《汽轮机原理》讲稿第01章0刘1.ppt

1、1、汽轮机原理、任课教师：李爱军华中科技大学能源与动力工程学院2005.7， 2，2，引言1火力发电厂基本概念(1)能源转换过程燃料化学能源蒸汽热能机械能源(2) 火力发电厂三大主机锅炉：将燃料化学能转化为蒸汽的热能汽轮机：锅炉生产蒸汽热能转子旋转机械能发电机：将旋转机械能转化为电能的火力发电厂形象，4，中国电力事业发展概况，5，每年人均7、年能源和电力弹性系数，8、中国能源供求变化情况，9、中国能源消费结构(% )，10、中国能源生产结构() 中国2003年可再生能源开发利用量，14、15、16、2蒸汽论机分类：蒸汽轮机，冲动式蒸汽轮机，反动式蒸汽供热式汽轮机、背压式汽轮机、调节抽气式汽轮机

2、、低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机工作原理、功能、残奥仪表高低、17、热特性(即汽轮机型式)复式、中间再热式背压式抽气式、供热、tuu 高压汽轮机：5.88 9.81 Mpa； 超高压涡轮： 11.77 13.93 Mpa； 临界压力涡轮： 15.69 17.65 Mpa； 超临界压力涡轮：大于22.15 Mpa； 超临界压力涡轮：大于32 Mpa，19，采用中国一次能源需求情景预测(Mtce )，20，中国电力生产情景预测(TWh )，21，3涡轮的主要技术发展，大容量机组提高蒸汽初始残奥仪表采用联合循环系统提高机组效率22美国通用电气公司、西屋电气公司日本日立制作所、东芝电器公司、三菱重

3、工株式会社瑞士BBC公司中国哈尔滨汽轮机工厂、上海汽轮机工厂、东方汽轮机工厂、北京重电机工厂、青岛汽轮机工厂、武汉汽轮机发电机工厂、杭州汽轮机工厂、南京汽轮机发电机工厂、23、 第一章涡轮级工作原理第一节，24，2，段内能量转换过程：当具有一定压力、温度的蒸汽通过涡轮级时，首先在静叶栅通道得到膨胀加速，将蒸汽的热能转换为高速蒸汽流的动能，然后进入动叶栅通道，在其中改变方向25、26、3、冲动水平：蒸汽流通过动叶通道时，受动叶通道形状的限制，不得不弯曲改变方向，产生离心力，离心力作用于叶片，称为冲击力。 此时蒸汽在汽轮机阶段进行的机械功与蒸汽微块流入、流出动叶片通路时的动能的变化量相等。 这个水

4、平称为冲动水平，27，4，反作用级：蒸汽流通过动叶通道时，在改变方向的同时膨胀加速。 前者在翼上产生冲击力，后者在翼上产生反作用力，即反动力。 蒸汽通过这个班级，两个力量同时起作用。 通常，这种水平称为反动水平。 有三种不同的形式：28、29、2、反动度、30、3、冲动水平和反动水平、冲动水平： 1、纯冲动水平：通常将反动度等于零的水平称为纯冲动水平。 对于纯冲动级，=0，=，蒸汽流出动叶片的速度c在具有一定动能c的情况下未被利用而损失，这种损失称为佟速损失，用来表示。2、具有反动度的冲动级为了提高级的效率，通常冲动级也具有一定的反动度(=0.05 0.20 )。 此级被称为具有反动度的冲动级

5、，具有机能力大、效率高的特点。 31、3 .复速级是由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅和一组介于第一、二列动叶栅之间、固定在气缸上的导向叶栅构成的级，称为复速级。 从第一列动叶栅通道流出的蒸汽流速仍然相当大，为了利用这一动能的一部分，在第一列动叶栅后面安装导向叶栅，改变蒸汽流的方向，继续工作，使蒸汽顺利进入第二列动叶栅通道。 复速段也采用了一定的反动度。 复速级具有工作力大的特点。 4 .反动水平通常把反动度=0.5的水平称为反动水平。 在反作用水平上，静叶片和动叶片通路中的蒸汽膨胀程度相同。 反动级冲击力和反动力同时起作用工作。 反动水平的效率比冲动水平高，但机能小。32、33、第二

