汽轮机原理汇总课件

1、,1,汽轮机原理,： 李 爱 军,2005.7,1,学习交流PPT,2,绪论,1 火电厂基本概念,（一）能量转换过程,燃料化学能 蒸汽热能 机械能 电能,（二）火电厂三大主机,锅 炉：将燃料的化学能转变为蒸汽的热能 汽轮机：将锅炉生产蒸汽热能转化为,转子旋转机械能,发电机：将旋转机械能转化为电能,2,学习交流PPT,3,B：锅炉 S：锅炉过热器,T：汽轮机,C：冷凝器 P：水泵,S,T,C,P,B,T,S,1,2,3,4,1,2,4 3,火力发电厂示意图,3,学习交流PPT,4,我国电力事业发展概况,4,学习交流PPT,5,历年人均指标,5,学习交流PPT,6,历年主要技术经济指标,6,学习交

2、流PPT,7,历年能源和电力弹性系数,7,学习交流PPT,8,我国能源供需变化情况,8,学习交流PPT,9,我国能源消费结构（%）,9,学习交流PPT,10,我国能源生产构成（%）,10,学习交流PPT,11,2000年世界一次能源供给的构成,11,学习交流PPT,12,2000年全球电力生产的能源构成,12,学习交流PPT,13,中国2003年可再生能源开发利用量,13,学习交流PPT,14,14,学习交流PPT,15,15,学习交流PPT,2 汽论机分类：,16,汽 轮 机,冲动式汽轮机 反动式汽轮机,背压式汽轮机 调节抽汽式汽轮机,凝汽式汽轮机 供热式汽轮机 低压汽轮机 中压汽轮机 高压

3、汽轮机 超高压汽轮机 亚临界压力汽轮机 超临界压力汽轮机,按作功原理分,按功能分 按参数高低分,16,学习交流PPT,17,按热力特性分类（即汽轮机型式） 凝汽式、中间再热式,背压式 调整抽汽式,供热,Turbine,Turbine,热用户,Turbine,17,学习交流PPT,18,按主蒸汽参数分类,低压汽轮机：小于1.47 Mpa； 中压汽轮机：1.96 3.92 Mpa； 高压汽轮机：5.88 9.81 Mpa； 超高压汽轮机：为11.77 13.93 Mpa；,临界压力汽轮机：15.69 17.65 Mpa；,超临界压力汽轮机：大于22.15 Mpa； 超超临界压力汽轮机：大于32 M

4、pa,18,学习交流PPT,19,我国一次能源需求的情景预测,（Mtce),19,学习交流PPT,20,我国电力生产的情景预测 (TWh),20,学习交流PPT,21,3 汽轮机的主要技术发展,采用大容量机组 提高蒸汽初参数,采用联合循环系统提高效率 提高机组的运行水平,21,学习交流PPT,4 汽轮机制造工业,美国 日本,通用电气公司、西屋电气公司 日立制作所、东芝电器会社、三,菱重工株式会社,瑞士 中国,BBC公司 哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机,厂、东方汽轮机厂、北京重型电机厂、 青岛汽轮厂、武汉汽轮发电机厂、杭州 汽轮机厂、南京汽轮发电机厂 22,22,学习交流PPT,第一章,汽轮机级的工

5、作原理,第一节 概述 一 ， 汽 轮 机 的 级 、级内能量转换过程 1，汽轮机的级：静叶栅 动叶栅 是汽轮机作功的最小单元。 23,23,学习交流PPT,24,2，级内能量转换过程：,具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶 栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动 能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同 时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋 转机械能。,24,学习交流PPT,25,25,学习交流PPT,26,3，冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制,而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称 为冲动

6、力。这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、 流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级。,26,学习交流PPT,27,4，反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，,同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后 者 会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸汽通过这种级， 两种力同时作功。通常称这种级为反动级。,27,学习交流PPT,28,28,学习交流PPT,ht,hn + hb,hn,(1 m )ht,m ht,29,二， 反动度,m =,hb *,hb *,*,*,=,*,hb =,29,学习交流PPT,纯冲动级来说， = 、 = 0 、 = ，蒸汽流出动叶的1p

7、 2p bh *nh th,三， 冲动级和反动级,30,冲动级有三种不同的形式：,1，纯冲动级： 通常把反动度等于零的级称为纯冲动级。对于,为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（ = 0.05 0.20 ) ，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功,能力大、效率高的特点。,*,速度C ,具有一定的动能 C未被利用而损失，称这种损失为余速 损失，用 hc 2 表示。 2 ，带反动度的冲动级,30,学习交流PPT,3. 复 速 级,由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第 一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级，称 为复速级。第一列动叶栅通道流出汽流，其流速

