蒸汽透平工作原理

2021-08-13 08:56:35 字數 3369 閱讀 7999

1.1蒸汽透平(或稱汽輪機)是用蒸汽做功的旋轉式原動機,它將蒸汽的熱能轉變成透平轉子旋轉的機械能,這一轉變過程需要經過兩次能量轉換,即蒸汽通過透平噴嘴(靜葉片)時,將蒸汽的熱能轉換成蒸汽高速流動的動能,然後高速氣流通過工作葉片時,將蒸汽的動能轉換成透平轉子旋轉的機械能。

蒸汽透平按工作原理分為兩類:衝動式和反動式,衝動式透平的蒸汽熱能轉變成動能的過程,僅在噴嘴中進行,而工作葉片只是把蒸汽的動能轉換成機械能,即蒸汽在噴嘴中膨脹,速度增大,溫度壓力降低,而在葉片中僅將其動能部分轉變為機械能(汽體流速降低),而由於葉片沿流動方向的間槽道截面不變,因而蒸汽不再膨脹,壓力也不再降低;而在反動式透平中,蒸汽在靜葉片中膨脹,壓力溫度均下降,流速增大,然後進入動葉片(工作葉片),由於動葉片沿流動方向的間槽道截面形狀與靜葉片間槽道截面變化相同,所以蒸汽在動葉片中繼續膨脹,壓力也要降低,由於汽流沿著動葉片內弧流動時方向是改變的,因此,葉片既受到衝擊力的作用,同時又受到蒸汽在動葉片中膨脹,高速噴離動葉片產生反動力的作用,衝動力和反動力的合力就是動葉片所承受的力,,這就是說,在反動式透平中,蒸汽熱能轉變成動能的過程,不僅在靜葉片中進行,也在動葉片中進行。

按熱力過程分,透平可分為背壓式、凝汽式和抽汽凝汽式三類:背壓式透平——在透平中工作後的蒸汽,在較高壓力(大於0.1mpa)下排出,供作它用;kt2501、kt1503等屬於凝汽式透平――蒸汽在透平中作功後全部排入凝汽器中冷凝;kt1501b屬於抽汽凝汽式透平――將在透平高壓缸作過功的蒸汽抽出一部分供作它用,而另一部分蒸汽在透平低壓缸繼續作功後全部排入凝汽器中冷凝。

只有乙個葉輪的蒸汽透平稱為單級透平,這種透平功率小、轉速高、效率低,一般用於驅動小型油幫浦或水幫浦;為了提高能量轉換的效率,透平往往不是僅有乙隻葉輪,而是讓蒸汽依次通過幾個葉輪(乙個葉輪為一級),逐級降低其壓力、溫度,蒸汽每經過一次熱能——動能——機械能的轉換,稱為工作的乙個級,級與級之間用隔板隔開,第一級出來的蒸汽進入第二級,第一級的噴嘴裝在汽缸的隔板上,蒸汽經過第二級噴嘴,再次降壓、降溫、公升速,然後去推動第二個葉輪,依次類推,這種透平稱為多級透平,多級透平的噴嘴和動葉片是相間排列的,大功率透平將幾級葉輪裝在乙個汽缸內,根據蒸汽工作壓力分為高、中、低壓缸,有時乙個缸還可分成幾段,每段都有幾個葉輪。

1.2透平結構主要由轉動部分、靜止部分、控制部分組成。

轉動部分**子:所有轉動部件的組合體)主要有主軸、葉輪(或轉鼓)、動葉片、止推盤、危急保安器、聯軸節等。

轉子的作用:是將蒸汽的動能轉變為機械能,傳遞作用在葉片上的蒸汽圓周分力所產生的扭矩,向外輸出機械功。

主軸:支承旋轉的部件,傳遞扭矩。

葉輪: 用來安裝和支承葉片的,由輪緣、輪體和輪轂組成。

葉片:在動葉片中汽流由於受動葉片的阻礙(作用力),改變蒸汽流動方向、速度,在汽流的推動下帶動葉輪及主軸旋轉,並將動葉片所受的汽流作用力所產生的旋轉力矩傳遞給主軸作功,這時汽流必然給動葉片乙個反作用力,該反作用力沿轉子輪周方向的分力推動轉子作旋轉運動,對外作功,將蒸汽的動能轉變為機械能。

止推盤:平衡軸向推力,保護汽輪機,防止汽輪機動靜部件相摩擦。

靜止部分有汽缸、隔板、噴嘴、靜葉片、汽封軸承等。

汽缸:將汽輪機的通流部分(噴嘴、隔板、轉子等)與大氣隔開,保證蒸汽在汽輪機內完成作功的過程。

隔板:將各壓力級隔開,把蒸汽作功分在若干級完成;改變汽流方向,安裝噴嘴。

噴嘴;把蒸汽的熱能轉變為動能,也就是使蒸汽膨脹降壓,增加流速,按一定方向使汽體噴射出來,進入動葉作功。

靜葉片:它使第一例動葉片出口的蒸汽改變汽流方向,引入下例動葉片中繼續利用剩餘的動能作功。

汽封:汽輪機軸伸出汽缸的兩端處裝設的汽封為端部汽封,高壓端汽封是減少自高壓缸向外的漏汽,並將這部分漏汽引出合理利用;低壓端汽封是起密封作用,防止空氣漏入缸內,破壞真空。隔板上裝設的汽封為隔板汽封,其作用是保持隔板前後的壓力差,減少級間漏汽。

