蒸汽轮机:基础知识,类型,选择,组件,施工,代码,制造商(PDF)

蒸汽轮机是一种发动机,其将加压蒸汽转换成热能到机械能中,其中蒸汽在多个阶段中的涡轮机中膨胀以产生所需的工作。汽轮机发动机用于生产电力和驱动全球无数机器(用作泵,压缩机和其他轴驱动设备的主要动器)。蒸汽轮机的容量可以从几百千瓦到几百兆瓦的可能性不同。 Charles A. Parsons于1884年开发了第一台现代蒸汽轮机。

蒸汽涡轮机中的功率由蒸汽的高速射流的动量的变化率产生,蒸汽撞击在弯曲的刀片上是自由旋转的。图。图1下面示出了具有其相关助剂的蒸汽涡轮机的示意图。

汽轮机发电示意图
图1:蒸汽轮机发电的示意图

汽轮机的工作原理

在涡轮机中膨胀,蒸汽的热能被转换成机械工作。蒸汽在锅炉内产生。蒸汽的膨胀通过一系列固定刀片(喷嘴)和移动刀片进行。蒸汽轮机的工作基于称为“朗肯循环”的热力学循环。

rankine周期:

朗肯循环是热发动机的理想化热力学循环,其在经历相变的同时将热量转换为机械工作。该概念由威廉约翰马克斯·兰昆开发,苏格兰聚合物和格拉斯哥大学教授。它是一种理想化的循环,其中忽略了四种组分中的每一个中的摩擦损失。来自外部源的热量被提供给闭环,通常使用水作为工作流体。参见图2

兰诗周期
图2:rankine循环

图2.图2以上表示兰曲季循环,并且在曲线中绘制温度和熵。该过程可以描述如下:

  • 工艺1-2等熵压缩 - 绝热泵送: 工作流体从低压泵浦到高压。在该阶段的流体,液体,泵需要很少的输入能量。
  • 工艺2-3锅炉恒压加入锅炉 - 摄管热源: 高压液体进入锅炉,通过外部热源以恒定压力加热锅炉以成为干燥饱和蒸汽(蒸汽)。使用蒸汽表使用焓熵图(Mollier图或H-S图),可以轻松地计算所需的能量输入。
  • 过程3-4型熵扩展 - 绝热扩张: 干燥的饱和蒸气通过涡轮机膨胀,产生功率。降低蒸汽的温度和压力导致一些冷凝。
  • 工艺4-1冷凝器中恒压热排出 - 摄管耐热排水: 然后湿蒸汽进入冷凝器,在那里它以恒定的压力冷凝以成为饱和液体。

蒸汽轮机的类型

蒸汽轮机类型可以根据下面列出的各种参数进行分类:

  • 根据蒸汽的作用
    • 脉冲涡轮机和
    • 反应涡轮机
  • 根据压力阶段或叶轮的数量
    • 单级涡轮机和
    • 多级涡轮机
  • 根据刀片行的类型
    • 比率类型(压力复合阶段)
    • 柯蒂斯型(速度复合阶段)
    • 反应阶段类型
  • 根据蒸汽流的类型
    • 轴流涡轮机和
    • 径向流动涡轮机
  • 根据轴的数量
    • 单轴
    • 多轴。
  • 根据轴的方向
    • 横向型
    • 垂直类型
  • 根据执政方法
    • 节约
    • 喷嘴
    • 绕道治理。
  • 根据热滴过程:
    • 发电机
    • 一个或多个中间阶段提取
    • 背压
    • 配料。
  • 根据蒸汽条件
    • 低压汽轮机
    • 中压汽轮机
    • 高压汽轮机
    • 非常高压汽轮机
    • 超临界压力汽轮机
  • 根据排气条件
    • 冷凝式涡轮机
    • 背压涡轮机
    • 提取涡轮机
  • 根据排气流动
    • 单流排气型
    • 多流量排气型
  • 根据排气方向
    • 排气
    • 顶部排气
    • 轴向排气
  • 根据速度
    • 固定速度
    • 变速
      • 低速(≤3000rpm)
      • 高速(≥3000rpm)
  • 根据入口阀的数量
    • 单阀类型
    • 多阀型
  • 根据减速器的存在
    • 直接驱动类型
    • 减少类型

