《汽輪機(jī)》多媒體

1、1汽 輪 機(jī) 原 理汽 輪 機(jī) 原 理Steam Turbine Theory 機(jī)械學(xué)院2緒論 汽輪機(jī)是以蒸汽為工質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械，主要用作發(fā)電原動機(jī)，也用來直接驅(qū)動各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和船舶螺旋槳等。3一、汽輪機(jī)的分類1、按工作原理分沖動式汽輪機(jī)反動式汽輪機(jī)2、按熱力特性分凝汽式汽輪機(jī)背壓式汽輪機(jī)抽汽式汽輪機(jī)抽汽背壓式汽輪機(jī)多壓式汽輪機(jī)43、按主蒸汽壓力分汽輪機(jī)類別主蒸汽壓力（MPa)低壓汽輪機(jī)0.121.5中壓汽輪機(jī)24高壓汽輪機(jī)610超高壓汽輪機(jī)1214亞臨界壓力汽輪機(jī)1618超臨界壓力汽輪機(jī)22.1超超臨界壓力汽輪機(jī)32二、汽輪機(jī)型號的表示方法汽輪機(jī)型號的組成為：5 XX - XX -

2、XX變型設(shè)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(jī),主蒸汽壓力為16.7MPa，溫度為538C,再熱蒸汽溫度538C。汽輪機(jī)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(jī)6第一章 汽輪機(jī)級的工作原理 級是汽輪機(jī)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(jī)的工作原理7第一節(jié) 蒸汽在級內(nèi)的流動基本假設(shè)（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8基本方程式（1）狀態(tài)方程 pv=RT（2）等

3、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22211200chch9噴嘴中的熱力過程 P0,P1分別是噴嘴進(jìn)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*10蒸汽滯止和噴嘴出口參數(shù)計算kkppppkkhhccpkkTRkkTch1010010202111211kkpppkkhhc1*01*0*01*02111211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

4、速度系數(shù)動能損失為：*2212212112122nttnhccch12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13噴嘴截面積的變化規(guī)律cdcMAdAcAGacMcdcdpdkpdpconstpk1214噴嘴中的臨界狀態(tài)*011*0*0*01212ppkpppkkpkccacpkddpankkcrcrcrcrcrcr15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. 0crcr16噴嘴中的蒸汽流量 （1）理想情況下，當(dāng)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

5、量：ntnnGGkknknnkktnttnntpkkApppkkAcAG12*0*01*01*0*01111211217 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(dāng)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. 1pAGknncn18 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

6、數(shù)有關(guān)；只要初參數(shù)已知，則通過噴嘴的臨界流量即為定值。5、彭臺門系數(shù) 當(dāng)噴嘴進(jìn)出口壓力比處于某個數(shù)值時，其相應(yīng)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()(12crcrnkkkknknncnkkGGnf196、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(dāng)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(dāng)p1dp1 cr1111sinsinnmnnnttnnnldeltzcGA2、 cr n 1d crncrnncrnmnccrnalzldeRTpGA

7、1*0*0sin648. 0)sin()sin(111111nmnnnttnnnldeltzcGA3、n1dLaatglzAacrnnnnnn2236三、長葉片級的設(shè)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；37綜合以上特點，可知長葉片要按二元或三元流進(jìn)行設(shè)計2、二元流設(shè)計（簡單徑向平衡法cr=0）rcdrdpu211 （1）理想等環(huán)量流型（cz

8、=constc1ur =const） （2）等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(jìn)行控制）dtdmcmccRcrcdrdpmmmmmmmusincos12238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 . 1393、撞擊損失2sin2

9、11wh4、扇形損失*27 . 0thdlh5、葉輪摩擦損失32210007. 1udhf6、部分進(jìn)汽損失（1）鼓風(fēng)損失（2）斥汽損失*35 . 111. 010014 . 0tuopanbbswhmxAlBhudlehswehhh407、濕汽損失hx8、漏汽損失h二、級效率 級的有效焓降iiirixfelcbnxfelcbntxfelcbntihGWEhhhhhhhhhhhEhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhch02102*22001111241第二章 多級汽輪機(jī)本章主要討論多級汽輪機(jī)中蒸汽的進(jìn)、排汽損失，軸向推力以及軸封系統(tǒng)等問題42第一節(jié) 多級汽輪機(jī)的優(yōu)越性及其特點一、多級汽輪

10、機(jī)的優(yōu)缺點1、多級汽輪機(jī)每級的焓降較小，有可能使速度比設(shè)計在最佳速度比附近，同時c1小、u也小，即直徑小，葉高或部分進(jìn)汽度相應(yīng)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(jī)可以實現(xiàn)回?zé)嵫h(huán)和中間再熱循環(huán)；4、由于重?zé)岈F(xiàn)象，多級汽輪機(jī)前面級的損失部分的被后面各級所利用。二、重?zé)岈F(xiàn)象和重?zé)嵯禂?shù)431p2p3p4p5phshmactht1ht2ht3ht4ht，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(kuò)張的，所以，多級汽輪機(jī)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：

11、4,3 ,2,1 ,4,3 ,2,1 ,tttttttttmacthhhhhhhhhh重?zé)嵯禂?shù)為：mactmactthhh44全機(jī)有效比焓降4,3 ,2,1 ,iiiimacihhhhh則全機(jī)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?zé)岈F(xiàn)象使全機(jī)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(jī)的效率就越高。因為重?zé)岈F(xiàn)象的存在只不過是使多級汽輪機(jī)能回收其損失的一部分而已。45三、汽輪機(jī)裝置的評價指標(biāo)蒸汽的熱能內(nèi)功率Pi電功率Pel軸功率Paxrimg1、汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率mactirihDP06 .32、機(jī)械效率

