能源与动力综合

1、叶轮的配置方式、级的概念叶轮的配置方式、级的概念 多级多级 多流多流 径流式： 圆环面（平面） 流线和流面 轴流式： 圆柱面 展开成平面 流线和流面 轴面过流面积的计算： 径流和轴流式叶轮 A2 Rb 22 th A(rr ) 速度矢量在圆柱坐标系中的分解速度矢量在圆柱坐标系中的分解 c ccr+cz+cu=cm+cu cm=cr+cz cm 流量 cu 能量头 绝对运动与相对运动绝对运动与相对运动 速度三角形 绝对速度 c 牵连速度（圆周速度）u 相对速度 w c c u u w w c=u+w 轴流式叶轮内的运动合成 静止与运动部件中的运动轨迹 轴面投影 平面投影 泵、离心风机 轴面速度的

2、关系： cmwm 圆周速度的关系： ucuwu 相对流动角 绝对流动角 水轮机 轴流风机、压缩机 汽轮机、燃气轮机 轴流泵 速度三角形的表达方法 进出口速度三角形进出口速度三角形 1 1、工作机进口速度三角形、工作机进口速度三角形 作图条件： 假定已知机器尺寸、转速和流量 1 1 nr u 30 1）进口圆周速度 2）进口轴面速度 3）吸入室与进口导流器的影响 Vm11 m1 111 qq c AA cu1（或1） 4）无冲击进口工况的概念 希望无Cu! 2 2、工作机出口速度三角形、工作机出口速度三角形 1）出口边圆周速度 2）出口处轴面速度 3）出口相对流动角2 =b2 无穷叶片数假定 2

3、 2 nr u 30 v2m2 m2 222 qq c AA 工作机出口三角形 3 3、反击式原动机进口速度三角形、反击式原动机进口速度三角形 u1、cm1、cu1（1） 无冲击进口条件 4 4、反击式原动机出口速度三角形、反击式原动机出口速度三角形 u2，cm2，2b2 2f（u2，cm2，2） 若2 90法向出口法向出口 5 5、冲击式水轮机的进、出口速度三角形、冲击式水轮机的进、出口速度三角形 c1 w1 u1 w2 c2 u2 1）进口作图条件： cu1，cm1，u1 （对切击式，cm10） 2）出口作图条件： u2，2b2，w1w2 （不满流条件） 例2-1 决定如下参数情况的机器形

4、式，画出各叶 轮进出口速度三角形，分析其特点。 121122 uu100m/s115m/s90w60m/s90；w； 轴向分速度为常数。 1211 22 uu204m/sc348m/s14 w230m/s90 ； ；。 12 1221 n32000rpm200mmr80mm c387m/sc200m/s95 ；r； ； 90 。 1212 n3000rpm250mmr400mm；r； 30 ； 45， 进口气流无旋绕，叶轮出口宽 容积流量 2 b50mm, 3 v q36000m /h。 1. 2. 3. 4. 欧拉方程式欧拉方程式 推导条件：推导条件：无穷叶片数；定常流动； 控制面 单位时间

5、流入的动量矩 L1qmcu1r1 流出的动量矩 L2qmcu2r2 mu 2 2u1 1 dL Mq(crc r ) dt 作用力矩： 1）控制面外流体的作用的力矩为零 2）叶轮的作用力对轴的力矩M 根据动量矩定理有 因为 MgqVHth，可得欧拉方程（重点内容！） th ththpupsus p gHhu cu c 理论扬程 Hth 理论能量头 hth 理论全压 pth 欧拉功 222222 pspssp th ccuuww h 222 欧拉方程的其他形式 第二欧拉方程 动能 离心力引起 流道面积变化 1 1、方程的意义与普遍性、方程的意义与普遍性 thpupsus hu cu c 2 2、

6、关于假设条件（定常流动、无穷叶片数）、关于假设条件（定常流动、无穷叶片数） 3 3、叶片形状的影响、叶片形状的影响 4 4、工作机与原动机、工作机与原动机 5 5、不同型式叶轮的应用、不同型式叶轮的应用径流式 轴流式 方程表示单位质量流体与叶轮的功能转换关系，表示 功能转换的总效果。 只与叶轮进、出口参数有关，使用方便。 理论能量头与u、cu有关。 例例2 22 2 离心式通风机，已知： D2，b2，238，D1，b1 n960rpm qV=42000m3/h pj=1.013105Pa T=293K =1.2kg/m3 cu10 求pth、P、p2。 （忽略空气的可压缩性） 1、根据已知条件

7、作进、出口速度三角形 2、根据速度三角形计算有关速度的数值 3、根据欧拉方程计算风机的全压和功率 4、根据伯努利方程计算压力 叶片进口： m/s71.39 60 1 1 nD u 7 .17 11 1 bD q c V m m/s 叶片出口： m/s4 .75 60 2 2 nD u 7 .17 22 2 bD q c V m m/s 2=38 7 .52 2222 ctgcuc mu m/s 应用欧拉方程 Pa4768)( 1122 uuth cucup 应用伯努利方程 5 2 2 2 10042. 1 2 c ppp thj Pa 功率 6 .55 thV pqP kW 级中流体参数的变化

8、级中流体参数的变化（级工作原理概述）（级工作原理概述） 1、单级离心压缩机、通风机(泵) = cp(T2-T1)+0.5(c22-c12)= h2* -h1* =cp(T2* -T1* ) 由能量方程式：W = dp/ +0.5(c22-c12)+g(z2-z1)+W 滞止压力p*=p+c2/2 加速 加 减 接近等速 功 速 2、单级轴流水轮机（原动机）： 活动 导叶 叶轮 扩压器 固定 导叶 速度 总水 头 静水头 Hhyh 等速加速 减速 减速 3、反动式汽轮机 (9级) 工质的绝对 速度c有9次 增加后又降 低 的 过 程 （进入导叶 喷嘴速度增 大，叶轮中 速度下降）， 而静焓、压

