汽-轮-机-教-案(东电)

汽汽 轮轮 机机 教教 案案 备 注 绪绪 论论 1 汽轮机装置在国民经济中的地位汽轮机装置在国民经济中的地位 电力工业是国民经济的基础工业 电力工业的发展水平直接影响到 各行各业的发展 电力生产量是衡量一个国家经济水平的重要指标 人均占有电量是衡量人民生活水平的重要指标 世界电量的 80 以上 是由汽轮机作为原动机生产的 火电和核电 因此 汽轮机在国民 经济中占有重要的地位 特点 单机功率大 热经济性高 运行安全可靠 单位功率制造成 本低 二 汽轮机发展概述 二 汽轮机发展概述 自 1883 年第一台轴流式汽轮机诞生至今 汽轮机发展经历了两个阶 段 第一阶段是各类型汽轮机全面问世阶段 1883 1925 第二阶段 是向高参数 高效率 大容量方向发展阶段 1883 年拉伐尔创造第一台轴流式汽轮机 1884 1894 年巴森斯 英 轴流式多级反动式汽轮机 辐流式汽轮 机 背压式汽轮机 1900 年寇蒂斯造复速级汽轮机 造多级冲动式汽轮机 1920 年造给水回热式汽轮机 1925 年造出中间再热式汽轮机 制造厂家制造厂家 GE WH BBC AA 等 三 汽轮机分类和型号 三 汽轮机分类和型号 1 按工作原理按工作原理 冲动式 反动式 2 按热力特性按热力特性 凝汽式 背压式 调整抽汽式 抽汽背压 3 式 中间再热式 混压式 4 按汽流方向按汽流方向 轴流式 辐流式 5 按用途按用途 电站 工业汽轮机 船用 凝汽供暖式 6 按进汽参数 按进汽参数 低压 中压 高压 超高压 亚临界 超 临界 7 按容量 按容量 大功率 小功率 型号型号 汽轮机类型 用汉语拼音表示 N 凝汽式汽轮机 B 背压式汽轮机 C 一次调节抽汽式汽轮机 CC 二次调节抽汽式汽轮机 CB 调节抽汽背压式汽轮机 H 船用汽轮机 Y 移动式汽轮机 额定功率 蒸汽参数 变型序号 例 N300 16 7 537 537 C50 8 82 0 118 CC25 8 82 0 98 0 118 B50 8 82 0 98 CB25 8 82 0 98 0 118 第一章第一章 汽轮机级的工作原理汽轮机级的工作原理 1 1 概概 述述 通流部分通流部分 汽轮机本体中的作功汽流通道 主汽门 调节汽门 进 汽室 各级喷嘴 动叶和汽轮机的排汽管 级级 由一列喷嘴叶栅和一列动叶栅构成的工作单元称为汽轮机的级 1 级的工作过程级的工作过程 特征截面 计算截面 1 1 2 2 3 3 动叶受到的力 冲动力 反动力 周速度 动叶进口速度 动叶出口速度 速度三角形 轮周有效比焓降 1kg 蒸汽在级的动叶栅上转换为机械功的有效比焓 降称为轮周有效比焓降 轮周损失 1 级的反动度级的反动度 2 反动度 蒸汽在动叶中膨胀程度大小的指标 3 m ht0 4 级的类型 1 反动级 0 5 2 冲动级 0 05 0 3 3 纯冲动级 0 4 复速级 三 级的简化一元流动模型和基本方程 三 级的简化一元流动模型和基本方程 一 模型 一 模型 1 稳定的 2 绝热的 3 一元的 4 工质是理想气体 2 基本方程式 1 连续方程 2 能量方程 3 状态或过程方程 二 喷嘴中汽流的临界状态 二 喷嘴中汽流的临界状态 汽流速度等于当地音速时的状态称为临界状态 1 临界速度 临界速度 2 临界压力 临界压力和临界压比和临界压比 G A 过热蒸汽 1 3 0 546 干饱和蒸汽 1 035 0 577 三三 喷嘴的通流能力 喷嘴的通流能力 通流能力与蒸汽滞止参数 蒸汽性质 喷嘴出口面积和压比 临界流量 临界流量 过热蒸汽 06673 饱和蒸汽 06356 实际流量 流量系数 过饱和现象 过饱和现象 当蒸汽在湿蒸汽区工作时 由于蒸汽通过喷嘴的时间 极短 有一部分应凝结的饱和蒸汽来不及凝结 出现了凝结滞后的现 象 由于过饱和现象使蒸汽实际比容小于理想比容 