的用汽,又可综合利用本装置资源,如生产过程的余热、余料等,这种热电联合的自备电站经济效益很明显,自备发电与公用发电并存,如有裕量还可以向公用电网送电。
第一节工业汽轮机装置的基本组成
一、工业汽轮机的定义
工业汽轮机是指工业企业中驱动用汽轮机与自备电站发电用汽轮机的总称,即指除公用电站汽轮机和船舶用汽轮机以外的各种类型的汽轮机。
工业汽轮机的应用范围:
1、厂矿企业的自备供热发电用的汽轮机;
2、石油化工、冶金等行业装置中用于驱动泵、鼓风机、压缩机等工作机械的汽轮机;
3、自备电站用于驱动锅炉给水泵和风机的汽轮机;
4、船舶用的各类辅助动力用汽轮机。
二、工业汽轮机的特点
工业汽轮机的应用范围十分广泛,使用场合各不相同,对进排汽参数、功率、转速以及布置型式和调节特性等方面,也都有各种不同的要求,因此品种非常繁杂,型式多样。
目前汽轮机产品已系列化生产,最大程度地满足用户对工业汽轮机的需求,其主要特点是:
1、使用范围宽广,易实现转速调节,具有较大的转速调节范围,通常为额定转速的-10%~+15%,特殊情况可达额定转速的-40%~+30%,增加了调节手段或操作的灵活性。
2、汽轮机的转速高、变转速范围大,转速范围可达3000~16000r/min,可用来直接驱动工作机械;
3、适用于各种工作环境,满足防尘、防暴和防腐蚀等的特殊要求,无易燃、易爆危险;
4、品种繁多,规格齐全。
根据用户要求,不同的转速、功率、进、抽和排汽压力、温度及流量等技术参数,可选择不同的机组布置方式;
5、适用于有较高自动化要求的工业流程;
6、蒸汽来源温度、操作可靠、运行安全平稳、效率高,并能利用工厂的余热。
7、汽轮机也存在辅助设备多,如油路系统、真空系统、汽封系统等,起动时间长,冷态起动需要暖管、排液、暖机等。
三、工业汽轮机装置的基本组成
工业汽轮机装置的基本组成如图所示,由四个主要设备组成,即锅炉、汽轮机、凝汽器和锅炉给水泵。
1、锅炉
锅炉是产生高温高压蒸汽的设备,水在锅炉内吸收燃料(煤、燃油或天然气)燃烧时产生的热量后变成高温高压蒸汽。
过热器用来将锅炉汽包来的饱和蒸汽继续加热,在原有的压力下提高蒸汽的温度,变成过热蒸汽。
2、汽轮机
汽轮机是利用蒸汽对外做功的设备。
从过热蒸汽出来的高温高压过热蒸汽,流经汽轮机后,蒸汽在喷嘴中和动叶中不断膨胀将热能转变为动能,进而在动叶中又将动能转变为机械能,由汽轮机的轴端输出,用于驱动压缩机、风机、泵以及自备电站发电机等工作机械。
蒸汽在膨胀过程中压力、温度不断降低。
最后排入凝汽器。
3、凝汽器
凝汽器又称为冷凝器,是凝汽式汽轮机中工质的低温放热源。
在工业汽轮机内做完功的蒸汽排到凝汽器内,在一定压力下将汽化潜热释放给冷却水,蒸汽凝结成水,并形成凝汽器中真空。
凝结水由凝水泵抽出,经锅炉给水泵再送回锅炉。
作为锅炉给水。
凝汽器的作用:
一是将作完功的蒸汽回收,凝结成水后再供给锅炉,循环使用,这样可以降低运行成本,提高经济效益,保证蒸汽质量,减少对设备的腐蚀;二是建立并保持汽轮机排汽口的高度真空,增大蒸汽的可用焓降,从而提高汽轮机的功率和循环热效率,这样对汽轮机的功率和汽轮机装置的经济性具有重大的影响。
通常每台凝汽式汽轮机配置一台凝汽器,但也有几台汽轮机共用一台凝汽器。
背压式汽轮机的排汽压力高于大气压,它的排汽可供其他用汽单位利用,所以不需要凝汽器。
4、锅炉给水泵
锅炉给水泵的作用是消耗一部分功率用来完成热力循环中的压缩过程,经凝结水的压力提高,送入锅炉,锅炉给水泵的运行情况对装置的经济性和安全性都有重大的影响。
常用的锅炉给水泵多为多级离心泵。
从图中可以看出,汽轮机装置中有3个封闭的回路。
1、汽水回路
水在锅炉内吸收燃料燃烧时产生的热量后,变为高温高压蒸汽。
