能源与动力装置基础涡轮机演示文稿

能源与动力装置基础涡轮机演示文稿当前第1页\共有52页\编于星期二\13点（优选）能源与动力装置基础涡轮机当前第2页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》第一节概述火电厂（汽轮机）1、能量转换过程燃料化学能→蒸汽热能→机械能→电能2、三大主机锅轮炉：将燃料的化学能转变为蒸汽的热能汽轮机：将蒸汽热能转化为转子的旋转机械能发电机：将旋转机械能转化为电能

当前第3页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》3、汽轮机的分类按汽轮机功能（热力特性）分类（即汽轮机型式）

凝汽式、供热式按蒸汽参数分类中压汽轮机：1.96~3.92Mpa；高压汽轮机：5.88~9.81Mpa；超高压汽轮机：为11.77~13.93Mpa；临界压力汽轮机：15.69~17.65Mpa；超临界压力汽轮机：大于22.15Mpa；超超临界压力汽轮机：大于32Mpa当前第4页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》一、汽轮机级的工作原理1、级的组成

静叶栅动叶栅2、级的工作原理

当前第5页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》当前第6页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》3、级的通流部分热力过程曲线0*0'

1sh2p2p1p0*p0

Δht*Δhn*Δh’bΔhb4、级的反动度当前第7页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》5、蒸汽对动叶片产生的作用力

冲动力、反动力冲动级、反动级6、冲动级和反动级

纯冲动级

Ωm=0冲动级

带反动度的冲动级

Ωm

=0.05~0.20

复速级反动级

Ωm=0.5

当前第8页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》第二节级内能量转换过程及效率假设

蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动

蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动

主要内容蒸汽在静叶栅通道中的膨胀过程蒸汽在动叶栅中的流动与能量转换过程级的轮周效率和速度比级内其他损失和级效率当前第9页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》一、蒸汽在静叶栅通道中的膨胀过程过程特点喷嘴固定不动蒸汽不对外作功与外界无热交换

能量方程式

h1

0*02shp1p0*p0

Δhn*Δhn

ΔhC0

h0*

h1t

1h0

当前第10页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》1、喷嘴出口汽流速度计算

喷嘴出口的汽流理想速度喷嘴出口的汽流实际速度

0*02p1p0*p0

h1

Δhn*Δhn

ΔhC0

h0*

h1t

1h0喷嘴损失

当前第11页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》2、喷嘴中汽流的临界状态临界状态：汽流速度等于当地音速时的流动状态

能量方程式

理想气体音速公式当前第12页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》临界速度

临界压力

临界压力比:临界压力与初压之比

当前第13页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》3、喷嘴截面积的变化规律

喷嘴截面积与汽流速度c和马赫数Ma有关：汽流能够在喷嘴中加速的条件：（1）Ma<1：渐缩喷嘴（2）Ma>1：渐扩喷嘴（3）Ma=1：缩放喷嘴当前第14页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》4、喷嘴流量计算喷嘴理想流量kg/s喷嘴流量曲线喷嘴前后压力比当前第15页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》喷嘴实际流量喷嘴流量系数:qmthqmcrεn=εcr

εn=1ACB临界流量当前第16页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》5、蒸汽在喷嘴斜切部分的流动ABDECFABCDEα1

δ1

p0p1(1)p1=p1b,p1>pcr斜切部分：导向(2)p1<pcr斜切部分：膨胀加速，汽流发生偏转

当前第17页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》二、蒸汽在动叶栅中的流动与能量转换过程1、动叶进出口速度三角形进口相对速度：进汽角：α1

β*2

α*2

β1

c2uuc1w1w2β2

α2

当前第18页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》出口绝对速度：出口方向角：α1

β*2

α*2

β1

c2uuc1w1w2β2

α2

当前第19页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》2、动叶栅出口汽流相对理想速度

p21*12shp1*p1

Δhb*Δhb

h1*

h2t

2‘

h1

3、动叶出口相对实际速度

动叶速度系数ψ：

经验系数，当前第20页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》4、动叶损失动叶栅的能量损失系数余速利用系数

(=0~1)5、余速损失当前第21页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》6、轮周功和轮周功率轮周功:蒸汽通过级在动叶片上所作的有效机械功,wu

轮周功率:单位时间内作出的轮周功,Pu

1kg蒸汽的轮周功：当前第22页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》7、级的热力过程曲线级的轮周有效焓降0*01sh2p2p1p0*p0

Δht

ΔhbδhbΣδhc2δhnΔh´u当前第23页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》三、级的轮周效率和速度比1、级的轮周效率级的理想能量E0级的理想速度ca定义轮周功Wu

