叶轮式原动机扩展内容

叶轮式原动机扩展内容第1页/共66页水轮机与汽轮机叶轮第2页/共66页第3页/共66页

电力工业用来发电的能源：

水利；核能；热力（火力）；风力；海潮；太阳能；地热等。中国目前发电形式：

①火力发电：锅炉——汽轮机——发电机②水力发电：水库——水轮机——发电机③核能发电：核反应堆——汽轮机——发电机④风力发电：风——风机——发电机⑤潮汐发电：海浪——贯流水轮机——发电机⑥太阳能：太阳能电池⑦地热发电：西藏地热电站第4页/共66页石油、煤炭、水利、核能、风能、太阳能、地热能

世界能源利用平均比：世界能源石油天然气煤核能水力及其它需求比例%40.0423.2326.897.082.76中国能源石油天然气煤核能水力及其它需求比例%27.2.11.345.01.628.4中国能源利用平均比：第5页/共66页中国电力情况：火力发电占国内总发电量：47%。水利发电占国内总发电量：16%；中国水利资源占世界10%，开发利用1/6。风力发电：605万千瓦。太阳能发电：10万千瓦。核能发电：4.4万兆瓦，占总发电量1.8%。到2020年，核电达到4%，需增建44座第6页/共66页风力发电第7页/共66页第8页/共66页第9页/共66页潮汐发电第10页/共66页太阳能发电第11页/共66页3.4.2火力电站第12页/共66页第13页/共66页核能发电第14页/共66页火力发电:

叶轮式原动机主要用汽轮机(蒸汽轮机).

锅炉(核反应堆)蒸汽蒸汽轮机发电机第15页/共66页汽轮机：第16页/共66页中型汽轮机：单轴：100；125；200300；600MW大型汽轮机：双轴：1300MW单轴：1200MW第17页/共66页汽轮机工作原理：

高压饱合蒸汽经喷嘴进入汽轮机，冲击叶轮高速旋转，成为旋转机械能，主轴带动发电机发电。蒸汽能量：膨胀功：蒸汽内能，进行绝热膨胀。冲击功：气流速度动能，为:

第18页/共66页（1）火力发电

核能发电、地热发电与之相同。

发电设备：汽轮机（蒸汽轮机）+发电机

工艺流程：锅炉→饱和蒸汽→汽轮机→发电机蒸汽能量（内能和动能）→机械能→电能蒸汽流程：

饱合蒸汽→汽轮机内膨胀作功→凝汽器→水→水泵→锅炉↓冷却水→冷水塔饱合蒸汽(干蒸汽)——指温度在500℃，压力在9MPa的蒸汽。第19页/共66页膨胀功：

由热力学第一定律：汽轮机为绝热膨胀，所有内能都作功，即膨胀功：第20页/共66页

若想使蒸汽多作功：ω↑

提高进口参数：降低出口参数：

进口蒸汽：饱合蒸汽（干蒸汽）

出口蒸汽：

蒸汽内能△u将发出337大卡/公斤的能量。

若出口压力为1MPa，则△u=94大卡/公斤。所以，汽轮机出口的压力、温度越低，蒸汽膨胀作功越大。

临界蒸汽锅炉:第21页/共66页方法：在汽轮机出口安装凝汽器（冷凝器）。原理：高温蒸汽进入冷凝器后，温度迅速下降，蒸汽冷凝成水，体积缩小约三万倍，汽轮机出口压力成为真空度，进出口压差增大，气流速度加快，冲击动能增加；同时蒸汽膨胀功也增大。

凝汽器：一个大型换热器，靠冷却水循环来降低蒸汽温度。冷却水是由冷水塔提供，冷水塔是一个双曲线型水泥塔。

第22页/共66页汽轮机叶轮作功：一级中：叶轮速度三角形：

沿轴向分速度

第23页/共66页汽流功：推动力矩：

设计流量下：式中：

第24页/共66页一级中能量计算：

级中损失：级中损失有：静叶损失，动叶损失，进口冲角损失，余速损失，叶高损失，泄漏损失，叶顶损失，扇形损失，摩擦损失，进汽损失，湿气损失；

第25页/共66页3.4.3水利发电第26页/共66页第27页/共66页第28页/共66页第29页/共66页（1）世界大型水电站

中国水利资源：十分丰富，约占世界总量的10%。中国水利资源可用来发电大约还不到16%。今后我国将优先开发水力发电。目前，世界最大的水电站：㈠长江三峡水电站：1820万kW㈡巴西与巴拉圭合建的伊泰普水电站，在两国的界河上。

