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文檔簡介
葉輪的配置方式、級的概念多級多流《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》徑流式:圓環(huán)面(平面)流線和流面《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸流式:圓柱面
展開成平面流線和流面《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸面過流面積的計(jì)算:
徑流和軸流式葉輪《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》速度矢量在圓柱坐標(biāo)系中的分解c=cr+cz+cu=cm+cucm=cr+cz
cm流量cu能量頭《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》絕對運(yùn)動(dòng)與相對運(yùn)動(dòng)速度三角形絕對速度c
牽連速度(圓周速度)u
相對速度w
cuwc=u+w《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸流式葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)合成《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》靜止與運(yùn)動(dòng)部件中的運(yùn)動(dòng)軌跡軸面投影平面投影《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》泵、離心風(fēng)機(jī)軸面速度的關(guān)系:
cm=wm圓周速度的關(guān)系:
u=cu-wu
相對流動(dòng)角
絕對流動(dòng)角
水輪機(jī)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸流風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)軸流泵速度三角形的表達(dá)方法《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》進(jìn)出口速度三角形1、工作機(jī)進(jìn)口速度三角形作圖條件:假定已知機(jī)器尺寸、轉(zhuǎn)速和流量1)進(jìn)口圓周速度2)進(jìn)口軸面速度3)吸入室與進(jìn)口導(dǎo)流器的影響cu1(或
1)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》4)無沖擊進(jìn)口工況的概念希望無Cu!!!《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》2、工作機(jī)出口速度三角形1)出口邊圓周速度2)出口處軸面速度3)出口相對流動(dòng)角
2=
b2無窮葉片數(shù)假定《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》工作機(jī)出口三角形《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》3、反擊式原動(dòng)機(jī)進(jìn)口速度三角形u1、cm1、cu1(
1)無沖擊進(jìn)口條件《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》4、反擊式原動(dòng)機(jī)出口速度三角形u2,cm2,
2=
b2
2=f(u2,cm2,
2)若
2
=90
法向出口《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》5、沖擊式水輪機(jī)的進(jìn)、出口速度三角形
c1
w1
u1
w2
c2
u2
1)進(jìn)口作圖條件:cu1,cm1,u1(對切擊式,cm1=0)2)出口作圖條件:u2,
2=
b2,w1=w2(不滿流條件)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》例2-1決定如下參數(shù)情況的機(jī)器形式,畫出各葉輪進(jìn)出口速度三角形,分析其特點(diǎn)。軸向分速度為常數(shù)。進(jìn)口氣流無旋繞,葉輪出口寬容積流量1.2.3.4.《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》歐拉方程式推導(dǎo)條件:無窮葉片數(shù);定常流動(dòng);控制面單位時(shí)間流入的動(dòng)量矩L1=qmcu1r1流出的動(dòng)量矩L2=qmcu2r2
作用力矩:1)控制面外流體的作用的力矩為零2)葉輪的作用力對軸的力矩M根據(jù)動(dòng)量矩定理有《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》因?yàn)镸
=
gqVHth,可得歐拉方程(重點(diǎn)內(nèi)容?。├碚摀P(yáng)程Hth
理論能量頭hth
理論全壓pth歐拉功歐拉方程的其他形式第二歐拉方程動(dòng)能離心力引起流道面積變化《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》1、方程的意義與普遍性2、關(guān)于假設(shè)條件(定常流動(dòng)、無窮葉片數(shù))3、葉片形狀的影響4、工作機(jī)與原動(dòng)機(jī)5、不同型式葉輪的應(yīng)用徑流式軸流式方程表示單位質(zhì)量流體與葉輪的功能轉(zhuǎn)換關(guān)系,表示功能轉(zhuǎn)換的總效果。只與葉輪進(jìn)、出口參數(shù)有關(guān),使用方便。理論能量頭與u、cu有關(guān)?!赌茉磁c動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》例2-2離心式通風(fēng)機(jī),已知:D2,b2,
2=38°,D1,b1n=960rpmqV=42000m3/hpj=1.013×105PaT=293K
=1.2kg/m3
cu1=0求pth、P、p2?!赌茉磁c動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》(忽略空氣的可壓縮性)1、根據(jù)已知條件作進(jìn)、出口速度三角形2、根據(jù)速度三角形計(jì)算有關(guān)速度的數(shù)值3、根據(jù)歐拉方程計(jì)算風(fēng)機(jī)的全壓和功率4、根據(jù)伯努利方程計(jì)算壓力《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》葉片進(jìn)口:m/sm/s《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》葉片出口:m/sm/s