所以理想流量大于实 际流量 需判断工作状态 引入彭台门系数 四 喷嘴在斜切部分内的膨胀 四 喷嘴在斜切部分内的膨胀 1 喷嘴偏转角 贝尔公式 极限膨胀 极限膨胀压力 膨胀不足 五 蒸汽在动叶通道中的流动过程和通流能力 蒸汽在动叶通道中的流动过程和通流能力 动叶速度系数 影响因素 叶高 动叶出口相对速度 反动度 动叶流量系数 1 2 级的轮周功率和轮周效率 级的轮周功率和轮周效率 衡量能量转换过程完善程度的指标是轮周效率 1 蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周效率 蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周效率 动叶作用在汽流上的力 FU 轮周功率 轮周功率 单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所作出的机械功 1 轮周效率 轮周效率 轮周效率 轮周效率 1kg 蒸汽所作出的轮周功 Wu 与蒸汽在该级所消耗的理想 能量 E0 之比称为级的轮周效率 1 3 叶栅的气动特性 叶栅的气动特性 1 叶型损失 叶型损失 2 附面层中的摩擦损失 3 附面层脱离引起的涡流损失 4 尾迹损失 5 冲波损失 影响叶型损失的因素 1 进汽角 2 相对节距 3 端部损失 端部损失 4 端部损失原理 5 影响因素 叶型 相对节距 安装角 进汽角等 1 4 级内损失和级的相对内效率 级内损失和级的相对内效率 1 级内损失 级内损失 2 叶高损失 叶高越小 损失越大 3 扇形损失 4 叶轮摩擦损失 5 部分进汽损失 6 漏汽损失 7 湿汽损失 8 级的相对内效率和内功率 级的相对内效率和内功率 级的相对内效率 级的有效比焓降与理想能量之比 1 级的某些结构因素对效率的影响 级的某些结构因素对效率的影响 2 盖度 3 轴向间隙 4 径向间隙 5 平衡孔 1 5 扭叶片级 扭叶片级 1 概述 概述 直叶片的附加损失 1 沿叶高圆周速度不同引起的损失 时 撞击背弧 时 撞击内弧 1 沿叶高节距不同所引起的损失 扇形损失 1 轴向间隙中汽流径向流动所引起的损失 2 简化的空间流动模型和完全径向平衡方程 简化的空间流动模型和完全径向平衡方程 一 简化的空间流动模型 一 简化的空间流动模型 1 不考虑粘性对流体的影响 2 流动是稳定的 3 认为轴向间隙中的圆周流面是一个轴对称的任意回转面 二 完全径向平衡方程 二 完全径向平衡方程 子午面 子午面 通过汽轮机轴心的 rz 平面 1 径向静压差 2 产生的离心力 1 产生的离心力的径向分量 1 子午向加速度产生的惯性力的径向分量 整理后可得完全径向平衡方程式 1 简单径向平衡法 简单径向平衡法 一 简单径向平衡方程 一 简单径向平衡方程 二 理想等环量流型 二 理想等环量流型 特定条件 无旋流动 1 等环量流型的汽流速度沿叶高的变化规律 2 3 喷嘴出口的环量沿叶高相等 各流层之间的环量差等于零 1 2 3 4 5 优点 优点 1 避免了汽体径向流动产生的附加损失 2 避免了撞击损失 3 下一级进口条件较好 缺点 缺点 1 反动度沿叶高变化太大 容易引起额外损失 2 叶片扭曲厉害 加工工艺复杂 成本高 3 等环流级的轮周功率比其他流型小 第二章第二章 2 1 多级汽轮机的优越性 多级汽轮机的优越性 1 多级汽轮机的应用 多级汽轮机的应用 1 提高初参数 降低背压 减小损失 2 增大进汽量 增大比焓降 1 多级汽轮机的优越性和存在的问题 多级汽轮机的优越性和存在的问题 一 多级汽轮机的效率大大提高 一 多级汽轮机的效率大大提高 1 循环热效率大大提高 2 相对内效率明显提高 3 最佳速比 4 余速利用 5 比焓降小 叶高损失小 6 重热现象 二 单位功率投资大大减小 二 