汽轮机部分汽机工作原理实用教案

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1、第一节第一节 蒸汽蒸汽(zhn q)在汽轮机在汽轮机级中的流动级中的流动喷嘴能量方程：1、喷嘴出口汽流理想(lxing)速度 理想(lxing)过程能量方程 理想(lxing)速度22010122cchh2*10202tnnchch一、蒸汽在喷嘴中的膨胀(png zhng)过程22010122ttcchh第1页/共63页第一页，共63页。*0*p0*t0*h02200*0chh*1*012)(2ntthhhc 将初速度设为零的假想状态 称为滞止状态点，压力为 、温度(wnd) 、焓 等。 则喷嘴能量方程和出口理想速度为：第2页/共63页第二页，共63页。*22121)1 (22ntnhcch*

2、112nthcc2、喷嘴出口实际(shj)速度 实际(shj)气体存在损失，并非等熵过程，出口实际(shj)焓值大于理想焓值，故实际(shj)速度小于理想速度 喷嘴损失：第3页/共63页第三页，共63页。第4页/共63页第四页，共63页。 速度系数与喷嘴高度、叶型、汽道形状、表面粗糙度和前后压力等很多因素有关，取值范围(fnwi)0.920.98，现代汽轮机可取0.97。B=55mmB=80mm高度(god)第5页/共63页第五页，共63页。 为有效完成能量转换，喷嘴(pnzu)流出的汽流与旋转平面角度很小，因此导叶都是倾斜的。在出口形成一个三角区ABC，称为斜切部分。第6页/共63页第六页，

3、共63页。二、蒸汽二、蒸汽(zhn q)在动叶栅中的流动在动叶栅中的流动过程过程1 1、动叶栅出口、动叶栅出口(ch ku)(ch ku)速度三角形速度三角形第7页/共63页第七页，共63页。动叶的圆周(yunzhu)速度60md nu进口(jn ku)三角形出口(ch ku)三角形第8页/共63页第八页，共63页。动叶进口相对速度(xin du s d)w1动叶出口理想绝对速度C2112121cos2uccuw222222cos2uwwuc第9页/共63页第九页，共63页。2 2、 汽流作用汽流作用(zuyng)(zuyng)在动叶上的力在动叶上的力第10页/共63页第十页，共63页。22b

4、uzFFF1122(coscos)uFG cc根据(gnj)动量方程 汽流作用在动叶上的周向分力（转动力）轴向分力(fnl)（轴向推力）1212()()zzzbFG ccApp总作用力第11页/共63页第十一页，共63页。1122(coscos)uuPF uGu cc三、轮周功率三、轮周功率(gngl)(gngl)周向力每秒钟所做的功222212211()()2uPGccww冲动(chngdng)作用反动(fndng)作用第12页/共63页第十二页，共63页。tww22四、动叶中实际四、动叶中实际(shj)热力热力过程过程动叶出口理想相对速度(xin du s d)动叶出口实际相对速度(xin

5、 du s d)动叶损失：22222wwhtb*22bthw第13页/共63页第十三页，共63页。0uuNE21unbc 220202022tccEuhu五、级的轮周效率五、级的轮周效率(xio l)2222cch 某一级所做的轮周功Nu与所该级应当释放的理想能量E0之比称为(chn wi)级的轮周效率。余速损失理想能量E0 或第14页/共63页第十四页，共63页。 0为本级利用上一级的余速份额(fn )， 2为本级被下一级利用的份额(fn )。六、最佳速度比 余速损失是影响轮周效率的主要因素，c2最小时的余速损失最小。1、纯冲动级（ 分三种情况）第15页/共63页第十五页，共63页。cxu2

6、12cos11)(xop 上图为C1一定的前提下，给出的三种不同的圆周速度。比较得到，只有选定的使2 =90， C2才最小。此时速度比则冲动级最佳速比(s b)“轴向排汽，效率最高”2cos12c第16页/共63页第十六页，共63页。 同样的方法可以得到反动(fndng)级和复速级的最佳速比反动(fndng)级复速级1cos1)(xop4cos11)(xop第17页/共63页第十七页，共63页。七、汽轮机的级内损失和效率 蒸汽热能机械能的过程中，存在各种各样的能量损失1 1、喷嘴损失hnhn和动叶损失hbhb（叶型损失）；属于(shy)(shy)叶型损失有三种 (1) (1)附面层中的摩擦损失

