华北电力大学(北京)汽轮机原理第一章

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汽轮机原理第一章课件

汽轮机原理第一章课件
c1t
1 p1 kk 2k 0 0 p0 v0 [1 ( 0 ) ] k 1 p0 k 1 2k 0 0 p0 v0 (1 n k ) k 1
0 h Δhn
Δhn
1 1t
p1
式中: n

p1 0 p0
喷嘴压比
s
一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
(一)喷嘴出口汽流速度
(2)喷嘴实际出口速度:
三. 级的类型和特点
带反动度的冲动级(冲动级)
在冲动级中带少量反动度
特点:
m 0.05 ~ 0.30
①蒸汽主要在喷嘴中膨胀,小部分在 动叶中膨胀; ②作用力:主要是冲动力; ③作功能力大,级所承担的滞止理想 焓降较大,效率有所提高; ④喷嘴:渐缩喷嘴;动叶:汽道横截 面沿汽流方向有所收缩; 实际的冲动级汽轮机都是带反动度 的冲动级,应用广泛。
u
ห้องสมุดไป่ตู้
db n
u -动叶平均直径处的圆周速度 60 c -喷嘴出口速度(动叶进口绝对 w1 c12 u 2 2uc1 cos 1 1 速度 )
c1 sin 1 1 arcsin w1
w1 -动叶进口的相对速度
c2-动叶出口的相对速度 2 c2 w2 u 2 2uw2 cos 2 w2-动叶出口绝对速度 w2 sin 2 2 arcsin c2

2、压力级和速度级
(1)压力级:蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程 在级内只进行一次的级。 (2)速度级:蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程 在级内进行一次以上的级。

3、调节级和非调节级
(1)调节级:通流面积能随负荷改变的级,如喷嘴调 节的第一级。 (2)非调节级:通流面积能不随负荷改变的级,可以 全周进汽,也可以部分进汽。

第一章汽轮机的工作原理

第一章汽轮机的工作原理
压力级:蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的级称为压 力级。这种级在叶轮上只装一列动叶栅,故又称单列级。压力级可以是冲动级, 也可以是反动级。 速度级:蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行一次以上的级称为 速度级,速度级可以是双列的和多列的。只能是冲动式的。
第二节 汽轮机的工作过程
与绝热指 数及喷嘴压力 比有关,其关 系式如右。
k
2
1
2
k n
k 1
n k
k 1
2 k1
k
1
在亚临界条件下: <1,在临界和超临界条 件下:=1
❖ 与n的关系绘成如图 所示的曲线。计算时,先在 图上查 取 值,然后利用下式计算:
G Gcr 0.648An
p0* RT0*
(四)蒸汽在喷嘴斜切部分中的流动
出口截面:
G Anc1t 1t
ln sin1 tnc1t 1t
在实际结构中, lnln´,所以:
sin1
crccr 1t c1t
s in 1
对等熵流动,有以下等式成立:
1
1
1
cr 1t
pcr p1t
k
cr n
k
k
2
1
k
1
1
nk
ccr c1t
k1
k
1
1
k k1 k 1
临界压力比:临界压力与滞止初压之比 即
cr
pcr p0*
对过热蒸汽,k = 1.3,则0.546 对于干饱和蒸汽,k = 1.135则0.577
3.喷嘴出口汽流实际速度: c1=c1t
----喷嘴速度系数 喷嘴的动能损失:
hn 1 2 hn*

第1章 汽轮机原理

第1章  汽轮机原理

hb hb m 0 0 ht hn hb
⒊ 讨论
⑴ 由于h-s图上等压线沿比熵增方向发散,故严格说,
0 hn hb ht0
但由于喷嘴损失很小,因此在使用中常认为 ⑵ Ωm越大,△hb越大,则蒸汽对动叶栅的反动力也越 大; ⑶ 反动度Ω沿动叶高度是不相同的 对于较短的直叶片级,用平均反动度Ωm表示,可 不计反动度沿动叶高度的变化; 对于长叶片级,在计算不同截面时,必须用相应 截面的反动度。
反动度 纯冲动级 反动级 冲动级 Ωm=0 Ωm=0.5 Ωm=0.05~0.3 结构特点 隔板叶轮型 转鼓型 隔板叶轮型
做功能力 (焓降)
较高 最低 较低
效率 较低 最高 较高
复速级
Ωm=0.05~0.3
隔板叶轮型
最高
最低
六、级的简化一元流模型和基本方程式 ⒈ 简化的一元流模型 基本假设:
① ② ③ ④ 流动是稳定的 流动是绝热的 流动是一元的 工质是理想气体
⒉ 汽轮机级的受力分析:
P7图1.1.1-1.1.2所示
⑴ 从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上,受到动 叶的阻碍,而改变了其速度的大小和方向,同时汽流给动 叶施加了一个冲动力。 ⑵ 蒸汽在动叶通道内膨胀加速,离开动叶通道时,给动叶 一个与汽流运动方向相反的作用力,这个力即为反动力。 ⑶ 一般情况下,蒸汽在动叶通道内流动时,一方面给动叶 栅一个冲动力Fi的作用,另一方面,在动叶通道内继续膨 胀,给动叶栅一个反动力Fr的作用,这两个力的方向都不 与轮周方向一致,两个力的合力F作用在动叶栅上,其在轮 周方向上的分力Fu使动叶栅旋转而产生机械功。 注意:冲动力的大小主要取决于单位时间内通过动叶通 道的蒸汽质量及其速度的变化,蒸汽质量越大,速度变化 越大,则冲动力越大。

