汽轮机及汽轮机装置(汽轮机的工作原理及结构,你get到了吗?)

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篇首语:出门莫恨无人随,书中车马多如簇。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了汽轮机及汽轮机装置(汽轮机的工作原理及结构,你get到了吗?)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

汽轮机及汽轮机装置(汽轮机的工作原理及结构,你get到了吗?)

概念

汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机 。按其做功原理的不同,可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机两种类型。

蒸汽热能转化为热能,热能转化为动能

冲动式汽轮机工作原理

蒸汽在喷嘴中发生膨胀,压力降低,速度增加,热能转变为动能。高速汽流流经动叶片3时,由于汽流方向改变,产生了对叶片的冲动力,推动叶轮2旋转作功,将蒸汽的动能变成叶轮轴旋转的机械能。这种利用冲动力作功的原理,称为冲动作用原理。

单级冲动式汽轮机

蒸汽在喷嘴中发生膨胀,压力由p0降至p1,流速从c0增至c1,将蒸汽的热能转变为动能。蒸汽进入动叶栅后,改变流动方向,产生了冲动作用力使叶轮旋转作功,将蒸汽动能转变为转子的机械能。蒸汽离开动叶栅的速度降至c2。由于蒸汽在动叶栅中不膨胀,所以动叶栅前后压力相等,即p1=p2。

双列汽轮机工作原理

多级冲动式汽轮机

下图所示为一种具有三个冲动级的多级冲动式汽轮机。整个汽轮机的比焓降分别由三个冲动级加以利用。蒸汽进入汽缸后,在第一级喷嘴2中发生膨胀,压力由p0降至p1,汽流速度由co增至c1,然后进入第一级动叶栅3中作功,作功后流出动叶栅的汽流速度降至c2,由于蒸汽在动叶栅中不发生膨胀,动叶栅后的压力(即第一级后压力)即等于喷嘴后的压力p1,从第一级流出的蒸汽,再依次进入其后的两级并重复上述作功过程,最后从排汽管中排出。

反动作用原理

蒸汽的热能转变为动能的过程,不仅在喷嘴中发生,而且在动叶片中也同样发生的汽轮机,叫做反动式汽轮机。

在反动式汽轮机中,蒸汽不但在喷嘴(静叶栅)中产生膨胀,压力由p0降至p1,速度由c0增至c1,高速汽流对动叶产生一个冲动力;而且在动叶栅中也膨胀,压力由p1降至p2,速度由动叶进口相对速度w1增至动叶出口相对速度w2,汽流必然对动叶产生一个由于加速而引起的反动力,使转子在蒸汽冲动力和反动力的共同作用下旋转作功。

多级反动式汽轮机剖面图

汽轮机的结构

汽轮机由转动部分和静止部分所组成。汽轮机转动部件的组合体称为转子,它包括主轴、叶轮(或转鼓)、动叶栅、联轴器及装在轴上的其他零件。蒸汽作用在动叶栅上的力矩,通过叶轮、主轴和联轴器传递给发电机或其他设备,并使它们旋转而作功。汽轮机的静止部分包括基础、台板(机座)、汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承等部件,但主要是汽缸和隔板。

汽轮机剖面图

汽轮机转子

汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转,不仅要承受汽流的作用力和由叶片、叶轮本身离心力所引起的应力,而且还承受着由温度差所引起的热应力。此外,当转子不平衡质量过大时,将引起汽轮机的振动。因此,转子的工作状况对汽轮机的安全、经济运行有着很大的影响。

套装转子

套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的,然后将它们热套(过盈配合)在主轴上,并用键传递力矩。主轴加工成阶梯形,中间直径大,只适用于中、低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中、低压部分,其工作温度一般在400℃以下。

组合转子

根据各段的工作条件不同,在同一转子上,高压部分采用整锻结构,中、低压部分采用套装结构,从而兼得整锻转子和套装转子的优点。组合转子广泛用于高参数、中等功率的汽轮机上。

叶轮的结构

叶轮是一种圆盘形的零件,它一般由轮缘、轮体(轮面)和轮壳三部分组成。轮缘用来固定叶片,其具体结构与叶片的受力情况及叶根形状有关,大多数轮缘具有比轮体为大的截面。轮壳是叶轮套于主轴上的配合部分,故只有套装转子才有,其结构取决于叶轮在主轴上的套装方式,为了保证轮壳有足够的强度,轮壳部分一般都要加厚。轮体是叶轮的中间部分,它起着连接轮缘与轮壳的作用,其断面应根据受力情况来确定。

叶轮的结构型式

动叶片的结构

动叶片是汽轮机中数量最大和种类最多的零件,它的结构、材料和装配质量对汽轮机的安全和经济运行有极大的影响。在汽轮机的事故中,叶片事故约占60%~70%左右,所以必须予以足够的重视。叶片应具有良好的流动特性、足够的强度、满意的转动特性、合理的结构和良好的工艺性能。

弯扭叶片

叶根和轮缘结构

叶片通过叶根固定在叶轮上,叶根与叶轮的连接应该牢固可靠,而且应保证叶片在任何运行条件下不会松动。同时,叶根的结构应在满足强度的条件下尽量简单,使制造、安装方便,并使叶轮轮缘的轴向尺寸为最小。随着动叶片的圆周速度和长度的不同,其叶根所受的作用力也不同,这就需要采用不同的叶根结构型式。

叶片与叶轮装配实例

汽缸的结构

汽缸从高压向低压方向看,大致上呈圆筒形或圆锥形。为了便于加工、安装及检修,汽缸一般作成水平对分式,即分为上、下汽缸,水平结合面一般用法兰螺栓连接,另外,为了合理利用材料和便于加工、运输,汽缸也常按缸内压力高低沿轴向分为几段,垂直结合面也采用法兰螺栓连接,由于垂直结合面一般不需拆卸,为保证其严密性,有些汽缸还在结合面的内圆加以密封焊。

转子与下汽缸

转子就位下汽缸内

隔板结构

隔板用于固定喷嘴叶片,并将整个汽缸内部空间分隔成若干个汽室。它主要由隔板体,喷嘴叶栅和隔板外缘等部分组成。隔板通过外缘直接安装在汽缸或隔板套内专门的凹槽中。为了安装和拆卸方便,隔板沿水平中分面对分为上、下两半块,称上、下隔板。为了使上下隔板对准,并防止漏汽,在水平中分面加装密封键和定位销。在隔板体的内孔壁有安装汽封环的槽道。

汽 封

汽轮机通流部分的动、静机件之间,为了避免碰磨,必须留有一定的间隙,而间隙的存在又会导致漏汽,使汽轮机效率降低。为此,在汽轮机动、静机件的有关部位设有密封装置,通常称为汽封。

汽轮机安装现场

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