最基本的汽轮机类型是脉冲涡轮机和反应涡轮机。

脉冲汽轮机

脉冲汽轮机的基本思想是从固定喷嘴蒸汽的蒸汽喷射推动转子叶片并驾驶它们前进。因此,高速蒸汽的脉冲力施加在刀片上的力以转动转子。通过叶片内的动量转移将蒸汽的动能传递到旋转轮。佩尔顿轮,Banki涡轮机等是脉冲涡轮机的典型示例。

反应汽轮机

在反应汽轮机中,通过设计成扩展蒸汽的固定刀片从转子(移动刀片)上的喷嘴流动的蒸汽流动。当叶片离开叶片时,转子从蒸汽中获得其旋转力。大约50%的输出功率由冲击力和其他50%从反应力通过蒸汽膨胀产生。弗朗西斯涡轮机,Kaplan螺旋桨涡轮机,德里亚斯涡轮机等是反应涡轮机的实例。

脉冲和反应涡轮机之间的主要区别在于蒸汽通过它们移动时蒸汽膨胀,使得:

  • 在脉冲型蒸汽轮机中,蒸汽在喷嘴中膨胀,并且随着它在叶片上移动时,其压力不会改变。
  • 在反应型中,蒸汽在叶片上通过时连续膨胀,因此在膨胀期间存在逐渐降低压力。
脉冲涡轮机VS反应涡轮机
图3:脉冲涡轮机VS反应涡轮机

脉冲涡轮机和反应涡轮机之间的主要差异如下所示:

脉冲汽轮机反应汽轮机
在脉冲涡轮机中,蒸汽首先流过喷嘴,然后撞击移动刀片。在反应涡轮机中,蒸汽首先通过引导机构然后通过移动刀片流过引导机构。
刀片仅通过冲击力旋转叶片通过蒸汽膨胀产生的冲击力和反作用力旋转。
相对流体速度在叶片上保持恒定相对流体速度在刀片上增加。
对于相同热输入的脉冲蒸汽涡轮机,阶段的数量较小。反应蒸汽涡轮机在相同的供热下具有更多阶段。
更高效效率效率较低
维护要求较少更多的维护要求。
外壳不执行任何液压功能,但需要防止流体溅。套管必须包含压力。
流体流动与涡轮机叶轮相切流体流动径向或轴向到涡轮机。
适合小型发电。适用于更高的发电要求。
高运行速度低运行速度。
脉冲涡轮机VS反应涡轮机
脉冲和反应涡轮机之间的差异
图4:

选择蒸汽轮机

JIS B0127的下表提供了基于蒸汽轮机类型的一般特征和选择标准的典型指南。根据目的,使用,要求,所需的输出,位置,布置和应选择适当类型的蒸汽轮机:

蒸汽轮机的类型一般特征选择标准用来
冷凝汽轮机通过获得高真空将其完全充气至低压的涡轮机以冷凝器冷凝涡轮机排气蒸汽。(1)只需要电力或电力时,
(2)当冷却水冷凝废气时可获得。
机器驱动,地热力,热回收
再生汽轮机通过利用来自中间阶段的提取的蒸汽来获得高涡轮机循环的冷凝涡轮机,通过进料加热器加热锅炉给水。(1)当中小型输出和高效率时,
(2)当冷却水冷凝废气时可获得。
水泥,铁匠,矿的发电
再热汽轮机从中膨胀阶段提取蒸汽,重新加热回到涡轮机并进一步膨胀的涡轮机。(1)当需要大输出和高效率时,
(2)通常,它用作再生和再热涡轮机。
大规模发电
背压汽轮机排气压力的涡轮机高于大气压,并利用蒸汽作为效用蒸汽。在某些情况下,它可能是释放到大气中的尾气。(1)当需要型式的大量实用蒸汽时,
(2)由于产生的电力和电力需求之间的过度和缺乏,有必要在植物产生的过度和缺陷,平行运行电力和蒸汽。
私人发电,机器驱动,热电联产
提取冷凝汽轮机通过控制阀调节压力后,从冷凝涡轮机中的中间阶段提取汽油的涡轮机,利用蒸汽和排气蒸汽作为工程和其他物品的实用蒸汽。(1)需要一种或多种类型的大量储蓄时,
(2)当电力需求小于效用蒸汽量时。
私人发电,机器驱动,热电联产
提取背部压力汽轮机通过控制阀调节压力后,从后压涡轮机的中间级提取汽汽的涡轮机,并利用蒸汽和排气蒸汽作为工程和其他工件的公用蒸汽。(1)当需要多种多种类型的大量储存时,
(2)由于产生的电力和电力需求之间的过度和缺乏,有必要在植物产生的过度和缺陷,平行运行电力和蒸汽。
私人发电,机器驱动
混合压力汽轮机使涡轮机在相同的涡轮机不同的压力蒸汽中。(1)只需要电力或驾驶能力时。
(2)当有必要收集低压蒸汽时。
(3)当它能够获得冷却水以进行排气蒸汽的凝结。
私人发电通过热回收,机器驱动
汽轮机的选择标准