单位功率投资大大减小 三 存在的问题 三 存在的问题 1 增加了附加损失 隔板漏汽损失 湿汽损失 2 机组质量 长度增加 3 高 中压缸工作温度高 4 结构复杂 全机制造成本提高 5 重热现象和重热系数 重热现象和重热系数 1 重热现象 上级损失在以后各级得已部分利用的现象 2 重热系数 各级理想焓降之和与整机理想焓降的差与整机理想焓降的比值 1 多级汽轮机各级段的工作特点 多级汽轮机各级段的工作特点 2 高压段 容积流量小 喷嘴出汽角较小 反动度较小 各级焓降小 可能的级内损失有 1 低压段 容积流量大 喷嘴出汽角大 反动度大 理想焓降大 可能的损失 3 中压段 2 2 进汽阻力损失和排汽阻力损失 进汽阻力损失和排汽阻力损失 1 进汽阻力损失 进汽阻力损失 蒸汽经过主汽门 调节汽门和导汽管时引起的节流损失 2 排汽阻力损失 排汽阻力损失 蒸汽在排汽管中的阻力损失 排汽管构造 先扩压后转向 先转向后扩压 排汽管的优劣 由静压恢复系数和能量损失系数来衡量 1 进出口压力相等 1 排汽出口压力大于进口压力 3 排汽出口压力小于进口压力 2 3 凝汽式发电厂的主要热经济指标 凝汽式发电厂的主要热经济指标 全厂热效率 全厂热效率 煤耗率 煤耗率 b 汽轮发电机组 汽轮发电机组 热耗率 热耗率 q 一 热效率 一 热效率 1 凝汽式汽轮机的绝对内效率凝汽式汽轮机的绝对内效率 热耗率 汽轮机内效率 汽轮机热耗 汽轮机实际作功量 W 1kg 新蒸汽的热耗 1kg 新蒸汽的实际作功量 净内效率 1 汽轮发电机组的绝对电效率 汽轮发电机组的绝对电效率 1 管道效率管道效率 2 凝汽式电厂热效率凝汽式电厂热效率 二 能耗率 二 能耗率 电厂煤耗率 全厂热耗率 汽轮发电机组热耗率 汽轮发电机组汽耗率 标准煤发热量 kj kg 发电标准煤耗率 供电标准煤耗率 2 4 轴封及其系统 轴封及其系统 高压缸常采用曲径轴封 低压缸常采用光轴轴封 高压缸常采用曲径轴封 低压缸常采用光轴轴封 1 齿形轴封 齿形轴封 分为高低齿轴封 曲径轴封 和平齿轴封 光轴轴封 分为高低齿轴封 曲径轴封 和平齿轴封 光轴轴封 一 曲径轴封工作原理 一 曲径轴封工作原理 等流量曲线 等流量曲线 最末级才可能达到临界状态 二 齿形轴封漏汽量的计算 二 齿形轴封漏汽量的计算 1 基本计算公式 1 末级齿孔未达到临界 环形孔的漏汽量 2 最后轴封孔已达到临界状态 最后轴封孔前各孔均未达到临界状态 临界轴封漏汽量 1 轴封口流量系数 0 7 0 8 2 光轴轴封漏汽量修正系数 3 基本公式分析 4 单一表达式 二 轴封系统轴封系统 三三 轴封系统的特点 轴封系统的特点 1 轴封汽的利用 2 低压低温汽源的应用 1 防止蒸汽由轴封端漏入空气 2 防止空气漏入真空部分 2 5 多级汽轮机的轴向推力 多级汽轮机的轴向推力 1 轴向推力 轴向推力 一 冲动式汽轮机的轴向推力 一 冲动式汽轮机的轴向推力 1 作用在动叶上的轴向推力作用在动叶上的轴向推力 压力反动度 1 作用在叶轮面上的轴向推力作用在叶轮面上的轴向推力 叶轮反动度 叶轮反动度 隔板轴封漏汽量隔板轴封漏汽量 平衡孔漏汽量 平衡孔漏汽量 动叶根部漏入漏出蒸汽量 动叶根部漏入漏出蒸汽量 泵浦效应 泵浦效应 1 作用在轴的凸肩上的轴向推力作用在轴的凸肩上的轴向推力 二 反动式汽轮机的轴向推力 二 反动式汽轮机的轴向推力 二 轴向推力的平衡 二 轴向推力的平衡 1 平衡活塞法 平衡活塞法 2 反向布置法 反向布置法 3 极限功率 极限功率 4 定义 定义 在一定的初终参数和转速下 单排汽口凝汽式汽轮机所能发出的最大 功率 称为 1 提高单机最大功率的途径 提高单机最大功率的途径 2 采用高强度 低密度材料 3 增加排汽口 4 采用低转速 5 提高初参数 降低终参数 第三章 汽轮机的变工况特性第三章 汽轮机的变工况特性 