8、还相当大，为了 利用这一部分动能，在第一列动叶栅之后装上一列导向叶栅以改 变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶栅通道继续作功。复速 级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大的特点。,4. 反 动 级,通常把反动度 = 0.5的级称为反动级。对于反动级来说，蒸汽,在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是,hb = hn* = 12 ht* 。反动级是在冲动力和反动力同时作用下作 功。反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。 31,p1 p2 ，,31,学习交流PPT,32,32,学习交流PPT,第二节,汽轮机级内能量转换过程,一 ，基本假设和基本方程式 流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定

9、的三 元流动的实际流体。为了研究方便，特作如下假设：,1 .,蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的：即在流动过程中，通道,中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变。 2. 蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时，其参数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直的截 面上不变化。 3. 蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时与外界没有热交换。 33,33,学习交流PPT,h0 +,2. 能 量 方 程 式,34,基本方程式：说明：这些基本方程式在能源动力装置 基础一书中讲过，不过多重复。 1 . 连 续 方 程 式 G = c A = cA = const. v,+ W,

10、c12 2,+ q = h1 +,c02 2 3. 状 态 及 过 程 方 程 式,pv = RT 4. 动 量 方 程 式,pv k = const.,cdc = -vdp, cdp R1 dk = cdc 5. 气 动 方 程 式,c a,M =,= kvp,a = k,p ,34,学习交流PPT,(C1 C2 ) = h0 h1 =,35,二，蒸汽在静叶栅通道中的膨胀过程 喷嘴的作用是让蒸汽在其通道中流动时得到膨胀 加速，将热能转变为动能。喷嘴是固定不动的，蒸汽 流过时，不对外作功，W = 0；同时与外界无热交 换，q = 0。则根据能量方程式 ，则 1 2 1 2 2 2 对于过热蒸汽

11、，可近似看做理想气体，则上式可写成：,1 2,2 2,( p0 v0 p1v1 ),k k 1,35,学习交流PPT,p 0 v 0 1 , + c 2,36,（ 一 ） 喷 嘴 出 口 汽 流 速 度 计 算 1，喷嘴出口的汽流理想速度 在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前的参数 p(初速）是 已知的条件。按等熵过程膨胀，其过程曲线如图1-7所 示。根据式（2-9)，则喷嘴出口汽流理想速度为,- 蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓（J/kq )。,2 ( h 0 h1 t ) + c 02,c 1 t =,0, , , p 1 p 0 ,2 k k 1,或者式（2-10）为 c 1 t =,k 1 k,上二

12、式中，c1t -蒸汽流出喷嘴出口的理想速度（m / s )；,h1t,36,学习交流PPT,= h0 + C0 = h0 + hc 0,p0 v0 1 (,p1 k,),p0,37,称为喷嘴的理想焓降。为了方便，引,用滞止参数，如图1-7所示，滞止焓值为：,把相应的滞止参数,式 (1-17 ) 和（1- 20 )，则,1 2 2,h0*,c1t = 2hn*,*,* *,k 1,2k k 1,c1t =,图1-7,图1-7中， hn = h0 h1t,p0*、v0*、h0* 分别代入,37,学习交流PPT,图18,压力、焓降、截面积、汽流速度、音速、比容沿流动的变化规律 38,38,学习交流P

13、PT,hn = (C1t C1 = C1t (1 2 ) = (1 2 )hn*,2，喷嘴出口的汽流实际速度,3，喷嘴损失,( 1- 26 ),( 1 - 26 a ) 39,实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。通常用喷嘴速度 系数来考查两者之间的差别（通常取 = 0.97 )。这样，喷嘴出口的汽流 实际速度为 c1 = c1t,1 2 1 2 1 2 2 2 2,蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失 称为 喷嘴损失，用hn 表 示 ：,= (1 2 ), n =,hn hn*,喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为喷嘴能量损失系数，用 n 表示：,39,学习交流PPT,a,C,a0,p0

14、*、v0* 知时，a0 一定值。,40,( 二 ） 喷 嘴 中 汽 流 的 临 界 状 态 1，临界速度,， 当在式（ 2-12 )中用滞,止参数表示有关参数时，代入音速公式，则有,为滞止状态下的音速。当,在膨胀过程中，到某一截面会出现汽流速度等于当地音 速。当汽流速度等于当地音速时，则称此时的流动状态为临界,等表示。,汽流的音速为 a = kpv = kRT,2 2,=,+,* 2 k 1,2 k 1,上式中， 0,a*,*,状态。这时的参数为临界参数，用 pcr、vcr、ccr 若以 代入（2-16)则临界速度为：,ccr =,p0*v0* = kpcr vcr,a0* =,2k k +