2=38
m/s
《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》應(yīng)用歐拉方程Pa應(yīng)用伯努利方程Pa功率kW級中流體參數(shù)的變化(級工作原理概述)1、單級離心壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)(泵)=cp(T2-T1)+0.5(c22-c12)=
h2*-h1*=cp(T2*-T1*
)由能量方程式:W
=∫dp/ρ+0.5(c22-c12)+g(z2-z1)+∑δW滯止壓力p*=p+ρc2/2
加速加減接近等速功速2、單級軸流水輪機(jī)(原動(dòng)機(jī)):活動(dòng)導(dǎo)葉葉輪擴(kuò)壓器固定導(dǎo)葉速度總水頭靜水頭δHhyh等速加速減速減速3、反動(dòng)式汽輪機(jī)
(9級)工質(zhì)的絕對速度c有9次增加后又降低的過程(進(jìn)入導(dǎo)葉噴嘴速度增大,葉輪中速度下降),而靜焓、壓力隨流動(dòng)方向逐步下降。動(dòng)葉靜焓h壓力p速度C轉(zhuǎn)軸機(jī)殼靜葉三.級和機(jī)器的性能參數(shù)性能參數(shù)流量:質(zhì)量qm(kg/s),容積qv(m3/s,m3/M,m3/h)
能量頭有關(guān)量:h(J/kg),焓差,壓力(膨脹)比等經(jīng)濟(jì)性評價(jià)量:效率η等總能量:
功率P(J/s)有時(shí)還有噪聲、轉(zhuǎn)速等量關(guān)聯(lián)式:P=h
qm/η(工作機(jī))P=h
qm*η
(原動(dòng)機(jī))1.能量頭有關(guān)量:能量頭h(J/kg),功w(J/kg),焓差Δh
(J/kg),揚(yáng)程H(m),壓力差Δp
(N/m2),
壓力(或膨脹)比,J/kg=Nm/kg=kg
(m/s2)m/kg=(m/s2)m;h=gHJ/kg=Nm/kg=
(N/m2)/(kg/m3);h=Δp/ρ
H=h/gΔp=ρh
輪盤摩擦損失輪盤摩擦損失內(nèi)泄露損失δhrδhv◆內(nèi)總能量頭
htot(hi)
=hth
±
非流道損失(如δhv+δhr
)=有效能變化±δhhyh
±
非流道損失(如δhv+δhr
)hs原動(dòng)機(jī)he工作機(jī)流動(dòng)損失δhhyh
外泄露損失δhvo
內(nèi)泄露損失δhv
輪盤摩擦損失δhr
軸承摩擦損失δhm
原動(dòng)機(jī)hehpolhthhtot用圖表示各種能量頭和損失的關(guān)系<
hth
<htot<he
he<hu<hi<huhi、◆與外界交換的總能量頭
he=htot
(hi)
±
外部損失能量頭:多變能量頭hpol、等熵能量頭hs
理論能量頭hth、輪周功hu
總能量頭htot(
hi)、he等注:用焓差表示能量頭:等熵焓降Δhs
=等熵能量頭hs
有效焓降Δ
hn=輪周功hu
總焓降Δ
ht等=總能量頭htot
(
hi)、he等流體有效理論實(shí)際交換能(機(jī)械功)=流體有效能變化±有關(guān)損失
=不同定義的能量頭;原動(dòng)機(jī)取-,工作機(jī)取+《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》流體機(jī)械中能量損失的分類1、流動(dòng)損失(水力損失)
H(或
h、
p)摩擦損失、沖擊損失、分離損失、二次流損失、葉端損失本質(zhì)上是壓力損失2、容積損失
qV
本質(zhì)上是流量損失3、機(jī)械損失 本質(zhì)上是力矩(功率)損失損失分類損失內(nèi)容有效能變化交換能效率總
損
失
δht內(nèi)部損失
δhi
流道損失
水力損失δhhyh
原動(dòng)機(jī)
hs工作機(jī)hpol
huhth輪周效率ηu流動(dòng)效率ηhyh
內(nèi)效率ηi多變效率ηpol
外部效率ηe
非流道損失級內(nèi)露損失δhv
輪阻損失δhr
等hihtot外部損失δhe
外露損失
δhvohehe機(jī)械損失
軸承等摩擦損失δhm
2.
效率和損失的分類效率η=得到能量/消耗能量;原動(dòng)機(jī)得到機(jī)械功,工作機(jī)消耗機(jī)械功《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》反作用度的定義動(dòng)能:勢(靜壓)能:反作用度:簡化計(jì)算(cmp=cms,cus=0)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》流體機(jī)械按反作用度的分類1、沖擊式(沖動(dòng)式)流體機(jī)械(原動(dòng)機(jī))軸流式機(jī)器等壓作用《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》2、反擊式流體機(jī)械(Ω>0)過壓作用葉片式工作機(jī)主要部件和作用一、葉輪功能:將機(jī)械功傳遞給流體結(jié)構(gòu):離心、軸流、斜流(混流)、橫流離心又分前彎、后彎、徑向;多葉;單吸、雙吸;閉式、半開式二、吸入室(集風(fēng)器、進(jìn)風(fēng)口)——葉輪前部件擴(kuò)壓器(導(dǎo)葉):減速、提高壓力無葉有葉彎道回流器(反導(dǎo)葉):為下一級進(jìn)口引導(dǎo)組織所要求的流場回流器一定有葉片?(一般都裝有導(dǎo)流葉片,使氣體均勻地沿軸向進(jìn)入下一級工作輪。
);速度變化不大蝸殼:收集沿葉輪或擴(kuò)壓器圓周的流體并送到機(jī)器的出口非軸對稱;稍有加速三、壓水室與擴(kuò)壓元件渦殼無葉擴(kuò)壓器回流器回流器葉片擴(kuò)壓器后導(dǎo)葉葉片式工作機(jī)的特性曲線(一)工況與變工況時(shí)機(jī)器的工作工況的概念:用一組工作參數(shù)(n、qV、hth、P、
等)和介質(zhì)的物性參數(shù)(R、κ和機(jī)器進(jìn)口處的參數(shù)p、T等)表示的一種工作狀況。設(shè)計(jì)工況與最優(yōu)工況進(jìn)口流量變化時(shí)的速度三角形出口總結(jié):
對于沒有可轉(zhuǎn)動(dòng)的前置導(dǎo)葉的工作機(jī),當(dāng)給定了轉(zhuǎn)速和流量后,即可確定進(jìn)、出口速度三角形,從而確定了能量頭(揚(yáng)程、風(fēng)壓),可見三個(gè)工況參數(shù)qV,hth和n不是獨(dú)立的,給定了其中兩個(gè)就可以確定第三個(gè)。實(shí)踐中,通常是給定流量和轉(zhuǎn)速。如果給定揚(yáng)程(能量頭、風(fēng)壓)求流量,理論上是可以的,但具體的計(jì)算復(fù)雜一些。(二)理論特性曲線設(shè)cu1=0=a-bqv
直線Pth=ρ
qv
h
th
=aqv
–bqv2拋物線式中a>0;b<0β2>
90o=0β2=90o
>0β2<90o
(三)實(shí)際特性曲線
Hth
H;
qVth