汽轮机经高温高压蒸汽中的一部分能量转换为机械功,向外界输出驱动工作机械旋转。
蒸汽的压力和温度随之降低,然后排入凝汽器中被冷却水凝结成凝结水,再由锅炉给水泵加压送入锅炉。
这样,就构成了一个锅炉、汽轮机、凝汽器和锅炉给水泵组成的封闭回路,工质在这个回路里不断地进行水变汽,汽变水的变化过程。
这个回路就是汽水回路,这是汽轮机装置中一个主要回路。
2、空气烟气回路
空气进入锅炉后和燃料一起产生燃烧过程变成烟气,高温烟气在锅炉内将一部分热量传给水和蒸汽后温度降低,燃烧后的烟气经锅炉尾部烟道、除尘器后由吸风机抽出并经烟囱排入大气。
同时,新鲜空气不断地进入锅炉参加燃烧。
3、冷却水回路
冷却水由冷却水池或冷却塔经冷却水泵加压进入凝汽器,在凝汽器中吸收排汽的汽化潜热后,冷却水温度升高,排入冷却水池中进行冷却,形成封闭回路。
在一个动力装置中有上述三个不同工质构成的独立封闭回路,这是汽轮机装置的一个特点。
回路多,使整个装置变得复杂,但对装置的运行性能也产生深刻的影响,这样可以减少装置中各主要设备彼此之间的相互影响,有利用保持汽轮机装置的主要工作热性的稳定性。
例如,当外界负荷发生变换的时候,可以调节空气烟气回路和冷却水回路,使汽水回路中的工质的进出口参数不变。
第二节工业汽轮机的分类
汽轮机类别和型式很多,可按热力特性、工作原理、蒸汽初压、结构形式和用途等进行分类。
一、按热力热性分类
1、凝汽式汽轮机
蒸汽在汽轮机中膨胀做功后,全部排入凝汽器,排汽压力在低于大气压的真空状态下凝结成水。
这类汽轮机广泛应用于石油化工、冶金、电力行业。
2、抽汽凝汽式汽轮机
蒸汽在抽汽式汽轮机中膨胀做功时,从中间某一级抽出进入热力官网供给工业或热用户使用,其余蒸汽继续在后几级膨胀做功后排入凝汽器。
若抽汽压力可以在某一范围内进行调节时,称为调节抽汽汽轮机。
这类汽轮机广泛应用于石油化工装置。
生产用汽的抽汽压力一般为0.78~1.56MPa,生活用汽的抽汽压力一般为0.068~0.245MPa
3、背压式汽轮机
蒸汽在汽轮机中膨胀做功后,在大于一个大气压的压力下排出汽缸,可供工业或热用户采暖用汽。
当排汽供给其他中、低压汽轮机使用时,称为前置汽轮机。
4、抽汽背压式汽轮机
为满足不同用户的需要,在抽汽背压式汽轮机中间某一级抽出部分压力较高的蒸汽,进入热力管网供给工业用户使用,其余大部分蒸汽在汽轮机后面几级继续膨胀做功后,以较低的压力排入管网,供给工业或热用户采暖供汽。
5、混压(多压)式汽轮机
除引进新蒸汽外,还将生产工艺过程中多余蒸汽用管路注入汽轮机中的某一中间级内,与原来的蒸汽一起工作。
这样可以从多余的工艺蒸汽中获得能量,得到一部分有用功,实现蒸汽热量的综合利用,这种汽轮机称为注入式汽轮机,也称为多压式或混压式汽轮机。
二、按工作原理分类
1、冲动式汽轮机
蒸汽主要在喷嘴叶栅(或静叶栅)中进行膨胀,在动叶栅中只有少量的膨胀。
2、反动式汽轮机
蒸汽在喷嘴叶栅(或静叶栅)和动叶栅中都进行膨胀,且膨胀程度相同。
三、按结构型式分类
1、单级汽轮机
通流部分只有一级(单列、双列、三列)组成的汽轮机称为单级汽轮机。
一般为背压式汽轮机,可作工业驱动(泵、风机等辅助机械)用,也可带动发电机。
2、多级汽轮机
这种汽轮机通流部分由两个以上的级组成的汽轮机称为多级汽轮机。
由于其功率大、转速高、效率高、广泛应用于石油化工、冶金、轻纺、制糖等部门。
可作为背压式、凝汽式、抽汽背压式和混压式汽轮机。
四、按新蒸汽的参数分类(按汽轮机的进汽压力分类)
低压汽轮机(1.2~1.5MPa);
中压汽轮机(2~4MPa);
高压汽轮机(6~10MPa);
超高压汽轮机(12~14MPa);
亚临界汽轮机(16~18MPa);
超临界汽轮机(22.2MPa以上)的汽轮机。