6、节汽轮机级内的能量转换过程，一、基本假设和基本方程中叶栅通道中流动的蒸汽是具有粘性、不连续性和不稳定三元流动的实流体。 为了便于研究，特别是1 .假定叶栅通道中的蒸汽流动稳定，即在流动中，通道内的任意点的蒸汽残奥仪表不会随时变化。 2 .蒸汽在叶栅通道中流动是一元流动。 即，蒸汽在叶栅通路中流动时，其残奥仪表仅在流动方向上变化，在与流动方向垂直的截面上不变化。 3 .叶栅通道中的蒸汽流为绝热流，即在叶栅通道中流动时不与外部进行热交换。 34、基本方程式：说明：这些基本方程式在能量动力装置的基础这本书中进行了描述，但不怎么重复。 1 .连续方式2 .能量方式3 .状态及工艺方式4 .动态方式5

7、.空气方式，35，2 .静叶栅通路中蒸汽的膨胀过程，喷嘴的作用是蒸汽在该通路中流动时得到膨胀加速，将热能转换为动能。 喷嘴是固定的，蒸汽流动时，不在外面工作，W=0的同时不与外界进行热交换，q=0。 根据能量方程式，关于过热蒸汽，如果能够与理想气体近似，则上式在进行(36 )、(1)喷嘴出口的蒸汽流速度修正计算、(1)喷嘴出口的蒸汽流理想速度喷嘴流速度修正计算时，可写成喷嘴前的残奥仪表p (初速)是已知的条件。 等熵过程中膨胀，其过程曲线如图1-7所示。 根据式(2-9 )，喷嘴出口蒸汽流的理想速度，或者式(2-10 )为上式中、-蒸汽流出喷嘴出口的理想速度(m/s )的蒸汽在等熵过程中膨胀的

8、末端焓(J/kq )。 在37、图1-7中，称为喷嘴的理想焓下降。 为了方便，如果引用滞后残奥仪表，则如图1-7所示，滞后焓在将对应的滞后残奥仪表分别代入式(1-17 )和(1- 20 )时，成为图1-7，通常通过喷嘴速度系数调查两者的差(图1-7 ) 这样，喷嘴出口的蒸汽流的实际速度为3，将喷嘴损失蒸汽在喷嘴通路中流动时的动能的损失称为喷嘴损失，(1- 26 )将喷嘴损失与喷嘴理想焓下降的比称为喷嘴能量损失系数，(1-)表示的临界速度蒸汽流的声速由式(1)表示用滞后残奥表表示相关残奥表时，代入音速公式，则在上式中成为滞后状态下的音速。 知道的时候，一定的值。在膨胀过程中，直到某个断面，蒸汽流

9、速等于当地声速。 蒸汽流速等于当地音速时，此时的流动状态称为临界状态。 此时的残奥仪表是临界残奥仪表，并由表等来表示。 代入(2-16 )，临界速度为，41，2，临界压力为(2-17 )，如果临界压力相对于等熵膨胀过程，则上式为上式，将表示临界压力仅与蒸汽指数k和初压有关的临界压力和初压之比称为临界压力比，(1 -24 )过热蒸汽在饱和蒸汽(k=1.135 )中，相对于=0.577 .42，(3)喷嘴截面积的变化规律，(1- 3 10 ) (1)蒸汽流速小于声速，即M0时，(3)蒸汽流速在有喷嘴的截面上与声速，即M=1正好相等时，为da/da 横截面a没有变化，也就是说a达到了最小值。 上述分

