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轮机(蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机) 我有新说法
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燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机。 中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马灯的记载,它是涡轮机(透平)的雏形。15世纪末,意大利人列奥纳多·达芬奇设计出烟气转动装置,其原理与走马灯相同。至17世纪中叶,透平原理在欧洲得到了较多应用。

中文名 轮机 外文名 Marine Engineering 起源时间 1791年

1发明过程

1791年

英国人巴伯描述了燃气轮机的工作过程;1872年,德国人施托尔策设计了一台燃气轮机,并于1900~1904年进行了试验,但因始终未能脱开起动机独立运行而失败;1905年,法国人勒梅尔和阿芒戈制成台能输出功的燃气轮机,但效率太低,因而未获得实用。

1920年

德国人霍尔茨瓦特制成台实用的燃气轮机,其效率为13%、功率为370千瓦,按等容加热循环工作,但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热,存在许多重大缺点而被人们放弃。

随着空气动力学的发展,人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点,解决了设计率轴流式压气机的问题,因而在30年代中期出现了效率达85%的轴流式压气机。与此同时,透平效率也有了提高。在高温材料方面,出现了能承受600℃以上高温的铬镍合金钢等耐热钢,因而能采用较高的燃气初温,于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。

1939年

在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机,效率达18%。同年,在德国制造的喷气式飞机试飞成功,从此燃气轮机进入了实用阶段,并开始迅速发展。

2燃气轮机工作过程

工作过程

燃气轮机的工作过程是简单的,称为简单循环;此外,还有回热循环和复杂循环。燃气轮机的工质来自大气,后又排至大气,是开式循环;此外,还有工质被封闭循环使用的闭式循环。燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。

燃气初温和压气机的压缩比,是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温,并相应提高压缩比,可使燃气轮机效率显著提高。70年代末,压缩比zui高达到31;工业和船用燃气轮机的燃气初温zui高达1200℃左右,航空燃气轮机的超过1350℃。

燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。压气机有轴流式和离心式两种,轴流式压气机效率较高,适用于大流量的场合。在小流量时,轴流式压气机因后面几级叶片很短,效率低于离心式。功率为数兆瓦的燃气轮机中,有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级,因而在达到较率的同时又缩短了轴向长度。

燃烧室和透平不仅工作温度高,而且还承受燃气轮机在起动和停机时,因温度剧烈变化引起的热冲击,工作条件恶劣,故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。为确保有足够的寿命,这两大部件中工作条件差的零件如火焰筒和叶片等,须用镍基和钴基合金等高温材料制造,同时还须用空气冷却来降低工作温度。

对于一台燃气轮机来说,除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统,此外还需要配备良好的附属系统和设备,包括:起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。 [2] 

与活塞式内燃机和蒸汽动力装置比较

与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较,燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功率的质量,重型燃气轮机一般为2~5千克/千瓦,而航机一般低于0.2千克/千瓦。燃气轮机占地面积小,当用于车、船等运输机械时,既可节省空间,也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。燃气轮机的主要缺点是效率不够高,在部分负荷下效率下降快,空载时的燃料消耗量高。

不同的应用部门,对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电,而30~40兆瓦以上的几乎全部用于发电。

燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动,机动性好,在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用,能较好地保障电网的安全运行,所以应用广泛。在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中,燃气轮机因其轻小,应用也很广泛。此外,还有不少利用燃气轮机的便携电源,功率小的在10千瓦以下。

高温陶瓷材料能在1360℃以上的高温下工作,用它来做透平叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时,就能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温,从而较大地提高燃气轮机效率。适于燃气轮机的高温陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。

按闭式循环工作的装置能利用核能,它用高温气冷反应堆作为加热器,反应堆的冷却剂(氦或氮等)同时作为压气机和透平的工质。

3燃气轮机应用

随着高温材料的不断进展,以及透平采用冷却叶片并不断提高冷却效果,燃气初温逐步提高,使燃气轮机效率不断提高。单机功率也不断增大,在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机,zui高能达到130兆瓦。

与此同时,燃气轮机的应用领域不断扩大。1941年瑞士制造的辆燃气轮机机车通过了试验;1947年,英国制造的艘装备燃气轮机的舰艇下水,它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力;1950年,英国制成辆燃气轮机汽车。此后,燃气轮机在更多的部门中获得应用。

在燃气轮机获得广泛应用的同时,还出现了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置;50~60年代,出现了以自由活塞发气机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置,但由于笨重和系统较复杂,到70年代就停止了生产。此外,还发展了柴油机燃气轮机复合装置;另有一类利用燃气轮机排气热量供热(或蒸汽)的量系统,可有效地节约能源,已用于多种工业生产中。

燃气轮机的工作过程是,压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气进入燃烧室,与喷入的燃料混合后燃烧,成为高温燃气,随即流入燃气透平中膨胀作功,推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转;加热后的高温燃气的作功能力显著提高,因而燃气透平在带动压气机的同时,尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时,需用起动机带着旋转,待加速到能独立运行后,起动机才脱开。 [2] 

4内河船舶轮机常见故障

在船舶中,轮机是动力设备和主要的功能设备,对于船舶的运行具有重要的作用,只有保证轮机的性能和功能正常,才能保证船舶能够正常运行,从而提升我国的水运事业发展。但是从目前的情况来看,船舶轮机在运行过程中容易发生各种故障,导致船舶不能正常运行。因此,工作人员应该加强对船舶轮机故障的分析,掌握轮机故障的排查方法和处理方式,快速判断故障并及时修复。

内河船舶轮机的常见故障及原因分析

1、船舶轮机拉缸

船舶轮机拉缸是船舶轮机的一种常见故障,主要表现在轮机运行过程中温度升高,轮机的转速失控,发出摩擦的声音,在摩擦的过程中,曲轴箱会产生大量的白烟,此时,润滑油的温度也会因此升高,连带着轮机的排气温度也升高,导致整个轮机排出的气体具有刺激性气味,此时还伴随着一定的浓烟喷出。