15、1,2 k + 1,40,学习交流PPT,pcr k,pcr = p0 (,2，临界压力,对于等熵膨胀过程来说，有,，则上式为,v0* vcr,) p0*,2 k + 1,根据 (2-17),临界压力为： pcr = (,1,v0* vcr,= ( * ) p0,*,k ) k 1,2 k + 1,上式表明，临界压力只与蒸汽指数k和初压有关。临界压力与初压 之比称为临界压力比，用 cr 表示：,*,k k 1 p0 k + 1 对于过热蒸汽（k=1.3)则 cr =0.546;对于饱和蒸汽（k =1.135 ),则 cr =0.577 . 41,41,学习交流PPT,= (M 1),（ 三 ）

16、 喷 嘴 截 面 积 的 变 化 规 律,（ 1 ） 当 汽 流 速 度 小 于 音 速 ， 即 M0，则必须dA/dx1 时 ， 若 要 使 汽 流 能 继 续 加 速 ， 即 dc/dx0，则必须dA/dx0，也就是说喷嘴截面积必须沿流动方向逐渐增,加，即做成渐扩喷嘴。,（3 ）当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速，即M=1 ，这时，dA/dx =0。表明横截面A不变化，即A达到最少值。根据上述分析可知，简单的,渐缩喷嘴是得不到超音速汽流的。为了达到超音速，除了喷嘴出口蒸汽 压力必须小于临界压力外，还必须在喷嘴形状上加以保证，即作成缩放 喷嘴。汽流通过缩放喷嘴时，在喷嘴喉部达音速，然后在渐

17、扩部分达超 音速。 42,1 dc c dx,1 dA A dx ( 1- 3 10 ),2,42,学习交流PPT,Gt = An,p0*,( ,G1 = An,2k,k ),k 1,v0*,（ 四 ） 喷 嘴 流 量 计 算,43,计算,( 1-3 2 ),- 喷嘴出口处理想汽流速度，(m/s) ;,称,c1t,*,v1t - 喷 嘴 出 口 处 比 容 ， （ m / k q ) 。 1 若用（2-12a)表示 ，又有 = * ( 1 ) k , 则上式为 v1t v0 p0,2 k +1 k n n n = p1 p0 为喷嘴前后压力比。,1，喷嘴的理想流量 Gt,喷嘴的理想流量 Gt

18、可用下式计算: c1t v1t 式中，An - 喷嘴出口处截面积， (m) ;,43,学习交流PPT,p0*,2，喷嘴流量曲线,对于式(1-33），当喷嘴前的参数,只取决于喷嘴前后压力比。它们的关系如,图1-11中ABC曲线所示。当压力比从1逐渐,图1-11,( 1 - 3 6 ),式 中 ， 只 与 k 值 有 关 。 对 于 过 热 蒸 汽 （ k=1.3), =0.667 ； 饱 和 蒸 汽,（k=1.135) , =0.635。 44,缩小时，流量逐渐增加，当喷嘴前后压力比 等于临界压力比（ n = cr ) ，Gt 达最大值，如B所示。这时的流量称为临,p0*、v0* 和,喷嘴出口截

19、面积 An 一定时，通过喷嘴的流量Gt,界流量，用 Gcrt 表示。当喷嘴前后压力比小于临界压力比时，流量保持最 大值不变，如AB所示。其临界流量为：,p0* v0*,k (,2 k + 1,Gcrt = An,k +1 ) k 1 * = An v0,44,学习交流PPT,c1 c1t v1t, n = ,称为喷嘴流量系数。对于过热蒸汽，取 n,式中，,对于过热蒸汽： Gcr = 0.648 An,Gcr = 0.647 An,45,3，通过喷嘴的实际流量的计算,=,动，=1。,Gt = Gt,= ,v1t v1,通过喷嘴的实际流量为： G = An = An v1 v1 v1t ( 1-

20、39 ),v1t v1 0.97；对于饱和蒸汽，取 n = 1.02。 考虑了流量系数之后，通过喷嘴的实际流量为：,p0* v0*,p0* v0* 对于饱和蒸汽： 另外还可以用单一的计算公式表示：,p0* v0* 其中， 称为彭台们系数。对于亚临界流动， w1 。这样，汽流从动叶通道中流出的绝对 速度的大小和方向可以从图解得到。c2 、 2 可用下式求得： c2 = W22 + u 2 2uW2 cos 2,W2 sin 2 W2 cos 2 u, 2 = arcsin,49,学习交流PPT,（二）蒸汽作用在动叶片上的力及轮周功,50,为求取蒸汽在动叶栅作功大小，必先求取蒸汽,对动叶栅的作用力