9、力随流动方 向逐步下降。 动叶 静焓h 压力p 速度C 转轴 机壳 静叶 三. 级和机器的性能参数 性 能 参 数 流量: 质量qm (kg/s), 容积qv(m3/s, m3/M, m3/h) 能量头有关量: h(J/kg) ，焓差，压力(膨胀)比等 经济性评价量: 效率等 总能量: 功率P(J/s) 有时还有噪声、转速等量 关联式：P=h qm/ (工作机) P=h qm* (原动机) 1. 能量头有关量: n能量头h(J/kg)， n功 w (J/kg)， n焓差h (J/kg), n扬程H（m）, n压力差p (N/m2), n压力(或膨胀)比， J/kg=Nm /kg=kg (m/s

10、2) m /kg=(m/s2) m; h = g H J/kg=Nm /kg = (N/m2)/(kg/m3) ; h = p/ H = h/g p= h 轮盘摩擦损失 轮盘摩擦损失 内泄露损失 hr hv 内总能量头 htot(hi) = hth 非流道损失(如hv+ hr ) =有效能变化 hhyh 非流道损失(如hv+ hr ) h s 原 动 机 he 工作机 流动损失 hhyh 外泄露损 失hvo 内泄露损 失hv 轮盘摩擦 损失hr 轴承摩擦 损失hm 原动机he hpol hth htot 用图表示各种能量头和损失的关系 hth htot he he hu hi 0)(0) 过压

11、作用 叶片式工作机主要部件和作用叶片式工作机主要部件和作用 一、叶轮一、叶轮 n功能：将机械功传递给流体功能：将机械功传递给流体 n结构：离心、轴流、斜流（混流）、横流结构：离心、轴流、斜流（混流）、横流 离心又分前弯、后弯、径向；多叶；单吸、离心又分前弯、后弯、径向；多叶；单吸、 双吸；闭式、半开式双吸；闭式、半开式 二、吸入室（集风器、进风口）二、吸入室（集风器、进风口） 叶轮前部件叶轮前部件 n扩压器扩压器(导叶导叶):减速、减速、提高压力提高压力 无叶无叶有叶有叶 n弯道回流器弯道回流器(反导叶反导叶)：为：为下一级下一级进口引导组织所进口引导组织所 要求的流场要求的流场 回流器一定有

12、叶片回流器一定有叶片？(一般都装有导流叶片，使气体均匀地沿轴向进入下一级工一般都装有导流叶片，使气体均匀地沿轴向进入下一级工 作轮。作轮。 )；速度变化不大；速度变化不大 n蜗壳：蜗壳：收集收集沿叶轮或扩压器圆周的沿叶轮或扩压器圆周的流体流体并并送到送到 机器的机器的出口出口 非轴对称；稍有加速非轴对称；稍有加速 三、压水室与扩压元件三、压水室与扩压元件 涡壳 无叶扩压器 回流器 回流器 叶片扩压器 后导叶 叶片式工作机的特性曲线叶片式工作机的特性曲线 （一）工况与变工况时机器的工作（一）工况与变工况时机器的工作 工况的概念： 用一组工作参数（n、qV、hth、P、等 ）和介质的物性参数（R、

13、和机器进口处的 参数p、T等）表示的一种工作状况。 设计工况与最优工况 进口 流量变化时的速度三角形 出口 总结：总结： 对于没有可转动的前置导叶的工作机，当 给定了转速和流量后，即可确定进、出口速度 三角形，从而确定了能量头（扬程、风压）， 可见三个工况参数qV，hth和n不是独立的，给 定了其中两个就可以确定第三个。 实践中，通常是给定流量和转速。如 果给定扬程（能量头、风压）求流量，理论上 是可以的，但具体的计算复杂一些。 （二）理论特性曲线（二）理论特性曲线 设cu10 2 2 2 2 2 ctg A q uu p gH Vth th th 2 2 2 2 2 cot F q uu p

14、 gHh VtF thth =a-bqv直线直线 nPth=qvhth=aqvbqv2抛物线抛物线 式中式中a0；b 90o =02=90o 0290o （三）实际特性曲线（三）实际特性曲线 Hth H； qVth qV 扣减损失 流动损失： a、磨擦损失qV2 b、冲击损失(qVqVd)2 Hc、泄漏损失： 机械损失：与工况无关 实际的特性曲线 相似定律、比转速相似定律、比转速 一、相似理论一、相似理论 v 原型试验 v 模型试验 v 实验结果的推广 v 数值试验 1、相似条件 几何相似、运动相似、动力相似（工况相似）、 物性相似 2、相似准则 斯特劳哈尔数 00 0 tc L Sr 雷诺数

15、 0 000 Lc Re 2 00 0 c p Eu 欧拉数 弗劳德数 00 0 Lg c Fr 马赫数 00 2 00 p c Ma 3、不完全相似 在现有的技术条件下，不可能也不必要保证 上述相似准则都保持相等 4、单位参数 对不可压缩介质，只要保证Sr和Eu相等即可 Sr 流量系数 nD qV 3 2 2 u cm 2 2 4 uD qV Eu 压力系数 2 2 u ptF t 22n D H 2 2 2 u gH 功率系数功率系数 35n D P 3 2 2 4 1000 uD P 00 0 tc L Sr 2 00 0 c p Eu 5、相似换算（不可压缩介质） 相似工况 速度三角形

16、 等角工况 m p m p mVpV n n D D qq 3 3 , 22 22 mm pp mp nD nD HH 22 22 , mmm ppp mtFptF nD nD pp 3 , 2 2 3 , 2 2 35 35 mmm ppp m mmm ppp mp uD uD P nD nD PP 以上三个相似定理主要用于两台相似的机器 之间的性能参数换算，也可以用于同一台机器在 转速变化时的相似工况之间的参数换算。 q q n n V A V B A B , , 2 2 B A B A n n H H P P n n A B A B 3 3 当机器的转速变化时，其性能曲线也随之改变。 在