12、rimactaxiaxmhDPPP06 . 33、發(fā)電機(jī)效率mrimactelaxelghDPPP06 . 3則汽輪發(fā)電機(jī)組的相對和絕對電效率為：elrtfwgmrimactelagmrielrhhh,0.,464、汽耗率機(jī)組每生產(chǎn)1KWh電能所消耗的蒸汽量elrmactelhPDd.036005、熱耗率機(jī)組每生產(chǎn)1 KWh電能所需的熱量crrrrfwhhDDhhdq,0047第二節(jié) 汽輪機(jī)進(jìn)汽、排汽損失和熱力過程線一、進(jìn)汽損失 進(jìn)汽速度4060m/s，進(jìn)汽壓力損失p0=0.030.05p0。 優(yōu)化閥的型線，使其帶擴(kuò)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(jī)組的cex100120

13、m/s，背壓機(jī)組cex4060m/s。 當(dāng)進(jìn)入排汽管的汽流速度較低，即M0.3時，就必須考慮其壓縮性，但仍然有：1exexexex三、多級汽輪機(jī)的熱力過程線（p112116)49第三節(jié) 多級汽輪機(jī)的軸向推力及其平衡 反動式汽輪機(jī)的軸向力有100200T，沖動式汽輪機(jī)的軸向力有4080T。一、沖動式汽輪機(jī)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20212020202pppppppppppppprrbbccdd5020222,4ppdldFdbmz隔板軸封漏汽量為ddllppzAG01112通過平衡孔

14、的漏汽量為dllppAG202222動葉根部軸向間隙處的漏汽量為dcbdrldrllppApAG203333322如動葉稍有漏氣，其流量平衡為(d pdFz,2)dlcbdrldllllAAzAGGG2233112311513、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(shè)置平衡活塞p121 2、采用具有平衡孔的葉輪p117 3、利用汽輪機(jī)分缸的反向平衡p121 4、采用推力軸承52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53zphs0p1p2p3p0

15、h1zpzp0p芬諾曲線54三、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02200zpppAGzlll2、最后一個齒隙的汽流速度等于臨界速度25. 100,zpAGllcrl55第三章 汽輪機(jī)在變工況下的工作 汽輪機(jī)噴嘴變工況 級變工況 機(jī)組變工況 調(diào)節(jié)級變工況56一、漸縮噴嘴的變工況 對于漸縮噴嘴，當(dāng)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：2221111crcrncrcrncrGG57即

16、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(dāng)蒸汽的參數(shù)發(fā)生改變時，噴嘴流量為：1、當(dāng)初壓不變時*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(shè)最大初壓為p0m，相應(yīng)的最大臨界流量為G0m58020001000*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

17、形） 漸縮噴嘴流量錐如右圖所示。m10abdc相對初壓相對背壓59二、縮放噴嘴的變工況（極限壓力p132）2111211111*0*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(dāng)初壓不變時*0*0648.0pAGcrnd602、初終參數(shù)同時改變時*01*0*0*0111111*01*0*0*0111110TTppGGGGppTTppGGcrcrdddd時，在61三

18、、汽輪機(jī)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(dāng)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(shè)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*11111262*1111111111121111211*11*1*1*111111111ppppTTppAwAwGGkkkkkkbbcrcr若近似認(rèn)為 ，則有：*11*1TT 111*1*111ppppGGcrcr

19、用噴嘴參數(shù)表示則同理有：111*0*01pppp0011*0*011ppGGppGGcrcrcrcr小結(jié)： 當(dāng)級在臨界狀態(tài)下工作時，不論臨界狀態(tài)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(dāng)c0變化不大63（二）設(shè)計工況及變工況均為亞臨界狀態(tài)0102220221201101022022202210122120111111TTppppGGTTppppppppGGmcrcrcrcr 當(dāng)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)64動葉進(jìn)口的撞擊損失11g一、沖角（p50）正沖角時，氣流沖擊內(nèi)弧面；負(fù)沖角時，氣流沖擊動葉的背弧面。級負(fù)荷變化，是由于流量變化，

20、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(dǎo)致正沖角；焓降減小，導(dǎo)致負(fù)沖角。2sin2111wh65級內(nèi)反動度的變化bnbnAAcwwAcAG111111bnAAcw111cos設(shè)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。66aaamaaamaamxaaaxmmxxxxxxAxxAxxx1coscoscos12cos1cos211111211111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??；67四、汽輪機(jī)級組的變工況（一）機(jī)組前

21、、后壓力與流量的關(guān)系 機(jī)組可以看作一個當(dāng)量噴嘴 假設(shè)最大初壓為p0m，相應(yīng)的最大臨界流量為G0m10022010ppGGppppcrgcrgmmmm級組前壓力的相對值級組后壓力的相對值相對流量級組臨界壓力比68試驗證明： 工況變動時，機(jī)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(jī)組的臨界壓力比就越??； 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6901022212212111TTppppGG亞臨界變工況的流量與機(jī)組前后壓力平方差的開方成正比。級組中的末級均到達(dá)臨界狀態(tài)：級組中的末級均到達(dá)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：70001221pppp同理有