21、。,1，蒸汽对动叶片的作用力,蒸汽在动叶栅通道中要改变方向、或者还要,膨胀加速，其对动叶片的作用力可用下式进行计算：,圆周分力,( 1- 64 ),或者 轴向分力 或者 合力,( 1-64 a ) ( 1 - 67 ) (1 - 68 ),-动叶通道轴向投影面积。,Fu = G (W1 cos 1 + W2 cos 2 ),Fu = G (C1 cos1+ C2 cos 2 ) Fz = G (W1 sin 1 W2 sin 2 ) + Az ( P1 P2 ) Fz = G (c1 sin 1 c2 sin 2 ) + Az ( P1 P2 ) F0 = Fu2 + Fz2,以上各式中， G

22、 -单位时间内流过动叶栅的流量；,Az,50,学习交流PPT,Wu1 = (c12 c22 ) + (w22 w12 ),51,2，轮周功和轮周功率,(J / s ),用G除以上二式，得到每1kq蒸汽所作出的轮周功。轮周功表示作功,或者，,结合速度三角形和余弦定理，轮周功还可以用下式表示：,(J / kq ),蒸汽通过汽轮机的级在动叶片上所作的有效机械功称为轮周 功。而单位时间内作出的轮周功称为轮周功率。轮周功率为圆周 分力和圆周速度的乘积： N u = Fu * u = G * u (C1 cos1 + C2 cos 2 ),或者， N u = Gu (w1 cos 1 + w2 cos 2

23、 ),能力，用 Wu1 表示： Wu1 = u (c1 cos1 + c2 cos 2 ),Wu1 = u(w1 cos 1 + w2 cos 2 ),1 2,51,学习交流PPT,其中， hb* = hb + W12 = hb + hw1,52,3，动叶栅出口汽流相对速度和绝对速度,通过动叶通道的能量方程式可得到动叶栅出口汽流相对理想速,度为：,这样，,由于通过动叶栅的流动是有损失的，为了说明,问题 引用动叶速度系数。这样，动叶出口的,实际相对速度为,w2t = 2(h1 h2t ) + w12,t ,结合图1-17，焓降hb = h*称为动叶栅理想焓降， hb = h1 h2t 。,w2t

24、 = 2 m ht* + w12 = 2hb*,1 2 称为动叶栅的滞止焓降。,w2 = w2t = 2hb*,52,学习交流PPT,hb = (W22t W22 ) = (1 2 )hb*,53,4，动叶损失,动叶损失就是蒸汽通过动叶栅的能量损失，由于动叶损失的存在，,，则动叶损失为：,( 1- 62 ),在计算时，通常取 = 0.850.95。,使动叶出口的焓值由 h2t 升到h2 1 2,动叶损失 hb 与hb 之比成为动叶栅的能量损失系数，即,= 1 2, b =,hb hb*,53,学习交流PPT,hc 2 = C22,54,叶，其具有的动能称为余速损失：,在多级汽轮机中，余速损失可

25、以被下一级所利用，其利用程度可用余速利 用系数表示，=01之间。,5、余速损失 由速度三角形可知，蒸汽在动叶栅中作功之后，最后以绝对速度c2 离开动,1 2,c02 2,+ ht (hn + hb + hc 2 ),hu = 0,考虑了喷嘴损失、动叶损失和余速,损失之后，汽轮机的级在h - s图上,的过程曲线如图1-21所示。图中，,称为级的轮周有效焓降：,( 1 - 76 ),54,学习交流PPT,55,作业与思考题：,角形(标出速度、角的符号和数值）。,3、分析喷嘴截面积的变化规律。,4、分析蒸汽在喷嘴斜切部分的流动规律。, 0c,c2,；级后蒸汽 压力为 p 2 =1.5MPa 。级的反

26、动度 m =0.12 。喷嘴出汽角 1 =11.1 0 ，动叶出汽角 2 =18.30 。若级的速度比 x1 = u c1 =0.54，喷嘴速度系数 =0.97 ，进入喷嘴的初速度 =52.3m/s ，试 计算动叶出口相对速度 及绝对速度 ，并绘制动叶进出口速度三角 形(标出速度、角的符号和数值）。,；级 后蒸汽压力为 p4 =4.37MPa 。进口初速动能 hc 0 = 1.214 kJ/kg，级的 平均直径 d m =998.5 mm，级的反动度为 m = 0.0794 。喷嘴出汽角 1 =10.78 0 ，动叶出汽角 2 =17.90 。喷嘴和动叶的速度系数分别为 =0.97、 =0.9

27、35 ，机组转速n = 3000r/m。试绘制动叶进出口速度三,55,学习交流PPT,56,1-3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比 蒸汽在级内所具有的理想能量不能百分之百地转变为轮周 功，存在着损失。为了描述蒸汽在汽轮机级内能量转换的完善 程度，通常用各种不同的效率来加以说明。 一，轮周效率与速度比,2，级的理想能量：一般来说，级的理想能量是级的理想焓降、进,入本级的动能和本级余速动能被下一级所利用部分的代数和，,即,Wu1 E0,hu E0,=,u =,具有的理想能量 E0 之比称为级的轮周效率,即,1，轮周效率：蒸汽在汽轮机级内所作出轮周功 Wu1 与它在级内所,c22 2,c02 2,=

