工业拖动汽轮机与发电汽轮机有何不同?
工业汽轮机与发电汽轮机由于所驱动设备的不同,所以两者的具体结构有很大的差别。工业汽轮机与发电汽轮机从外观尺寸到具体设计和使用是有一些明显区别的,从理论上分析这些区别,有利于更好的应用这两种功能不同的汽轮机,更好的为生产服务。
一、汽轮机早些年在我国主要应用于发电行业,用来驱动发电机。但近些年,随着我国大工业化的深度发展,工业汽轮机在我国已开始广泛应用,例如大型火力发电厂中的给水泵、大型化工企业中的各类压缩机等(如合成气压缩机、空气压缩机、氨制冷压缩机等),这些大工业设备的驱动功率要求越来越大,电动机已很难满足要求,工业汽轮机开始代替电动机成为驱动这些设备的动力之源。工业汽轮机具有驱动力大、转速调节灵活,可长周期连续稳定运行等突出优点,而且在大型化工厂使用工业汽轮机有一个优越性,就是运行安全,不存在火花防爆的问题,例如在大型化工厂合成气压缩机上就能体现出来。
二、发电汽轮机与工业汽轮机的工作原理是相同的,但由于两者所驱动的设备不同,运行工况也有所区别,所以两者之间也有一些具体的差别之处。两者差别如下:
1、两者之间最明显的区别是发电汽轮机在并网状态时,是定速运行,转速始终为3000rpm。而工业汽轮机往往是变速运行,转速很高,转速甚至可达到每分钟上万转。
2、由于工业汽轮机的转速高,汽轮机的尺寸、体积和重量均可减小,根据《运动学和动力学》中的公式,力矩功W=M×转角,就是力矩乘以转角,如果等式两边都除以时间,那么就变成了P=M×ω,就是力矩乘以角速度。对于同功率的工业汽轮机和发电汽轮机而言,如果工业汽轮机旋转的角速度ω要比发电汽轮机旋转的角速度ω大,以某年产30万吨合成氨厂驱动合成气压缩机的汽轮机为例:正常工作时转速大约在12000rpm左右甚至16000转,这个转速是发电汽轮机转速3000rpm的4倍,那么合成气压缩机的汽轮机角速度ω也就是发电汽轮机角速度ω的4倍,所以此时工业汽轮机的力矩M只要发电汽轮机力矩M的1/4即可,因为工业汽轮机的力矩小,所以汽轮机转子的回转半径就可以小很多,体积当然就小得多了。因此工业汽轮机的尺寸、体积和重量就比同功率的发电汽轮机小,也就是单位功率的重量可以减小,这不仅使制造成本大大降低,同时使汽轮机内效率得以一定的提高。日本国的发电汽轮机采用的是3600rpm,供电频率为60Hz,因为汽轮机转速提高后,单位功率的重量就可以减少,这样相同功率的汽轮机制造可以省材料,对于日本这样一个能源匮乏的国家,是符合日本国的国情的。因此应该有一种观念,工业汽轮机虽然体积不大,但不能从外观看就说功率就小,因为转速很高。
3、对于并网运行的发电汽轮机而言,因为是定速3000rpm运行,所以主油泵就由汽轮机主轴驱动,主油泵出口油压稳定;而工业汽轮机由于是根据生产需要变速运行,如果主油泵由汽轮机主轴驱动,那么主油泵出口油压将不稳定,况且工业汽轮机转速又非常高,对主油泵不利,所以工业汽轮机及其驱动设备的供油系统的主油泵是单独由电动机驱动或小汽轮机驱动的。
4、发电汽轮机在机组正常运行时,因为是并网定速运行,所以调节时只调负荷。而工业汽轮机调节时,因为是变速运行,所以既要调转速,又要调负荷。
5、汽轮发电机组无论在任何情况下,发电机也不会出现倒转的现象。而工业汽轮机则不同,正常运行时,汽轮机带动所驱动的设备正常运转,如果停机后,所驱动的设备出现倒转,例如水泵的水倒流回来,或压缩机出口的气体倒流回来,则有可能带动汽轮机也倒转。这样就对工业汽轮机及其所驱动设备的轴瓦提出了能够允许倒转的要求。
6、发电汽轮机都具有机械式的超速保护装置——飞环或飞锤式的危急遮断器,也就是撞击子;而工业汽轮机如果仅仅在一端连接所驱动的设备,可以设置撞击子,但是如果工业汽轮机放置在中间,两端均连接所驱动设备,也就是所谓的“一肩挑两头”,那么如果在工业汽轮机的一端设置撞击子,由于设置撞击子时需要在轴上钻孔,势必削弱汽轮机轴的抗扭转强度,这是不允许的,所以工业汽轮机如果“一肩挑两头”,是不设置撞击子的,那么机组的超速保护就由电子超速保护来完成,一般设置三个测转速探头,当三个测速探头中两个数值达到超速值时,超速保护动作。也就是所谓的“三取二”超速动作。
7、我国的发电汽轮机行业经过若干年的发展,规格型号已经基本形成了一个系列。相同功率等级的发电汽轮机参数基本一致,这就使得发电汽轮机的设计制造相对简单,而工业汽轮机为了满足其所拖动设备的使用要求,所以型号参数也是五花八门,为了提高其系列化、标准化、通用化,工业汽轮机设计制造企业常常采用“积木块”的原理设计制造,采用“积木块”原理和技术设计和制造工业汽轮机﹐是解决“不定型性”的有效方法。这也是我国学习国外先进技术所积累的经验,杭州汽轮机厂是我国最大的工业汽轮机生产厂家,该厂的技术就来源于德国西门子公司。
8、由于工业汽轮机也是由锅炉生产蒸汽进行驱动,一般工业汽轮机距离锅炉都比较远,(相对于电站内锅炉与发电汽轮机的距离)。锅炉至发电汽轮机的主蒸汽管道的蒸汽流速一般为40—60m/s,由于在电厂中锅炉与汽机的距离很近,所以流速按此设计,管道上不会有太大的阻力损失,不会产生太大的压降。但是如果热电站的锅炉产生的蒸汽送往工业汽轮机,由于管线很长,如果流速太大,必将产生较大的阻力损失,造成较大的压降,所以流速就尽可能的小一些,在相同的蒸汽流量下,管线就得粗一些,这就是工业汽轮机管线与电站汽轮机管线设计上有很大的不同点。
由于工业汽轮机的一些具体特点,所以在设计、使用工业汽轮机的过程中,要注重其与发电汽轮机的区别。让工业汽轮机更好的为我国的大工业服务。