五、按汽轮方向分类
1、轴流式汽轮机
蒸汽在汽轮机内基本上沿轴向流动,流动总体方向大致与转子相平行。
2、辐流式汽轮机
蒸汽在汽轮机内基本上径向流动,流动总体方向大致与转子垂直。
3、周流(回流)式汽轮机
蒸汽在汽轮机内大致沿着轮周方向流动的小功率汽轮机。
六、按用途分类
1、工业驱动用汽轮机
①单纯驱动用汽轮机
仅用来驱动各种工业机械,不向外界供汽。
汽轮机多为凝汽式,可以变转速运行。
主要用于石油化工、冶金和自备电站锅炉给水泵等。
②驱动并供热汽轮机
用来驱动各种工业机械,同时向外界供汽,以满足其他用途(动力、工业或生活)。
汽轮机为背压式或抽汽背压式或抽汽凝汽式可以变速运行的汽轮机。
主要用于石油化工、冶金部门等。
2、工业电站汽轮机
①单纯发电用汽轮机
工厂自备动力电站中驱动发电机,不向外界供汽。
汽轮机为凝汽式,定转速运行。
主要应用于石油化工、冶金和制糖、造纸等轻工业部门。
②发电并供热用汽轮机
用于工厂自备动力电站驱动发电机,并向外界供汽。
汽轮机为抽汽背压式、抽汽凝汽式或背压式,定转速运行。
主要应用于石油化工、冶金和制糖、造纸等轻工业部门。
七、按蒸汽流道数目分类
1、单流道汽轮机
全部排汽都通过末级的汽轮机
2、双流道或多流道汽轮机
蒸汽在两个或多个并列的汽流中分流的汽轮机。
八、按能量传递方式分类
1、直联式汽轮机
汽轮机直接与工作机械相连。
2、带变速齿轮箱的汽轮机
汽轮机通过变速齿轮箱与工作机械相连。
传统产业升级改造项目的几台汽轮机性能以及特点介绍
1、丙烯机组:
凝汽式汽轮机,汽轮机额定转速7975r/min,额定功率:
6148KW,额定进汽压力:
2.3MPaG,进气温度:
380℃,耗汽量29.74t/h,排气温度49℃,排汽压力0.012MPaA。
2、甲醇合成循环机:
凝汽式汽轮机,
3、甲醇循环泵:
凝汽式汽轮机
第二讲工业汽轮机的工作原理
汽轮机是用蒸汽来做功的旋转式原动机。
来自锅炉或热网的蒸汽,经主汽阀、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)和动叶栅而膨胀做功推动汽轮机转子旋转,将蒸汽热能转换成动能,再将动能转换成机械功。
这便是汽轮机简单的工作原理。
蒸汽在工业汽轮机中,进行两个能量的转换过程,蒸汽的热能在喷嘴内转换为汽流动能,动叶片又将动能转换为机械能。
而对于反动式叶片,蒸汽在动叶膨胀部分直接由热能转换为机械能。
蒸汽在汽轮机内进行的能量转换通常是通过冲动原理和反动原理实现,由于动能转变为机械能的方式不同,便有不同工作原理的汽轮机。
一、汽轮机的工作原理
1、冲动作用原理及反动作用原理
在冲动式汽轮机中,蒸汽在喷嘴中产生膨胀、压力降低,速度增加,热能转变为动能。
高速汽流流经动叶片时,由于汽流方向的改变,产生对动叶片的冲击力,推动叶轮旋转做功,将蒸汽的动能转变为转子旋转的机械功,这种利用冲动力的做功原理,称为冲动作用原理。
图2冲动式汽轮机动叶片的分析图图3蒸汽微团作用在叶片上的离心力
动叶片工作示意图:
如果我们用一个直立的平板,让高速汽流冲击到它的表面上,平板由于受到汽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,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,现代的汽轮机的动叶片都做成弯曲形。
如果要产生最大的作用力,就要使蒸汽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2所示,这时动叶片受到的冲击力如图3所示。