qV扣減損失流動(dòng)損失:a、磨擦損失∝qV2b、沖擊損失∝(qV-qVd)2c、泄漏損失:∝機(jī)械損失:與工況無關(guān)實(shí)際的特性曲線相似定律、比轉(zhuǎn)速一、相似理論
原型試驗(yàn)?zāi)P驮囼?yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推廣數(shù)值試驗(yàn)1、相似條件幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似(工況相似)、物性相似2、相似準(zhǔn)則斯特勞哈爾數(shù)
雷諾數(shù)歐拉數(shù)弗勞德數(shù)馬赫數(shù)3、不完全相似
在現(xiàn)有的技術(shù)條件下,不可能也不必要保證上述相似準(zhǔn)則都保持相等4、單位參數(shù)對不可壓縮介質(zhì),只要保證Sr和Eu相等即可Sr
流量系數(shù)
Eu
壓力系數(shù)
功率系數(shù)5、相似換算(不可壓縮介質(zhì))相似工況速度三角形等角工況
以上三個(gè)相似定理主要用于兩臺相似的機(jī)器之間的性能參數(shù)換算,也可以用于同一臺機(jī)器在轉(zhuǎn)速變化時(shí)的相似工況之間的參數(shù)換算。
當(dāng)機(jī)器的轉(zhuǎn)速變化時(shí),其性能曲線也隨之改變。在兩條曲線的對應(yīng)的相似工況(如圖中A、B兩點(diǎn))之間,存在如下關(guān)系
當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí),相似的工況分布在一條拋物線上,該拋物線稱為相似拋物線。
如果滿足完全相似的條件,該拋物線上所有的工況的效率應(yīng)該是不變的,所以該線也稱為等效拋物線。
二、比轉(zhuǎn)速1、比轉(zhuǎn)速的定義及其物理意義引入比轉(zhuǎn)速的目的:消去直徑D,便于應(yīng)用
相似判別數(shù)必要條件,非充分條件量綱問題泵風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)無量綱比轉(zhuǎn)速雙吸用一半流量、多級用單級揚(yáng)程機(jī)器比轉(zhuǎn)速的規(guī)定工況泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī):最優(yōu)工況2、比轉(zhuǎn)速與過流部件幾何形狀及性能的關(guān)系反映一系列幾何相似機(jī)器的共同特性的綜合判別數(shù)比轉(zhuǎn)速與過流部件幾何形狀的關(guān)系歐拉方程:
+速度三角形hD2
qV
b2、D1、b1
hb2
管網(wǎng)特性曲線
為了確定流體機(jī)械的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)及其變化,必需研究管網(wǎng)的特性以及機(jī)器特性與管網(wǎng)特性的相互作用。管網(wǎng)能量頭(裝置揚(yáng)程、管網(wǎng)阻力)管網(wǎng)系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線Hst
和
k
均可為零流體機(jī)械與管網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)合工作1、實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)能量平衡和質(zhì)量平衡工況的調(diào)節(jié)平衡點(diǎn)2、工況點(diǎn)的穩(wěn)定性穩(wěn)定條件的判據(jù)特性曲線的穩(wěn)定性穩(wěn)定與不穩(wěn)定工況穩(wěn)定性與葉片角的關(guān)系3、串聯(lián)與并聯(lián)運(yùn)行工作機(jī)的串聯(lián)運(yùn)行目的:p輸送不可壓介質(zhì)時(shí)機(jī)器特性:qV=qV1=qV2H=H1+H2機(jī)器特性不變搭配條件:最佳工況點(diǎn)的流量相等或相近輸送可壓縮介質(zhì)時(shí)的機(jī)器特性總特性不等于兩機(jī)器的和多級機(jī)器的特性工作機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行H=H1=H2qV=qV1+qV2qm=qm1+qm2并聯(lián)機(jī)器與管網(wǎng)的共同工作《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——渦輪機(jī)》汽輪機(jī)內(nèi)的損失:噴嘴出口的汽流理想速度噴嘴出口的汽流實(shí)際速度
0*02p1p0*p0
h1
Δhn*Δhn
ΔhC0
h0*
h1t
1h0噴嘴損失
《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——渦輪機(jī)》動(dòng)葉損失動(dòng)葉柵的能量損失系數(shù)余速利用系數(shù)
(
=0~1)余速損失《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——渦輪機(jī)》汽輪機(jī)級內(nèi)其它損失和效率1、級內(nèi)損失
(1)葉高損失(端部損失)
定義
噴嘴和動(dòng)葉中與葉高有關(guān)的損失產(chǎn)生原因
由汽道上下端面附面層內(nèi)的摩擦損失和端部的二次流渦流所引起。(2)扇形損失
產(chǎn)生原因:設(shè)計(jì)時(shí)以平均直徑處參數(shù)為依據(jù),而
各種參數(shù)沿葉高是變化的?!赌茉磁c動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——渦輪機(jī)》(3)葉輪摩擦損失
產(chǎn)生原因:
摩擦;
葉輪兩側(cè)汽室中的渦流運(yùn)動(dòng)。
(4)部分進(jìn)汽損失
‘鼓風(fēng)’損失:無噴嘴弧段(摩擦引起)‘斥汽’損失:有噴嘴弧段(高速汽流排斥并加速停滯蒸汽引起)
減少部分進(jìn)汽度《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——渦輪機(jī)》(5)漏汽損失
隔板漏汽損失:
隔板間隙葉頂漏汽損失:
葉頂間隙
產(chǎn)生原因:
壓力差和間隙存在。(6)濕汽損失部分蒸汽凝結(jié)成水滴,減少作功蒸汽量水滴不作功,被高速汽流夾帶前進(jìn),消耗輪周功水滴前進(jìn)速度低于蒸汽速度,擊打動(dòng)葉及噴嘴背弧去濕措施
齒形軸封《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——渦輪機(jī)》2、級的相對內(nèi)效率和內(nèi)功率實(shí)際熱力過程曲線
相對內(nèi)效率內(nèi)功率《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——渦輪機(jī)》0*0'
1sh2p2p1p0*p0
Δht*Δhn
Δh’bΔhbδhbΣδh
Σδhc2