汽封構造一般為迷宮式。

軸承:徑向軸承支撐汽輪機大軸,推力軸承承受軸向推力。

控制部分有調節裝置、保護裝置。

調節裝置作用:在穩定工況時保證轉速不變且規定值;在負荷變化時,由調節系統來實現轉速變化的偏差不超過規定範圍。

保護裝置:在汽輪機發生不正常的工況時,能自動保證裝置的安全不致引起嚴重事故。

2、離心式壓縮機工作原理:

2.1離心式壓縮機對氣體做功是通過裝在轉子上的葉輪來實現的,其工作原理與輸送液體的離心幫浦類似。氣體從中心流入葉輪,在高速轉動的葉輪葉片的作用下,隨葉輪作高速旋轉並沿半徑方向甩出來,由於受旋轉離心力的作用,氣體的壓力得到了提高,同時氣流速度也加快了,這就是說葉輪的機械能變成了氣體的壓力能和動能。

接著氣體又流過固定不動的擴壓器和蝸殼等通道而流出機外,由於面積不斷增大,速度降低,氣體壓力又得到進一步提高,這一部分動能也變成了壓力能。

乙個葉輪和與它相配合的固定元件構成壓縮機的乙個級。氣體流過一級之後,壓力的提高是有限的。在要求公升壓較高的情況需要由若干個級組成,安裝在乙個機殼內叫做缸;乙個缸最多只能裝10級左右,更多的級需要用多缸。

氣體經壓縮後溫度要公升高,當要求壓比較高時,常常將氣體壓縮到一定壓力後從缸內引出,在外設的冷卻器內降溫,分離液滴,以便保護裝置,減小功耗,然後再匯入缸內進入下一級繼續壓縮,這樣依次冷卻,次數的多少將壓縮機分成幾個段,乙個段可以是乙個級,也可以包括幾個級,乙個缸可分為一段或幾段。

2.2離心式壓縮機結構

轉子:由主軸、葉輪、平衡盤、推力盤、聯軸節等組成;

主軸:安裝所有的旋轉零件,傳遞扭矩。

葉輪:即工作輪,氣體在葉輪葉片的作用下跟著葉輪作高速的旋轉,而氣體由於受旋轉離心力的作用以及在葉輪裡的擴壓流動,使氣體通過葉輪後的壓力得到了提高;此外,氣體的速度能也同樣在葉輪裡得到了提高。故葉輪是使氣體提高能量的唯一途徑。

平衡盤:是利用它的兩邊氣體壓差來平衡軸向力的零件。它位於高壓端,它的一側壓力可以認為是末級葉輪輪盤側的間隙中的氣體壓力(高壓);另一側通向大氣或進氣管,它的壓力是大氣壓進氣壓力(低壓);軸向力的70%被平衡。

推力盤:由於平衡盤只平衡部分軸向力,其餘軸向力通過推力盤傳給止推軸承上的推力塊,實現力的平衡。30%軸向推力被平衡。

聯軸節:是軸與軸相互連線的一種部件,可以傳遞扭矩。

通流部分:由吸氣室、擴壓器、彎道、回流器、蝸殼、密封等組成。

吸氣室:汽缸的一部分,它的作用是把氣體均勻地吸入葉輪。

擴壓器:氣體從葉輪流出時具有較高的流速,為充分利用這部分速度能,在葉輪後面設定了流通面積逐漸擴大的擴壓器,用以把速度能轉化為壓力能以提高壓力。無葉擴壓器結構簡單,變工況的效率高,穩定範圍寬。

葉片擴壓器,由於葉片、導葉作用,氣體流出擴壓器的路程短,設計工況效率高,但結構複雜,穩定工作範圍窄。

彎道:是由汽缸(機殼)和隔板構成的彎環形空間,改變氣流方向,使氣體由離心方向改變成向心方向。

蝸殼:把擴壓器後面或葉輪後面的氣體匯集起來,把氣體引到壓縮機出口的輸送管道;此外,在匯集氣體的過程中,在大多數情況下,由於蝸殼外徑的逐漸增大和通流截面的漸擴,使氣流起到一定的降速擴壓作用。

密封:防止氣體在級間倒流及向外洩漏。隔板密封和輪蓋密封統稱為內密封,軸端密封為外密封。

軸承:有徑向軸承和止推軸承。

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