《汽輪機》多媒體

1、汽 輪 機 原 理汽 輪 機 原 理Steam Turbine Theory 機械學院熱能與環(huán)境工程研究所緒論 汽輪機是以蒸汽為工質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式機械，主要用作發(fā)電原動機，也用來直接驅(qū)動各種泵、風機、壓縮機和船舶螺旋槳等。一、汽輪機的分類1、按工作原理分沖動式汽輪機反動式汽輪機2、按熱力特性分凝汽式汽輪機背壓式汽輪機抽汽式汽輪機抽汽背壓式汽輪機多壓式汽輪機3、按主蒸汽壓力分汽輪機類別主蒸汽壓力（MPa)低壓汽輪機0.121.5中壓汽輪機24高壓汽輪機610超高壓汽輪機1214亞臨界壓力汽輪機1618超臨界壓力汽輪機22.1超超臨界壓力汽輪機32二、汽輪機型號的表示方法汽輪機型號的組成為： XX -

2、XX - XX變型設計次序蒸汽參數(shù)額定功率型式例：N300-16.7/538/538 300MW凝汽式汽輪機,主蒸汽壓力為16.7MPa，溫度為538C,再熱蒸汽溫度538C。汽輪機型式代號見下表：代號型式代號型式N凝汽式CB抽汽背壓式B背壓式CY船用C一次調(diào)整抽汽式Y(jié)移動式CC兩次調(diào)整抽汽式HN核電汽輪機第一章 汽輪機級的工作原理 級是汽輪機中最基本的工作單位 級由靜葉柵（噴嘴柵）和動葉柵組成 本章著重闡述單級汽輪機的工作原理第一節(jié) 蒸汽在級內(nèi)的流動基本假設（1）蒸汽在級內(nèi)的流動是穩(wěn)定流動（2）蒸汽在級內(nèi)的流動是一元流動（3）蒸汽在級內(nèi)的流動是絕熱流動基本方程式（1）狀態(tài)方程 pv=RT（2

3、）等熵過程方程pvk=常數(shù)（3）連續(xù)性方程 Gv=Ac（4）能量守恒方程22211200chch噴嘴中的熱力過程 P0,P1分別是噴嘴進出口壓力。 理想熱力過程從01。 實際熱力過程是02。 0*點是0的滯止參數(shù)點。hsh1p112h1thnhc00p0P0*0*h0h0*蒸汽滯止和噴嘴出口參數(shù)計算kkppppkkhhccpkkTRkkTch1010010202111211kkpppkkhhc1*01*0*01*021112噴嘴出口汽流速度的計算 噴嘴出口的理想速度c1t為：kknnttpppkkhchchhc1*01*0*0*2020101112222噴嘴實際出口速度為：tcc11噴嘴速度系

4、數(shù)動能損失為：*2212212112122nttnhccch噴嘴動能損失nh滯止理想比焓降0*h噴嘴的能量損失系數(shù) ：n21n與蒸汽之比噴嘴截面積的變化規(guī)律cdcMAdAcAGacMcdcdpdkpdpconstpk12噴嘴中的臨界狀態(tài)*011*0*0*01212ppkpppkkpkccacpkddpankkcrcrcrcrcrcr臨界壓力比 只取決于蒸汽本身的性質(zhì)，與噴嘴的結(jié)構(gòu)無關(guān)。對于過熱蒸汽：對于干飽和蒸汽：cr577. 0546. 0crcr噴嘴中的蒸汽流量 （1）理想情況下，當噴嘴前后的壓力比 大于臨界壓力比時，由連續(xù)性方程 有：ntnntcAGt11實際流量：ntnnGGkknkn

5、nkktnttnntpkkApppkkAcAG12*0*01*01*0*011112112 稱為噴嘴流量系數(shù)，它主要與蒸汽狀態(tài)及蒸汽在噴嘴中的膨脹程度有關(guān)。n （2）當噴嘴前后的壓力比小于或等于臨界壓力比時，通過噴嘴的流量將保持不變，即為臨界流量：0011)12(pkkAGkknnct實際臨界流量：nctnncGG對于過熱蒸汽，對于飽和蒸汽，006473. 0,97. 0, 3 . 1pAGknncn006483. 0,02. 1,135. 1pAGknncn 由以上分析可知，通過噴嘴的最大蒸汽流量（即臨界流量），在噴嘴出口面積和蒸汽性質(zhì)確定后，只與蒸汽的初參數(shù)有關(guān)；只要初參數(shù)已知，則通過噴嘴

