汽轮机培训教材剖析

汽轮机

离心式压缩机

基

础

知

识

培

训

教

材

目录

第一章汽轮机 (2)

一、汽轮机的定义和分类 (2)

二、汽轮机基本原理、结构 (3)

三、汽轮机的结构及各部件的用途 (7)

四、汽轮机的功率和效率 (12)

五、汽轮机的辅助系统 (14)

六、空压机组用汽轮机简介 (31)

七、氮压机组用汽轮机简介 (33)

八、汽轮机组知识问答 (35)

第二章离心式压缩机 (48)

一、压缩机的定义和分类 (48)

二、离心式压缩机工作原理及基本结构 (48)

三、离心式压缩机的功耗及效率 (52)

四、离心式压缩机运行有关概念 (54)

五、离心式压缩机的性能曲线、压缩机与管网联合工作 (60)

六、离心式压缩机组辅助系统 (62)

七、离心式压缩机工况调节的几种方法 (65)

八、空压机组流程简介及说明 (69)

九、氮压机组流程简介及说明 (71)

十、压缩机知识问答 (72)

第一章汽轮机

一、汽轮机的定义和分类

汽轮机，又叫透平，它是用蒸汽做功的一种旋转式热力原动机，它的优点是功率大、效率高、结构简单、易损件少，运行安全可靠，调速方便、振动小、噪音小、防爆等，在炼油厂还可以充分利用炼油过程的余热生产蒸汽作为机泵的动力，这样可以综合利用热能。正因为这些优点，蒸汽汽轮，蒸汽汽轮机得到了广泛的应用。

来自锅炉或其它汽源的蒸汽通过调速阀进入汽轮机，依次高速流过一系列环形配置的喷嘴(或静叶栅)和动叶栅而膨胀做功(将蒸汽的热能转换成动能)，推动汽轮机转子旋转(将蒸汽的动能转换成机械功)，汽轮机又带动发电机或压缩机，泵等对外做功。

1、汽轮机按照热力过程分为:

（1）凝汽式汽轮机

蒸汽在汽轮汽机中做功后全部排入凝汽器冷凝，凝汽器内部压力比大气压低。（2）抽气凝汽式汽轮机

蒸汽在汽轮机膨胀至某级时，将其中一部分蒸汽从汽轮机中抽出来，供给其它的蒸汽用户；其余蒸汽在后面级中做功后排入凝汽器。

（3）背压式汽轮机

蒸汽进入汽轮机膨胀做功后，在大于1个大气压的压力下排出气缸，其排汽供其它低压用户使用。

（4）多压式(注入式)汽轮机

若工艺过程中有某一压力的蒸汽用不完时，就把这些多余的蒸汽用管道注入汽轮机中的某个中间级内并同原来的蒸汽一起在透平内膨胀做功，从而回收能量

2、按蒸汽压力分为：

低压(2.0 MPa以下)；

中压(2.0～5.0MPa)；

高压(5.0～10.0MPa)；

超高压(12.0～14.0MPa)及超临界(22.5MPa以上)的汽轮机。

3、按工作原理分为：

冲动式、反动式、冲动式与反动式的组合式汽轮机等。

二、汽轮机工作原理、结构

汽轮机是用蒸汽来做功的旋转式原动机。来自锅炉或热网的蒸汽，经脱扣节流阀或事故切断阀、调速阀进入汽轮机，依次高速流经一系列环形配置的喷嘴(或静叶栅)和动叶栅而膨胀做功推动汽轮机转子旋转，将蒸汽的动能转换成机械功。这便是汽轮机简单的工作原理。汽轮机可按工作原理分为：冲动式、反动式、冲动式与反动式的组合式汽轮机。

