4.3蒸汽轮机 燃气轮机 课件 (2)39张PPT

课件39张PPT。从活塞机到轮机
蒸汽轮机
燃气轮机蒸汽轮机 燃气轮机一、从活塞机到轮机 工质在工作部分所做的功不能全部转到 发动机的曲轴上，成为有用功输出。其中有相当大的一部分要消耗在转动装置上，这部分损失叫做机械损失。
为了提高热机的机械效率就必须尽可能减少在转动过程中损失的无用功，从而提高有用功的比例。蒸汽机和活塞内燃机的工作部分都是汽缸和活塞，要把动力转到曲轴上，就必须吧活塞上的往复直线运动转换成曲轴的转动。
1、轮机的问世
轮机指的是热机主轴上装着一系列轮，叶轮在蒸汽或者是燃气推动下旋转，不需要连杆、曲轴做往复运动，更不需要笨重的飞轮。二、蒸汽轮机 汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。汽轮机是一种透平机械，又称蒸汽透平。
透平[turbine] 将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮、涡轮机。透平是英文turbine的音译，原意为旋转物体。透平最主要的部件是旋转元件（转子或称叶轮），被安装在透平轴上，具有沿圆周均匀排列的叶片。流体所具有的能量在流动中经过喷管时转换成动能，流过转子时流体冲击叶片，推动转子转动，从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。汽轮机概念 汽轮机工作原理汽轮机将蒸汽的热能转变为机械功通常是通过冲动作用原理和反动作用原理这两种方式实现的。汽轮机的特点原动机有电动机、蒸汽机、内燃机、汽轮机等。目前炼化工装置中常用的是电动机和汽轮机，汽轮机有如下优点：
1．汽轮机转速高，高速汽轮机转速在10000r／min以上，可直接与离心泵或离心压缩机联结；电动机最高转速只能达到3000r／min,与离心泵或离心压缩机联结时，还必须有增速设备。
2．汽轮机的转速可在一定范围内变动，增加了调节手段和操作的灵活性，而电动机的转速是固定的，调速也需增加调速设备。
3．汽轮机驱动适应输送或压缩易燃易爆介质，即使有泄漏，也不会由原动机引起事故，电动机驱动必须采取有效地防爆措施。
4．汽轮机用蒸汽，可由炼油或化工厂自备热电厂提供，动力来源比较稳定，而电动机要受电力网的影响。正由于汽轮机可直接驱动较大型的高速旋转的各类泵、压缩机等，而且具有启动扭矩大，容易实现转速调节，无易燃易爆危险、能较好地利用工厂余热、操作可靠等特点，所以在炼油化工行业得到广泛应用。
汽轮机的结构组成蒸汽轮机包括汽轮机本体，调节、保安系统及辅助设备三大部分。
蒸汽轮机本体包括：
静体（固定部位）——汽缸、喷嘴、隔板、汽封等。
转子（转动部分）——轴、叶轮、叶片等。
轴承（支承部分）——径向和止推。汽轮机总图汽 缸汽缸作用
汽缸是汽轮机的外壳。其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成其能量转换过程。
汽缸内部构件隔板与喷嘴
隔板由外缘，喷嘴和板体三 部分组成，为便于安装，隔板一般都做成对分的，上半隔板装在汽缸上盖内，下半隔板装在下汽缸内。
气 封汽轮机汽缸两端轴孔处与转轴间有一定间隙，这样在工作时，汽缸内进汽端将发生高压蒸汽大量外漏，进入前轴承箱污染润滑油。
此外凝汽式汽轮机的排汽压力在0.05公斤/厘米2（绝对）左右，即排汽端处于高真空状态，这样大气中的空气将沿边后轴孔大量漏入排汽管和凝汽器，就会破坏汽轮机的真空。
因此为了减少高压端的向外漏汽和排汽端往里漏空气，要求在汽缸两端轴孔处配备气封。转 子汽轮机中所有转动部件的组合体称作转子。包括：主轴、轴封、动叶片、止推盘、危急保安器、联轴器总承、测量盘等1．危急保安器
2．轴位移凸肩
3．推力盘
4．前轴承轴颈
5．前汽封
6．平衡活塞汽封
7．调节级
8．压力级
9．中间汽封
10． 低压级
11． 后汽封
12． 后轴承轴颈
13． 盘车棘轮
14． 油涡轮动轮
15． 联轴器轴段
16． 平衡环
17． 主平衡面
18． 前辅助平衡面 轴 承轴承是汽轮机一个重要的组成部分，分为径向支撑轴承和推力轴承两种类型，它们用来承受转子的全部重力并且确定转子在汽缸中的正确位置。
根据轴承中所能承受的载荷方向的不同，又可分为支撑轴承（承受径向载荷）、止推轴承（承受轴向载荷）和支撑止推轴承（同时承受径向载荷和轴向载荷）等。
在工业汽轮机上常用的径向轴承有圆瓦轴承、椭圆瓦轴承、多油楔固定轴承和可倾瓦轴承，并且以可倾瓦轴承使用最多。可倾瓦轴承与上述轴承相比其优点是每一块瓦均能自由摆动，在任何情况下都能形成最佳油楔，高速稳定性好，不易发生油膜振荡，应用广泛。
径向可倾瓦常用止推轴承米楔尔止推轴承止推块同基环直接接触，是单层的；金斯伯雷止推轴承是止推块下还有上、下水准块，然后才是基环，是三层结构，分别如图所示。金斯伯雷轴承米楔尔轴承汽轮机的主要辅助设备---凝汽器凝汽器是热力循环的冷源。其基本功能是接收汽轮机的排汽并将其凝结成水，使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械能。凝汽器是一个工作在真空条件下的表面式热交换器，其具体功能有：?