6、的臨界流量即為定值。5、彭臺門系數(shù) 當噴嘴進出口壓力比處于某個數(shù)值時，其相應的流量Gn與同一初狀態(tài)下的臨界流量Gnc之比值稱為流量比，也稱為彭臺門系數(shù)，記為。2111211)12()(12crcrnkkkknknncnkkGGnf6、蒸汽在斜切部分的膨脹p0pttct 如圖所示， AB為漸縮噴嘴的出口截面，即吼口截面，ABC 即為斜切部分。當噴嘴出口壓力p1大于臨界壓力p1c時，蒸汽在斜切部分不發(fā)生膨脹。但當p1dp1 cr1111sinsinnmnnnttnnnldeltzcGA2、 cr n 1d crncrnncrnmnccrnalzldeRTpGA1*0*0sin648. 0)sin(

7、)sin(111111nmnnnttnnnldeltzcGA3、n1dLaatglzAacrnnnnnn22三、長葉片級的設計1、葉片徑高比和相對節(jié)距的定義bttld810的葉片就成為長葉片，其特點為：（1）圓周速度沿葉高不同，氣流沖擊背弧或凹??；（2）葉柵存在最佳相對節(jié)距，大于或小于（x1）op造成損失；（3）c1較c0、c2要大得多，受c1u離心力產(chǎn)生徑向壓力梯度的 影響，p1沿葉高是增加的，徑向流動產(chǎn)生損失；綜合以上特點，可知長葉片要按二元或三元流進行設計2、二元流設計（簡單徑向平衡法cr=0）rcdrdpu211 （1）理想等環(huán)量流型（cz=constc1ur =const） （2）等

8、1角流型(cos 1=c1u/c1 =constc1urcos 1 =const）3、完全徑向平衡法 （1）三元流流型 （2）可控渦流型（反動度沿葉高可按需要進行控制）dtdmcmccRcrcdrdpmmmmmmmusincos122第四節(jié) 級內(nèi)各項損失和級效率一、級內(nèi)損失 1、噴嘴能量損失、動葉能量損失和余速損失 噴嘴能量損失和動葉能量損失又稱為葉柵損失，葉柵損失又可分 （1）葉型邊界層的磨擦損失 （2）邊界層脫離引起的渦流損失 （3）尾跡損失 （4）流道中有超音速時可能存在激波損失 2、葉高損失ulhlh2 . 13、撞擊損失2sin211wh4、扇形損失*27 . 0thdlh5、葉輪摩

9、擦損失32210007. 1udhf6、部分進汽損失（1）鼓風損失（2）斥汽損失*35 . 111. 010014 . 0tuopanbbswhmxAlBhudlehswehhh7、濕汽損失hx8、漏汽損失h二、級效率 級的有效焓降iiirixfelcbnxfelcbntxfelcbntihGWEhhhhhhhhhhhEhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhch02102*220011112第二章 多級汽輪機本章主要討論多級汽輪機中蒸汽的進、排汽損失，軸向推力以及軸封系統(tǒng)等問題第一節(jié) 多級汽輪機的優(yōu)越性及其特點一、多級汽輪機的優(yōu)缺點1、多級汽輪機每級的焓降較小，有可能使速度比設計在最佳速

10、度比附近，同時c1小、u也小，即直徑小，葉高或部分進汽度相應大，這些都是效率增大；2、各級余速動能可以部分的被利用；3、多級汽輪機可以實現(xiàn)回熱循環(huán)和中間再熱循環(huán)；4、由于重熱現(xiàn)象，多級汽輪機前面級的損失部分的被后面各級所利用。二、重熱現(xiàn)象和重熱系數(shù)1p2p3p4p5phshmactht1ht2ht3ht4ht，2ht，3ht，4hi，1hi，2hi，3hi，4hmaci 在h-s圖上，等壓線沿著比熵增大的方向是逐漸擴張的，所以，多級汽輪機中上一級損失的一部分可以在以后各級中得到利用的現(xiàn)象。 無損失和有損失時的理想焓降分別為：4,3 ,2,1 ,4,3 ,2,1 ,tttttttttmacthh