3 1 喷嘴的变工况特性 喷嘴的变工况特性 1 渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化 渐缩喷嘴前后参数都变化时的流量变化 1 设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况 设计工况与变工况下喷嘴均为临界工况 2 设计工况与变工况下喷嘴均为亚临界工况 3 渐缩喷嘴初压 背压与流量的关系 3 2 级与级组的变工况特性 级与级组的变工况特性 一 级内压力与流量的关系 一 级内压力与流量的关系 1 级内为临界工况 1 喷嘴流速达到临界状态 2 动叶流速达到临界状态 2 级内为亚临界状态 前提条件 1 比容变化较小 2 结论 简化为 二二 机组压力与流量关系 机组压力与流量关系 变工况前后临界 变工况前后亚临界 三 应用条件 三 应用条件 1 通流面积不变 2 流量相同 包括回热抽汽 3 各级为均质流 四 应用举例 四 应用举例 故障汽轮机参数变化表 一 故障汽轮机参数变化表 一 负荷负荷 给水流量给水流量 调节级后调节级后 压力压力 中间再热中间再热 后压力后压力 高压缸效高压缸效 率率 中压缸效中压缸效 率率 40 36 42 44 1 8 0 4 分析原因 1 压力突降 压力变小可知流量变小 2 压力与流量成正比 可知非调节级工作正常 原因在调节级前或 调节级 1 无机组异常振动可知未出现机械损坏 2 调节级喷嘴 动叶损坏使流量增大 叶片断落使第一非调节 级喷嘴堵塞使调节级后压力升高 所以以上原因可排除 3 门杆断裂使汽门关闭 开启各个调节汽门 故障汽轮机参数变化表 二 故障汽轮机参数变化表 二 功率功率 调节级后压力调节级后压力 高压缸效率高压缸效率 流量流量 17 2 16 5 21 2 12 2 分析原因 1 功率是稳定速率下降的 不是突降 2 调节级后压力上升 而流量未增加 说明非调节级出现堵塞 3 堵塞稳定增加 不是机械损坏 可能是结垢 4 高压缸效率大为下降 说明是高压缸结垢 故障汽轮机参数变化表 三 故障汽轮机参数变化表 三 功率功率 调节级后压力调节级后压力 中间再热后压中间再热后压 力力 高压缸效率高压缸效率 11 0 11 0 10 2 1 8 分析原因 1 呈正比变化 说明调节级或调节级前出现故障 2 各汽门开度下功率均增加 排除汽门 可能 1 喷嘴腐蚀 2 叶片断裂 3 喷嘴弧段漏汽 后两种情况将引起高 压缸效率大大下降 但并未如此 故可初步判定喷嘴腐蚀 五 级的比焓降和反动度的变化规律 五 级的比焓降和反动度的变化规律 1 级的焓降变化规律 级的焓降变化规律 1 成正比的非调节级 焓降不变 最末级 背压不变 流量增大 级前压力上升 焓降增大 1 背压机级组前压力与级组后压力差越小 焓降变化越大 否 则越小 2 级的反动度变化规律 级的反动度变化规律 面积比确定 反动度变化取决于速度比与压比 焓降引起速度变化 焓降增大 速比减小 反动度减小 反动度设计值小的变化大 六 撞击损失 六 撞击损失 七 各级七 各级的变化规律 的变化规律 1 凝汽式汽轮机非调节级 不变过热区不变 湿气区变化 2 背压式汽轮机非调节级 3 调节级 不变 3 3 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响 配汽方式及其对定压运行机组变工况的影响 一 节流配汽 一 节流配汽 缺点缺点 低负荷节流损失大 理想焓降降低大 优点优点 无调节级 结构简单 成本低温度变化小 负荷适应性较好 二 喷嘴配汽二 喷嘴配汽 优点 额定功率下 喷嘴配汽汽轮机的效率比节流配汽稍低 缺点缺点 各级温度变化大 热应力较大 负荷适应性差 三 调节级压力与流量的关系 三 调节级压力与流量的关系 四 配汽方式对定压运行机组变工况的影响 