28、 ht* 1hc 2,+ ht 1,E0 = 0,56,学习交流PPT,3，级的理想速度：为了研究方便，这里引入一个级的理想速,与级的理想能量之比，称其为喷嘴、动叶和余速能量损失系 数。 57,1 2 4，级的轮周效率： u = 1 n b (1 1 ) c 2 2u(C1 cos1 C2 cos 2 ) 或者 式中， n、 b、 c 2 分别为喷嘴损失、动叶损失和余速损失,57,学习交流PPT,5，速度比：从式（1-80)可以看到，为了提高 级的轮周效率，则要求减少,喷嘴损失、动叶损失和余速损失。其中，前二项损失与相应的速度系数、 有关。如果选定了动静叶栅的叶型， 则系数、就确定了。这样，为

29、了,提高轮周效率，就得尽量减少余速损失。而余速损失 ，很显然,零。这里从动叶进出口速度三角形上来分析。为了说明问题，把动叶进出口,速度三角形画成图1-22的形式。其中，图b,动叶出口速度,刚好为轴向,表示。,表示。它是汽轮机级的一个很,重要的特性。速度比的取值直接影响汽轮机的效率和作功能力。对于不同型 式的级，其最佳速度比是不相同的。 58,c2 不可能为,c2,样，使c2 达到轴向排汽的速度比u / c1 称为最佳速度比，用 ( x1 )op,a,级的速度比通常用字母 x1 = u c1 或xa = u c,排汽，其余速损失最少。只要u/c 1选用合理，就能达到轴向排汽的目的。而 图a、b中

30、的u / c 1都不可能使 c2 轴向排汽，也就不可能使余速损失最小。这,58,学习交流PPT,通常，复速级的最佳速度比为：,( x1 )op = cos1,59,二 ，轮 周 效 率 与 速 度 比 的 关 系 （1）对于不考虑余速利用的纯冲动级： 其最佳速度比是：,对于反动度不为零的冲动级，,0.48 0.52；,当考虑余速利用的中间级，,0.585左右。,若取,=0 .94。,或 2 2 一般来说，1 = 120 160，因此，（x1 ) = 0.46 0.49.若取 = 0.97, 则（xa ) = 0.45 0.48.,( xa )op =,1 4 =0.20.28之间。,（2）对于

31、复速级，其最佳速度比为： ( xa )op,( xa )op =,（3）对于反动级，其最佳速度比为： ( x1 )op = cos1, = = 0.93,1 = 200 ,则 ( x1 )op = cos1,59,学习交流PPT,1、已知汽轮机某级前压力 p0 =5.2MPa ，温度 t 0 =470 C,作业与思考题：,；级后蒸汽,0,压力为 p 2 =4.4MPa 。进口初速动能 hc 0 = 1.2 kJ/kg，级的平均直径 0 动叶出汽角 2 =17.9 0 。喷嘴速度系数分别为 =0.97，机组转速n,= 3000r/m。若排汽动能全部利用，试求级的有效焓降和轮周效率。 2、已知单级

32、汽轮机，级的平均直径 d m=106.7cm，转速n=3000r/s，喷嘴 出汽角1 =18 0 ，级的速度比 x1 = u c1 =0.42，喷嘴速度系数分别为 0,Fu，轮周功率 60,级的流量G=7.26kg/s，试求蒸汽作用在动叶片上的切向力 N u 和轮周效率u ，并画出级的速度三角形。,60,学习交流PPT,前提条件：蒸汽流量G，参数 p0 、t0 、2,1-4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定,；转速,，初,。,n,p 速 c0 ，级的平均直径 d m ，反动度 m, n,一，叶栅型式的选择 ： 1，喷嘴叶栅型式的选择 喷嘴叶栅型式的选择主要决定于需要得到多大的出口速 度。即根据喷

33、嘴前后压力比 来确定： 当需要得到小于或等于音速汽流时，即 n 0.546，可 选用渐缩喷嘴。 当喷嘴前后压力比还不大于0.30.4时，即0.3 n 0.546，仍然可选用渐缩喷嘴，这时，可利用喷嘴斜 切部分继续膨胀加速，以得到超音速汽流。 当喷嘴前后压力比小于 n 0.3 ，这时，仍然选用渐缩喷嘴, 是利用其 斜切部分继续膨胀而得到超音速汽流。这时喷嘴出口汽流角要发生偏转。喷 嘴喉部截面积和叶高分别为：,G 0.648 p0* / v0*,( An ) min =,( An ) min ed m sin 1,ln =,v1t Ccr vcr C1t,喷嘴出口汽流偏转角由下式确定： sin(1

