什么是汽轮机的类型-定义

汽轮机的类型。汽轮机根据其结构、工作压力、尺寸和许多其他参数可以分为不同的类别。优德app热能工程

汽轮机类型

汽轮机类型

蒸汽涡轮发电机可根据其结构、工作压力、尺寸和许多其他参数分为不同类别。但是有两种基本类型的汽轮机:

  • 脉冲发电机
  • 反应发电机

主要的区别是蒸汽在经过涡轮时膨胀的方式。

冲动水轮机和反动水轮机

基于叶片几何形状和能量转换过程的汽轮机类型分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。

汽轮机。汽轮机的类型

冲动式汽轮机

汽轮机冲动式汽轮机是由动叶片交流与固定喷嘴。在冲动式涡轮中,蒸汽在固定的喷嘴中膨胀,并在通过叶片时保持恒定压力。柯蒂斯涡轮,拉多式涡轮,或Brown-Curtis涡轮是脉冲式涡轮机。最初的蒸汽涡轮机,德拉瓦尔,是一个冲动涡轮机有一个单叶片的轮子。

蒸汽的整个压降只发生在静止的喷嘴中。虽然理论上的脉冲叶片在动叶中有零压降,但实际上,要让流动发生在动叶上,动叶上也必须有一个小的压降。

冲动与反动涡轮机-比较
冲动与反动涡轮机-比较

在冲动涡轮中,蒸汽通过喷嘴膨胀,在那里大部分的压力势能被转化为动能。的高速蒸汽从固定喷嘴影响叶片,改变它的方向,反过来适用于一个力。的产生的冲动推动叶片向前,使转子转动。这些涡轮的主要特点是,每一级的压降可以相当大,允许大叶片和更少的级。除了低功率应用外,涡轮叶片被安排在多级串联中,称为复合,这大大提高了低速时的效率。

现代汽轮机经常在同一个机组中同时使用反作用力和冲量,通常从叶根到叶片周围改变反作用力和冲量的程度。动叶的设计通常在腐朽处像一个脉冲叶片,而在顶端像一个反作用力叶片。

涡轮叶片-冲动和反作用
冲动-反动式刀片

由于Curtis压裂段大大降低了流体的压力和温度,使其处于中等水平,每个压裂段的工作量很大。通常的安排是在高压侧提供一个或多个柯蒂斯阶段,然后是拉托阶段或反应阶段。一般来说,当考虑摩擦时,反应阶段是最有效的,其次是拉托和柯蒂斯。摩擦损失对于柯蒂斯阶段是重要的,因为它们与蒸汽速度的平方成正比。反应阶段摩擦损失较小的原因在于蒸汽不断膨胀,因此流速较低。

汽轮机的配制
汽轮机的配制是一种从蒸汽中提取能量的方法,它是在汽轮机的多个阶段而不是单个阶段中提取的。在所有的涡轮中,旋转的叶片速度与通过叶片的蒸汽速度成正比。如果蒸汽从锅炉压力到排气压力仅在一个阶段膨胀,其速度必须极高。

一个复合汽轮机具有多级结构也就是说,它有一组以上的喷嘴和转子,在串联中,键对轴或固定到机匣,以便蒸汽压力或喷射速度被汽轮机在若干阶段吸收。例如,惠普大涡轮在核电站中使用的可以是双流式反动式水轮机10个阶段笼罩叶片。大型LP涡轮机在核电站中使用的通常是5-8级左右的双流反动涡轮机(带冠叶和最后3级的独立式叶片)。

在脉冲式汽轮机中,复合可通过以下三种方式实现:

  • 压力加剧
  • 速度加剧
  • 压力速度加剧

汽轮机。汽轮机的类型

速度加剧
冲动涡轮速度复合
冲动涡轮速度复合

一个velocity-compounded冲动级由一个固定喷嘴排紧随其后的是两行或多行可移动的叶片固定刀片(没有扩张)。这将整个阶段的速度下降分为几个更小的下降。在这种类型中,蒸汽的总压降(膨胀)只发生在第一喷嘴环。这个生产高速蒸汽,它流经固定和移动叶片的多个阶段。在每个阶段,只有一部分高速被吸收,剩余的被消耗到下一个固定叶片环上。固定叶片的作用是改变蒸汽的方向(在不明显改变速度的情况下),使蒸汽从运动的第一环叶片流向运动的第二环叶片。然后气流进入下一个运动的叶片环,这个过程不断重复,直到几乎所有的气流速度都被吸收。