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汽道后,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,同时叶片受到汽流给它一个大小相等、方向相反的反作用力。
在这里就是一个离心力。
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,其它点的轴向分力也相互抵消,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+……=P
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。
力P称为冲动力,若带动压缩机、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,采用冲动原理工作的汽轮机称为冲动式汽轮机。
实际上,由于机械结构等方面的限制,喷嘴不可能装在两个动叶片之间,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。
动叶片也不是一个对称的半圆弧,而是由好几段曲线组成,一般是圆弧和抛物线弧。
这样,虽然蒸汽推动叶轮旋转的作用力有所减小,但其工作原理仍然相同。
2、反动作用原理
由牛顿第三定律,一物体对另一物体施加一作用力时,这个物体必然受到与其作用力大小相等、方向相反的反作用力。
这个反作用力称为反动力,利用反动力做功的原理,称为反动作用原理。
例如:
火箭发射时,燃料燃烧产生的高压气体以很高的速度从火箭尾部喷出,在喷出的同时高速汽流给火箭一个与气流大小相等、方向相反的作用力,推动火箭向前运行。
这种气体以很高的速度从容器内流出并给容器一个与汽流方向相反的作用力,此力便为反动力。
图示。
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,沿着汽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;又由于汽流在动叶栅汽道内从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。
也就是反动式汽轮机既利用冲动作用原理,又利用反动作用原理。
1-导向叶片2-动叶片3-平衡活塞
单级反动式汽轮机示意图
2、单级冲动式汽轮机
如图1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做功的单元称级。
由一个级组成的汽轮机叫单级汽轮机。
单级冲动式汽轮机结构简单,主要由转子、叶轮、动叶栅和汽缸等组成。
单级冲动式汽轮机由于功率小(一般在500~800kw),转速高、效率低,常用来驱动功率不大的汽动离心式油泵、汽动给水泵。
3、单级反动式汽轮机
动叶片安装在转鼓上,轴、平衡活塞及转鼓组成转子。
静叶片安装在汽缸上,与进、排汽管等组成静子。
单级反动式汽轮机仍然是由一列静叶片和一列动叶片组成。
4、速度级汽轮机
在单级冲动式汽轮机中,当汽流离开叶片还具有很高的速度时,这部分排汽的动能如果不能很好地利用将造成余速损失,从而降低汽轮机的效率。
为充分利用排汽的余速,减少这部分损失,就制造了速度级汽轮机。
它比单级冲动式汽轮机对蒸汽能量的利用更加充分。
图示:
具有双列速度级的单级汽轮机。
叶轮上装有两列动叶片,叶片之间装有导向叶片7,导向叶片的安装位置与喷嘴的安装位置向对应。
这样从第一列动叶片流出的汽流所具有的动能,在第二列动叶片中加以利用,减少了动能损失。
速度级汽轮机和单级冲动式汽轮机一样,蒸汽的全部膨胀是在一级喷嘴中进行。