δhnΔhi級的有效焓降1、根據(jù)級的熱力過程曲線圖(下圖),回答以下問題:圖中的0,1,2點(diǎn)分別對應(yīng)汽輪機(jī)中的哪個(gè)部位?與理想流動(dòng)過程相比,實(shí)際流動(dòng)過程0--3存在哪些損失?為什么3點(diǎn)焓值比2點(diǎn)的高?若0點(diǎn)的焓值h0=3132kJ/kg,蒸汽初速度c0=70m/s,蒸汽等熵過程膨脹時(shí)噴嘴出口焓值h1t=3071.7kJ/kg,噴嘴速度系數(shù)φ=0.95,動(dòng)葉出口汽流絕對速度c2=124m/s,求滯止點(diǎn)的焓值,噴嘴出口的汽流實(shí)際速度,噴嘴損失和余速損失。0*01sh2p2p1p0*p0
Δht*Δhn
h1tΔhbδhbΣδh
Σδhc2
δhnΔhi級的有效焓降3h01、0點(diǎn)為汽輪機(jī)中的噴嘴入口;1點(diǎn)為噴嘴出口(動(dòng)葉進(jìn)口);2點(diǎn)為動(dòng)葉出口。存在噴嘴損失,動(dòng)葉損失,余速損失,葉高損失,扇形損失,葉輪摩擦損失,部分進(jìn)汽損失,漏汽損失和濕氣損失。由于級內(nèi)存在各種損失,損失又轉(zhuǎn)化為熱能,反過來加熱蒸汽本身,從而使動(dòng)葉出口焓值升高。滯止點(diǎn)焓值:噴嘴出口氣流的實(shí)際速度:=336.5m/s
噴嘴損失:=6.12kJ/kg=7.69kJ/kg余速損失:《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——渦輪機(jī)》航空燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力輸出方式:尾噴管輸出方式(1)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)
(2)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)(3)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——渦輪機(jī)》地面燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力輸出方式:渦輪軸功率輸出方式分類:單軸、雙軸用途:
發(fā)電、船舶、機(jī)車、汽車、坦克;
石油、天然氣加壓站的動(dòng)力機(jī)械
直升飛機(jī)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——渦輪機(jī)》3、燃?xì)廨啓C(jī)的特點(diǎn)與內(nèi)燃機(jī)相比:優(yōu)點(diǎn):單機(jī)功率較大重量輕、體積?。粏?dòng)快;排氣污染??;缺點(diǎn):油耗高制造成本高
與汽輪機(jī)相比:優(yōu)點(diǎn):裝置簡單、緊楱、重量輕、體積?。粏?dòng)快,帶負(fù)荷快;不需大量冷卻水缺點(diǎn):單機(jī)功率較小效率較低運(yùn)行壽命短?!赌茉磁c動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——渦輪機(jī)》水輪機(jī)的特點(diǎn)工作水頭(能量頭)低
轉(zhuǎn)速低:低速重載
單級:調(diào)節(jié)特性好
轉(zhuǎn)輪的葉片形狀:
從軸流式經(jīng)過混流式到切擊式的變化,以適應(yīng)從低到高不同的水頭
存在問題:非設(shè)計(jì)工況下效率的保證;泥沙磨損
往復(fù)式機(jī)械主要零部件
1、活塞組:活塞、活塞環(huán)、活塞銷及其固定件。
1—活塞2—?dú)猸h(huán)3—油環(huán)4—活塞銷5—卡環(huán)6—連桿A—活塞頭部B—活塞頂部C—活塞環(huán)槽部D—活塞裙部E—活塞銷座
活塞:頭部:頂部和環(huán)部活塞頂部的直徑比裙部小。裙部:起導(dǎo)向和承受連桿傳給的側(cè)壓力的作用。
活塞環(huán):是裝在活塞環(huán)槽的開口彈性金屬環(huán),分為氣環(huán)和油環(huán)。氣環(huán):主要起密封和散熱作用,防止缸內(nèi)高溫高壓燃?xì)饴┤肭S箱,并將活塞頂吸收熱量的一部分傳給氣缸套。2-3道油環(huán):起刮油和鋪油的作用。上行鋪油下行刮油活塞銷:活塞和連桿的連接零件。受力:氣缸壓力、活塞組和連桿慣性力。對活塞銷的要求:重量輕、剛性好,表面硬而耐磨,內(nèi)韌而耐沖擊。因此,大多數(shù)活塞銷做成空心,減少慣性力。活塞銷用低碳合金鋼、表面經(jīng)滲碳和精磨而成?;钊N與銷座孔為過渡配合
活塞銷與連桿小頭軸承孔為動(dòng)配合
連桿作用:把活塞和曲軸連接起來,使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與曲軸的旋軸運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換,并將活塞所受的氣體壓力傳給曲軸。組成:連桿小頭(包括襯套軸承)、桿身和大頭(包括大端蓋、連桿螺栓及連桿瓦)等,
連桿小頭:連桿與活塞銷相連的部分。一般為圓筒形,與桿身連成一體。為了減少磨損、維修方便,小頭都鑲有銅襯套。桿身:斷面形狀大多數(shù)是“工”字形,其翼面的長軸安排在連桿擺動(dòng)平面內(nèi),且斷面尺寸由小頭向大頭逐漸增大。優(yōu)點(diǎn):a.
抗彎斷面模數(shù)大,抗彎曲能力強(qiáng)。
b.抗彎強(qiáng)度大。
c.使連桿傳力及應(yīng)力均勻分布。連桿大頭:連桿與曲軸相連部分,曲柄銷在連桿大頭軸承中作相對高速旋轉(zhuǎn)。整體式結(jié)構(gòu)、剖分式結(jié)構(gòu)
曲軸
:通過連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng).
作用:通過連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。受力:氣體壓力、活塞連桿組的慣性力和扭力作用。結(jié)果:產(chǎn)生相應(yīng)的扭矩、彎曲、壓縮和拉伸應(yīng)力及變形;高速旋轉(zhuǎn)的主軸頸和連桿軸頸(曲柄銷)遭受到嚴(yán)重的摩擦和磨損。
氣缸體、氣缸套和氣缸蓋三個(gè)主要固定件
機(jī)體:由氣缸體、曲軸箱和機(jī)座或油底殼及主軸承蓋等組成。氣缸體和曲軸箱常鑄成一體,氣缸體的上半部內(nèi)腔裝有活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向和容納工質(zhì)的圓柱形空腔,稱為氣缸。氣缸體的下半部分支承曲軸的曲軸箱,其內(nèi)腔為曲軸和連桿的運(yùn)動(dòng)空間。氣缸體的頂部與氣缸蓋連接,底部與機(jī)座或油底殼連接。氣缸體結(jié)構(gòu)形式一般分為三種:平分式氣缸體,其剛度較差;龍門式氣缸體,其剛度較好;隧道式氣缸體,其剛度最好。
《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——往復(fù)活塞式機(jī)械的結(jié)構(gòu)分析》氣缸套:
氣缸體中的氣缸套內(nèi)壁是活塞的導(dǎo)向面。由于氣缸直接受高溫、高壓燃?xì)獾淖饔?,且活塞在氣缸中高速往?fù)滑動(dòng),所以缸壁磨損較大,容易損壞,降低氣缸的壽命。常用的氣缸套有干、濕兩種。干式氣缸套的外壁不直接與冷卻水接觸,缸套的壁厚很薄,滑動(dòng)配合裝入氣缸體孔座。濕式氣缸套壁較厚,外壁直接與冷卻水接觸,其上、下端的外圓表面的兩道凸出圓環(huán)裝有橡膠圈用以密封冷卻水。其冷卻效果好。氣缸蓋:氣缸蓋的底面和活塞頂與氣缸等共同組成燃燒空間;氣缸蓋上設(shè)有進(jìn)排氣道,并裝有配氣機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣和排氣閥組件、搖臂、搖臂座等,還裝有噴油器或火花塞。多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋結(jié)構(gòu)形式有單體式、分段式和整體式三種。單體式多用于大型發(fā)動(dòng)機(jī)。曲柄——連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)往復(fù)活塞式動(dòng)力機(jī)械工作時(shí),作用在曲柄——連桿機(jī)構(gòu)上的力主要有:(1)運(yùn)動(dòng)件的慣性力;(2)氣缸中的氣體壓力;(3)構(gòu)件相對運(yùn)動(dòng)時(shí)接觸面產(chǎn)生的摩擦力;而(4)運(yùn)動(dòng)件的重力;相對較小,可忽略對于整個(gè)機(jī)器而言,還有(5)負(fù)荷的反作用扭矩及機(jī)構(gòu)的支承反力
《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——容積式壓縮機(jī)和泵》容積式泵和壓縮機(jī)容積型壓縮機(jī)和泵(按壓縮機(jī)部件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分)往復(fù)式回轉(zhuǎn)式
滾動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)式滑片式單螺桿式雙螺桿式渦旋式(按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分)
活塞式羅茨式往復(fù)泵的性能特點(diǎn)1.往復(fù)泵的理論流量:
往復(fù)泵的理論流量即活塞的有效工作面在單位時(shí)間內(nèi)所掃過的容積:Qt=60KAeSnm3/h(1—1)式中:K—泵的作用數(shù);
S—活塞行程,m;
n—泵的轉(zhuǎn)速,r/min;
A—活塞平均有效工作面積,m3。
2.往復(fù)泵的實(shí)際流量
往復(fù)泵的實(shí)際流量Q總小于理論流量Qt,即Q=Qtηv
這是因?yàn)椋?/p>
1)壓力降低時(shí)溶解在液體中的氣體會逸出,液體本身汽化;空氣從填料箱等處漏入。
2)活塞換向時(shí),由于泵閥關(guān)閉遲滯造成液體流失。
3)活塞環(huán)、活塞桿填料等處的間隙以及泵閥關(guān)閉不嚴(yán)等產(chǎn)生的漏泄。
一般輸送常溫清水的往復(fù)泵,hv
=0.80~0.98;往復(fù)泵的性能特點(diǎn)3.往復(fù)泵的瞬時(shí)流量
上述表達(dá)式是泵的平均流量。當(dāng)工作面積為A(m2)的活塞以速度v(m/s)排送液體時(shí),瞬時(shí)流量表達(dá)為:q=Av
曲柄連桿機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動(dòng),故v和泵q將周期性地變化。一般曲柄連桿長度比λ=r/L≤0.25,v可用曲柄銷的線速度在活塞桿方向的分速度代替,即v=rω
sin
式中:
ω-曲柄角速度,常數(shù);
-曲柄轉(zhuǎn)角
單作用泵的流量也近似地按正弦曲線規(guī)律變化,單作用泵的流量是很不均勻的。多作用往復(fù)泵流量的均勻程度顯然要比單作用泵強(qiáng)。三作用泵(120度)流量的均勻程度不但優(yōu)于單、雙作用泵,而且比四作用泵(90度)也強(qiáng)。往復(fù)泵的性能特點(diǎn)4.往復(fù)泵的供液不均勻度泵供液的不均勻程度可用脈動(dòng)率σQ表示:σQ=(qmax-qmin)/qm式中:qmax,qmin,qm分別為表示最大、最小和平均理論流量。各種往復(fù)泵σQ的理論值如表1—1所列,它與曲柄連桿長度比λ=r/L有關(guān)。101火電廠蒸汽動(dòng)力循環(huán):
首先從最基本的水蒸汽動(dòng)力循環(huán)進(jìn)行分析,然后再分析經(jīng)過改進(jìn)以后的較復(fù)雜的水蒸汽動(dòng)力循環(huán)。(一)火電廠蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)—朗肯循環(huán)1,朗肯循環(huán)
根據(jù)熱力學(xué)第二定律,卡諾循環(huán)的熱效率是最高的。但實(shí)際上所采用的是最簡單的蒸汽動(dòng)力裝置理想循環(huán)——朗肯循環(huán)。它由鍋爐、汽輪機(jī)、冷凝器和水泵所組成。如圖11-1所示。1022,朗肯循環(huán)的組成鍋爐,煤在爐中燃燒、放熱,水在鍋爐中定壓吸熱、汽化為飽和蒸汽。過熱器,飽和蒸汽在其中吸熱成為過熱蒸汽。汽輪機(jī),蒸汽在汽輪機(jī)膨脹、作功、乏汽排出。凝汽器,乏汽進(jìn)入凝汽器并凝結(jié)、放出潛熱。給水泵,將凝結(jié)水提高壓力并泵入鍋爐,完成一個(gè)循環(huán)。103
圖11—1b、c、d中分別給出了朗肯循環(huán)在p-v圖、T-s圖、h-s圖上的表示。4-1為定壓吸熱過程,(水在鍋爐、過熱器的吸熱、汽化和過熱過程,由飽和水變成過熱蒸汽)。
1-2為絕熱膨脹作功過程。如果忽略摩擦與散熱,可簡化為一理想可逆絕熱膨脹過程(等熵過程)。
2-3過程為乏汽在凝汽器中的定壓(也定溫)的凝結(jié)放熱過程(蒸汽凝結(jié)成為飽和水)。3-4為壓縮過程(它由給水泵把水壓入鍋爐的壓縮過程)。若忽略摩擦與散熱,可將一個(gè)實(shí)際不可逆循環(huán)簡化為一個(gè)理想可逆等熵壓縮過程。熱電廠所用的各種復(fù)雜蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)都是在朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)后得到的。104