汽轮机的组件

构成蒸汽涡轮机的主要组件是:

  • 套管: 套管应承受所有正常和紧急的服务负载和允许的管道力和温度变化引起的时刻。涡轮机壳体设计的设计应使得最小化热应力。必须向蒸汽轮机壳体提供足够的支撑以保持与转子的良好对​​准。
  • 喷嘴。
  • 转子: 这是蒸汽轮机中的主要成分,其承载叶片以转换热能。
  • 刀片: 刀片吸收高蒸汽速度的能量并将其传送到转子。刀片的形状显着影响涡轮机的涡轮机性能,并且需要高可靠性。
  • 速度控制调速器。
  • 伺服机制。
  • 润滑油泵。

图5显示了这些组件。

蒸汽轮机组件
图5:蒸汽轮机组件

汽轮机的建筑

通常,涡轮机由分组成涡轮机的不同部分的阶段描述。根据压力水平,该部分称为高压(HP)部分,中压(IP)部分或低压(LP)部分。如下所述,这些涡轮部分可以以不同的类型构造:

  • 可以包装成单个涡轮机壳体中的单独部分,
  • 可以布置成每个部分的单独的外壳,或
  • 可以组合(一个壳体中的HP / IP涡轮机和另一个壳体和LP涡轮机)构成。

而且,两个涡轮机可以在同一壳体中连接在一起,但是在相对的方向上以平衡推力载荷。流到这些涡轮机由壳体的中心通过壳体的中心,并且从涡轮机的每一端进出。这些被称为具有双流动的涡轮机(即,相同轴上的相对的流动路径)。然而,蒸汽轮机MW额定值不指示部分或套管数。通常,较少数量的阶段和套管将导致相同蒸汽条件的较大尺寸的叶片和高负载。下面的图。显示了作为蒸汽涡轮机尺寸的函数的涡轮机壳体数量的典型图

涡轮机套管数量VS汽轮机尺寸
图6:涡轮机套管的数量与汽轮机尺寸

蒸汽轮机损失

  • 残余速度损失。
  • 调节阀的损失。
  • 由于喷嘴中的蒸汽摩擦导致损失。
  • 由于泄漏而损失。
  • 由于机械摩擦而损失。
  • 由于蒸汽湿润而导致的损失。
  • 辐射损失。

汽轮机的热门问题

  • 疲劳,热/腐蚀(蚀腐蚀腐蚀 - 蒸汽质量&过度的过程条件)。
  • 振动(松散零件/过度工艺条件 - 过载)。
  • 未对准(振动/维护工作不良)。

汽轮机保护装置

  • 超速旅行。
  • 主旅行。
  • LP旅行。
  • 低润滑油压力跳闸。
  • 高轴承温度。旅行。
  • 高振动旅行。
  • 高轴向位移跳闸。
  • 排气中的浮雕阀

提高汽轮机效率的技术

采用各种技术来最大化汽轮机效率,每个技术旨在攻击特定的损耗机制。例如:

  • 所使用的阶段数量可以从最少的可能性可靠地发展到热力学上最佳选择的负载。
  • 溢出带可用于最小化节流损失。
  • 高效喷嘴/铲斗轮廓可用于减少摩擦损失。
  • 为了减小排气壳体内的压力,可获得排气引导件。
  • 在给定应用程序上采用的具体特征通常基于资本投资之间的权衡和在涡轮机的寿命上产生蒸汽的成本 - 这是一种优化方法。

流程监视 - 为什么我们应该密切监察?

