华理热能汽轮机复习 (1)

朗肯循环组成:定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩理想的朗肯循环的热效率低于40%，蒸汽在锅炉中的吸热量（Q。

）只有一小部分转化为汽轮机的作功，大部分热量（潜热）作为冷源损失在凝汽器中为循环水所带走。

提高热效率：（1）尽可能的减少散热、排烟的外部能量损失；（2）从设计、制造和运行等诸方面着手，提高汽轮机的内效率；（3）提高蒸汽在锅炉的平均吸热温度（最重要），减少蒸汽与烟气间温差传热造成的不可逆损失；（4）降低汽轮机排汽压力，减少蒸汽与冷却水温差传热造成的损失。

具体做法是：提高蒸汽初参数和再热蒸汽参数；采用回热系统等；在此基础上，再配合中间再热循环；采用热电联产、燃气—蒸汽联合循环等措施。

给水回热加热循环的优缺点：优点：1）回热抽汽可使汽轮机进汽量增加，而排汽量减少。

对提高效率、改善末级的设计都是有好处的；2）由于热效率的提高，锅炉热负荷减少，可以减少锅炉的受热面，节约部分金属材料；3）由于凝汽量的减少，可以减少凝汽器的换热面，节约大量的铜材。

缺点：同时也增加了设备（加热器、管道、阀门、水泵等），使系统复杂，投资增加。

中间再热循环：经再热后，膨胀末了的乏汽的干度明显增大。

附加循环的平均吸热温度将高于基本循环的平均吸热温度。

再热压力选定：如果再热压力选得较高或较低，能使热效率得到提高或降低如果再热压力选得过高，附加循环的吸热量减少，使整个循环的热效率减弱。

一般取再热压力为新蒸汽压力的20~30%之间。

2、汽轮机汽轮机的作用：汽轮机以蒸汽作为工质，并将蒸汽的热能转换为旋转机械能，从而带动发电机发电。

在火电厂、核电厂和地热电厂都用汽轮机来拖动发电机发电。

此外，还可以用小汽轮机带动给水泵、风机和压缩机。

汽轮机的特点：具有单机功率大、效率高、能长时间运转。

汽轮机的分类：按作功原理分：冲动式汽轮机、反动式汽轮机按功能分：凝汽式汽轮机、供热式汽轮机（背压式汽轮机、调整抽汽式汽轮机）按参数高低分：低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力（大于22.7Mpa），超（超）临界压力国产汽轮机型号的表示方法：拼音 数字—数字/数字/数字—数字 第一部分：拼音表示汽轮机的形式、数字表示额定功率（MW ）第二部分：100MW 8.83MPa 535°供热汽轮机 无温度。

汽轮机构成：转子：动叶栅、叶轮（或转鼓）、主轴、联轴器静子：汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统级的反动度沿叶高是逐渐增大的。

冲动级的反动度Ω=0~0.5，纯冲动级Ω=0，蒸汽流过纯冲动级的动叶时，会产生较厚的附面层，因而效率较低，损失较大。

Ω=0.05~0.2的为带反动度的冲动级，可提高效率 反动级的反动度Ω=0.5，反动级的效率比冲动级高，但做功能力较小反动级一般采用全周进气。

调节级只采用部分进气，非调节级（压力级）可部分可全周，一般是单列级，可冲动可反动。

复速级都是冲动式的，具有做功能力大的特点（有两列动叶栅，之间有导向叶栅）基本假设：(1) 蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的代号N B C CC CBH Y 型式凝汽式 背压式 一次调整抽汽式 二次调整抽汽式 抽汽背压式 船用 移动式型式 蒸汽参数表示法 示例凝汽式 主蒸汽压力/主蒸汽温度 N100—8.83/535 中间再热式 主蒸汽压力/主蒸汽温度/中间再热温度 N300—16.7/537/537 抽汽式 主蒸汽压力/高压抽汽压力/低压抽汽压力 CC50—8.83/0.98/0.118 背压式 主蒸汽压力/背压 B50—8.83/0.98 抽汽背压式主蒸汽压力/抽汽压力/背压 CB25—8.83/0.98/0.118(2) 蒸汽在叶栅通道的流动是一元（维）流动(3) 蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动五个基本方程(1) 连续性方程 cA G ρ= 0=++ρρd c dc A dA(2) 能量方程 W c h q c h ++=++22211200(3) 状态及过程方程 RT pv =.c o n s t pv k = (4) 动量方程 cdc dp cdc dx R dp ==--νν- 1(5) 气动方程a c M ====kvp p k d dp a ρρ 根据)1(2-=M c dc A dA 可得：喷嘴截面积的变化规律，不仅和汽流速度有关，同时还和马赫数M 有关。