17、两条曲线的对应的相似工况（如图中A、B两点）之 间，存在如下关系 Hk Q 2 当转速变化时，相似的工况分布在一条抛物 线上，该抛物线称为相似抛物线。 如果满足完全相似的条件，该抛物线上所有 的工况的效率应该是不变的，所以该线也称为等 效抛物线。 二、比转速二、比转速 1、比转速的定义及其物理意义 引入比转速的目的：消去直径D，便于应用 v 相似判别数 v 必要条件，非充分条件 v 量纲问题 n q nD H n D n q H q V V 12 34 3 12 22 3434 泵 43 65. 3 H qn n V s 43 H qn n V q 风机 4 3 tF V s p qn n 4

18、 3 2 . 1 tF V s p qn n 压缩机 4 3 h qn n V s 无量纲比转速 4 3 4 3 4 3 4 3 gH P p q gH q h q K tF VVV 双吸用一半流量、多级用单级扬程 43 H qn n V q 机器比转速的规 定工况 泵、风机、压缩 机： 最优工况 2、比转速与过流部件几何形状及性能的关系 反映一系列几何相似机器的共同特性的综合判别数 比转速与过流部件几何形状的关系 欧拉方程： 速度三角形 1122uu cucuh hD2 qV b2、D1、b1 hb2 2 Vth th222 2 q gHuuctg A 管网特性曲线管网特性曲线 为了确定流体

19、机械的 实际运行工况点及其变化 ，必需研究管网的特性以 及机器特性与管网特性的 相互作用。 管网能量头 （装置扬程、管网阻力） 2 12 12 )( Vst G Kqh h pp zzgh 管网系统 管网特性曲线 Hst 和 k 均可为零 流体机械与管网系统的联合工作流体机械与管网系统的联合工作 1、实际运行工况点 能量平衡和质量平衡 工况的调节 平衡点 2、工况点的稳定性 稳定条件的判据 VV G dq dh dq dh 特性曲线的稳定性 0 V dq dh 稳定与不稳定工况 稳定性与叶片角的关系 2 222 2 c tFv thth pq hgHuutg F 22 2 1 ckutg F

20、3、串联与并联运行 工作机的串联运行 目的： p 输送不可压介质时机 器特性： qVqV1qV2 H=H1+H2 机器特性不变 搭配条件：最佳工况 点的流量相等或相近 输送可压缩介质时的机器特性 总特性不等于两机 器的和 多级机器的特性 工作机的并联运行 HH1H2 qV = qV1+ qV2 qm = qm1+ qm2 并联机器与管 网的共同工作 汽轮机内的损失：汽轮机内的损失： 喷嘴出口的汽流理想速度 喷嘴出口的汽流实际速度 2 0101 )(2chhc tt 0* 0 2 p1 p0* p0 h1 hn* hn hC0 h0* h1t 1 h0 t cc 11 * 1 2 nt hc 喷

21、嘴损失 *222 1 2 1 2 1 )1 ()1 ( 2 1 )( 2 1 nttn hccch 动叶损失动叶损失 *22 2 2 2 )1 ()( 2 1 btb hwwh 动叶栅的能量损失系数动叶栅的能量损失系数 2 * 1 b b h h b 余速利用系数余速利用系数 ( ( =01) 余速损失余速损失 2 22 2 1 ch c 汽轮机级内其它损失和效率汽轮机级内其它损失和效率 1、级内损失级内损失 （1）叶高损失（端部损失）叶高损失（端部损失） 定义定义喷嘴和动叶中喷嘴和动叶中与叶高有关与叶高有关的损失的损失 产生原因产生原因由汽道上下端面附面层内的摩擦损由汽道上下端面附面层内的摩

22、擦损 失和端部的二次流涡流所引起。失和端部的二次流涡流所引起。 （2）扇形损失）扇形损失 产生原因：产生原因： 设计时以平均直径处参数为依据，而设计时以平均直径处参数为依据，而各种参各种参 数沿叶高是变化的。数沿叶高是变化的。 （3）叶轮摩擦损失）叶轮摩擦损失 产生原因：产生原因： 摩擦；摩擦； 叶轮两侧汽室中的涡流运动。叶轮两侧汽室中的涡流运动。 （4）部分进汽损失）部分进汽损失 鼓风鼓风损失：无喷嘴弧段（摩擦引起）损失：无喷嘴弧段（摩擦引起） 斥汽斥汽损失：有喷嘴弧段（高速汽流排斥并加损失：有喷嘴弧段（高速汽流排斥并加 速停滞蒸汽引起）速停滞蒸汽引起） 减少部分进汽度 （5）漏汽损失）漏汽

23、损失 隔板漏汽损失：隔板漏汽损失：隔板间隙隔板间隙 叶顶漏汽损失：叶顶漏汽损失：叶顶间隙叶顶间隙 产生原因：产生原因：压力差和间隙存在。压力差和间隙存在。 （6）湿汽损失）湿汽损失 部分蒸汽凝结成水滴，减少作功蒸汽量部分蒸汽凝结成水滴，减少作功蒸汽量 水滴不作功，被高速汽流夹带前进，消耗轮周功水滴不作功，被高速汽流夹带前进，消耗轮周功 水滴前进速度低于蒸汽速度，击打动叶及喷嘴背弧水滴前进速度低于蒸汽速度，击打动叶及喷嘴背弧 去湿措施 齿形轴封 2、级的相对内效率和内功率、级的相对内效率和内功率 1 * 00 hh EE h t i i 实际热力过程曲线实际热力过程曲线 相对内效率相对内效率 内

24、功率内功率 im im i hq hD P 3600 0* 0 1 s h 2 p2 p1 p0* p0 ht* hn hb hb hb h hc2 hn hi 级的有效焓降 1、根据级的热力过程曲线图（下图），回答以下问题： 图中的0，1，2点分别对应汽轮机中的哪个部位？ 与理想流动过程相比，实际流动过程0-3存在哪些损失？ 为什么3点焓值比2点的高？ (1)若0点的焓值h0=3132kJ/kg，蒸汽初速度c0=70m/s，蒸汽 等熵过程膨胀时喷嘴出口焓值h1t=3071.7 kJ/kg，喷嘴速度系 数=0.95，动叶出口汽流绝对速度c2=124m/s，求滞止点的 焓值，喷嘴出口的汽流实际速