精确的测量和跟踪参数,如温度,压力和流量,对植物安全性和性能很重要。在特定测量点收集的信息可用于:

  • 避免冶金故障: 需要保持在组件的熔点以下的温度以避免冶金失败。过高的温度也可能导致旋转叶片中的蠕变变形。
  • 确定效率和性能: 通过了解入口和出口温度来计算涡轮机的效率,以及喷嘴处的流速。当涡轮机排气用作蒸汽循环的热输入时,工程师还可以通过使用涡轮机排气的温度和流量测量来估计热回收蒸汽发生器(HRSG)的性能。
  • 检测效率效率:高排气温度和流动变化可以是涡轮机操作的镦粗模式的症状。如果流量测量装置拾取不规则,则工厂操作员可以执行诊断以识别潜在的原因。
  • 计算剩余寿命: 跟踪温度随着时间的推移允许计算组件剩下的多少生命并计划维护和更换。

流程监视 - 什么& Where?

  • 气压。
  • 蒸汽和蒸汽冷凝水的流速,温度和压力:
    • 冷再热。
    • 高压油门。
    • 热再加热。
    • 低压诱导部分。
  • 排气压力。

汽轮机码和标准

API 611(ISO 10436)第4版 - 通用炼油服务汽轮机(非关键):

  • 通用涡轮机是水平的或垂直涡轮机用于驱动通常施用的设备,相对较小(功率),或者是非关键服务。
  • 它们使用的是,蒸汽条件不会超过48巴的压力和400°C的温度或速度不超过6000rpm的温度。

API 612(ISO 10437)第6版 - 用于炼油厂的专用汽轮机(至关重要):

  • 当叶片尖端速度以最大连续速度或舞台入口蒸汽温度超过440°C时,建筑转子需要购买者的批准。
  • 超速关闭系统:
    • I.电子超速检测系统。
    • II。电液电磁阀。
    • III。紧急跳闸阀/组合跳闸和节流阀。
  • 如果指定具有小于大气压的排气压力小于大气压的涡轮机,则应设有由关闭系统致动的排气真空断路器。
  • 购买者和涡轮供应商达成协议的这种系统的详情。

用于蒸汽轮机应用的其他代码和标准是

  • ASME / NEMA SM23
  • NEMA SM24
  • IEC 60045.
  • IEEE 122.
  • IEC 60953.
  • IEC 60962.
  • IEC / TS 61370
  • BS EN60045-1
  • ASME PTC 6/6A
  • ASME / ANSI PTC 20.1 / 20.2
  • ISO 14661.
  • 是14205.
  • JESC T0003.
  • JEAC 3703.
  • JIS B8101.
  • DIN 4304.
  • DIN 4305.
  • DIN 4312.
  • DIN EN 45510-5-1.

汽轮机制造商

汽轮机是高度复杂和敏感的机械,只有少数制造商在全球生产。大多数蒸汽轮机由以下公司制造:

  • 哈尔滨电气
  • 上海电气
  • 东方电气
  • 通用电气
  • 西门子
  • 阿尔斯通
  • Bharat重电器有限公司
  • 斗山
  • 三菱重工业
  • 威尔艾伦
  • 艾略特集团
  • 和东芝。

在线汽轮机课程

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艾哈迈德Shafik.

化工工程师拥有18年的工艺和运营的流程和运营的碳氢化合物行业的经验(离岸/ LNG / GTL / NGL /公用事业/技术提供商/工程咨询公司)通过处理不同的工程职业,提供了卓越的领导卓越,并促进组织成功设计,运营,项目支持,技术分析师,技术支持和业务发展,资产工程和工艺工程技术管理局。

2 thoughts on “蒸汽轮机:基础知识,类型,选择,组件,施工,代码,制造商(PDF)

  1. 尊敬的先生
    真的这个主题是我的信息。请将此软副本PDF发送到我的邮件。

    谢谢
    Sazzad Hossain
    涡轮机换档工程师
    HF Power Ltd.
    孟加拉国

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