首先，我们对这几类汽轮机的工作原理作一下介绍。

1、汽轮机的工作原理

(1) 冲动式汽轮机

冲动式汽轮机的最简单的结构，如图1所示。叶轮上装配一圈动叶片与喷嘴配合在一起，构成一个做功的简单机械。我们把由喷嘴和与其配合的动叶片构成的汽轮机做功的单元称级。

由一个级组成的汽轮机叫单级汽轮机。

1、转轴

2、叶轮

3、动叶片

4、喷嘴

喷嘴又叫静叶片。它是一个截面形状特殊且不断变化的通道。蒸汽进入喷嘴后发生膨胀、消耗了蒸汽的压力能，即消耗了蒸汽的热能，蒸汽的压力及温度都下降了，而蒸汽的流速却增加了，获得了高速气流。喷嘴的作用就是将蒸汽的热能转变为动能。

动叶片又称工作叶片。在叶轮的外圆周上装满的一整圈叶片，常叫动叶栅。由喷嘴流出的高速气流流至动叶片时，其速度的大小及方向是一定的，之后气流由于受到动叶片的阻碍（作用力），改变其原来的速度的大小及方向，这时候气流必然给动叶片一个反作用力，推动叶片运动，将一部分动能转换成叶轮旋转的机械功。

由上述可知，在汽轮机连续工作过程中有两次能量转换，即：热能→蒸汽动能→转子机械能。

为了更好的理解汽轮机的工作原理，下面分析一下冲动式汽轮机的动叶片型式。

如果我们用一个直立的平板，让高速汽流冲击到它的表面上，平板由于受到汽流的冲击作用而发生运动。但因在平板的表面附近产生了很大的扰动和涡流损失，使蒸汽中大量的有用能量不能得到很好的利用以至造成浪费。所以经过大量的实践改进，现在汽轮机的动叶片做成弯曲形。如果要产生最大的作用力，就要使蒸汽的喷射方向与动叶片的运动方向一致，然后再转一个180°而离开动叶片，如图2所示，这时动叶片受到的冲击力如图3所示。

汽流以C1的速度流向曲面，它相当于汽轮机的动叶片，并能沿平行于汽流的方向移动。汽流进入弯曲流道内弧所构成的汽道后,便沿着内弧逐步改变其流动方向，最后流出汽道时的速度为C2，方向恰与C1方向相反。当汽流流过曲面时，实际上作圆周运动，因此组成汽流的每一个蒸汽微团都受到叶片所作用给它的一个向心力，同

时叶片受到汽流给它一个大小相等、方向相反的反作用力。假如汽流微团的离心力用向量表示。在1点处的离心力P1可分解成轴向分力P1Z及运动方向上的分力P1U，在2点处的离心力P2也可以分解成渝P2Z和P2U。轴向分离P1Z和P2Z恰好相互抵消，因为此二力大小相等、方向相反，且共同作用在一个叶片的同一条支线上。同样，其它点的轴向分离也相互抵消，因此汽流的离心力在轴向上的分力之和为零，即

P1Z+P2Z+…..=0

在弯曲面运动方向上的分力之和等于P，即P1U+P2U+…..=0

在这个P力的作用下，弯曲面（叶片）向右运动，通过叶轮及轴产生旋转运动。若带动压缩机、泵、风机等机械，就可以输出机械功。这就是冲动式汽轮机的工作原理。

实际上，由于机械结构等方面的限制，从喷嘴流出来的气流不能与动叶片的运动方向完全相同，而成一个夹角。动叶片也不是一个半圆弧，而是由好几段曲线组成，一般是圆弧和抛物线弧。如图4所示。

(2)速度级和压力级

前面已经介绍级的概念，从结构上看，汽轮机的一个级是由喷嘴（几个或整个圆周布置的喷嘴）和一列动叶片组合起来的装置。从动作原理来看，就是能造成高速汽流、能将速度能转换成机械能，并产生推力对外做功的基本单元。级可以分成压力级和速度级，简单介绍如下。

A、压力级

在可以利用的蒸汽能量很大的情况下，只有一个级不能充分利用这些能量。这时，我们把由喷嘴和动叶片组成的级串联在同一根轴上，将蒸汽的能量分别在若干个级中