25、度，喷嘴损失和余速损失。 0* 0 1 s h 2 p2 p1 p0* p0 ht* hn h1t hb hb h hc2 hn hi 级的有效焓降 3 h0 1、0点为汽轮机中的喷嘴入口；1点为喷嘴出口（动叶进 口）；2点为动叶出口。 存在喷嘴损失，动叶损失，余速损失，叶高损失，扇形损 失，叶轮摩擦损失，部分进汽损失，漏汽损失和湿气损失 。由于级内存在各种损失，损失又转化为热能，反过来加 热蒸汽本身，从而使动叶出口焓值升高。 滞止点焓值：kgkJchh/45.3134 1000 705 . 0 31325 . 0 2 2 000 喷嘴出口气流的实际速度 ： 12550095. 0 70100

26、0)7 .30713132(295. 0 )(2 2 2 01011 chhcc tt =336.5 m/s 2/5 .125)95. 01 ( 2 )1 ()1 ( 2 2 1 22 t nn c hh 喷嘴损失： =6.12 kJ/kg 10002 124 2 22 2 2 c h c =7.69 kJ/kg 余速损失： 航空燃气轮机航空燃气轮机 动力输出方式：尾喷管输出方式动力输出方式：尾喷管输出方式 v（1）涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机 v（2）涡轮风扇发动机）涡轮风扇发动机 v（3）涡轮螺旋桨发动机）涡轮螺旋桨发动机 涡轮冲压发动机 地面燃气轮机地面燃气轮机 v动力输出方式：动力输出

27、方式： 涡轮轴功率输出方式 v分类：分类： 单轴、双轴 v用途：用途： v 发电、船舶、机车、汽车、坦克; v 石油、天然气加压站的动力机械 v 直升飞机 3 3、燃气轮机的特点、燃气轮机的特点 与内燃机相比：与内燃机相比： 优点： 单机功率较大 重量轻、体积小； 启动快； 排气污染小； 缺点： 油耗高 制造成本高 与汽轮机相比：与汽轮机相比： 优点：优点： 装置简单、紧楱、重装置简单、紧楱、重 量轻、体积小；量轻、体积小； 启动快，带负荷快；启动快，带负荷快； 不需大量冷却水不需大量冷却水 缺点：缺点： 单机功率较小单机功率较小 效率较低效率较低 运行寿命短。运行寿命短。 水轮机的特点水轮机

28、的特点 v工作水头（能量头）低 v转速低：低速重载 v单级：调节特性好 转轮的叶片形状： 从轴流式经过混流式到切击式的变化，以适 应从低到高不同的水头 v 存在问题：存在问题： 非设计工况下效率的保证；泥沙磨损非设计工况下效率的保证；泥沙磨损 往复式机械主要零部件往复式机械主要零部件 1、活塞组： 活塞、活塞环、活塞销及其固 定件。 1活塞2气环3油环 4活塞销5卡环6连 杆A活塞头部B活塞 顶部C活塞环槽部D 活塞裙部E活塞销座 活塞: 头部：顶部和环部 活塞顶部的直径 比裙部小。 裙部：起导向和承 受连杆传给的侧压 力的作用。 活塞环：活塞环：是装在活塞环槽的开口弹性金属环，分为气环和油环

29、。 气环：主要起密封和散热作用，防止缸内高温高压燃气漏入曲 轴箱，并将活塞顶吸收热量的一部分传给气缸套。23道 油环：起刮油和铺油的作用。 上行铺油 下行刮油 活塞销：活塞销：活塞和连杆的连接零件。 受力：气缸压力、活塞组和连杆惯性力。 对活塞销的要求：重量轻、刚性好，表面硬而耐磨，内 韧而耐冲击。因此，大多数活塞销做成空心，减少惯 性力。活塞销用低碳合金钢、表面经渗碳和精磨而成。 活塞销与销座孔为过渡配合 活塞销与连杆小头轴承孔为动配合 连杆连杆 作用：把活塞和曲轴连接起 来，使活塞的往复运动 与曲轴的旋轴运动相互 转换，并将活塞所受的 气体压力传给曲轴。 组成：连杆小头（包括衬套 轴承）、

30、杆身和大头 （包括大端盖、连杆螺 栓及连杆瓦）等， 连杆小头：连杆小头：连杆与活塞销相连的部分。一般为圆筒形，与杆 身连成一体。为了减少磨损、维修方便，小头都镶有铜衬 套。 杆身：杆身：断面形状大多数是“工”字形，其翼面的长轴安排在 连杆摆动平面内，且断面尺寸由小头向大头逐渐增大 。 优点：a. 抗弯断面模数大，抗弯曲能力强。 b. 抗弯强度大。 c.使连杆传力及应力均匀分布。 连杆大头：连杆大头：连杆与曲轴相连部分，曲柄销在连杆大头轴承中 作相对高速旋转。 整体式结构、剖分式结构 曲轴 :通过连杆将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动. 作用：通过连杆将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。 受

31、力：气体压力、活塞连杆组的惯性力和扭力作用。 结果：产生相应的扭矩、弯曲、压缩和拉伸应力及变形；高速 旋转的主轴颈和连杆轴颈（曲柄销）遭受到严重的摩擦和磨 损。 气缸体、气缸套和气缸盖三个主要固定件气缸体、气缸套和气缸盖三个主要固定件 机体：由气缸体、曲轴箱和机座或油底壳及主轴承盖等组成 。 气缸体和曲轴箱常铸成一体， 气缸体的上半部内腔装有活塞往复运动导向和容纳工质的圆柱 形空腔，称为气缸。 气缸体的下半部分支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴和连杆的 运动空间。 气缸体的顶部与气缸盖连接，底部与机座或油底壳连接。 气缸体结构形式一般分为三种：平分式气缸体，其刚度较差； 龙门式气缸体，其刚度较好；

