第一章 汽轮机级的工作原理.pptx

汽轮机级的工作原理汽轮机是将热能转换为机械能的重要动力设备。通过煤、天然气等燃料的燃烧,产生高温高压的工质,推动汽轮机叶片旋转,带动发电机发电。了解汽轮机的工作原理对设计、优化和维护都非常关键。1aby123hao

1.1汽轮机的基本构造汽轮机由转子和定子两大部分组成。转子包括叶轮、转鼓和转轴,负责将热能转换为机械能,带动发电机发电。定子包括外壳、导向叶片和定子叶片,用于调节和指引高温高压的工质流向。这些核心部件协调配合,共同完成汽轮机的工作过程。

1.2汽轮机的工作过程1吸气高温高压的工质进入汽轮机外壳,经过定子导向叶片的引导和加速。2膨胀工质流经转子叶片时,热能被转化为机械能,使转子高速旋转。3排气工质温度和压力降低,最终从汽轮机排出,进入冷凝设备或下一级汽轮机。

1.3汽轮机级的主要参数压力比定义为汽轮机入口压力与出口压力之比,反映了汽轮机的膨胀程度。该参数对汽轮机性能有重要影响。进出口温度描述了汽轮机工质在进出口处的温度,与压力比共同决定了汽轮机的热效率。转速决定了汽轮机的机械功率输出水平,受工质参数、叶片设计等多方面因素影响。流量定义了单位时间内通过汽轮机的工质量,与机组规模和性能密切相关。

1.4汽轮机级的效率分析汽轮机的效率是衡量其性能的关键指标,主要包括热效率和机械效率两大部分。热效率反映了汽轮机能够将热能转换为机械能的能力,受工质参数的影响较大。机械效率则描述了机械损失,主要与叶片设计、轴承润滑等因素有关。热能损失机械损失其他损失如图所示,汽轮机的热能损失占主导地位,设计优化应重点关注提高热效率。而机械损失也不容忽视,需要通过改善结构、优化润滑等措施来降低。

1.5汽轮机级的损失分析1热量损失由于工质流经汽轮机时存在热量传递到外界,导致热效率下降2机械损失转子轴承、密封等机械部件的摩擦、转动引起的动能损失3流动损失工质在流经汽轮机各部件时产生的流动阻力和湍流损失汽轮机的主要能量损失包括热量损失、机械损失和流动损失三种。热量损失是最主要的损失形式,占总损失的60%左右。通过优化叶片设计、改善润滑系统、提高工质流动性等措施可以有效降低各种损失,从而提高汽轮机的整体效率。

汽轮机级的设计要求高可靠性和安全性：确保汽轮机能够长期稳定运行,充分考虑可能发生的各种异常情况。高效率和低损耗：通过优化叶片设计、改善流动通道等措施,最大限度提高汽轮机的热效率和机械效率。先进的材料和制造工艺：采用高性能耐热耐腐蚀材料,采用精密制造技术提高部件的制造精度。便捷的安装和维护：充分考虑拆装、检修等因素,降低维护难度,提高汽轮机的可维修性。环保节能的设计：在满足性能要求的前提下,尽量减少噪音、污染物排放等对环境的负面影响。

汽轮机级的优化设计叶型优化通过数值模拟和试验,优化汽轮机转子和定子叶片的气动设计,提高流通性能,降低流动损失。结构优化应用有限元分析和试验测试,优化关键部件如转子、轴承、密封等的机械强度和稳定性。工艺优化采用先进的制造工艺,如精密铸造、数控加工等,提高部件制造精度和表面质量。材料优化选用高性能的耐热、耐腐蚀材料,提高汽轮机的可靠性和使用寿命。

1.8汽轮机级的热力学分析热力学分析是了解汽轮机运行过程中能量转换和熵增的关键。通过建立合理的热力学模型,我们可以预测汽轮机的效率和损失,为设计优化提供理论依据。应用热力学第一定律和第二定律,分析工质的状态变化、热量交换以及熵产生等过程,有助于深入理解汽轮机的热力学特性。

1.9汽轮机级的流动分析准确分析汽轮机内部的流动特性是提高机组性能的关键。通过数值模拟和试验测量,可以深入了解工质在转子和定子叶片间的复杂流动过程,包括速度分布、湍流特性、边界层行为等。这些流动参数的优化对于提高汽轮机的效率和可靠性至关重要。

1.10汽轮机级的机械分析汽轮机是高度复杂的机械设备,其关键部件如转子、轴承、密封等需要进行深入的机械分析。这涉及到材料力学、结构力学、接触力学等多个领域。通过有限元分析、试验测试等手段,可以评估关键部件的应力、变形、稳定性等特性,保证其可靠运行。机械分析结果还为优化设计提供依据,如改善转子受振动特性、提高轴承承载能力、优化密封性能等。这有助于提升汽轮机整体的可靠性和使用寿命。

1.11汽轮机级的振动分析频率分析确定汽轮机构件的特征频率,评估其与工况频率的关系,预防共振引发的严重振动。模态分析研究汽轮机在不同振动模态下的振动形态,优化结构设计以避免高振幅的振动模态。时域分析监测汽轮机实际运行时的振动波形,分析其时间特性,及时发现异常振动情况。稳定性分析评估汽轮机在各种工作条件下的动力学稳定性,确保其能够长期可靠运行。

汽轮机级的密封分析密封系统的设计汽轮机转子和定子之间存在复杂的密封系统,包括环形密封、毛刷密封等多种形式,目的是最大限度减少工质