提高蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)的熱效率,具有很重大的意義。為了提高熱效率,應(yīng)(1)盡可能的減少散熱、排煙的外部能量損失;(2)從設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行等諸方面著手,提高汽輪機(jī)的內(nèi)效率;(3)提高蒸汽在鍋爐的平均吸熱溫度,減少蒸汽與煙氣間溫差傳熱造成的損失;(4)降低汽輪機(jī)排汽壓力(溫度),減少蒸汽與冷卻水溫差傳熱造成的損失。在以上幾個(gè)方面,提高蒸汽在鍋爐中的平均吸熱溫度最為重要。具體做法是:提高蒸汽初參數(shù)和再熱蒸汽參數(shù);采用回?zé)嵯到y(tǒng)等;在此基礎(chǔ)上,再配合中間再熱循環(huán);采用熱電聯(lián)產(chǎn)、蒸汽—燃?xì)饴?lián)合循環(huán)等措施4,提高蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)的熱效率105
提高蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)的熱效率,具有很重大的意義。為了提高熱效率,應(yīng)(1)盡可能的減少散熱、排煙的外部能量損失;(2)從設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行等諸方面著手,提高汽輪機(jī)的內(nèi)效率;(3)提高蒸汽在鍋爐的平均吸熱溫度,減少蒸汽與煙氣間溫差傳熱造成的損失;(4)降低汽輪機(jī)排汽壓力(溫度),減少蒸汽與冷卻水溫差傳熱造成的損失。在以上幾個(gè)方面,提高蒸汽在鍋爐中的平均吸熱溫度最為重要。具體做法是:提高蒸汽初參數(shù)和再熱蒸汽參數(shù);采用回?zé)嵯到y(tǒng)等;在此基礎(chǔ)上,再配合中間再熱循環(huán);采用熱電聯(lián)產(chǎn)、蒸汽—燃?xì)饴?lián)合循環(huán)等措施4,提高蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)的熱效率106(二)回?zé)嵫h(huán)1,給水回?zé)嵫h(huán)的采用
在朗肯循環(huán)中,造成熱效率低的主要原因是工質(zhì)平均吸熱溫度不高。為了提高蒸汽平均吸熱溫度,除了提高蒸汽初參數(shù)之外,另一種辦法是改善吸熱過程。如圖11-3所示,4-5-1為蒸汽的吸熱過程,而4-5為其預(yù)熱階段,是整個(gè)吸熱過程中最低段。
圖11-3朗肯循環(huán)的T—s圖
如果把這一低溫吸熱段加以改進(jìn)提高,則循環(huán)的平均吸熱溫度將提高。改進(jìn)的最好的辦法是采用給水回?zé)?。就是把汽輪機(jī)中作過功的蒸汽,逐級抽出來加熱給水,減少冷源損失,同時(shí)提高鍋爐給水溫度(提高蒸汽平均吸熱溫度),則提高了循環(huán)熱效率。1072,實(shí)際回?zé)嵫h(huán)
實(shí)際回?zé)嵫h(huán)如圖11-4,是從汽輪機(jī)的不同的級逐級抽出部分作過功的蒸汽,在加熱器中加熱給水,提高鍋爐進(jìn)水溫度,減少蒸汽在低溫吸熱段的吸熱,這種循環(huán)稱為給水回?zé)峒訜嵫h(huán)。圖11-4實(shí)際回?zé)嵫h(huán)
回?zé)峒訜崞魇且环N表面式熱交換器在汽輪機(jī)中有高壓加熱器和低壓加熱器兩種。位于給水泵前的為低壓加熱器,位于給水泵后的為高壓加熱器。
凝汽器是汽輪機(jī)的重要輔助設(shè)備。在汽輪機(jī)中作過功的乏汽進(jìn)入凝汽器內(nèi)凝結(jié)成水,放出汽化潛熱(冷源損失),凝結(jié)水經(jīng)過凝結(jié)水泵、低壓加熱器、除氧器、給水泵、高壓加熱器,最后進(jìn)入鍋爐重新吸熱汽化成蒸汽。108
采用給水回?zé)峒訜嵫h(huán),可以提高循環(huán)的熱效率。同時(shí)也增加了設(shè)備(加熱器、管道、閥門、水泵等),使系統(tǒng)復(fù)雜,投資增加。但有利是主要的:
1)回?zé)岢槠墒蛊啓C(jī)進(jìn)汽量增加,而排汽量減少。對提高效率、改善末級的設(shè)計(jì)都是有好處的;
2)由于熱效率的提高,鍋爐熱負(fù)荷減少,可以減少鍋爐的受熱面,節(jié)約部分金屬材料;
3)由于凝汽量的減少,可以減少凝汽器的換熱面,節(jié)約大量的銅材。
3,給水回?zé)峒訜嵫h(huán)的優(yōu)缺點(diǎn)109(三)中間再熱循環(huán)1,中間再熱循環(huán)的采用提高蒸汽初壓,可以提高循環(huán)熱效率。但是,蒸汽初壓的提高,將會引起:乏汽的濕度增加,對汽輪機(jī)的工作產(chǎn)生不利影響。如果同時(shí)提高蒸汽的初壓和初溫,又要受到金屬材料性能的限制。為了解決這一問題,采用蒸汽中間再過熱的辦法。采用中間再熱,就是讓新蒸汽首先進(jìn)入汽輪機(jī)高壓部分膨脹作功,到某一中間壓力時(shí),全部抽出來,送到鍋爐的再熱器中再過熱,然后再送到汽輪機(jī)的中、低壓部分繼續(xù)膨脹作功,如圖11-5所示。經(jīng)再熱后,膨脹末了的乏汽的干度明顯增大。這樣,就避免了提高初壓或者同時(shí)提高初壓、初溫而帶來的困難。圖11-5110
對圖11-5b的T-s圖作分析。圖中,1-2’-3-4-1為基本循環(huán),B-A-2-2’-B為再熱附加循環(huán)。當(dāng)再熱溫度與新蒸汽溫度相同時(shí),當(dāng)終參數(shù)一樣,只要再熱壓力不太低,則附加循環(huán)的平均吸熱溫度將高于基本循環(huán)的平均吸熱溫度。這樣,總的平均吸熱溫度就變高了,則總的熱效率得到提高。2,再熱對循環(huán)熱效率的影響圖11-5b
再熱壓力選定如果再熱壓力選得較高,能使熱效率得到提高;如果再熱壓力選得較低,則使熱效率將會降低。如果再熱壓力選得過高,附加循環(huán)的吸熱量減少,使整個(gè)循環(huán)的熱效率減弱。因此要找一個(gè)最佳的再熱壓力。根據(jù)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)取再熱壓力為新蒸汽壓力的20~30%之間。1113.生產(chǎn)流程:燃煤:皮帶運(yùn)輸機(jī)原煤斗給煤機(jī)磨煤機(jī)(制粉系統(tǒng))排粉風(fēng)機(jī)燃燒器(鍋爐燃燒)。空氣:送風(fēng)機(jī)空氣預(yù)熱器(加熱空氣)。一次風(fēng):排粉風(fēng)機(jī)磨煤機(jī)(干燥、加熱煤粉)燃燒器(爐膛)。二次風(fēng):燃燒器(爐膛參與燃燒)。高溫?zé)煔猓籂t膛(爐頂和水平煙道)過熱器、再熱器省煤器空氣預(yù)熱器除塵設(shè)備引風(fēng)機(jī)煙囪(排空)?;曳莺皖w粒:會渣斗(連同除塵器下的細(xì)灰)地溝灰漿泵灰場。112
給水(工質(zhì))給水泵(汽輪機(jī))高壓加熱器(鍋爐)省煤器(吸收尾部煙道中煙氣熱量)汽包下降管下連箱水冷壁(吸收煤粉燃燒時(shí)的輻射熱,一部分水蒸發(fā)成蒸汽,汽水混合物)汽包(汽水混合物分離后)飽和蒸汽過熱器
過熱蒸汽。
主蒸汽管汽輪機(jī)(高壓缸作功)(高壓缸排出的蒸汽)
(鍋爐)再熱器(再過熱)再熱蒸汽汽輪機(jī)中、低壓缸(繼續(xù)膨脹作功)(帶動(dòng))發(fā)電機(jī)(發(fā)電)。(過功的)泛汽
凝汽器凝結(jié)成)水
熱井凝結(jié)水泵低壓加熱器除氧器給水泵(升壓)