其不同的是第一列动叶片和排汽动能可进一步得到利用,所有速度级汽轮机的功率比单级汽轮机要大一些。
速度级汽轮机可以使用较大的焓降,结构比较简单,运行、维护方便。
但由于焓降大、蒸汽在喷嘴和动叶栅的流速高。
再加之速度级装了导向叶片,汽流要经过多次转向,因而增大了流动损失,所以它的效率低于单列级效率。
在中、小功率的多级汽轮机上,可以利用双列速度级焓降大的特点,将其制作成多级汽轮机的第一级,从而减少多级汽轮机的级数,可以简化结构、缩小体积,同时因高压段汽压、汽温下降较多,汽缸可用较差材料制造。
5、多级冲动式汽轮机
汽轮机向高参数、大功率和高效率的方向发展,因此,单级汽轮机已不适应需要。
由若干个冲动级依次迭加设置而成的多级汽轮机,称为多级冲动式汽轮机。
因为蒸汽每经过一级其压力都要下降一次,所以这种级称为压力级。
由于多级汽轮机的蒸汽焓降是分配给每一压力级,所以可在各级焓降不大,即每一级的蒸汽流速不高,喷嘴、叶片损失都较小的情况下,使汽轮机整机得到较高的效率,所以在汽轮机级数增多的条件下,可使新蒸汽压力、温度得到适当地提高,为提高循环热效率创造条件。
在多级汽轮机中,由于流经各级后的蒸汽压力逐渐降低,蒸汽比体积逐渐增大,为保证蒸汽的流通,喷嘴和动叶片的通流面积也应随之逐渐增大,所以随着蒸汽的不断膨胀,各级喷嘴和动叶的高度是随着蒸汽压力的降低不断增大的。
多级冲动式汽轮机中各级隔板前后都存在压力差,为减少隔板内孔与轴之间的间隙的漏汽,在隔板内孔与轴之间装有汽封。
为提高冲动式汽轮机的效率,在动叶中蒸汽有少量的热焓降,也就是使动叶有一定的反动度。
多级汽轮机的功率是各级功率之和,因此多级汽轮机的功率可按需要做得很大,级数做得很多。
6、多级反动式汽轮机
汽轮机的动叶片都直接装在轮鼓上,在两列动叶之间装有静叶,静叶像喷嘴一样安装在汽缸内壁上。
动叶与静叶的断面形状基本一致。
蒸汽不断流经各级静叶和动叶,一直在膨胀、压力不断下降,比体积不断增大。
直到蒸汽流经最末一级动叶片后,从排汽管排出。
由于蒸汽的比体积随压力的降低而增加,因此,叶片的高度相应增加,使通流面积逐渐增大,以确保蒸汽顺利流过。
由于反动式汽轮机的动叶前后都存在压力差,因而在整个转子上产生很大的轴向推力。
为保证动、静叶片之间的轴向间隙、减少轴向推力,所以在转子前部装有平衡活塞。
平衡活塞前的空间用一联通管和排汽管连接,使平衡活塞产生一个向前的轴向推力,平衡转子的轴向推力。
二、汽轮机级的反动度
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。
一般常用反动度表示,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与总焓降之比,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。
三、汽轮机级的类型
根据蒸汽在汽轮机级通流部分的流动方向,汽轮机可分为轴流式和幅流式汽轮机两种,工业汽轮机大多数采用轴流式,轴流式汽轮机通常有下列几种分类方法。
1、冲动级和反动级
根据反动度的不同,级可分为以下几种:
纯冲动级:
反动度ρ=0的级称为纯冲动级,特点是蒸汽只在喷嘴中膨胀,而在动叶中不膨胀只改变流动方向,其叶片的形式为对称叶片,所以动叶片进、出口压力及其相对速度均相等。
纯冲动级做功能力大、流动功率低,现代汽轮机均不采用纯冲动级。
纯反动级:
反动度ρ=0.5的级称为反动级,特点是蒸汽膨胀一半在喷嘴叶珊中进行,另一半在动叶栅中进行。
由于喷嘴型线与动叶型线完全一致,所以蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度也相同。
反动级的效率比冲动级效率高,但做功能量小。