11、hhhhhhhh重熱系數(shù)為：mactmactthhh全機有效比焓降4,3 ,2,1 ,iiiimacihhhhh則全機的相對內(nèi)效率為：mactmacimacrihh各級平均的相對內(nèi)效率：jtmaciaverihh, 從以上分析可知，重熱現(xiàn)象使全機的相對內(nèi)效率高于各級平均的相對內(nèi)效率。但并不是說越大，全機的效率就越高。因為重熱現(xiàn)象的存在只不過是使多級汽輪機能回收其損失的一部分而已。三、汽輪機裝置的評價指標蒸汽的熱能內(nèi)功率Pi電功率Pel軸功率Paxrimg1、汽輪機的相對內(nèi)效率mactirihDP06 .32、機械效率rimactaxiaxmhDPPP06 . 33、發(fā)電機效率mrimactel

12、axelghDPPP06 .3則汽輪發(fā)電機組的相對和絕對電效率為：elrtfwgmrimactelagmrielrhhh,0.,4、汽耗率機組每生產(chǎn)1KWh電能所消耗的蒸汽量elrmactelhPDd.036005、熱耗率機組每生產(chǎn)1 KWh電能所需的熱量crrrrfwhhDDhhdq,00第二節(jié) 汽輪機進汽、排汽損失和熱力過程線一、進汽損失 進汽速度4060m/s，進汽壓力損失p0=0.030.05p0。 優(yōu)化閥的型線，使其帶擴壓管，把部分蒸汽的動能轉(zhuǎn)化為壓力能。二、排氣損失 凝汽機組的cex100120m/s，背壓機組cex4060m/s。 當進入排汽管的汽流速度較低，即M0.3時，就必須

13、考慮其壓縮性，但仍然有：1exexexex三、多級汽輪機的熱力過程線（p112116)第三節(jié) 多級汽輪機的軸向推力及其平衡 反動式汽輪機的軸向力有100200T，沖動式汽輪機的軸向力有4080T。一、沖動式汽輪機的軸向推力 1、作用在動葉上的軸向推力20212122111 ,sinsinppppppldccGFpbmz2、作用在葉輪輪面上的軸向推力20212020202pppppppppppppprrbbccdd20222,4ppdldFdbmz隔板軸封漏汽量為ddllppzAG01112通過平衡孔的漏汽量為dllppAG202222動葉根部軸向間隙處的漏汽量為dcbdrldrllppApAG

14、203333322如動葉稍有漏氣，其流量平衡為(d pdFz,2)dlcbdrldllllAAzAGGG22331123113、作用在軸封凸肩上的軸向推力nidpzzpphdF103,4、轉(zhuǎn)子凸肩上的軸向力222214,4ppddFdz二、軸向推力的平衡 1、設置平衡活塞p121 2、采用具有平衡孔的葉輪p117 3、利用汽輪機分缸的反向平衡p121 4、采用推力軸承第四節(jié) 軸封及其系統(tǒng)一、軸封類型 1、高低齒曲徑軸封；2、平齒光軸軸封。二、芬諾曲線 等流量曲線zphs0p1p2p3p0h1zpzp0p芬諾曲線三、軸封漏汽量的計算 1、最后一個齒隙的汽流速度低于臨界速度02200zpppAGz

15、lll2、最后一個齒隙的汽流速度等于臨界速度25. 100,zpAGllcrl第三章 汽輪機在變工況下的工作 汽輪機噴嘴變工況 級變工況 機組變工況 調(diào)節(jié)級變工況一、漸縮噴嘴的變工況 對于漸縮噴嘴，當其初參數(shù)及出口面積不變時，通過噴嘴的流量為：*0*012*0*0648.012pAGGpkkAGncrcrnkknknnncrn時時ACBGGcrG1PcrP1P1=PcP 在流量與出口壓力的關(guān)系曲線圖中，BC段近似于橢圓曲線，則：2221111crcrncrcrncrGG即為彭臺門系數(shù)，此時通過噴嘴的任意流量G可表示為：*0*0648. 0pAGGnc當蒸汽的參數(shù)發(fā)生改變時，噴嘴流量為：1、當初

16、壓不變時*0*0648. 0pAGn2、噴嘴前后壓力同時變化時*0*011*0*011*01*0*0*011*0*0*01*0111ppGGppTTppppGGcrcr流量錐的概念 在實際計算中，大都采用圖解法計算流量，即使用流量錐或是流量網(wǎng)圖。假設最大初壓為p0m，相應的最大臨界流量為G0m020001000*0*11*0*001mcrcrcrnmcrcrmmmmGGGGGGpppp m、1、 0之間關(guān)系的三維顯示為流量錐，二維表示為流量網(wǎng)圖。（oad為等腰直角三角形） 漸縮噴嘴流量錐如右圖所示。m10abdc相對初壓相對背壓二、縮放噴嘴的變工況（極限壓力p132）2111211111*0*