32、隧道式气缸体，其刚度最好。 气缸套气缸套: : 气缸体中的气缸套内壁是活塞的导向面。 由于气缸直接受高温、高压燃气的作用，且活塞在 气缸中高速往复滑动，所以缸壁磨损较大，容易损 坏，降低气缸的寿命。 常用的气缸套有干、湿两种。干式气缸套的外壁不直 接与冷却水接触，缸套的壁厚很薄，滑动配合装入 气缸体孔座。湿式气缸套壁较厚，外壁直接与冷却 水接触，其上、下端的外圆表面的两道凸出圆环装 有橡胶圈用以密封冷却水。其冷却效果好。 气缸盖气缸盖: : 气缸盖的底面和活塞顶与气缸等共同组成 燃烧空间；气缸盖上设有进排气道，并装有配气机 构的进气和排气阀组件、摇臂、摇臂座等，还装有 喷油器或火花塞。多缸发动

33、机的气缸盖结构形式有 单体式、分段式和整体式三种。单体式多用于大型 发动机。 曲柄曲柄连杆机构的动力学连杆机构的动力学 往复活塞式动力机械工作时，作用在曲柄往复活塞式动力机械工作时，作用在曲柄连杆机构上连杆机构上 的力主要有：的力主要有： （1 1）运动件的惯性力；）运动件的惯性力； （2 2）气缸中的气体压力；）气缸中的气体压力； （3 3）构件相对运动时接触面产生的摩擦力；）构件相对运动时接触面产生的摩擦力； 而而 （4 4）运动件的重力；相对较小，可忽略）运动件的重力；相对较小，可忽略 对于整个机器而言，还有对于整个机器而言，还有 （5 5）负荷的反作用扭矩及机构的支承反力）负荷的反作用

34、扭矩及机构的支承反力 容积式泵和压缩机容积式泵和压缩机 容积型压缩机和泵容积型压缩机和泵 （按压缩机部件运动特点分（按压缩机部件运动特点分） 往复式往复式回转式回转式 滚动滚动 转动式转动式 滑滑 片片 式式 单螺单螺 杆式杆式 双螺双螺 杆式杆式 涡涡 旋旋 式式 （按结构特点分按结构特点分） 活塞式活塞式 罗罗 茨茨 式式 往复泵的性能特点往复泵的性能特点 1.往复泵的理论流量： 往复泵的理论流量即活塞的有效工作面在单位时间内所扫 过的容积： Qt=60KAeSn m3h (11) 式中：K 泵的作用数； S 活塞行程，m; n 泵的转速，rmin； A 活塞平均有效工作面积，m3。 2.

35、往复泵的实际流量 往复泵的实际流量Q总小于理论流量Qt， 即 QQt v 这是因为： 1)压力降低时溶解在液体中的气体会逸出，液体本身汽化； 空气从填料箱等处漏入。 2)活塞换向时，由于泵阀关闭迟滞造成液体流失。 3)活塞环、活塞杆填料等处的间隙以及泵阀关闭不严等产生 的漏泄。 一般输送常温清水的往复泵， h v 0.800.98； 往复泵的性能特点往复泵的性能特点 3. 往复泵的瞬时流量 上述表达式是泵的平均流量。当工作面积为A (m2)的活塞 以速度v (ms)排送液体时， 瞬时流量表达为: q = Av 曲柄连杆机构将回转运动转换为往复运动，故v和泵q将周 期性地变化。一般曲柄连杆长度比

36、= r/L 0.25，v可用曲 柄销的线速度在活塞杆方向的分速度代替， 即 v = r sin 式中: -曲柄角速度,常数; -曲柄转角 单作用泵的流量也近似地按正弦曲线规律变化，单作用泵 的流量是很不均匀的。多作用往复泵流量的均匀程度显然 要比单作用泵强。三作用泵（120度）流量的均匀程度不但 优于单、双作用泵，而且比四作用泵（90度）也强。 往复泵的性能特点往复泵的性能特点 4往复泵的供液不均匀 度 泵供液的不均匀程度可用 脉动率Q表示： Q=(qmax-qmin)qm 式中：qmax, qmin, qm分 别为表示最大、最小和 平均理论流量。 各种往复泵Q的理论值 如表11所列，它与曲

37、柄连杆长度比= r/L 有 关。 101 首先从首先从的的水蒸汽动力循环水蒸汽动力循环进行分析，然后再分析经过改进以后进行分析，然后再分析经过改进以后 的的的水蒸汽动力循环。的水蒸汽动力循环。 （一）（一） 火电厂蒸汽动力装置循环火电厂蒸汽动力装置循环朗肯循环朗肯循环 1 1，朗肯循环，朗肯循环 根据热力学第二定律，根据热力学第二定律，卡诺循环卡诺循环 的热效率是最高的。但实际上所采用的热效率是最高的。但实际上所采用 的是最简单的蒸汽动力装置理想循环的是最简单的蒸汽动力装置理想循环 朗肯循环朗肯循环。它由。它由 和和所组成。如图所组成。如图11-111-1所示所示 。 102 2 2，朗肯循环

38、的组成，朗肯循环的组成 锅炉锅炉，煤在炉中燃烧、放热，水在锅炉，煤在炉中燃烧、放热，水在锅炉 中定压吸热、汽化为中定压吸热、汽化为饱和蒸汽饱和蒸汽。 过热器过热器，饱和蒸汽在其中吸热成为，饱和蒸汽在其中吸热成为过热蒸汽过热蒸汽。 汽轮机汽轮机，蒸汽在汽轮机膨胀、作功、乏汽排出。，蒸汽在汽轮机膨胀、作功、乏汽排出。 凝汽器凝汽器，乏汽进入凝汽器并凝结、放出，乏汽进入凝汽器并凝结、放出潜热潜热。 给水泵给水泵，将凝结水提高压力并泵入锅炉，完成一个循环。，将凝结水提高压力并泵入锅炉，完成一个循环。 103 图111 b、c、d中分别给出了朗肯循环 在p-v图、T-s图、h-s图上的表示。 4-1 4

39、-1为为，( (水在锅炉、过热器的吸热、汽化和过热过程，水在锅炉、过热器的吸热、汽化和过热过程， 由饱和水变成过热蒸汽由饱和水变成过热蒸汽) )。 1-21-2为为。如果忽略摩擦与散热，可简化为一。如果忽略摩擦与散热，可简化为一 ( (等熵过程等熵过程) )。 2-32-3过程为乏汽在凝汽器中的过程为乏汽在凝汽器中的（也定温）（也定温）( (蒸汽凝结蒸汽凝结 成为饱和水成为饱和水) )。 3-4 3-4为为它由给水泵把它由给水泵把 水压入锅炉的压缩过程水压入锅炉的压缩过程) )。若忽略。若忽略 摩擦与散热，摩擦与散热，可将一个实际不可逆可将一个实际不可逆 循环简化为一个理想可逆等熵压缩循环简化