四 配汽方式对定压运行机组变工况的影响 五 轴向推力的变化规律 五 轴向推力的变化规律 1 节流配汽 节流配汽 2 喷嘴配汽 喷嘴配汽 3 背压汽轮机 背压汽轮机 某一中间负荷轴向推力最大 3 4 滑压运行的经济性与安全性 滑压运行的经济性与安全性 1 滑压运行方式 滑压运行方式 2 纯滑压运行 纯滑压运行 3 节流滑压运行 节流滑压运行 4 复合滑压运行 复合滑压运行 二 机组滑压运行的热经济性 二 机组滑压运行的热经济性 1 同一流量下中 低压缸运行工况不变 2 高压缸容积流量部分负荷运行与额定负荷运行接近相等 因此 各项损失较小 3 滑压运行部分负荷可降低给水泵功耗 变速泵 4 平均吸热温度降低 循环热效率降低 三 滑压运行机组的安全性与经济性 调峰时 节流调节高压缸温度变化不大 但节流损失大 喷嘴配汽 高压缸温度变化大 温度变化大时 热应力大 3 5 初终参数变化对汽轮机工作的影响 初终参数变化对汽轮机工作的影响 1 初参数的影响 初参数的影响 2 压力变化的影响 压力变化的影响 1 压力升高使效率先升高 后降低 压力升高使各部件所受应力 增大 轴向推力增加 2 压力降低 效率降低 但难以达到额定功率 1 温度变化的影响 温度变化的影响 温度升高产生高温蠕变 温度急剧降低是锅炉满水等事故的征兆 3 提高初参数限制 提高初参数限制 二 终参数的影响二 终参数的影响 极限真空 极限真空 1 真空恶化和排汽温度过高时 转子不平衡产生振动 2 排汽温度过高使凝汽器泄露 3 汽压力过高使末级流量大减 产生鼓风和小容积机组振颤 三 采用高参数大容量的意义 三 采用高参数大容量的意义 1 经济性高 节约一次能源 降低火电成本 节约投资 材料 缩短工期 减少土地占用 3 6 汽轮机的工况图与热电联产汽轮机 汽轮机的工况图与热电联产汽轮机 1 凝汽式汽轮机工况图 凝汽式汽轮机工况图 工况图 工况图 汽轮发电机组的功率与汽耗量间的关系曲线称为汽轮发电机组的工况图 也称 汽耗线 1 节流配汽凝汽式汽轮机工况图 节流配汽凝汽式汽轮机工况图 空载汽耗量空载汽耗量 3 10 机组容量越大 空载汽耗量越小 汽耗微增率 汽耗微增率 每增加单位功率所需增加的汽耗量 1 喷嘴配汽凝汽式汽轮机工况图 喷嘴配汽凝汽式汽轮机工况图 二 背压式汽轮机 二 背压式汽轮机 供热式汽轮机分为背压式 调节抽汽式和调节抽汽背压式三种 三 一次调节抽汽式汽轮机 三 一次调节抽汽式汽轮机 1 一次调节抽汽式汽轮机热电负荷的调节 一次调节抽汽式汽轮机热电负荷的调节 2 一次调节抽汽式汽轮机的特点 一次调节抽汽式汽轮机的特点 1 低压段的设计流量与最大流量 2 抽汽压力不可调节工况 1 低压段最小流量 2 最大功率 3 一次调节抽汽式汽轮机的功率与流量的关系 一次调节抽汽式汽轮机的功率与流量的关系 1 一次调节抽汽式汽轮机工况图 一次调节抽汽式汽轮机工况图 一次调节抽汽式汽轮机的新蒸汽 抽汽量和功率的关系 称为工况图 1 凝汽工况线 2 等抽汽量工况线 1 背压工况线 最小凝汽量工况线 1 等凝汽量工况线 第四章 汽轮机凝汽设备第四章 汽轮机凝汽设备 4 1 凝汽设备的工作原理 任务和类型 凝汽设备的工作原理 任务和类型 1 凝汽设备的工作原理和任务 凝汽设备的工作原理和任务 汽温下降 5 循环效率提高 1 设备的组成 凝汽器 凝结水泵 抽汽器 循环水泵以及连接管道 阀门和附件 任务 任务 1 建立并维持高度真空 2 供应纯净的凝结水作为锅炉给水 二 凝汽器的类型 二 凝汽器的类型 1 空气凝汽器 凝汽器放置室外 1 表面式凝汽器 空气冷却区 5 10 出口处空气与蒸汽分压力处于同一数量级 凝汽器入口压力 空气抽汽器出口 汽阻汽阻 与之差是蒸汽空气混合物的流动阻力称为凝汽器的汽阻 水阻水阻 冷却水的阻力称为水阻 三 凝汽器真空的测量 