17、01121*0*0111211212)(12crcrdncrnkkdkdkkncrnkkcrnncrkkdkdnndnAAkkAAkkpAGpkkAG則上式近似于橢圓曲線，21121*011*011111ddnddcrddppppGGppp為橢圓方程，即時，流量與壓力的關(guān)系1、當初壓不變時*0*0648.0pAGcrnd2、初終參數(shù)同時改變時*01*0*0*0111111*01*0*0*0111110TTppGGGGppTTppGGcrcrdddd時，在三、汽輪機級的變工況 噴嘴前、后壓力發(fā)生變化引起流量的變化。反之，當流經(jīng)噴嘴的流量變化時，噴嘴和動葉前后的壓力也要隨之變化，從而引起級內(nèi)各個參

18、數(shù)發(fā)生變化。本節(jié)主要研究級中諸參數(shù)隨流量變化而變化的基本規(guī)律。（一）設計工況和變動工況均為臨界工況1、噴嘴在臨界狀態(tài)*01*01*0*0*0*011xTxTppGGcrcr2、動葉在臨界狀態(tài)kkcrcrppRTkkwppGG1*11*11*1*111112*1111111111121111211*11*1*1*111111111ppppTTppAwAwGGkkkkkkbbcrcr若近似認為 ，則有：*11*1TT 111*1*111ppppGGcrcr用噴嘴參數(shù)表示則同理有：111*0*01pppp0011*0*011ppGGppGGcrcrcrcr小結(jié)： 當級在臨界狀態(tài)下工作時，不論臨界狀態(tài)

19、是發(fā)生在噴嘴中還是動葉中，其流量均與級前壓力成正比，而與級后壓力無關(guān)。當c0變化不大（二）設計工況及變工況均為亞臨界狀態(tài)0102220221201101022022202210122120111111TTppppGGTTppppppppGGmcrcrcrcr 當級在亞臨界狀態(tài)下工作時，通過級的流量與級前、后的壓力均有關(guān)動葉進口的撞擊損失11g一、沖角（p50）正沖角時，氣流沖擊內(nèi)弧面；負沖角時，氣流沖擊動葉的背弧面。級負荷變化，是由于流量變化，壓力和焓降隨之發(fā)生變化。于是發(fā)生沖擊損失。二、撞擊損失（p139）焓降增大，導致正沖角；焓降減小，導致負沖角。2sin2111wh級內(nèi)反動度的變化bnb

20、nAAcwwAcAG111111bnAAcw111cos設計工況下的連續(xù)性方程焓降減小時的連續(xù)性方程，理論上有從p139b圖上可以看出，實際情況是bnAAcwcw11111cos因此，級的反動度要增加。aaamaaamaamxaaaxmmxxxxxxAxxAxxx1coscoscos12cos1cos211111211111焓降減小，速度比增大，級內(nèi)反動度增大；焓降增大，速度比減小，級內(nèi)反動度減??；四、汽輪機級組的變工況（一）機組前、后壓力與流量的關(guān)系 機組可以看作一個當量噴嘴 假設最大初壓為p0m，相應的最大臨界流量為G0m10022010ppGGppppcrgcrgmmmm級組前壓力的相對

21、值級組后壓力的相對值相對流量級組臨界壓力比試驗證明： 工況變動時，機組前后的壓力與流量的關(guān)系可用斯托多拉流量錐表示，即0、2、m組成流量錐； 級數(shù)越多，機組的臨界壓力比就越小； 初參數(shù)不同的同一級組具有相同的臨界壓力比。221222122111221211222121212111100112000220111ppppppppppppppppGGGGGGcrgcrgcrgcrgcrgcrgcrgcrgmmmmcrgcrgm無窮級數(shù)的級組中各級均處于亞臨界時的流量比為佛留格爾公式，如下01022212212111TTppppGG亞臨界變工況的流量與機組前后壓力平方差的開方成正比。級組中的末級均到達臨界狀態(tài)：級組中的末級均到達臨界狀態(tài)：例如級組由三級組成,如圖示P0P1P2P3P4P5P6G4144411TTppGG對第二級有：22144121224222412211ppppTTppppGG于是有：001221pppp同理有