导致轮机发生拉缸的原因有很多,主要是由于轮机的摩擦表面的润滑油的膜被损坏,此时金属是直接接触在轮机上,因此会产生摩擦的声音,而在高温的作用下,金属会发生熔融。导致轮机发生拉缸主要是由于轮机运行中使用的润滑油的品质不好导致的,如果润滑油的品质不好或者缺乏对其有效地管理,润滑油就不能发挥其本身的作用,因此,就会产生断油或者油压不足的情况,如果使用的润滑油长期不化验,不能及时了解其品质,导致润滑油变质并继续投入使用,也会导致轮机发生异常磨损,终出现轮机拉缸的现象。

2、船舶轮机主机有较大噪音

船舶轮机在使用过程中,还会发出噪音,一般发生在轮机进入到稳定期的运行之后,此时轮机会发出一定的噪声,同时伴随着一定的震颤情况发生,发出的噪声没有规律,有时还会伴随着爆燃声音和敲击声音的出现。

船舶轮机产生噪声的部位有很多,主要包括气门系统、传动系统等。因此,对于此次噪声,优先对气门系统和传动系统进行检查,结合人工检查和仪器检查,从而对噪声的产生部位以及产生原因进行准确判断。一般而言,造成船舶轮机噪声的原因由轮机的主体中心设置不平,因此轮机的主机在运行过程中,会出现重心不稳的情况,从而引发噪声。另外,轮机的主机主要包括活塞、缸体、传动轴以及齿轮等,当这些部位存在着杂物或者油污时,也会导致噪声的发生,如果不同部位以及部件之间的咬合面或者结合面缺乏润滑,会增加两个部位之间的摩擦系数,此时会产生较大的摩擦,也会形成震颤和噪声。后,当船舶的轮机主机以及附属的设备发生零件的脱离或者零件的缺损,也会导致轮机的主机不稳,终引发部件振动而发生噪声。

3、船舶轮机抱缸

某轮机的主机在试车检查时,船舶轮机抱缸是指船舶在正常航行或者试运行的过程中,轮机仅仅运行了十几分钟就停船的现象,当船舶停止运行之后,温度会升高,水温也会持续升高,对轮机造成损伤。对这次船舶轮机抱缸的原因进行检查,发现是由于轮机的进气管不通畅或者油路发生堵塞等造成的。此外,整个系统的传动系统摩擦系数很大,也会导致船舶轮机抱缸的情况发生。船舶在正常运行过程中,如果船舶的螺旋碰撞到了水生植物、渔网和枯死的树枝等,也会导致船舶轮机抱缸发生,使其超负荷运行。

内河船舶轮机的故障解决措施

1、船舶轮机拉缸的处理

对于船舶轮机拉缸的情况,由于其主要是由润滑油的品质以及其使用不当造成的,因此当发生轮机拉缸时,首先应该对轮机使用的润滑油进行检查,及时更滑合格的润滑油,将故障及时处理。在日常的维护过程中,应该加强对轮机使用的润滑油的管理,选择正确的润滑油黏度牌号,结合轮机的工作环境以及技术要求科学选择。

2、船舶轮机主机噪音过大的处理

对于船舶轮机主机噪音过大的问题,一旦发生故障之后,应该及时对噪声的产生部位和产生原因进行分析,根据现场的技术条件对故障进行处理。首先应该配平轮机的主机,纠正轮机主机的重心不稳的情况,然后对船舶轮机主机的各个咬合部位以及齿轮的结合面等进行检查,进行润滑处理,同时对其清洁,避免其受到杂物等的影响,加强对摩擦的控制,避免产生干摩擦。另外,有一部分的噪声是由于零件等脱离产生的震颤或者噪声引起的,因此在发生噪声时,还应该对零件部件进行检查,确保其没有脱离主体。

3、船舶轮机抱缸的处理

对于船舶轮机的抱缸问题,应该对磨损的部位以及有一定损耗的零部件进行维修,对于损坏严重的,应该及时更换。此外,还应该对船舶轮机的水口进行清洁,保持船舶轮机水循环系统的清洁,避免杂物对水循环系统造成损伤而引发故障,如果水循环中含有大量的泥沙或者其他的污染物质,将会造成堵塞和污染,影响轮机的正常工作。 

5燃气-蒸汽轮机

简介

燃气-蒸汽轮机联合循环,是把燃气轮机和蒸气轮机这两种按不同热力循环工作的热机联合在一起的装置,有时也简称为联合循环。为了提高热机的效率,应该尽可能地提高热机中的加热温度和降低排热温度。但蒸汽轮机和燃气轮机的热力循环都不能很好满足上述要求。如把它们结合起来,以燃气轮机的排热来加热蒸汽,就可以同时取得燃气轮机加热温度较高和蒸汽轮机排热温度较低的双重优点。

历史探索

联合循环的理论基础早已建立。热力学奠基人之一卡诺就提出过联合循环的概念。但是直到20世纪中叶,才开始有实用的联合循环动力装置。发展联合循环的关键是要研制出高温、高性能、大功率的燃气轮机。为了适应石油短缺的形势,在燃气轮机中有效烧煤也是一项关键技术。目前,世界各*工业国家均已有定型联合循环机组产品。其中gong率大的已超过60万千瓦,zui高热效率已高达47%以上。它作为热电并供机组使用,燃料利用率可高达80%左右,单机组长运行时间已超过10万小时。热机的热效率要提高1%都是非常困难的,而联合循环却只要把燃气轮机和蒸汽轮机结合起来就可以大幅度节约能源。

参考资料

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