带反动度的冲动级:
为提高冲动式汽轮机的效率,冲动级应具有一定的反动度(0<ρ<0.5),这种级的反动度一般在0.05~0.20之间。
冲动式汽轮机的前几级的反动度不大于10%~15%,最后几级的反动度可达20%~30%。
蒸汽膨胀大部分在喷嘴中进行,而只有小部分在动叶片中进行。
带不大反动度的冲动级应用最广泛。
速度级(双列速度级):
速度级又称为复速级或寇蒂斯级,速度级除有双列速度级外,还有三列速度级。
速度级常用于单级汽轮机和多级汽轮机的第一级。
2、压力级和速度级
按照蒸汽的动能转换为转子机械能的过程不同,还可以将级分为压力级和速度级。
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。
因此,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。
速度级:
除压力级外,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,比压力级在结构上复杂一点。
双列速度级的单级冲动式汽轮机比单级冲动式汽轮机对蒸汽能量的利用更充分一点。
3、调节级和非调节级
按级通流面积是否随负荷大小而变化,汽轮机的级可分为可调节级和非调节级。
调节级:
采用喷嘴调节的汽轮机中,第一级的通流面积是能随负荷变化而改变的,这种改变的另一个原因是采用部分进汽,称它为调节级。
调节级可以是复速级也可以是单列级。
一般中小型汽轮机用复速级作为调节级,而大型汽轮机常采用单列冲动级作为调节级。
非调节级:
通常通流面积是不随负荷变化而改变的级称为非调节级,非调节级既可以是全周进汽也可以是部分进汽。
四、喷嘴
喷嘴是将蒸汽的热能转变为动能的具有特定形状的流道,具有一定压力和温度的蒸汽流经喷嘴时,由于喷嘴的截面形状沿汽流方向发生变化,使其压力、温度和焓均有所降低,而其速度和比体积增加。
喷嘴的结构型式有渐缩喷嘴和缩放喷嘴。
渐缩喷嘴因为承担的焓降较小,所以多用于冲动式汽轮机的中间级,以满足这类级的焓降不大,喷嘴出口是亚音速汽流的需要。
缩放喷嘴因承担的焓降大,多用于单级汽轮机和多级汽轮机的第一级与最末级,满足级中焓降大、喷嘴出口是超音速汽流的需要。
但缩放喷嘴工作效率低、不易加工制造,故只用于少数必须装缩放型喷嘴的地方。
一般汽轮机中尽量选用斜切喷嘴代替缩放喷嘴,获得超音速汽轮,但是替代有限。
在汽轮机中,为了使蒸汽顺利进入动叶栅流道,喷嘴轴线在出口处与动叶的运行方向之间形成一定的角度,因此喷嘴出口都有一段斜切部分,这种喷嘴称为斜切喷嘴。
由于蒸汽在渐缩斜切喷嘴中能够膨胀到低于临界压力获得超音速汽流,因而扩大了应用范围,特点是比缩放喷嘴具有制造工艺简单、变工况时工作稳定的特点,因而在实际应用中尽可能采用渐缩斜切喷嘴代替缩放喷嘴。
五、汽轮级的级内损失及效率
蒸汽在级内能量转变过程中影响蒸汽状态的各种损失称为级内损失,包括喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、撞击损失、扇形损失、摩擦损失、部分进汽损失、湿气损失及漏气损失等。
上述各种损失均使级的效率下降。
喷嘴损失和动叶损失统称为叶栅损失,蒸汽在喷嘴中流动时存在的损失称为喷嘴损失,主要包括喷嘴表面不光滑,蒸汽与喷嘴壁之间摩擦;蒸汽分子运行速度不同,存在速度梯度,蒸汽分子之间摩擦损失;汽流脱离喷嘴壁时的涡流损失。
余速损失:
蒸汽离开动叶片时,仍具有一定的速度即余速,蒸汽在本级内并没有将动能全部转换为机械能,而是存在余速损失,这种排汽动能损失称为余速损失。
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