这种速度复合的方法解决了单级冲动式汽轮机使用高压蒸汽(即需要汽轮机的速度)的问题,但由于摩擦损失大,效率较低。

压力复合- Rateau涡轮机- Zoelly涡轮机
涡轮增压复合
涡轮增压复合

一个复式压力脉冲阶段是一个固定喷嘴排紧随其后的是一个动叶排,有多个复合阶段。在这种类型中,蒸汽的总压降并不发生在第一个喷嘴环上,而是在所有喷嘴环之间划分。分阶段吸收压降的效果是降低进入动叶的蒸汽速度。来自锅炉的蒸汽通过第一个喷嘴环部分扩展。然后它经过第一个运动的叶片环,几乎所有的速度(动量)都被吸收。从这个环,它排出到下一个喷嘴环,并再次部分扩展。这种压力复合的方法用于拉托和佐利涡轮机,但这样的涡轮机更大,体积更大。

压力-速度复合-柯蒂斯涡轮
柯蒂斯涡轮-压力-速度复合
柯蒂斯涡轮-压力-速度复合

脉冲级可以是压力复级,速度复级,或者压力速度加剧。的压力速度加剧是一个结合以上两种复利的组合。实际上,一系列速度复合脉冲级称为压力-速度复合涡轮。每个阶段由固定和移动叶片组成的环。每一组动叶环由一个固定喷嘴环隔开。每个阶段有一个固定喷嘴环和3-4个动叶环(固定叶环之间)。每一级充当一个速度复合冲动涡轮机。

来自蒸汽发生器的蒸汽被传递到第一环的固定喷嘴,在那里它得到部分扩展。压力部分减小,速度相应增加。然后,它经过3-4个运动的叶片(在它们之间有固定的叶片),几乎所有的速度都被吸收。从级的最后一个环排出到下一个喷嘴环,然后再次部分膨胀。

这有一个优势,允许一个更大的压降在每个阶段,因此,更少的阶段是必要的,导致一个较短的涡轮给定的压降。可以看出,在每个阶段的压力是恒定的;因此,这种涡轮机是一种冲动式涡轮机。采用压力-速度复合的方法柯蒂斯涡轮

反作用涡轮-帕森斯涡轮

反动式涡轮机示意图反动式汽轮机是由移动叶片(喷嘴)交流固定喷嘴。在反动式水轮机中,蒸汽在固定喷嘴中膨胀,也在移动喷嘴中膨胀。换句话说蒸汽在不断膨胀当它流过叶片时。动叶中存在压力和速度损失。活动的叶片有一个收敛的蒸汽喷嘴。因此,当蒸汽经过固定叶片时,它会随着蒸汽压力的减小和动能的增加而膨胀。

在反作用涡轮中,蒸汽通过固定的喷嘴膨胀,在那里压力势能转化为动能。来自固定喷嘴的高速蒸汽冲击叶片(喷嘴),改变其方向并发生进一步变化扩张。的改变方向和年代团队加速适用于一个力。由此产生的脉冲推动叶片向前,使转子转动。在整个阶段,蒸汽速度没有净变化,但压力和温度都有所降低,这反映了在驱动转子时所做的工作。在这种类型的涡轮中,压力下降发生在几个阶段,因为一个阶段的压力下降是有限的。

这种类型的涡轮的主要特点是,与冲动涡轮相比每级压降更低,这样叶片就变小了级数增加。另一方面,反动涡轮机通常更有效率,即它们有更高的“涡轮等熵效率”。反应涡轮机是由查尔斯帕森斯爵士发明的,被称为帕森斯涡轮机。

在蒸汽涡轮机的情况下,例如将被用于发电反动式汽轮机需要大约将刀片行数增加一倍作为脉冲式透平,可进行相同程度的热能转换。虽然这使得反动涡轮更长更重,但在相同的热能转换中,反动涡轮的整体效率略高于等效脉冲涡轮。

现代汽轮机经常在同一个机组中同时使用反作用力和冲量,通常从叶根到叶片周围改变反作用力和冲量的程度。动叶的设计通常在腐朽处像一个脉冲叶片,而在顶端像一个反作用力叶片。