7、； (2) (2)附面层脱离引起的涡流损失； (3) (3)尾迹损失。第18页/共63页第十八页，共63页。2、余速损失hc2； 客观存在，采取(ciq)最佳速比，可以降到最小；3、扇形损失h； 偏离平均直径越大，损失越大，采用扭叶片，可以大大减小；第19页/共63页第十九页，共63页。4、叶轮(yln)摩擦损失hf:与转速三次方成正比；5、部分进汽损失he:鼓风损失；斥汽损失；6、漏汽损失hleak:叶顶漏汽；隔板漏汽；7、湿汽损失hx；第20页/共63页第二十页，共63页。第21页/共63页第二十一页，共63页。第22页/共63页第二十二页，共63页。八、级的相对内效率和内功率 考虑了各项

8、损失后，级的实际(shj)热力过程曲线如图示。第23页/共63页第二十三页，共63页。hhhhhhhhhhhhEhctcxeflbntii21*2*0级的内功率 级的对内效率(xio l) 扭叶片不考虑扇形损失，全周进汽不考虑部分进汽损失等。iihGP3600/iihDP第24页/共63页第二十四页，共63页。第二节第二节 多级汽轮机多级汽轮机 从功率方程 可知，Pi （1）Ht C1保证 ， u；（2）G通流面积直径(zhjng)叶片高度； 两者均受到材料强度的限制。要增大功率，就要采用多级汽轮机。 itiHGPcxu11第25页/共63页第二十五页，共63页。 按压力高低顺序排列的若干级组

9、成(z chn)。常见的有多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮两种。 级数多，每一级焓降较小，但总体较大，增加了单机功率，保证了每一级工作在最佳速比附近。一、多级汽轮机的工作(gngzu)过程第26页/共63页第二十六页，共63页。二、多级汽轮机的损失： 外部损失 不直接影响蒸汽状态的损失； 内部(nib)(nib)损失 直接影响蒸汽状态的损失；（一）多级汽轮机的外部损失1 1、机械损失 摩擦阻力、带动辅助设备；2 2、外部漏气损失： 压力高于大气压，蒸汽外泄； 低于大气压，空气漏入； 措施是设有轴封系统。第27页/共63页第二十七页，共63页。第28页/共63页第二十八页，共63页。（二）多级汽

10、轮机的内部损失（级内损失之外）1 1、进汽机构的节流损失（主汽阀调节(tioji)(tioji)汽阀 管道等）3-5% P03-5% P0；2 2、排汽管中的压力损失：最末级后压力高于排汽管出口压力，焓降减小；2-6% Pc2-6% Pc； 合理的排汽管：（扩压、转向）3 3、中间再热管道的压力损失：连接管道，再热器和阀门；8-12% Pr8-12% Pr。第29页/共63页第二十九页，共63页。第30页/共63页第三十页，共63页。（一）相对(xingdu)(xingdu)效率1 1、汽轮机的相对(xingdu)(xingdu)内效率：内功率与输入能量之比2 2、汽轮机的相对(xingdu)

11、(xingdu)有效效率：输出能量与输入能量之比 机械效率 相对(xingdu)(xingdu)有效效率iiittPHPHimtiieteeiempppppppp三、汽轮机及其装置三、汽轮机及其装置(zhungzh)的效率的效率第31页/共63页第三十一页，共63页。eelgppegimgtiieeeltelelpppppppp3、汽轮发电机组的相对电效率：输出能量（除去铜损、铁损、机械损失）与输入(shr)能量（转子能量）之比 发电机的效率 与容量及冷却方式有关，一般大机组可达97-99% 相对电效率第32页/共63页第三十二页，共63页。汽轮(q ln)发电机组的电功率：3600:gmit

12、elgmitelHDpHGp或第33页/共63页第三十三页，共63页。tgmitelaeltmiteaetiaitthhhhQH绝对电效率：轴端功率绝对有效效率绝对内效率：朗肯循环效率：给水排汽)(000（二）绝对效率（整个热力循环） 绝对效率 考虑整个热力循环，以Q0Q0为输入能量，汽轮发电机组不同(b tn)(b tn)功率为输出的一组效率； 循环热效率 以汽轮机理想焓降为输出的效率 第34页/共63页第三十四页，共63页。四、汽轮发电机组的经济指标1 1、汽耗率d d 生产1kWh1kWh的电所消耗的蒸汽量 由于参数不同，即使功率相同，但其消耗的蒸汽量却不同，故一般(ybn)(ybn)不

13、采用比较经济性，而采用热耗率。gmitelgmitelHpDdHpD36003600第35页/共63页第三十五页，共63页。2 2、热耗率q q 生产1kWh1kWh的电所需从锅炉(gul)(gul)供应的热量)()(3600)(3600)()(0000000rrrfwaelfweltfwelfwelhhDDhhdqhhHhhdphhDpQq对于中间再热机组：第36页/共63页第三十六页，共63页。发电厂热效率 考虑锅炉(gul)(gul)效率、管道效率及发电厂各种泵与风机等所消耗的电能（厂用电）CsCs各种设备消耗电能系数，一般为0.80-0.850.80-0.85gmitsaelsselC