34、 + 1 ) sin 1 上式中， -喷嘴喉部截面处的比容；,cr,C,65,学习交流PPT,b w2t,66,（三） 动叶栅几何参数的确定,动叶栅几何参数的计算方法和静叶栅相似。但动叶栅通道中 的流动多为亚音速流动。动叶栅出口截面积和叶高可按下式计,其中，动叶出汽角由所选定的叶型确定。国产汽轮机常用动叶叶,型见表1-2。,2,算： A = Gv2t = ed l sin b b b,Ab edb sin 2,lb =,其中，v2t - 动叶栅出口理想比容；,w2t - 动叶栅出口相对速度； b 饱和 蒸汽， b = 0.940.98 ； e- 部分进汽度。,66,学习交流PPT,=1114；

35、1,一些，一般， 1 1813=,。另外，在复速级中，要使通流部分光滑变,)87();105();53( 000 = ,67,三，喷嘴叶栅与动叶栅几个主要参数 的 选 定,通常，喷嘴出汽角,复速级几何的参数可按上述方法计算，但复速级的喷嘴出汽角比单列级大,化。为此，复速级必须适当地采用反动度以满足通流部分光滑变化。复速 级各列叶栅的出汽角可以在下列范围内选,择 。,（二）部分进汽度的选择：,1，一般采用全周进汽（e=1）；小型机采用部分进汽（e1）； 2，调节级采用部分进汽（e1），分47组。,（三）盖度的选择：通常要求动叶进口高度略大于喷嘴出口高度。,（一）喷嘴出汽角1 的选择,0,2 1

36、1 1 2 1,67,学习交流PPT,68,（四）冲动级内反动度的合理选用：,3，当根部反动度,= 0.030.05 时可以达到以上目的，同时,也可以使动叶前后压力差不至太大以至造成大的叶顶漏汽损,失。,纯冲动级具有作功能力大的特点，但其效率较低。当适当 地选用反动度之后，就可以达到提高效率的目的。这是因为，采 用适当的反动度，可以提高动叶的速度系数 ，以减小动叶损 失；也可以减小动叶根部轴向间隙中由于吸汽而产生的附加损 失。 1，当根部反动度较大时，则平均反动度会更大，会造成叶顶和 平衡孔漏汽，因而产生损失； 2，当根部反动度太小或者为负时，会造成叶片根部吸汽，或者 使级后蒸汽通过平衡r 孔

37、回到动叶前，造成损失；,68,学习交流PPT,-, m = 1 (1 r )(,d b lb,d b,t = 1 (1 m )(,db lb,db + lb,69,图 1 36 在进行汽轮机热力设计时，通常是按级的平均直径处的平均反动度进行 计算的。但级的反动度沿叶高是变化的，这样，平均反动度为：,叶根反动度为：,( 1- 128 ) ( 1 -129 ),式中，,动叶栅的平均直径、叶高。,) ),d b、lb,69,学习交流PPT,70,确定某一级的反动度，除了合理选用动静叶栅之叶,之 外 ， 主 要 是 靠 通 过 一 定 的 动 静 叶 栅 出 口 面 积 比 ( f）来 现的。即一定的

38、反动度对应一定的动静叶栅出口面积比 f） 。 面 积 比 随 着 反 动 度 的 增 加 而 减 小 。 汽 轮 机 中 反 动 与动静叶栅出口面积比的对应范围为：,1. 直叶片级,f = 1.86 - 1.65 . f = 1.7 -1.4 .,为：, m = 0.05 0.20, 2. 扭 叶 片 级 m = 0.2 - 0.4 ,型 实 m（ 度,3. 复 速 级 复 速 级 的 反 动 度 在 m = 0.030.08 范 围 内 ， 则 其 面 积 比,f n : f1b : f gb : f 2b = 1 : (1.6 1.45) : (2.6 2.35) : (4 3.2).,7

39、0,学习交流PPT,15 叶栅试验与叶栅损失 这里，只简单介绍叶栅几何特性,一，叶栅几何特性,1，叶型、型线：叶片截面的形状、周线分别称为叶型、型线；,2，等截面叶片和变截面叶片：叶型及面积沿叶高不变的叶片称为等截面叶,片，反之为变截面叶片。,3，亚音速叶栅、近音速叶栅、超音速叶栅。,4，叶栅几何参数：（如图138）,d m -平均直径； l 叶高； t 节距； B叶片宽度； b弦长； 71,71,学习交流PPT,72,径高比。,a a, 出口边厚度； a 、1 、2 进出口宽度。 t = l b 相对叶高；,d l, =,a s 、 s 喷嘴、动叶叶型安装角。,*,6，汽流角度： a0 、1