涡轮叶片-冲动和反作用

反动涡轮的压力复合
蒸汽轮机的复合是指从蒸汽中提取能量的方法在若干阶段而不是在一个汽轮机的单个阶段。在所有的涡轮中,旋转的叶片速度与通过叶片的蒸汽速度成正比。如果蒸汽从锅炉压力到排气压力仅在一个阶段膨胀,其速度必须极高。

复合汽轮机有多个级,也就是说,它有一组以上的喷嘴和叶片,它们串联在轴上或固定在机匣上,以便蒸汽压力或喷射速度被汽轮机在多个级上吸收。例如,惠普大涡轮用于核电站可以双流反动式汽轮机约为10个阶段笼罩叶片。大型LP涡轮机通常用于核电站双流反动涡轮机约为5 - 8阶段(带遮蔽叶片和独立叶片的最后3阶段)。

在反作用汽轮机中,只有在压力混合气中才能实现混合气。事实上,这并不完全相同,它被讨论在冲动涡轮机。注意,在固定和移动的叶片中都有蒸汽膨胀。

汽轮机的分类。供汽和排汽条件

蒸汽涡轮发电机根据其用途和用途,可分为不同类别工作压力。汽轮机的工业使用影响蒸汽的初始和最终状态。要使任何汽轮机运转,供汽和排气之间必须存在一个压差。

这种分类包括:

凝汽式汽轮机
冷凝器-低压加热器-除氧器

冷凝汽轮机在火电厂中最常见。在一个凝汽式汽轮机,最大的能量是从蒸汽中提取出来的,因为有非常高的焓差在首字母(例如。6 mpa;275°C;x = 1)和最后的(例如:0.008 mpa;41.5°C;x = 0.9)蒸汽条件。这是通过将废气排入冷凝器(称为表面冷凝器),冷凝从主涡轮低压阶段排出的蒸汽(降低排出蒸汽的温度和压力)。排出的蒸汽通过来自冷却系统的含有水的管道而冷凝。

朗肯循环-冷凝器压力
降低涡轮排气压力会增加循环净功,但也会降低出口蒸汽的蒸汽质量。

保持最低实际涡轮排气压力的目标是在热电厂中包括凝汽器的主要原因。冷凝器提供真空,最大限度地从蒸汽中提取能量,从而显著增加净功和热效率。但这个参数(冷凝器压力)也有其工程局限性:

  • 降低涡轮排气压力会降低蒸汽质量(或干燥分数)。在某一时刻必须停止膨胀,以避免对汽轮机叶片造成损伤低质量的蒸汽
  • 降低涡轮排气压力会显著增加排汽比容,这就需要在汽轮机低压段的最后几排叶片很大。

在一个典型的凝汽式汽轮机,排出的蒸汽在冷凝器中冷凝,其压力远低于大气压力(绝对压力)0.008 MPa,对应41.5°C)。这种蒸汽处于部分冷凝状态(F点),质量通常接近90%。需要注意的是,冷凝器内部的压力也取决于周围的大气条件:

  • 空气的温度、压力和湿度在冷却时进入大气
  • 水的温度和流量在冷却时流入河流或海洋

环境温度的升高会导致排汽压力成比例的升高(ΔT = 14°C通常是一个常数),因此功率转换系统的热效率降低。换句话说电气输出发电厂的可能会有所不同环境条件,而热功率保持不变。

内部的压力冷凝器是由周围空气温度(即冷却系统中的水的温度)和蒸汽喷射器真空泵,从表面冷凝器中抽出气体(不可冷凝的气体),并将其喷射到大气中。

最低可行冷凝器压力是与环境温度相对应的饱和压力(例如绝对压力)0.008 MPa,这对应于41.5°C)。注意,在(周围)之间总是有一个温差ΔT = 14°C)冷凝器温度和环境温度,这源于冷凝器有限的尺寸和效率。

背压式汽轮机
背压式汽轮机示意图
背压式汽轮机示意图

背压汽轮机或非凝汽式汽轮机是应用最广泛的过程蒸汽应用程序。蒸汽是许多工业过程的主要能源。的受欢迎程度生产用蒸汽作为一种能源,它有许多优点,包括:

  • 高的热容,
  • 可移植性
  • 低毒性

工艺蒸汽可以由背压汽轮机,它也产生机械功(或电能)。背压涡轮机将锅炉供应的活蒸汽扩大到工艺所需的压力。排气压力由调节阀控制,以适应工艺蒸汽压力的需要。背压涡轮机通常在炼油厂,集中供热设备,纸浆和造纸厂,以及海水淡化设备需要大量低压工艺蒸汽的地方。背压式汽轮机所产生的电力与所需要的工艺蒸汽量成正比。