鍋爐循環(huán)使用)。113(1)給水除氧過程當(dāng)給水中含有過量空氣(氧氣)時(shí),對熱力設(shè)備和管道系統(tǒng)的工作可靠性和壽命是有影響的。這是因?yàn)椋涸斐山饘俚母g,影響傳熱效果,降低傳熱效率。為了保證電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,必須不斷地從鍋爐給水中清除掉生產(chǎn)過程中溶解于水的氣體(氧),所以稱為給水除氧過程,其設(shè)備稱除氧器。(2)除氧器的任務(wù)除去鍋爐給水中溶解的氧氣和其它氣體,防止熱力設(shè)備和管道系統(tǒng)的腐蝕和傳熱效果變壞,保證熱力設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。3,給水除氧系統(tǒng)114
電廠所采用的除氧方法是熱力除氧。熱力除氧的原理是建立在亨利定律和道爾頓定律基礎(chǔ)上的。亨利定律指出:當(dāng)液體和氣體間處于平衡狀態(tài)時(shí),對應(yīng)一定的溫度,單位體積水中溶解的氣體量與水面上該氣體的分壓力成正比。這樣,要將某種氣體從水中清除掉,則應(yīng)將該氣體在水面上的分壓降為零。道爾頓定律指出:混合氣體的全壓力等于組成它各氣體分壓力之和。根據(jù)這一原理,在除氧器中,對水進(jìn)行定壓加熱,其蒸發(fā)水量就會增加,從而水面的水蒸汽的分壓就會增加,其他氣體分壓就會減少。當(dāng)水加熱到除氧器壓力下的沸點(diǎn)時(shí),水面的水蒸汽的分壓就接近混合氣體的全壓力,而其他氣體分壓就會減少到零。于是,溶解于水中的氣體將在不平衡壓差的作用下從水中逸出,并從除氧器排氣關(guān)中排走。(3)熱力除氧的原理115有水膜式、淋水盤式和噴霧式除氧器。按外形又分為立式和臥式兩種除氧器。根據(jù)除氧器壓力大小又分為真空式、大氣式和高壓除氧器。除氧器的工作壓力對于中、低參數(shù)的機(jī)組,一般采用大氣式除氧器,其工作壓力一般為0.12Mpa,相應(yīng)的飽和溫度為104.25。對于高參數(shù)的機(jī)組,一般采用高壓除氧器,其工作壓力一般為0.35~0.6Mpa,相應(yīng)的飽和溫度為158.08。除氧器由除氧頭和除氧水箱組成,其原則性熱力系統(tǒng)可參見圖11—12。(4)除氧器的結(jié)構(gòu)型式1165,旁路系統(tǒng)
現(xiàn)代大型火電機(jī)組都裝有旁路系統(tǒng)。旁路系統(tǒng)是指高參數(shù)蒸汽不通過汽輪機(jī)的通流部分,而是經(jīng)過與汽輪機(jī)并聯(lián)的減溫減壓器,將降壓減溫后的蒸汽送到低一級的蒸汽管道或是凝汽器去的連結(jié)管道系統(tǒng)。(1)
旁路系統(tǒng)的主要作用1)保護(hù)再熱器
正常工作時(shí),汽輪機(jī)高壓缸的排汽通過再熱器吸熱,使再熱器得到冷卻。但在點(diǎn)火、汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前,或甩負(fù)荷等情況下,高壓缸沒有排汽進(jìn)入再熱器,這時(shí),由旁路系統(tǒng)送來經(jīng)減溫減壓后的蒸汽通過(冷卻)再熱器;117
單元機(jī)組啟停和甩負(fù)荷時(shí),鍋爐蒸發(fā)量和汽輪機(jī)所需蒸汽量不一致,鍋爐最低蒸發(fā)量為額定蒸發(fā)量的30%,而大型汽輪機(jī)的空載汽耗量為額定值的7%~10%。因此,多余的蒸汽只好排入大氣,不僅損失工質(zhì)和熱量,而且造成熱污染和噪音。設(shè)置旁路系統(tǒng)則可以達(dá)到回收工質(zhì)和熱量、降低噪音保護(hù)環(huán)境的目的;
3)加快啟動(dòng)速度、改善啟動(dòng)條件大型機(jī)組都采用滑參數(shù)啟動(dòng)方式,在啟動(dòng)過程中,需要不斷地調(diào)整汽溫、汽壓和蒸汽量,以滿足啟動(dòng)過程中不同階段(暖管、沖轉(zhuǎn)、暖機(jī)、升速、帶負(fù)荷)的需要。如果只靠調(diào)整鍋爐燃燒方式或者蒸汽壓力,是難以滿足要求的。采用旁路系統(tǒng),就可以滿足上述要求,達(dá)到加快啟動(dòng)速度、改善啟動(dòng)條件的目的。2)回收工質(zhì)和熱量、降低噪音118(2)常見的旁路系統(tǒng)
1)
汽輪機(jī)Ⅰ級旁路(高壓旁路)新蒸汽繞過汽輪機(jī)高壓缸,經(jīng)減溫減壓后直接進(jìn)入再熱器;2)
汽輪機(jī)Ⅱ級旁路(低壓旁路)即再熱器出來的蒸汽繞過汽輪機(jī)中低壓缸,經(jīng)減溫減壓后直接進(jìn)入凝汽器;3)汽輪機(jī)Ⅲ級旁路(大旁路)Ⅲ級旁路是蒸汽繞過整個(gè)汽輪機(jī)經(jīng)減溫減壓后直接進(jìn)入凝汽器。圖11—14旁路系統(tǒng)119聯(lián)合動(dòng)力循環(huán)一燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)
根據(jù)熱力學(xué)基本定律可知,熱力循環(huán)的理想熱效率只取決于循環(huán)的平均吸熱溫度和平均放熱溫度。提高平均吸熱溫度和降低平均放熱溫度都可以提高循環(huán)的熱效率。理想的熱機(jī)的循環(huán)熱效率可表達(dá)為:(11——26)
在實(shí)際中,一種工質(zhì)能達(dá)較高的平均吸熱溫度,但不一定能達(dá)較低的平均放熱溫度,反之亦然。為了提高熱機(jī)的熱效率,可以采用多種工質(zhì)組成的聯(lián)合循環(huán)裝置,從而達(dá)到較高的平均吸熱溫度和較低的平均放熱溫度。120燃?xì)廨啓C(jī)裝置的平均吸熱溫度較高(一般為1100~1200),但其排氣溫度也較高(一般為500~600)。這就有大量的熱能損失。在蒸汽動(dòng)力循環(huán)中,汽輪機(jī)的進(jìn)汽溫度不可能很高(一般為540~560)。循環(huán)的平均放熱溫度很低(一般為30~38)。為了提高循環(huán)熱效率,利用簡單燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)平均吸熱溫度高和蒸汽動(dòng)力循環(huán)平均放熱溫度低的特點(diǎn),各取其長,把這兩種循環(huán)聯(lián)合起來組成燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán),此循環(huán)則具有較高的平均吸熱溫度和較低的平均放熱溫度。則根據(jù)熱力學(xué)原理,可使整個(gè)循環(huán)的熱效率大大提高。燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)的型式大體上有四種。121(一)余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)