40、为一个理想可逆等熵压缩 过程。过程。 热电厂热电厂 都是在都是在朗肯循环朗肯循环的基础上的基础上进进 行改进后行改进后得到的。得到的。 104 提高蒸汽动力装置循环的热效率，具有很重大的意义。为了提高热效率，应提高蒸汽动力装置循环的热效率，具有很重大的意义。为了提高热效率，应 （1 1）尽可能的减少）尽可能的减少散热、排烟散热、排烟的外部能量损失；的外部能量损失； （2 2）从）从设计设计、制造制造和和运行运行等诸方面着手，提高汽轮机的内效率；等诸方面着手，提高汽轮机的内效率； （3 3）提高蒸汽在锅炉的）提高蒸汽在锅炉的平均吸热温度平均吸热温度，减少蒸汽与烟气间温差传热造成的损失；，减少蒸汽

41、与烟气间温差传热造成的损失； （4 4）降低汽轮机）降低汽轮机排汽压力（温度）排汽压力（温度），减少蒸汽与冷却水温差传热造成的损失，减少蒸汽与冷却水温差传热造成的损失 。 在以上几个方面，提高蒸汽在锅炉中的在以上几个方面，提高蒸汽在锅炉中的平均吸热温度平均吸热温度最为重要。具体做法是：最为重要。具体做法是： 提高提高蒸汽初参数蒸汽初参数再热蒸汽参数再热蒸汽参数 采用采用回热系统回热系统等；等； 在此基础上，再配合在此基础上，再配合中间再热循环中间再热循环 采用采用热电联产、蒸汽热电联产、蒸汽燃气联合循环燃气联合循环等措施等措施 4 4，提高蒸汽动力装置循环的热效率，提高蒸汽动力装置循环的热效率

42、 105 提高蒸汽动力装置循环的热效率，具有很重大的意义。为了提高热效率，应提高蒸汽动力装置循环的热效率，具有很重大的意义。为了提高热效率，应 （1 1）尽可能的减少）尽可能的减少散热、排烟散热、排烟的外部能量损失；的外部能量损失； （2 2）从）从设计设计、制造制造和和运行运行等诸方面着手，提高汽轮机的内效率；等诸方面着手，提高汽轮机的内效率； （3 3）提高蒸汽在锅炉的）提高蒸汽在锅炉的平均吸热温度平均吸热温度，减少蒸汽与烟气间温差传热造成的损失；，减少蒸汽与烟气间温差传热造成的损失； （4 4）降低汽轮机）降低汽轮机排汽压力（温度）排汽压力（温度），减少蒸汽与冷却水温差传热造成的损失，减

43、少蒸汽与冷却水温差传热造成的损失 。 在以上几个方面，提高蒸汽在锅炉中的在以上几个方面，提高蒸汽在锅炉中的平均吸热温度平均吸热温度最为重要。具体做法是：最为重要。具体做法是： 提高提高蒸汽初参数蒸汽初参数再热蒸汽参数再热蒸汽参数 采用采用回热系统回热系统等；等； 在此基础上，再配合在此基础上，再配合中间再热循环中间再热循环 采用采用热电联产、蒸汽热电联产、蒸汽燃气联合循环燃气联合循环等措施等措施 4 4，提高蒸汽动力装置循环的热效率，提高蒸汽动力装置循环的热效率 106 （二）（二） 回热循环回热循环 1 1，给水回热循环的采用，给水回热循环的采用 在朗肯循环中，造成热效率低的主要原因是工质在

44、朗肯循环中，造成热效率低的主要原因是工质 平均吸热温度平均吸热温度。为了提高蒸汽平均吸热温度，除了。为了提高蒸汽平均吸热温度，除了提提 高蒸汽初参数高蒸汽初参数之外，另一种办法是之外，另一种办法是改善吸热过程改善吸热过程。如图。如图11-11- 3 3所示，所示，4-5-14-5-1为蒸汽的吸热过程，而为蒸汽的吸热过程，而4-54-5为其为其，是，是 整个吸热过程中整个吸热过程中段。段。 图11-3 朗肯循环的Ts图 如果把这一如果把这一低温吸热段低温吸热段加以改进提高，则循环的加以改进提高，则循环的平均吸热温度平均吸热温度将提高。将提高。 改进的最好的办法是采用改进的最好的办法是采用给水回热

45、给水回热。 就是把汽轮机中作过功的蒸汽，逐级就是把汽轮机中作过功的蒸汽，逐级 抽出来加热给水，抽出来加热给水，减少冷源损失减少冷源损失，同时，同时提高锅炉给水温度提高锅炉给水温度（提高蒸汽平均（提高蒸汽平均 吸热温度），则吸热温度），则提高了循环热效率提高了循环热效率。 107 2, 2, 实际回热循环实际回热循环 实际回热循环实际回热循环如图如图11-411-4，是从，是从汽轮机汽轮机的不同的不同 的级逐级抽出部分作过功的蒸汽，在的级逐级抽出部分作过功的蒸汽，在加热器加热器中加热中加热 给水，提高给水，提高锅炉锅炉进水温度进水温度，减少蒸汽在低温吸热段，减少蒸汽在低温吸热段 的的吸热吸热，这

46、种循环称为，这种循环称为给水回热加热循环给水回热加热循环。 图11-4 实际回热循环 是一种表面式热交换器是一种表面式热交换器 在在汽轮机汽轮机中有中有两种两种 。 位于位于给水泵给水泵前前的为低压加热器，的为低压加热器， 位于位于给水泵给水泵后后的为高压加热器。的为高压加热器。 是汽轮机的重要辅助设备。在汽轮机中作过功的乏汽进是汽轮机的重要辅助设备。在汽轮机中作过功的乏汽进 入凝汽器内凝结成水，放出汽化潜热（入凝汽器内凝结成水，放出汽化潜热（），），经过凝结水泵经过凝结水泵 、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器，最后进入、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器，最后进入锅炉锅炉重新吸热汽