40、喷嘴、动叶进口汽流角； a1 、 2喷嘴、动叶出口汽流角； aog 、1g喷嘴、动叶叶型进口角； a1g 、 2 g喷嘴、动叶叶型出口角；,图138,72,学习交流PPT, 16,汽轮机级内损失和级效率,前 面 提 到 的 喷 嘴 损 失hn 、 动 叶 损 失hb 、 余 速 损 失hc 2 都 是 级 内 损 失 。 除 此 之 外 ， 级 内 损 失 还 包 括 ：叶 高 损 失 hl 、扇 形 损 失h 、 叶 轮 摩 擦 损 失 h f 、 部 分 进 汽 损 失he 、 漏 汽 损 失hleak 、 湿 汽 损 失hx 。 当然，不是每一都同时具有这所有损失，而是根据 具体情况分别

41、分析计算其不同的损失。如只有在部分 进汽的级才有部分进汽损失 ，工作在湿蒸汽区的级才 有湿汽损失 。 73,73,学习交流PPT,hl =,一，级内损失,1 ， 叶 高 损 失,将喷嘴和动叶中与叶高有关的损失称为级的 叶高损失 或 叫 端 部 损 失 。 当 叶 片 较 短 （ 一 般 说 叶 高 l 1r 。如果仍以平均直,图170,89,学习交流PPT,90,（2）沿叶高相对节距不同所引起的损失：叶 片 是 安 装 在 叶 轮 上,的 ， 呈 环 形 ，当 径 高 比 很 小 时 ,节 距 沿 叶 高 变 化 很 大 。 而 每 一 种,叶 栅 都 有 一 个 最 佳 的 相 对 节 距

42、，其对应叶 栅 的 效 率 最 高 。 只 要 偏,离这一最佳值，都会引起损失，造成效率下降。,（3） 轴向间隙中汽流径向流动所引起的损失： 蒸汽从动、静叶栅,通道中流出时，都有一定的圆周速度，因此，在动、静轴向间隙中必然产生离,心力作用，而产生径向流动。径向流动就会造成损失。而且，叶片越长，径向,流动造成的损失就越大 。,因此，对于长叶片级来说，就不能采用短叶片级的来进行设计。就必须把,长叶片级设计成型线沿叶高变化的变截面叶片，即扭叶片。扭叶片加工困难，,制造成本高。长叶片级的设计普遍采用径向平衡法。这种设计方法的核心问题,就是确定动、静叶栅轴向间隙汽流的平衡条件。建立径向平衡条件，建立径向

43、,平衡方程式，然后求解径向平衡方程式，由此得出汽流参数沿叶高的变化规,律。径向平衡法有简单径向平衡法和完全径向平衡法。,90,学习交流PPT,一 ，简 单 径 向 平 衡 法,简单径向平衡法是假设动、静叶栅轴向间隙中汽流作 轴对,称的圆柱面流动 ，其径向分速为零，子午线曲线半径无穷,大。求得的简单径向平衡方程式为：,喷嘴出口轴向间隙 ：,(1 - 186 ),( 1 - 186a ),动叶出口轴向间隙 ： 上 二 式 中 ， p - 蒸 汽 压 力 ；,r - 级 的 半 径 ； v - 蒸 汽 比 容 。 91,dp1 dr,1 C12u v1 r,=,dp2 dr,1 C22u v2 r,

44、=,91,学习交流PPT,二 ，完 全 径 向 平 衡 法 完 全 径 向 平 衡 法 认 为 ， 在 动 、 静 叶 栅 轴 向 间 隙 中 ，圆 周 方 向 的 流 面 是 一 个 轴 对 称 的 任 意 回 转 面 。完 全 径 向 平 衡 方 程 式 为 ：,( 1 - 185 ),),Cu2 r,sin m C m C m m,cos m Rm,1 p r,+, C m2 (,=,式 中 ， - 蒸 汽 密 度 ； Cu、Cm - 汽 流 圆 周 分 速 、 子 午 分 速 ； m - 子 午 分 速 对 Z 轴 的 倾 角 ； R - 流 面 上 某 点 的 曲 率 半 径 。 用

45、简单径向平衡法设计所得到的流型有：理想等环量流型、 等 角流型、喷嘴出口等环量和动叶出口连续流流型、等密流流 型。用完全径向平衡法导出的流型有：三元流流型、可控涡流 型。 92,92,学习交流PPT,补充：高效新叶型的开发与应用,93,1、SCHLIST叶型（平衡叶型），后加载叶型； 2、分流叶栅（宽窄组合叶栅）；,3、三元流场设计：弯扭叶片，可控涡流技术； 4、高效、高可靠性末级长叶片技术。,在100MW、125MW和200MW汽轮机改造中，就是利用这 些新型高效叶片技术对通流部分进行改造，再配合：（1） 新型汽封（可调汽封，多齿汽封，椭圆汽封；（2）高效进 汽室涡壳进汽（无叶喷嘴），高效排