（1）当汽流速度小于音速，即M<1时，若要使汽流能继续加速，即dc/dx>0，则必须dA/dx< 0，即渐缩喷嘴。

（2）当汽流速度大于音速，即M>1时，若要使汽流能继续加速，即dc/dx>0，则必须dA/dx>0，即渐扩喷嘴。

（3）当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速，即M=1，dA/dx =0。

表明横截面A 不变化，达到最小值。

临界速度的大小仅于蒸汽初始参数有关，等熵过程的临界压力比只与等熵指数有关 喷嘴出口的速度由喷嘴进出口的蒸汽参数决定，并和进口的速度有关。

对于等熵流动，流过喷嘴的流量就是理想流量。

喷嘴前蒸汽参数以及出口面积一定，理想流量只决定于前后压力比，或者与喷嘴的背压有关。

背压降低到临界压力比时，达到最大流量。

再降无济于事。

实际流量=理想流量*喷嘴流量系数。

后者在过热蒸汽区时为0.97.在湿蒸汽或过热度不大的时候为1.02.β为实际流量/临界临界流量。

喷嘴斜切部分的作用：保证气流顺畅进入动叶，即导流作用；在满足一定的条件下，可使蒸*0*0648.0v p A G n t β=汽膨胀加速。

只有在背压小于临界压力时，斜切部分会膨胀，且膨胀有极限。

利用斜切部分，在一定范围内代替缩放喷嘴，从而避免缩放喷嘴在变工况下效率降低和制造工艺复杂带来的弊端。

有气流偏转角，α1=2到4°复速级的最佳速度比最小，在相同的圆周速度下它可承担最大的理想比焓降，但其轮周效率还是比单列级低，适当采用反动度可调高复速级的轮周效率，其一般用于中小型汽轮机的调节级。

单列级的工作马赫数大多在亚声速范围，一般选用亚声速叶栅余速利用可以提高级的轮周效率，且使得速度比在较大范围内对轮周效率影响显著减弱。

即可以把级的最佳速度比选得低一些，效率降低不多，但在级的直径一定时，理想比晗降增大。

做功能力增大。

反动级速度比在一定范围变化时，不会使效率明显下降。

在高压级中，由于体积流量较小，为不使叶片高度太小，减少端部损失，一般选取出口角较小的叶型；在中低压部分，由于体积流量较大，为控制叶片高度急剧增加，选用出口角较大的叶型在满足强度要求下，尽量选取窄叶片，增大相对高度，有利于减少端部损失反动度的选择：适当的根部反动度是有利的，其选择应抑制泵浦效应和射汽抽汽效应反动度增大，动叶有较大负压梯度，附面层减薄，提高蒸汽速度，和流动效率叶珊损失分为，叶型损失（附面层摩擦损失，附面层分离引起的涡流损失，出口边的尾迹损失。

冲波损失）和端部损失（端部附面层摩擦损失，二次流损失。

）减少叶珊损失的方法，采用加载叶型。

采用弯扭叶片。

采用子午面型线喷嘴。

降低叶片表面粗糙度。

减少端部二次损失的方法。

采用子午面收缩的方法，采用倾斜或弯曲的叶片，采用窄叶片。

等p46级内损失，（一）流动损失：喷嘴损失，动叶损失，余速损失喷嘴损失：原因：流动时因分子间相互作用而存在内摩擦损失、外摩擦损失和涡流损失，消耗了流体的一部分动能ϕ喷嘴速度系数ϕ随喷嘴高度的增加而增大，随宽度减小而增加，为减少降低方法：增大喷嘴损失，喷嘴高度应不小于15mm动叶损失：原因：实际流动过程存在摩擦降低方法：增大ψ动叶速度系数ψ随反动度、叶高、β1g/β2g增加而增加几何进气出气角余速损失：原因：蒸汽出动叶后存在绝对速度c2，这部分动能没有转变为机械能降低方法：在多级汽轮机中，余速动能可被下级利用。