47、重新吸热汽 化成化成蒸汽蒸汽。 108 采用给水回热加热循环，可以提高循环的热效率。同时也增加了设备（加热采用给水回热加热循环，可以提高循环的热效率。同时也增加了设备（加热 器、管道、阀门、水泵等），使系统复杂，投资增加。但有利是主要的：器、管道、阀门、水泵等），使系统复杂，投资增加。但有利是主要的： 1 1）回热抽汽可使汽轮机）回热抽汽可使汽轮机进汽量增加进汽量增加，而，而排汽量减少排汽量减少。对提高效率、改善末级。对提高效率、改善末级 的设计都是有好处的；的设计都是有好处的； 2 2）由于热效率的提高，）由于热效率的提高，锅炉热负荷减少锅炉热负荷减少，可以，可以减少锅炉的受热面减少锅炉的受

48、热面，节约部分，节约部分 金属材料；金属材料； 3 3）由于凝汽量的减少，可以）由于凝汽量的减少，可以减少凝汽器的换热面减少凝汽器的换热面，节约大量的铜材。，节约大量的铜材。 3, 3, 给水回热加热循环的给水回热加热循环的 109 （三）中间再热循环（三）中间再热循环 1 1，中间再热循环的采用，中间再热循环的采用 提高蒸汽初压，可以提高循环热效率。但是，蒸汽初压的提高，将会引起：提高蒸汽初压，可以提高循环热效率。但是，蒸汽初压的提高，将会引起： 乏汽的乏汽的，对汽轮机的工作产生不利影响。，对汽轮机的工作产生不利影响。 如果同时提高蒸汽的初压和初温，又要受到金属如果同时提高蒸汽的初压和初温，

49、又要受到金属的限制。的限制。 为了解决这一问题，为了解决这一问题，采用蒸汽中间再过热采用蒸汽中间再过热的办法。的办法。 采用采用中间再热中间再热，就是让新，就是让新蒸汽蒸汽首先进入汽轮机高压首先进入汽轮机高压 部分部分膨胀作功膨胀作功，到某一中间压力时，到某一中间压力时， 送到锅炉的再热器中送到锅炉的再热器中再过热再过热，然后再送到汽轮机的，然后再送到汽轮机的 中、低压部分继续膨胀作功，如图中、低压部分继续膨胀作功，如图11-511-5所示。经再所示。经再 热后，膨胀末了的热后，膨胀末了的乏汽的干度明显增大乏汽的干度明显增大。这样，就。这样，就 避免了提高初压或者同时提高初压、初温而带来的避免

50、了提高初压或者同时提高初压、初温而带来的 困难。困难。 图11-5 110 对图对图11-5b11-5b的的T-sT-s图作分析。图中，图作分析。图中，1-21-2-3-4-1 -3-4-1 为为基本循环基本循环，B-A-2-2B-A-2-2-B-B为为 再热附加循环再热附加循环。当再热温度与新蒸汽温度相同时，当。当再热温度与新蒸汽温度相同时，当终参数一样终参数一样，只要，只要再热再热 压力压力不太低，则附加循环的不太低，则附加循环的平均吸热温度平均吸热温度将高于基本循环的将高于基本循环的平均吸热温度平均吸热温度。 这样，这样，总的平均吸热温度总的平均吸热温度就变高了，则总的热效率得到提高。就

51、变高了，则总的热效率得到提高。 2，再热对循环热效率的影响再热对循环热效率的影响 图11-5b 再热压力选定再热压力选定 如果如果再热压力再热压力选得选得，能使热效率得到，能使热效率得到； 如果再热压力选得如果再热压力选得，则使热效率将会则使热效率将会。 如果再热压力选得如果再热压力选得过高过高，附加循环的吸热量减少，附加循环的吸热量减少， 使整个循环的热效率减弱。使整个循环的热效率减弱。 因此要找一个因此要找一个最佳的再最佳的再 热压力。热压力。根据设计和运行的经验取根据设计和运行的经验取 之间。之间。 111 3.生产流程生产流程： 燃煤：燃煤：皮带运输机皮带运输机 原煤斗原煤斗 给煤机给

52、煤机 磨煤机磨煤机 （制粉系统）（制粉系统） 排粉排粉 风机燃烧器（锅炉燃烧）。风机燃烧器（锅炉燃烧）。 空气空气：送风机：送风机 空气预热器（加热空气）。空气预热器（加热空气）。 一次风一次风：排粉风机：排粉风机 磨煤机磨煤机(干燥、加热煤粉干燥、加热煤粉) 燃烧器燃烧器(炉膛炉膛)。 二次风二次风：燃烧器（炉膛参与燃烧）。：燃烧器（炉膛参与燃烧）。 高温烟气：高温烟气：炉膛炉膛 （炉顶和水平烟道）过热器、再热器（炉顶和水平烟道）过热器、再热器 省煤器省煤器 空气预热器空气预热器 除尘设备除尘设备 引风机引风机 烟囱（排空）。烟囱（排空）。 灰份和颗粒：灰份和颗粒：会渣斗（连同除尘器下的细灰

53、）会渣斗（连同除尘器下的细灰） 地沟地沟 灰浆泵灰浆泵 灰灰 场。场。 112 工质工质）给水泵给水泵（汽轮机）汽轮机）高压加热器高压加热器（锅炉）锅炉）省煤省煤 器器（吸收尾部烟道中烟气热量）（吸收尾部烟道中烟气热量）汽包汽包下降管下降管下连箱下连箱 水冷壁（水冷壁（吸收煤粉燃烧时的辐射热，一部分水蒸发成吸收煤粉燃烧时的辐射热，一部分水蒸发成蒸汽，蒸汽，汽水混合汽水混合 物物)汽包汽包（汽水混合物汽水混合物分离分离后）饱和后）饱和蒸汽蒸汽过热器过热器过热蒸汽过热蒸汽。 主蒸汽管主蒸汽管汽轮机（汽轮机（高压缸作功）高压缸作功）（高压缸排出的（高压缸排出的蒸汽）蒸汽） （锅炉）（锅炉）再热器再热