14、C第37页/共63页第三十七页，共63页。五、多级汽轮机的轴向推力1 1、多级汽轮机的轴向推力; ;（1 1）作用(zuyng)(zuyng)在动叶上的轴向推力；（2 2）作用(zuyng)(zuyng)在叶轮面上的轴向推力；（3 3）作用(zuyng)(zuyng)在轮毂上和轴的凸肩上的轴向推力。套装(to zhun)转子才有轮毂 第38页/共63页第三十八页，共63页。2、轴向推力的平衡；（1）平衡活塞法；（2）采用平衡孔的叶轮，平衡孔个数为奇数；（3）反向(fn xin)布置法；（4）采用推力轴承。第39页/共63页第三十九页，共63页。第40页/共63页第四十页，共63页。第三节第三节

15、 汽轮机汽轮机变工况变工况 设计值 设计所依据(yj)(yj)的参数； 设计工况 运行参数保持设计参数； 变工况 偏离设计工况。一、级组的变工况 临界速度 当气体通过管子或喷嘴时，在一定的上游压力下，流速随着下游压力的减少而增加。但当管内及喷嘴喉部流速达到在此状态下的压力波传播速度（即音速）时，无论下游压力如何再降低而流速仍然不变。第41页/共63页第四十一页，共63页。1、变工况前后级或级组均未达到(d do)临界状态弗留格公式（忽略温度变化）流量与级组前后压力平方差的平方根成正比01022202212011TTPPPPGG22202212011PPPPGG汽轮机级和级组的流量(liling

16、)与参数的关系第42页/共63页第四十二页，共63页。01010010110pTGGpTpGGp 对于(duy)凝汽轮机，级组较多时， 和 通常很小，可简化忽略温度忽略温度(wnd)(wnd)凝汽式汽轮机各级级前压力与流量成正比（不适用于末级）凝汽式汽轮机各级级前压力与流量成正比（不适用于末级）202PP20121PP第43页/共63页第四十三页，共63页。01010010110pTGGpTpGGp 最末一级始终处于临界状态，则各级级前压力与流量成正比（末级应考虑(kol)温度修正）2、变工况前后级或级组均达到临界状态 一般情况(qngkung)下，末级首先达到临界状态。忽略温度第44页/共6

17、3页第四十四页，共63页。3 3、弗留格尔公式应用 形式简单，使用方便，用于分析或计算确定内部工况，判断运行的经济性和安全性。（1 1）监视通流部分运行是否正常（已知流量检验压力，分析通流面积是否改变，判断损坏或结垢）；（2 2）推算不同流量下各级前压力，求得各级压差、焓降，从而确定相应(xingyng)(xingyng)的功率、效率及零部件的受力情况。第45页/共63页第四十五页，共63页。二、变工况时各级的焓降变化规律 凝汽式汽轮机各中间级压力比不变，理想焓降不变或变化不大（当温度(wnd)(wnd)变化不能忽略时）。各级圆周速度不变，速比不变，级内效率亦不变；各级内功率与流量成正比。01

18、2102221001,PPPPPPPP第46页/共63页第四十六页，共63页。 喷嘴(pnzu)调节凝汽式汽轮机当流量（负荷）改变时，焓降的变化主要发生在调节级和末级中，而全机的理想焓降基本保持不变。 例如：当流量增加时，调节级的焓降减小，末级的焓降增大；当流量减小时，调节级的焓降增加，末级的焓降减小； 背压式汽轮机除调节级外，最后几级的焓降也发生变化，而且流量变化越大，受影响级数越多。第47页/共63页第四十七页，共63页。 汽轮机变工况运行时，效率要降低。而且流量（负荷）变化越大，效率降低越多。（1）喷嘴(pnzu)调节的凝汽式汽轮机，其效率下降主要发生在调节级和最末级；（2）背压式汽轮机

19、，除调节级外，最后几级的效率都降低；采用节流调节的汽轮机没有调节级，所以效率降低主要是由于节流损失增大和最末级效率下降。 汽轮机工况变动时，反动度也发生变化。工况变化时，影响级内焓降，则反动度变化。第48页/共63页第四十八页，共63页。（一）节流调节：损失大，用于小机组或基本负荷机组；（二）喷嘴调节：部分(b fen)进汽，效率高于节流调节；（三）滑压运行：调节阀全开或者基本全开，通过锅炉调整新蒸汽压力的方法。较小机组（12.75MPa）不适合。三、汽轮机功率三、汽轮机功率(gngl)调节方式及调节级变工况调节方式及调节级变工况3600iimgD HPel 第49页/共63页第四十九页，共6