4 2 凝汽器的真空与传热 凝汽器的真空与传热 1 凝汽器内压力的确定 凝汽器内压力的确定 凝汽器内蒸汽凝结温度 冷却水入口温度 冷却水出口温度 冷却水温升 凝汽器端差 主凝结区的蒸汽凝结温度 1 冷却水进口温度 1 冷却水温升 凝汽器的冷却倍率或循环倍率 1 凝汽器的传热端差 1 凝汽器的最佳真空 凝汽器的最佳真空 2 空气的危害 空气的危害 空气来源 1 由新蒸汽带入汽轮机 2 处于真空状态下的低压各级与相应的回热系统 排汽 缸 凝汽设备不严密处漏入的 过冷却现象 凝结水温度低于凝汽器入口蒸汽温度的现象 所低的 度数称为过冷度 原因 原因 1 冷却水管束排列不合理 1 漏入空气多或抽气器工作不正常 2 凝结水位过高 淹没冷却水管 使凝结水进一步被冷却 3 凝汽器中蒸汽和空气分压力 凝汽器中蒸汽和空气分压力 4 空气对凝汽器真空的影响 空气对凝汽器真空的影响 5 空气对过冷度的影响 空气对过冷度的影响 1 管外分压低于管束间分压 使凝结温度低于混合流温 度 2 汽阻使管束内层压力降低 凝结温度降低 3 水膜平均温度由于上排管束淋下的凝结水或管内冷却 水的作用而降低 6 凝汽器的传热 凝汽器的传热 4 3 凝汽器的管束布置与真空除氧 凝汽器的管束布置与真空除氧 一 凝汽器的管束布置 一 凝汽器的管束布置 三角排列法 正方形排列法 辐向排列法 二 真空除氧 二 真空除氧 4 4 抽气器 抽气器 一 射汽抽气器 一 射汽抽气器 二 射水抽气器 二 射水抽气器 三 水环式真空泵 三 水环式真空泵 第五章第五章 5 1 概述 概述 转子 转子 叶片 叶轮 主轴 联轴器 静子 静子 汽缸 法兰 隔板 螺栓 静应力 静应力 稳定工况下不随时间变化的应力 动应力 动应力 周期性激振力引起的振动应力 屈服极限 蠕变极限 持久强度极限 屈服极限 蠕变极限 持久强度极限 冷态启动 停机 冷态启动 停机 5 2 汽轮机叶片静强度计算 汽轮机叶片静强度计算 一 单个叶片叶型部分的应力计算 一 单个叶片叶型部分的应力计算 叶顶 叶身 叶根 叶身受力 1 与质量有关的离心力 2 汽流 围带 拉金产生的弯曲应力 一 离心应力计算 根部离心应力 根部离心应力 1 离心应力与截面积无关 2 材料 级的尺寸一定 应采用变截面叶片 3 采用低密度 高强度材料可提高叶高和极限功率 二 蒸汽弯曲应力计算 压力级 取最大流量 调节级 取第一调节汽门全开 均布载荷 均布载荷 将叶片看作悬臂梁 截面弯距 叶根弯距 最小惯性轴 1 1 最大惯性轴 2 2 与 2 2 轴的夹角为 分解为和 根部截面以 1 1 2 2 轴中性轴的弯矩 令叶片根部截面主惯性矩为和 则根部截面点 三点的最大弯应力分别为 抗弯截面模量 出口边点蒸汽弯曲应力最大 取为 0 则等于 等于 0 计算结果偏大 1 围带或拉筋成组叶片的应力计算围带或拉筋成组叶片的应力计算 叶片组静应力计算分离心应力和弯曲应力两方面 一 围带或拉筋离心力对叶片离心力的影响 离心应力 二 围带或拉筋的弯曲应力计算 拉筋当作两端固定的受均布载荷的梁 AB 拉筋离心力除以节距可得 到离心力均布载荷 围带则为 视 AB 段为静不定梁 简化为二次静不定梁 设 A B 两端的转角均 为零 设逆时针为正方向 则 拉筋固定处附加弯矩为 围带两端固定处附加弯矩 弯曲应力 两端外伸拉筋或叶片可视为一端固定的悬臂梁 悬臂梁固定端弯矩 为 三 围带或拉筋的反弯矩对叶片弯曲应力的影响 1 围带反弯矩 2 弯矩修正系数 牢固程度和叶片数的影响 三 叶片离心力引起的弯距及其偏装 三 叶片离心力引起的弯距及其偏装 5 3 汽轮机静子零件的静强度 汽轮机静子零件的静强度 一 叶片动强度 一 叶片动强度 二 激振力产生的原因及其频率的计算 二 激振力产生的原因及其频率的计算 原因原因 1 叶栅尾迹扰动 2 结构扰动 部分进汽 