85~91年建设，装机总功率：1260万kW，即1260万度/h。

18台发电机组，每台70万千瓦。大坝高196米，长1064米，整个枢纽总长7744米，混凝土量：1100万立方米，横跨两国。第30页/共66页第31页/共66页

㈢美国大古力电站

建在哥伦比亚河的干流上，1933~1980建设。装机总功率：648万kW，33台机组，6种类型。70万kW机组3台大坝高168米，坝长1272米，混凝土量809.3万立方米。第32页/共66页㈣前苏联萨扬舒申斯克水电站

建在西伯利亚叶尼塞河上，1963~1987建设。装机总功率：640万kW，10台机组，每台64万kW。大坝高245米（世界最高），坝长1066米，混凝土量850万立方米。第33页/共66页㈤中国葛洲坝水利枢纽

在长江宜昌，1970~1988年建设，河床式水电站。装机总功率：271.5万kW，6台机组，最大64万kW。大坝高53.8米，坝长2606.5米，最高水头27米，采用轴流式水轮机。

三滩水电站：坝高240米，为高弧线坝，达到世界级水平

小浪底水电站：发电、蓄水、清沙，特别是清沙功能世界级难题。第34页/共66页葛洲坝水利枢纽第35页/共66页三峡水利枢纽

——湖北宜昌

长江三峡风景区，1992年全国人大通过，同年开工。

2002年11月截流蓄水，2003年发电，2008年竣工。装机总功率：1820万kW，26台70万kW机组，四台直流发电机。年发电量840亿kWh。大坝高：185米，坝顶长1983米，混凝土总量2000多万立方：最高水位：175米，总库容：393亿立方米。耗资：1800亿人民币（计划2000多亿），

120多万大移民，淹没区73万人口。第36页/共66页第37页/共66页第38页/共66页第39页/共66页三峡水电站全景第40页/共66页三峡工程创造100多项世界第一第41页/共66页第42页/共66页发电机房第43页/共66页蜗壳进口直径12.4米第44页/共66页定子外径21.75米，675吨。第45页/共66页

转子—转子￠19m，高3.2m第46页/共66页叶轮重：430吨、高5.5M、直径10.5M、960万美元，加拿大制造第47页/共66页

三大主要功能：防洪，发电，航运防洪：坝区蓄水量约400亿立方米，新增蓄水量221.5亿立方米，是荆江分洪区的4倍，可控制95%的上游洪水，控制时间达23天，解决千年一遇特大洪水。发电：年发电量840亿kWh，供华中、华东、华北等地。航运：三峡大坝以上600公里成为深水航道，万吨巨轮直达重庆。险滩不险，高峡出平湖，扩大了三峡旅游资源。

第二大电站：金沙江溪洛渡电站，总装机：1260万千瓦。

2006.12.26～2015年建成。总投资：700亿。拦河坝高：610米，世界之最。长江三峡工程第48页/共66页3.4.4水轮机工作原理

水力发电利用水的势能和动能，推动水轮机转动，水轮机直接带动发电机发电。水力能量→推动水轮机（机械能）→发电机（电能）水力能量：由水位差形成的位置势能，在水轮机进口处以压能和动能的形式冲击叶轮作功。第49页/共66页水轮机种类：水斗式

①冲击式双击式利用水流的动能。斜击式径流式

②反击式混流式利用水流的势能和动能。轴流式贯流式大中型水力发电站皆采用反击式水轮机。第50页/共66页

①径流式：用于高水头，冲击速度大，流量适中的水电站。可使水流的动能较多的转化为机械能。

②混流式：大中型水电站，水头高30~700米，水量大。利用水流的压能和动能推动叶轮，效率高。中国最大的三峡水电站，单机70万kW。

③轴流式：中小型水电站，水头高3~80米，大流量河流。利用大流量水流的流动动能推动叶轮，平均效率高。世界最大直径为11.3米水轮机在葛洲坝水电站。④贯流式：用于虹吸式或潮汐式水电站，水头高3~30米，小水量。潮汐式具有双向发电功能，浙江温岭江夏潮汐电站700kW。⑤冲击式（水斗式）：小型水电站，水头高100~1700米，小水量。利用高水位压能使喷嘴处产生大的冲击力，推动叶轮转动。中国最大的在四川磨房沟二级水电站。第51页/共66页水轮机功、功率计算①水流输出功率：即水轮机叶轮进口处功率。

H——有效水头（水位差），m。

q——通过水轮机的流量，

η——水力效率，

大型机组η=0.82~0.90。

γ——水的重度，第52页/共66页②水轮机叶轮功率：