20、3页。节流调节 缺点：低负荷节流损失大，理想焓降降低大；优点：无调节级，结构简单，成本低，温度变化 小，负荷适应性较好。喷嘴(pnzu)(pnzu)调节优点：部分负荷下，效率高于节流调节；缺点：部分进汽，额定功率下，效率比节流稍低； 各级温度变化大，热应力较大，负荷适应性 差。第50页/共63页第五十页，共63页。滑压调节(tioji)(tioji)1 1、提高机组运行的可靠性和机动性；2 2、提高机组在部分负荷下运行的经济性。第51页/共63页第五十一页，共63页。四、蒸汽参数变化汽轮机工作的影响1 1、初压变化（初温、背压不变）（1 1）初压升高较多，热力过程线左移，后面级蒸汽湿度(shd

21、)(shd)增加，末级工作条件恶化；流量增加使动叶应力增加，可能超过许用应力；（2 2）初压降低较多，为保证功率，增加流量，使末几级超过负荷运行；轴向推力增加；第52页/共63页第五十二页，共63页。2、初温变化（初压、背压不变）（1）初温增加较多，蠕变加快，许用应力大大下降；（2）初温降低较多，减小了各级焓降，反动度增大，转子轴向推力增大；如果为保证功率(gngl)增加流量，也会使末几级应力增加；第53页/共63页第五十三页，共63页。3、背压变化(binhu)（初温、初压不变）（1）背压升高较多时（真空恶化），使排汽温度升高，使排汽室的膨胀量过分增大。若低压轴承座与排汽缸为一体，将使低压转

22、子中心线抬高，引起机组强烈振动。背压升高，轴向推力随末几级的反动度增加而增加；（2）背压降低较多，导致末级焓降增大，如末级处于超音速状态，对经济性不利；如末级处于亚音速状态，则导致末级过负荷，因此应限制流量。第54页/共63页第五十四页，共63页。第55页/共63页第五十五页，共63页。 1 1 1 1 2 2 2 2 c c1 1 w w1 1 c c2 2 w w2 2 u uu u动叶的圆周动叶的圆周(yunzhu)(yunzhu)速度速度60md nu第56页/共63页第五十六页，共63页。重热系数：=0.040.08三、多级汽轮机的损失(snsh)：（一）多级汽轮机的外部损失(sns

23、h)1、机械损失(snsh)2、轴封漏气损失(snsh)：汽缸内压力高于当地大气压时，蒸汽外泄；低于当地大气压时，空气漏入；（二）多级汽轮机的内部损失(snsh)1、进汽阻力损失(snsh)：2、排汽阻力损失(snsh)：最末级后压力高于排气管出口压力，焓降减小；排汽管构造：先扩压后转向；先转向后扩压。3、导汽管和中间再热器的压力损失(snsh)：连接管道，再热器和阀门；ttHQhq第57页/共63页第五十七页，共63页。二、多级汽轮机的优点：1 1、单级焓降小，保证工作在最佳速比；2 2、降低叶片速度，摩擦损失减小，（摩擦损失与叶片速度三次方成正比）；3 3、余速利用；4 4、重热现象；多级

24、汽轮机由于前一级存在(cnzi)(cnzi)损失，使后面各级的热力过程线逐渐向右偏移，因为等压线斜率随温度的增大而增大，等压线呈扩散状，后面各级的理想焓降因而有所增大的现象；第58页/共63页第五十八页，共63页。动叶进口相对速度：动叶进口相对速度夹角(ji jio)：动叶出口理想相对速度：动叶出口实际相对速度：动叶损失：112121cos2uccuw)sinarcsin(1111wcbthww2212tww2222222wwhtb二、蒸汽在动叶栅中的流动(lidng)过程第59页/共63页第五十九页，共63页。动叶进口(jn ku)相对速度：动叶进口(jn ku)相对速度夹角：动叶出口理想相

25、对速度：动叶出口实际相对速度：动叶损失：112121cos2uccuw)sinarcsin(1111wcbthww2212tww2222222wwhtb二、蒸汽在动叶栅中的流动(lidng)过程第60页/共63页第六十页，共63页。二、蒸汽在动叶栅中的流动过程动叶出口绝对速度：余速损失(snsh)及夹角：222222cos2uwwuc2222chc)sinarcsin(2222cw第61页/共63页第六十一页，共63页。hhhhhhhhhhhhEhctcxeflbntii21*2*0hphpiiiiGD6 . 3八、级的相对内效率八、级的相对内效率(xio l)(xio l)和内功率和内功率 考虑了各项损失后，级的实际热力过程曲线为考虑了各项损失后，级的实际热力过程曲线为有效焓降与理想焓降之比有效焓降与理想焓降之比第62页/共63页第六十二页，共63页。感谢您的观看(gunkn)。第63页/共63页第六十三页，共63页。