中间再热式汽轮机
兰金循环-再热-过热
兰金循环与再热和过热的低压阶段

再热汽轮机也几乎只用于热电厂。所有的涡轮,有高压涡轮和低压涡轮在这些阶段之间使用蒸汽再热。再热允许在接近循环峰值的温度下传递更多的热量(即热效率增加)。这就需要增加另一种称为a的热交换器回热器。再热器的使用包括分裂涡轮,即使用多级涡轮与再热器。据观察,两级以上的再加热是不必要的,因为下一级的循环效率仅为前一级的一半。

汽轮机的高压和低压级通常在同一个轴上驱动一个共同的发电机,但它们有不同的情况。与一个回热器后提取流局部扩张(点D),回运行通过热交换器将其加热到峰值温度(点E),然后传递给低压涡轮。然后在低压涡轮中完成从E点到F点的膨胀。

蒸汽一定是加热或过热为避免低质量蒸汽对汽轮机叶片造成损伤。当凝结水喷到叶片上时,高水滴含量会引起叶片的快速冲击和侵蚀。为了防止这种情况,在通往汽轮机的蒸汽管道中安装冷凝水排水管。再热器的加热蒸汽的蒸汽(D),然后是针对汽轮机的低压阶段,扩张(E, F)。精疲力竭的蒸汽压力低于大气,而且,从这幅图中可以看出,部分冷凝的蒸汽状态(F),通常的质量接近90%,但它的蒸汽质量要比没有再加热时高得多。相应地,过热也倾向于缓解涡轮排气的低汽质问题。

湿式汽轮机-膨胀

抽汽式汽轮机
提取类型发电机在所有应用中都是常见的。在某些应用中,当需要时,蒸汽可以在蒸汽流经最后一级之前从汽轮机中提取,称为抽汽式汽轮机。正如在背压涡轮机,提取的蒸汽可以用于许多工业过程或它可以被使用提高热力学循环的效率。第二种情况通常被称为热再生

几乎所有的大型蒸汽涡轮机使用热再生(即,他们是提取涡轮机),因为它减少大量的燃料那必须加到锅炉里。热量的减少可以通过将热量(部分膨胀的蒸汽)从汽轮机的某些部分传递给给水来实现,这部分热量通常远远高于环境温度。请注意,蒸汽中包含的大部分能量是以蒸发潜热。萃取流量可以用阀门控制,也可以不加控制。

例如,大多数核电站运行的是由一个多级组成的单轴涡轮发电机惠普涡轮3或4条自动调节提取线并有三段并联多段LP涡轮机3或4条自动调节提取线

高压给水加热器通常是通过抽汽从高压涡轮,HP,而低压给水加热器通常是通过抽汽从低压涡轮,LP。两者通常都是自我调节的。这意味着给水的流量越大,从蒸汽中吸收热量的速率越大,提取蒸汽的流量越大。

典型3000mw压水堆汽轮机
一个典型的3000mw压水堆汽轮机方案。
引用:
反应堆物理与热水力学:
  1. J. R. Lamarsh,核反应堆理论导论,第二版,Addison-Wesley,雷丁,MA(1983)。
  2. J. R. Lamarsh, A. J. Baratta,核工程导论,3d版,prentices - hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1。
  3. 《核反应堆物理》,北京:清华大学出版社,2001年。
  4. Glasstone Sesonske。核反应堆工程:反应堆系统工程,施普林格;第4版,1994,ISBN: 978-0412985317
  5. Kazimi Mujid S.核系统卷I:热工水力基础,第二版。CRC出版社;2版,2012,ISBN: 978-0415802871
  6. 李永强,王永强,王永强。核电厂热力系统的热力学w88优德app分析。施普林格;2015年,ISBN: 978-3-319-13419-2
  7. 工程热物理学报,2006,vol . 42, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1, w88优德appno . 1, no . 1, no . 1, no . 1, no . 1
  8. 现代流体力学。优德体育w88官网手机版施普林格,2010,ISBN 978-1-4020-8670-0。
  9. 美国能源、热力学、传热和流体流动部。w88优德appw88优德备用网址 微博美国能源部基础手册,卷1,2和3。1992年6月。
  10. 美国核管理委员会。核电厂安全分析报告审查的标准审查计划:LWR版

参见:

汽轮机

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