54、器（再过热）再过热）再热蒸汽再热蒸汽汽轮机中、低压缸（汽轮机中、低压缸（继继 续膨续膨胀作功）胀作功）(带动带动)发电机发电机(发电发电)。(过功的过功的)泛汽泛汽凝汽器凝汽器凝结成）凝结成） 热井热井凝结水泵凝结水泵低压加热器低压加热器除氧器除氧器给水泵给水泵(升压升压) 锅炉锅炉循环使用循环使用)。 113 当给水中含有过量空气（氧气）时，对热力设备和管道系当给水中含有过量空气（氧气）时，对热力设备和管道系 统的工作可靠性和寿命是有影响的。这是因为：造成金属的统的工作可靠性和寿命是有影响的。这是因为：造成金属的腐蚀腐蚀，影响传热影响传热 效果效果，降低传热效率。为了保证电厂安全经济运行，必

55、须不断地从锅炉给水，降低传热效率。为了保证电厂安全经济运行，必须不断地从锅炉给水 中清除掉生产过程中溶解于水的气体（氧），所以称为中清除掉生产过程中溶解于水的气体（氧），所以称为给水除氧过程给水除氧过程，其设，其设 备称备称。 除去锅炉给水中溶解的除去锅炉给水中溶解的和和，防止热力设备和管道系统的，防止热力设备和管道系统的 腐蚀腐蚀和和传热效果变坏传热效果变坏，保证热力设备的安全经济运行。，保证热力设备的安全经济运行。 114 电厂所采用的除氧方法是电厂所采用的除氧方法是。热力除氧的原理是建立在。热力除氧的原理是建立在和和 基础上的。基础上的。 指出：当液体和气体间处于平衡状态时，对应一定的温

56、度，单位体指出：当液体和气体间处于平衡状态时，对应一定的温度，单位体 积水中溶解的气体量与水面上该气体的分压力成正比。这样，要将某种气体积水中溶解的气体量与水面上该气体的分压力成正比。这样，要将某种气体 从水中清除掉，则应将该气体在水面上的分压降为零。从水中清除掉，则应将该气体在水面上的分压降为零。 指出：混合气体的指出：混合气体的全压力全压力等于组成它等于组成它各气体分压力各气体分压力之之。 根据这一原理，在除氧器中，对水进行根据这一原理，在除氧器中，对水进行定压加热定压加热，其蒸发水量就会增加，从，其蒸发水量就会增加，从 而水面的而水面的水蒸汽的分压水蒸汽的分压就会增加，就会增加，其他气体

57、分压其他气体分压就会减少。当水加热到除氧就会减少。当水加热到除氧 器压力下的沸点时，水面的水蒸汽的分压就接近混合气体的全压力，而其他器压力下的沸点时，水面的水蒸汽的分压就接近混合气体的全压力，而其他 气体分压就会减少到零。于是，溶解于水中的气体将在气体分压就会减少到零。于是，溶解于水中的气体将在的作用下的作用下 从水中逸出，并从除氧器排气关中排走。从水中逸出，并从除氧器排气关中排走。 115 有有水膜式水膜式、淋水盘式淋水盘式和和喷雾式喷雾式除氧器。除氧器。 按外形又分为按外形又分为立式立式和和卧式卧式两种除氧器。两种除氧器。 根据除氧器压力大小又分为根据除氧器压力大小又分为真空式、大气式真空

58、式、大气式和和高压除氧器高压除氧器。 对于中、低参数的机组，一般采用对于中、低参数的机组，一般采用，其工作压力一般为，其工作压力一般为 0.12Mpa0.12Mpa，相应的饱和温度为，相应的饱和温度为104.25 104.25 。 对于高参数的机组，一般采用对于高参数的机组，一般采用，其工作压力一般为，其工作压力一般为 0.350.6Mpa0.350.6Mpa，相应的饱和温度为，相应的饱和温度为158.08 158.08 。 除氧器由除氧头和除氧水箱组成，其除氧器由除氧头和除氧水箱组成，其 116 现代大型火电机组都装有旁路系统。旁路系统是指高参数蒸汽现代大型火电机组都装有旁路系统。旁路系统是

59、指高参数蒸汽不通过汽轮机不通过汽轮机 的通流部分的通流部分，而是经过与汽轮机并联的，而是经过与汽轮机并联的减温减压器减温减压器，将降压减温后的蒸汽送到低，将降压减温后的蒸汽送到低 一级的一级的蒸汽管道蒸汽管道或是或是凝汽器凝汽器去的连结管道系统。去的连结管道系统。 （1 1）旁路系统的主要作用旁路系统的主要作用 1 1）保护再热器）保护再热器 正常工作时，汽轮机高压缸的排汽通过正常工作时，汽轮机高压缸的排汽通过再热器再热器吸热，使再热器得到冷却。但吸热，使再热器得到冷却。但 在在、汽轮机、汽轮机前，或前，或等情况下，高压缸没有排汽进入再热器，这时等情况下，高压缸没有排汽进入再热器，这时 ，由旁

60、路系统送来经，由旁路系统送来经减温减压减温减压后的蒸汽通过后的蒸汽通过( (冷却冷却) )再热器；再热器； 117 单元机组启停和甩负荷时，单元机组启停和甩负荷时，和汽轮机所需蒸汽量不一致，锅和汽轮机所需蒸汽量不一致，锅 炉最低蒸发量为额定蒸发量的炉最低蒸发量为额定蒸发量的30%30%，而大型汽轮机的，而大型汽轮机的为额定值的为额定值的 7%10%7%10%。因此，多余的蒸汽只好排入大气，不仅。因此，多余的蒸汽只好排入大气，不仅损失工质损失工质和和热量热量，而且造成，而且造成 热污染热污染和和噪音噪音。设置旁路系统则可以达到回收工质和热量、降低噪音保护环。设置旁路系统则可以达到回收工质和热量、