或使得α2=90叶高损失：原因：由于叶栅流道存在上下两个端面�当蒸汽流动时�在端面附面层内产生摩擦损失�使其中流速降低。

其次在端面附面层内�凹弧和背弧之间的压差大于弯曲流道造成的离心力�产生由凹弧向背弧的二次流动�其流动方向与主流垂直�进一步加大附面层内的摩擦损失。

降低方法：适当增加叶高扇形损失：原因：在环形叶栅中，压力场空间的不均匀性，使通道壁面附面层中存在二次流，在环形叶栅出口流场中，存在径向压力梯度，引起根部出口附面层的严重分离。

降低方法：采用扭叶片（二）叶轮摩擦损失：原因：叶轮与粘性蒸汽之间存在摩擦，蒸汽的涡流运动降低方法：汽轮机高压段的叶轮摩擦损失较大，低压段较小，当Xa增加时，摩擦损失急剧增大。

故减小速度比，减小叶轮周围的蒸汽空间，增加叶轮表面的粗糙度（三）部分进气损失：鼓风损失：原因：没有工作喷嘴的弧段所对应的动叶栅中和喷嘴与动叶之间的轴向间隙中充满停滞蒸汽，旋转的动叶与这些蒸汽发生摩擦；转动的叶轮产生鼓风作用，将间隙中停滞的蒸汽从叶轮一侧鼓到另一侧，消耗轮周功降低方法：在没有布置喷嘴的弧段所对应的动叶栅两侧用护套罩起来斥汽损失：原因：当动叶栅从没有工作喷嘴的弧段进入工作喷嘴的弧段，喷嘴中流出的告诉气流要排斥并加速停滞蒸汽，消耗能量；由于叶轮告诉旋转的作用，存在间隙漏气和吸入部分停滞蒸汽的现象，消耗能量降低方法：减少喷嘴组数，使两组喷嘴之间的及间隙不大于喷嘴叶栅的节距（四）漏气损失：原因：由于隔板与转子之间的间隙和隔板前后的压力差，一部分蒸汽通过隔板汽封漏到隔板和叶轮的间隙中减少隔板漏气损失的措施：在隔板与主轴之间采用高低齿式汽封；在喷嘴和动叶根部设置轴向汽封；在叶轮上开平衡孔减小叶顶漏气损失的措施：在围带上加装径向汽封和轴向汽封，对于无围带的长叶片，把动叶顶部削薄达到叶顶汽封的作用，尽量减小叶片顶部的反动度（五）湿气损失：原因：汽轮机中的工质由微小液滴和蒸汽组成，两相流在工作时存在损失降低方法：去湿，设计时对末级适度进行限制级内流动损失不仅使得轮周效率降低，而且使最佳速度比减少。

为什么要采用多级汽轮机？提高功率的途径：增加进汽量和总理想焓降考虑经济和安全问题，单级汽轮机有效利用很大理想焓降是不可能的解决方案：多级汽轮机。

每级只利用总焓降中的一部分，都在最佳速度比附近工作，有效利用整机理想焓降，提高机组效率。

多级汽轮机特点：循环热效率提高、相对内效率提高、单位功率的投资以及运行成本明显降低、便于应用先进的控制技术和环保技术具有效率高，功率大，性能稳定，单位功率投资小扥特点。

重热现象：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。

这里，决不能误认为α越大越好。

因为α增大，是以增加损失为代价的，而重热只能回收损失其中的一小部分。

α大会使整机的内效率降低高压缸，体积较小，采用部分进气来增加叶片高度。