抽汽口 进排汽管 一 低频激振力 1 产生的原因 1 个别喷嘴损坏或加工尺寸有偏差 2 上下两隔板接合面处喷嘴错位 3 级前后有抽汽口 4 窄喷嘴加加强筋 5 采用喷嘴配汽 2 频率的计算 1 对称激振力 2 非对称激振力 二 高频激振力 1 全周进汽的级 2 部分进汽的级 当量喷嘴数 三 叶片与叶片组的振型 三 叶片与叶片组的振型 一类为弯曲振动一类为弯曲振动 另一类为扭转振动另一类为扭转振动 一 单个叶片的振型 1 单个叶片的弯曲振动 1 切向振动 A 型振动 B 型振动 2 轴向振动 2 单个叶片的扭转振动 T 型振动 二 叶片组的振型 1 叶片组的弯曲振动 1 切向振动 A 型振动 B01 B02 型振动 2 轴向振动 2 叶片组的扭转振动 四 单个叶片的自振频率计算 四 单个叶片的自振频率计算 一 叶片弯曲振动的微分方程 1 基本假定 1 叶片根部刚性固定 挠度和转角为零 当时 2 叶片高度方向尺寸远大于其它方向尺寸 3 叶片只在一个平面内振动 只考虑弹性杆的弯曲变形 4 无阻尼振动 5 不考虑离心力 2 弯曲振动的微分方程 挠度曲线方程 简谐振动时 振型曲线 的函数 叶片各质点速度和加速度 自由振动 弹性力与惯性力平衡 达朗伯原理达朗伯原理 一个非自由质点系运动时 作用于该质点系的主动力 系 约束反力系与质点系的惯性力系在形式上组成平衡力系 设 弯矩 切力 分布载荷 q 叶片弯曲振动微分方程 二 等截面叶片的自振频率计算 不随叶高变化 所以 令 则 微分方程一般解 根据边界条件 自由叶片的切向力和叶顶弯矩为零 时 整理后得等截面自由叶片频率方程式 用图解法求解得 得 A0 型自振频率 三 对自振频率理论计算值的修正 1 温度修正系数 2 叶片根部牢固修正系数 由上式可知 叶片自振频率只与结构尺寸和材料性能有关 与激振力叶片自振频率只与结构尺寸和材料性能有关 与激振力 大小无关 大小无关 四 叶片的动频率 动频率 动频率 考虑离心力影响后的叶片振动频率 称 动频系数 型振动 五 叶片组振动频率 阅读五 叶片组振动频率 阅读 六 叶片动强度的安全准则和调频 六 叶片动强度的安全准则和调频 旧标准 弯应力小于许用应力 临界转速避开工作转速的某一范围 未考虑未考虑 承受动应力能力和静应力的大小忽视了耐振强度 新标准新标准 1 采用抵抗疲劳破坏能力的安全倍率 2 采用静动载荷联合作用的耐振强度 a 危险共振类型 1 切向型动频率与低频激振力合拍的共振 2 切向型动频率与高频激振力合拍的共振 3 切向型动频率与高频激振力合拍的共振 不调频叶片 调频叶片 一 耐振强度 耐振强度表示材料在静动应力复合作用下的动强 度指标 复合疲劳强度曲线 弯 弯试验 在不同下承受 107 次的循环而不 破坏的最大交变应力称为耐振强度 离心应力 离心弯曲应力 蒸汽弯曲应力 二 不调频叶片的安全准则 1 安全倍率 动应力系数和蒸汽的弯曲应力 振动倍率 1 与的修正 1 介质腐蚀修正系数 过热区与湿蒸汽交替经过 0 5 过热区 1 湿蒸汽区 0 8 1 叶片表面质量修正系数 抛光的叶片 1 镀铬叶片 0 8 1 应力集中系数 1 1 1 4 一般 1 3 拉筋孔处 2 0 4 尺寸修正系数 5 通道修正系数 过热区或过渡区 1 1 湿蒸汽区 1 0 6 叶片成组影响系数 7 流场不均修正系数 级前后都有进 抽汽口 1 1 级后有进 抽汽口 1 0 1 不调频叶片的安全准则 三 调频叶片的安全准则 1 型频率与的避开要求和安全倍率 1 型振动频率与的避开要求和安全倍率 动频率与静频率极为相近 所以 四 叶片的调频 1 重新安装叶片 改善安装质量 2 增加叶片与围带或拉筋的连接牢固度 3 加大拉筋直径或改用空心拉筋 4 增加拉筋数目 5 改变成组叶片数目 6 增设围带和拉筋 7 叶顶钻孔 8 采用长弧围带 5 4 