余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)如圖11—15所示。在簡單的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)中,由于排氣溫度高,約有60%的熱量排入大氣。為了充分利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣的熱能,在燃?xì)廨啓C(jī)后加裝余熱鍋爐,利用余熱產(chǎn)生蒸汽以驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電,汽輪機(jī)排汽再進(jìn)入凝汽器凝結(jié)放熱。這樣,就增加了總的功率,又利用了燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)各自的優(yōu)點(diǎn),使整個(gè)循環(huán)的熱效率得以提高。圖11—15
在這種聯(lián)合循環(huán)方案中,發(fā)電功率是以燃?xì)廨啓C(jī)為主,汽輪機(jī)為輔。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電量占總發(fā)電量的(65~70)%,汽輪機(jī)發(fā)電量占(30~35)%。汽輪機(jī)的容量取決于燃?xì)廨啓C(jī)的容量和排氣溫度,蒸汽參數(shù)也受到限制。燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)不能單獨(dú)運(yùn)行,汽輪機(jī)運(yùn)行隨燃?xì)廨啓C(jī)參數(shù)變化而變化。余熱鍋爐結(jié)構(gòu)簡單,但由于燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度一般為500~600,所以余熱鍋爐的換熱面積很大。122(二)正壓鍋爐聯(lián)合循環(huán)這種循環(huán)的關(guān)鍵設(shè)備是正(增)壓鍋爐,它同時(shí)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽和燃?xì)猓謩e推動(dòng)汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)組發(fā)電。圖11—16(正壓鍋爐型)
循環(huán)的工作過程空氣在壓縮機(jī)中被壓縮后送正壓鍋爐燃燒室。燃燒室的壓力高于大氣壓力(約0.55MPa)。正壓鍋爐的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)作功。燃料燃燒的煙氣在正壓鍋爐中加熱蒸汽。然后將煙氣送入燃?xì)廨啓C(jī)作功,最后進(jìn)入熱交換器,加熱蒸汽動(dòng)力裝置中的給水。
整個(gè)循環(huán)由蒸汽、燃?xì)鈨蓚€(gè)循環(huán)組成這種循環(huán)熱效率較高,正壓鍋爐燃燒迅猛,傳熱系數(shù)大,可以減少換熱面積,減少設(shè)備造價(jià)。但正壓鍋爐使用的燃料受到燃?xì)廨啓C(jī)的限制,只能是氣體和液體燃料。燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)也不能單獨(dú)運(yùn)行。123(三)余熱鍋爐加補(bǔ)燃聯(lián)合循環(huán)由于余熱鍋爐蒸汽參數(shù)低、蒸發(fā)量少。因此,在燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐之間的排氣通道中增加補(bǔ)燃裝置,利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣中含有(16~18)%的氧氣助燃,提高余熱鍋爐的爐內(nèi)溫度,增加鍋爐的輸入熱量。可使蒸汽參數(shù)可以適當(dāng)提高,可以提高汽輪機(jī)的循環(huán)熱效率,最后使整個(gè)聯(lián)合循環(huán)的效率提高。
(圖11—17)余熱鍋爐加補(bǔ)燃聯(lián)合循環(huán),補(bǔ)燃量的多少對聯(lián)合循環(huán)的效率是有影響的,通常補(bǔ)燃量占總?cè)剂系模?0~30)%。由于增加了補(bǔ)燃,進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)提高,使汽輪機(jī)的功率增大,其發(fā)電功率約為總功率的50%。實(shí)際上的余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)如簡圖11—18所示,由一臺或數(shù)臺燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐和一臺汽輪機(jī)所組成。124圖11—18125
以燃?xì)廨啓C(jī)排氣作為鍋爐的助燃空氣,可以利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣中的氧氣,也可以回收其熱量。該助燃鍋爐和普通電站鍋爐相似,爐堂溫度不受限制,可產(chǎn)生高參數(shù)蒸汽。但需添置送風(fēng)機(jī)和空氣預(yù)熱器,燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)可以分開運(yùn)行。鍋爐中的燃料不受限制。最大優(yōu)點(diǎn)是,對原有中小型火電機(jī)組,只需增加燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電部分,就可以將其改造成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。這既可以增加發(fā)電量,節(jié)約投資,又可以提高效率,延長中小型火電機(jī)組的壽命。(四)排氣助燃聯(lián)合循環(huán)(圖11—19)我國汕頭燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電廠由兩臺燃?xì)廨啓C(jī)(帶各自的余熱鍋爐)和一臺汽輪機(jī)組成,燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)的功率均為34.5MW。圖11—20(略)126二,IGCC與PFBC—CC的研究與開發(fā)
1,煤、石油和天然氣的儲量問題:前面所講的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電站中,所用的燃料皆為液體和氣體燃料。而世界石油和天然氣的儲藏量是很有限的,據(jù)預(yù)計(jì):世界石油儲量約為2800億頓,可采儲量為1400億頓;天然氣儲量約為64500億。按當(dāng)前速度消耗,世界上的石油和天然氣大約40~50年就接近枯竭。世界上煤儲量,預(yù)計(jì)約為30億萬頓,還可以開采200~300年。
我國的煤炭資源分布廣,儲量非常豐富。目前探明儲量約為6000億頓,預(yù)計(jì)儲量為1萬億頓以上。估計(jì)可開采500年以上。因此,煤炭仍然是將來火力發(fā)電的主要燃料1272,高效、潔凈煤燃燒技術(shù)的研究:
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