1）冷却汽轮机的排汽，使之凝结为水，使凝汽器形成机组安全、经济运行的真空。
2）把排汽的凝结水循环使用。
3）在正常运行时，凝汽器还可以起到一级真空除氧器的作用，能够除去凝结水中所含有的气体，从而提高水的质量，防止设备腐蚀。汽轮机的主要辅助设备----抽气器由于凝汽器或乏汽管等连接处的不严密，势必有空气从外界漏入。为了保持凝汽器中有较高的真空度，必须采用抽气设备将漏入的空气不断抽走，抽气器的作用就是将凝汽器中的空气不断抽出，保持凝汽器的良好真空。汽轮机设备组成三、燃气轮机1、燃气轮机基本原理燃气轮机定义：燃气轮机是将燃料（石油、天然气、煤）的能量转化为某种形式的有用功，例如机械功或者高速喷气式动力装置的推力。
最简单的燃气轮机包括三部分：压气机、燃烧室、涡轮。
压气机——压缩空气（消耗功）
燃烧室——燃料与空气燃烧（化学能转化为热能）
涡轮 ——燃气膨胀做功，一部分功用来带动压气机、剩余的功输出，提供动力或推力。工作装置的示意图和热力过程图通常表示为下图形式。
四个基本的热力过程（理想循环）：
等熵压缩（1~2）——压气机
定压加热（2~3）——燃烧室
等熵膨胀（3~4）——涡轮
定压放热（4~1）——大气中
部分负荷时效率低 现代燃气轮机的基本特点：
在燃烧的过程中，燃烧室的压力近似不变，称为定压加热过程。
做功的气体来自大气，最后排入大气，称为开式循环。
通常称这个循环为布雷顿（Brayton）循环。
地面燃机的分类：
重型、轻型和微型；
简单循环和复合循环；
单轴和多轴；
工业用和舰船用；we 西门子SIEMENS 燃气轮机 GE 燃气轮机 地面燃气轮机的评价参数：
效率：42.9% ，联合循环效率高达58%；（油耗率、热耗）
功率： 最大334MW；
涡轮前温度、压比；
寿命：50000~100000小时；
停机检查时间：4000~8000小时；
单位功率的重量：重型的一般大于2～5kg/kW，轻型则小于2 kg/kW）
污染物排放水平。
2、燃气轮机发展史早在18世纪，燃气轮机的理论和工作原理就已经建立起来了，但直到1940左右才真正制造出来。主要的原因在于高温材料方面的限制和各部件（压气机、涡轮）效率偏低。
发展的历程。专利——试制——成功，三个阶段。
在1791年英国人John Barber 获得了第一个燃气轮机的专利，尽管他没有真正制造一台燃气轮机，但是为将来的发展奠定了基础。
在1872瑞士人Stole获得了一个燃气轮机的专利，他设计的燃气轮机包括多级轴流式压气机、反动式涡轮、燃烧室、回热器等部件。
1895年,美国人 Charles提出了完整的燃气轮机的设计专利。在1900年，法国人 Stolze制造了第一台“真正”的燃气轮机，并且进行了试验，但是结果却是失败了。装置除了带动自身旋转外，几乎不能对外输出功。
同时，其他的人也尝试制造燃气轮机，但是几乎都失败了。
失败的主要原因有两个：
部件的效率偏低（主要是压气机，当时的压气机效率只有60%左右）。
材料的限制（没有耐热钢和冷却技术，涡轮前温度只有740K左右，在以后的学习中会发现涡轮前温度循环效率的影响最大）。到了20世纪30年代，由于空气动力学的发展应用在压气机设计领域，使得压气的效率和压比均得到了提高；同时冶金技术的发展出现了耐热钢，能够承受500~600摄氏度左右的高温。为燃气轮机的制造成功提供了基本的保证。
在1939 年，Brown Boveri 成功制造了作为电站备用机组的燃气轮机，输出功率4000kW，效率不详，循环类型采用简单循环。
在1939年，德国首次在飞机发动机上采用了燃气轮机代替内燃机，并进行了试飞。
由于战争的原因，在二次世界大战之前，主要的研究集中在地面燃气轮机（轴功输出形式）。
在战争期间，但是注意力迅速转移到作为飞行器推进动力的涡轮喷气式机械上来。由于军事的需要，燃气轮机技术得到了迅猛的发展，并广泛应用于工业、舰船动力、航空等领域。
时至今日，许多先进的技术依然最先应用在航空发动机上，地面燃气轮机的研发技术很多是从航空发动机上“移植”过来的。3、燃气轮机的特点在燃气轮机中，压缩、燃烧、膨胀过程不像往复式机械（内燃机）那样，发生在一个部件内。这些过程发生在独立的部件内意味着他们可以单独地进行设计、实验和研究发展，并且这些部件可以通过不同的组合方式形成燃气轮机。
不同的轴系布置方式影响着效率随输出功的变化和输出扭矩随转速的变化。有的布置适合于带动负荷变化但转速恒定的交流发电机，有的布置适合于带动变转速的船用螺旋桨。
如按照轴系布置可组成不同类型的燃气轮机
根据需要，为了增加效率或者输出功，通常采用回热、再热、间冷等复杂循环。
这些优化增加输出功和装置效率的代价是附加了复杂性、重量和价格。
优点：
结构紧凑、质量轻、体积小、占地面积小，单位功率质量较低；相对于汽轮机，省去了庞大的锅炉系统。
启动快、从冷态启动至满负荷，通常只用几分钟至半小时。
耗水少或者不用水。
缺点：部分负荷时效率低，油耗高。
3、燃气轮机的优缺点4、燃气轮机的应用领域工业领域
陆地和海上运输
航空领域再见！！！