汽轮发电机组的振动 汽轮发电机组的振动 一 汽轮机转子的横向振动 一 汽轮机转子的横向振动 一 转子的临界转速 转子在启停机的升速或降速过程中 转速上升到某一数值时 转子发 生强烈振动 转速高于这一转速后 振幅又减小 转速出现峰值的转 速称为临界转速 临界转速 挠性转子 刚性转子挠性转子 刚性转子 二 单个轮盘转子的自由振动 横向 轴向或扭转振动 横向弯曲振动最常见横向 轴向或扭转振动 横向弯曲振动最常见 主轴直径 跨度 转子质量 轮盘中心 中心点 单个轮盘弹性系统 三 单个轮盘转子的强迫振动及其涡动现象 偏心距 结果得 四 振幅频率特性与临界转速 强迫振动转子的振幅与激振力的角速度有关 1 无阻尼情况 2 自动定心 五 等直径轴的横向振动及其临界转速 二 汽轮发电机组的轴系扭振 二 汽轮发电机组的轴系扭振 电气系统故障引起 一 电网与汽轮发电机组的非正常运行方式 1 第一类非正常运行方式 失磁异步运行 电压及频率偏差 强行励磁 正相运行以及调峰运行 1 第二类非正常运行方式 失步振荡 汽门快关 甩负荷 线路单相 二相和三相突然短路 单 相快速重合闸 非同期并网等 1 第三类非正常运行方式 超同步共振 次同步共振二相和三相快速重合闸 三 汽轮发电机组振动标准 三 汽轮发电机组振动标准 5 5 汽轮机主要零件的热应力及汽轮机寿命管理 汽轮机主要零件的热应力及汽轮机寿命管理 一 汽轮机主要零件的热应力 一 汽轮机主要零件的热应力 一 产生热应力的原因 热应力 零部件由于温度变化而产生的膨胀或收缩变形称为热变形 热应力 应变量 热应力值 二 汽缸或法兰的热应力估算 泊桑系数 0 3 热应力计算式 内 外热应力值 三 法兰螺栓热应力 螺栓旋入下法兰 1 螺栓贯穿上下法兰 2 四 汽轮机转子的热应力 1 转子热应力表达式 低周热疲劳低周热疲劳 一般汽轮机的运行时间较长 由启动至停机的周期很 长 交变热应力的频率很低 1 冷态启动时热应力的变化 屈服极限 塑性变形 松弛现象 1 热态启动时的热应力变化 二 汽轮机的寿命管理 二 汽轮机的寿命管理 1 可靠性管理 1 寿命管理 无裂纹寿命 裂纹扩展寿命 物质寿命 经济寿命 技术寿命 第六章第六章 6 1 汽轮机自动调节和保护的基本原理 汽轮机自动调节和保护的基本原理 一 自动调节的概念 一 自动调节的概念 1 自动调节的任务 2 直接调节和间接调节 3 有差调节和无差调节 刚性反馈 弹性反馈 4 速度调节和功率调节 转速变化控制调节汽门开度 称速度调节 功频电液调节系统以功率信号控制汽门开度 称功率调节 二 调节系统的静态特性 二 调节系统的静态特性 一 静态特性曲线及四方图 在稳定状态下 汽轮机的功率与转速之间的关系 称为调节系统的 静态特性静态特性 静态特性曲线静态特性曲线 二 速度变动率 汽轮机空负荷所对应的最大转速与额定负荷对应的最小转速之差 与额定转速之比称谓速度变动率 速度变动率 速度变动率不可过小 否则引起负荷晃动 速度变动率不可过大 否则引起甩负荷超速 局部速度变动率 局部速度变动率 并列运行机组的负荷分配 并列运行机组的负荷分配 三 迟缓率 机组在同一功率下的最高转速与最低转速之差 与额定转速之比 称为迟缓率迟缓率 负荷晃动量负荷晃动量 四 特性曲线的平移 同步器 一次调频 一次调频 二次调频 二次调频 作用 作用 1 汽轮机在单机运行时 在任何负荷下保持转速不变 2 汽轮机在并列运行时 在各机组间进行负荷分配 保持转速不 变 五 汽轮机运行对调节系统静态特性的要求 1 静态特性曲线的形状 1 并列容易 2 低负荷区负荷变动较小 3 满负荷时不会过载 1 同步器的调节范围 1 调节的最小范围 2 下限位置 2 5 5 3 上限位置 7 三 调节系统的动态特性 三 调节系统的动态特性 一 动态特性的概念 稳定过程 非周期过程 微振过渡过程 振荡过渡