10、析表明，简单的锥形喷嘴无法获得超音速蒸汽流。 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，还必须保证喷嘴形状，即制作出定标喷嘴。 蒸汽流通过定标喷嘴时，在喷嘴的喉咙达到音速，然后在逐渐扩展的部分达到音速。 43、(4)喷嘴的流量修正计算、1、喷嘴的理想流量修正计算喷嘴的理想流量在下式： (1-3 2)中，- -喷嘴出口处的截面积、(m )； 喷嘴出口处理理想蒸汽流速，(m/s )； -喷嘴出口处的比容积，(m/k q )。 用(2-12a )表示，还有，将上式称为喷嘴前后压力比。 44、2、喷嘴流量曲线相对于式(1-33 )，在喷嘴前的残奥仪表和喷嘴出口截面积一定的情况下，通过喷嘴

11、的流量仅依赖于喷嘴前后压力比。 图1-11中用ABC曲线表示这些关系。 当压力比从1逐渐缩小到图1-11时，流量逐渐增加，喷嘴前后的压力比等于临界压力比() ，达到最大值(如b所示)。 此时的流量称为临界流量，用表示。 喷嘴前后的压力比小于临界压力比时，流量如AB所示保持最大值。 其临界流量仅与(1 - 3 6 )式中的k值有关。 过热蒸汽(k=1.3)、=0.667； 饱和蒸汽(k=1.135 )，=0.635。 45、3、通过喷嘴的实际流量的修正计算通过喷嘴的实际流量用： (1- 39 )式，称为喷嘴流量系数。 过热蒸汽为=0.97，饱和蒸汽为=1.02。 在考虑流量系数的基础上，通过喷嘴

12、的实际流量，对于过热蒸汽：对于饱和蒸汽：还可以用单一的修正公式表示： (1- 42 )这里称为鹏台等的系数。 对于亚临界流动，为1，对于临界流动，=1。 46、(5)在喷嘴的斜切部的蒸汽流，为了使从喷嘴流出的蒸汽流顺畅地进入动叶片通路，如图1-14所示，在喷嘴出口需要斜切部。 这样，实际的喷嘴由一部分是锥形部分ABDE、AB是最小截面的两个部分构成。 另一个是斜切部分ABC。 由于存在斜切部分，影响流产。 47、1、当喷嘴出口压力(背压)在临界压力以上时，AB截面上的流速在声速以下，喉部压力与背压()相等，蒸汽流通过喷嘴，仅在锥形部分膨胀加速，而在斜切部分ABC不膨胀加速。 斜切部分仅作为导轨

13、发挥作用。 从喷嘴流出的蒸汽的流动与动叶片的运动方向成角度(称为喷嘴出蒸汽角)。2 .当喷嘴出口压力(背压)小于临界压力时，蒸汽流在AB截面达到临界状态，蒸汽流在斜切口部持续膨胀加速，蒸汽压力从临界压力下降，蒸汽流速度从临界速度大于声速，并且蒸汽流方向发生干扰和偏向。48、3、蒸汽在动叶栅中的流动和能量转换过程，(一)动叶的进出口速度三角形是喷嘴的高速蒸汽流进入动叶通道，其方向和大小发生变化，从而将蒸汽的动能转换为机械功能。 为了校正蒸汽功的大小，需要决定动叶片列出口的蒸汽流速的变化。 动叶片排入口速度三角形表示动叶片排入口中蒸汽流的绝对速度、相对速度与圆周速度u的关系。 如图1-15所示，喷嘴出口的蒸汽流速，蒸汽角，u是动叶栅圆周速度，进入动叶栅的相对速度，方向角是。 这样，由、和u构成的三角形就是动叶入口速度三角形。 49、动叶入口速度三角形的相对速度和方向角由下式决定。 动叶栅的几何入口角必须与进气角相等，以便蒸汽流不会碰撞地流入动叶通路。 如图1-15所示，蒸汽最后从动叶通路以相对速度(动叶出蒸角)流出。 在冲动的水平上，的大小取决于反动度的大小，一般来说。 这样，蒸汽流从动叶通路流出的绝对速度的大小和方向可以从图解中得到。 为了方便，通常可以通过将动叶片出入口速度的三角