46、汽缸。,这三种机改造实践表明：通过改造后，功率增加10%，机组内,效率提高，热耗降低，煤耗下降。,93,学习交流PPT,94,94,学习交流PPT,95,95,学习交流PPT,96,96,学习交流PPT,97,97,学习交流PPT,98,98,学习交流PPT,99,99,学习交流PPT,100,100,学习交流PPT,101,101,学习交流PPT,102,102,学习交流PPT,第二章 多级汽轮机,第一节,多级汽轮机的工作过程,一，多级汽轮机的特点和工作过程 1，多 级 汽 轮 机 的采用： 为了提高汽轮机的功率 ，就必须增加汽轮机的进汽量G 和蒸汽的理想 焓降。 从经济和安全两个方面来考虑

47、，只有一个级的汽轮机要能有效地 利用很大的理想焓是不可能的。为了有效地利用蒸汽的理想焓降，唯一 的办法就是采用多级汽轮机。多级汽轮机的一级只利用总焓降中的一部 分。使每一级都能在最佳速度比附近工作，就能有效地利用蒸汽的理想 焓降，提高机组效率。 和单级汽轮机相比较，多级汽轮机具有 单机功率大 和 内 效率高 的特点。 1,103,学习交流PPT,多 级 汽 轮 机 有 冲 动 式 和 反 动 式 两 种 。 国 产 10 0 MW 、 12 5 M W 、 200MW 汽轮机都是冲动式多级汽轮机；国产 300MW 汽 轮机则是反动式汽轮机。多级汽轮机通常采用喷嘴调节（控制 进 汽 量 ） ，称

48、 之为 调 节 级 ， 其 余 的 级 称 为 压 力 级 。 中 小 型 汽 轮 机，通常采用 双列级 作为调节级，大功率汽轮机多用 单列级 作 为 调 节 级 。 多 级 汽 轮 机 的 通 流 部 分 如 图 2 - 1所 示 。 蒸汽进入汽轮机各级膨胀作功，压力和温度逐级降低，比 容 不 断 增 加 。 因 此 ，通 流 部 分 尺 寸 是 逐 级 增 大 的 ， 特 别 是 在 低 压部分，平均直径增加很快。即叶片的高度越来越长。,由于受到材料强度的限制，,叶片不可能太长，故大型汽 轮机都采用 多排汽口 。如 国 产 2 0 0 M W 汽 轮 机 ，设 计 为 三排汽口和两排汽口；

49、国产 300MW 汽轮机采用两排汽口。 2,104,学习交流PPT,3,2，多 级 汽 轮 机 的 工 作 过 程 ：,蒸汽在多级汽轮机中,汽状态点，就是下一级的进汽状态点。把各 点连接起来，就是多级汽轮机的热力过程曲 线。整个热力过程曲线由三部分所组成：进 汽机构的节流过程，各级实际膨胀过程, 排,汽管道的节流过程。,t,膨 胀 作 功 过 程 和 在 级 中 的 膨 胀 作 功 过 程一 样。作功过程是重复 的，但参数是变化的。 3，多级汽轮机的热力过程曲线：其热力 过程曲线如图2-2。调节级前的蒸汽状态点为 A0 ( p0 , t 0 ) ，排汽压力用pc 表示。汽轮机总理 想焓降为H

50、。由于进汽机的节流损失和排汽 机构的压力损失，故调节级喷嘴前的实际状态 点为 A0 , 而汽轮机末级动叶出口压力为 pc 。考 虑了这两项损失之后，则总的理想焓降为 Ht 。,H i 为整机的有效焓降。 多级汽轮机前一级的排,105,学习交流PPT,第二节,多级汽轮机的重热现象,一，重热现象,在hs 图上，在过热区内，随着温度增加，等压线是呈扩散形；在湿 蒸汽区，等压线是斜率为常数的直线。因此，在hs 图上的两条等压线 之间的距离（焓降）是随着熵的增加而增加的。这样一来，前一级的损失 造成的熵增，能使后一级的理想焓降增加。即前一级的损失，加热了蒸汽 本身，使后一级的进汽温度升高，即在后一级得到了利用这就是多级 汽轮机的重热现象。 4,106,学习交流PPT,nt,1th = 1th ， 2th 2th ， 3th 3th ， nth h, h,即,ti H t, H t ,=i 1,hti = H t + H t = H t 1 + , = , H t ,称为重热系数，用表示。则上式写成, H t,值： n,二，重热系数 1，重热系数 如右图：整机理想焓降为 H t ， H t = ht1 + ht 2 + ht 3 + htn,由于等压线是呈扩散形，所,以：,以上各式