或

当前第24页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》提高ηu的关键:减少余速损失，即减小c2

α1

c2uc1w1=w2α2

uc2α1

uc1w1=w2α2

uc2α1

uc1w1=w2α2

u当前第25页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》2、级的速度比

定义

或

不同级的最佳速度比:纯冲动级复速级反动级

最佳速度比:

使c2达到轴向排汽的速度比,当前第26页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》四、级内其它损失和效率1、级内损失

（1）叶高损失（端部损失）

定义

喷嘴和动叶中与叶高有关的损失产生原因

由汽道上下端面附面层内的摩擦损失和端部的二次流涡流所引起。（2）扇形损失

产生原因：设计时以平均直径处参数为依据，而

各种参数沿叶高是变化的。当前第27页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》（3）叶轮摩擦损失

产生原因：

摩擦；

叶轮两侧汽室中的涡流运动。

（4）部分进汽损失

‘鼓风’损失：无喷嘴弧段（摩擦引起）‘斥汽’损失：有喷嘴弧段（高速汽流排斥并加速停滞蒸汽引起）

减少部分进汽度当前第28页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》（5）漏汽损失

隔板漏汽损失：

隔板间隙叶顶漏汽损失：

叶顶间隙

产生原因：

压力差和间隙存在。（6）湿汽损失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

齿形轴封当前第29页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》2、级的相对内效率和内功率实际热力过程曲线

相对内效率内功率当前第30页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》0*0'

1sh2p2p1p0*p0

Δht*Δhn

Δh’bΔhbδhbΣδh

Σδhc2

δhnΔhi级的有效焓降当前第31页\共有52页\编于星期二\13点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？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=3071.7kJ/kg，喷嘴速度系数φ=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度，喷嘴损失和余速损失。0*01sh2p2p1p0*p0

Δht*Δhn

h1tΔhbδhbΣδh

Σδhc2

δhnΔhi级的有效焓降3h0当前第32页\共有52页\编于星期二\13点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。当前第33页\共有52页\编于星期二\13点滞止点焓值：喷嘴出口气流的实际速度：=336.5m/s喷嘴损失：=6.12kJ/kg=7.69kJ/kg余速损失：当前第34页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》五、长叶片级等截面直叶片：

一元流动模型长叶片（型线沿叶高变化的变截面叶片）

径向平衡法

全三维设计‘弯扭叶片’

长叶片不能按等截面直叶片进行设计圆周速度相差很大造成的损失节距沿叶高变化很大造成的损失径向流动造成损失当前第35页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》长叶片1（末级叶片实例）当前第36页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》第三节多级汽轮机一、多级汽轮机的特点内效率高

每一级都能在最佳速度比附近工作单机功率大

可做成多排汽口，实现提高新蒸汽的参数，增加机组总进汽量。当前第37页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》现代多级汽轮机二、多级汽轮机的工作过程当前第38页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》三、多级汽轮机的损失1、前后端轴封的漏汽损失前后端轴封的采用：

减少漏汽损失齿形轴封结构齿形轴封工作原理

减少漏汽量的措施：减少齿隙面积A减少汽流速度C增大比容当前第39页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》2、汽轮机进、排汽机构的压力损失进汽机构中的节流损失

进汽机构中节流所引起的压损

排汽机构中的压力损失

当前第40页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》3、机械损失定义：

克服支持轴承、推力轴承的摩擦，带动主油泵和调速系统工作，消耗的功率

机械效率：

机械损失当前第41页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》四、汽轮机装置的效率和功率1、汽轮机的内效率2、汽轮机内功率无回热：有回热：3、汽轮机的轴端功率当前第42页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》第五节燃气轮机一、燃气轮机简述构成：

进气道、压气机、燃烧室、动力输出机构

辅助系统燃气发生器当前第43页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》1、航空燃气轮机动力输出方式：尾喷管输出方式（1）涡轮喷气发动机

（2）涡轮风扇发动机（3）涡轮螺旋桨发动机涡轮冲压发动机当前第44页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》2、地面燃气轮机动力输出方式：涡轮轴功率输出方式分类：单轴、双轴用途：

发电、船舶、机车、汽车、坦克;

石油、天然气加压站的动力机械

直升飞机当前第45页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》3、燃气轮机的特点与内燃机相比：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：优点：装置简单、紧楱、重量轻、体积小；启动快，带负荷快；不需大量冷却水缺点：单机功率较小效率较低运行寿命短。当前第46页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》二、简单燃气轮机装置和热力循环等压循环布雷顿循环12‘

3‘

4‘

234理想：1-2‘-3’-4‘-1实际：1-2-3-4-1当前第47页\共有52页\编于星期二\13点《能源与动力装置基础——涡轮机》整个理想循环单位质量工质所作的功

等熵膨胀功与等熵压缩功之差简单燃气机循环热效率ε=p2/p1

—增压比K—等熵指数

1）η