华北电力大学(北京)工程热力学课件(第一章)(课堂讲课)

华北电力大学(北京)工程热力学课件(第一章)(课堂讲课)

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30
§1-4 平衡状态 thermodynamic equilibrium state
1、定义:
在不受外界影响的条件下(重力场除 外),如果系统的状态参数不随时间变化, 则该系统处于平衡状态。
温差 — 热不平衡势 压差 — 力不平衡势 化学反应 — 化学不平衡势
平衡的本质:不存在不平衡势
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t[OC] 5 (t[F] 32) 9
t[F] t[R] 459.67
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28
3.比体积v (specific volume)
定义:单位质量工质的体积。又称为比容。
vV m
[m3/kg]
工质聚集的疏密程度
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比体积与密度(density)
➢ 密度:单位体积工质的质量
v
1
kg m3
a
v6
c
1
T2
v2
1 v3
e

v2
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41
维里型方程
pv B C D Z RgT 1 v v2 v3
1 B'p C'p2
可见,实际工质的状态方程是很复杂的
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42
6.坐标图
简单可压缩系 N=2,平面坐标图
说明:
p
1)系统任何平衡态可
表示在坐标图上
2)过程线中任意一点
为平衡态
3)不平衡态无法在图
工程热力学课件
华北电力大学(北京) 动力工程系
工程热物理教研室制作 2005年5月
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1
第一章
基本概念
Basic Concepts and Definition
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《汽轮机原理》习题及答案

《汽轮机原理》习题及答案

《汽轮机原理》目录第一章汽轮机级的工作原理第二章多级汽轮机第三章汽轮机在变动工况下的工作第四章汽轮机的凝汽设备第五章汽轮机零件强度与振动第六章汽轮机调节模拟试题一模拟试题二参考答案第一章汽轮机级的工作原理一、单项选择题1.汽轮机的级是由______组成的。

【 C 】A. 隔板+喷嘴B. 汽缸+转子C. 喷嘴+动叶D. 主轴+叶轮2.当喷嘴的压力比εn大于临界压力比εcr时,则喷嘴的出口蒸汽流速C1【 A 】A. C1<C crB. C1 =C crC. C1>C crD. C1≤C cr3.当渐缩喷嘴出口压力p1小于临界压力p cr时,蒸汽在喷嘴斜切部分发生膨胀,下列哪个说法是正确的?【 B 】A. 只要降低p1,即可获得更大的超音速汽流B. 可以获得超音速汽流,但蒸汽在喷嘴中的膨胀是有限的C. 蒸汽在渐缩喷嘴出口的汽流流速等于临界速度C crD. 蒸汽在渐缩喷嘴出口的汽流流速小于临界速度C cr4.汽轮机的轴向位置是依靠______确定的?【 D 】A. 靠背轮B. 轴封C. 支持轴承D. 推力轴承5.蒸汽流动过程中,能够推动叶轮旋转对外做功的有效力是______。

【 C 】A. 轴向力B. 径向力C. 周向力D. 蒸汽压差6.在其他条件不变的情况下,余速利用系数增加,级的轮周效率ηu【 A 】A. 增大B. 降低C. 不变D. 无法确定7.工作在湿蒸汽区的汽轮机的级,受水珠冲刷腐蚀最严重的部位是:【 A 】A. 动叶顶部背弧处B. 动叶顶部内弧处C. 动叶根部背弧处D. 喷嘴背弧处8.降低部分进汽损失,可以采取下列哪个措施?【 D 】A. 加隔板汽封B. 减小轴向间隙C. 选择合适的反动度D. 在非工作段的动叶两侧加装护罩装置9.火力发电厂汽轮机的主要任务是:【 B 】A. 将热能转化成电能B. 将热能转化成机械能C. 将电能转化成机械能D. 将机械能转化成电能10.在纯冲动式汽轮机级中,如果不考虑损失,蒸汽在动叶通道中【 C 】A. 相对速度增加B. 相对速度降低;C. 相对速度只改变方向,而大小不变D. 相对速度大小和方向都不变11.已知蒸汽在汽轮机某级的滞止理想焓降为40 kJ/kg,该级的反动度为0.187,则喷嘴出口的理想汽流速度为【 D 】A. 8 m/sB. 122 m/sC. 161 m/sD. 255 m/s12.下列哪个说法是正确的【 C 】A. 喷嘴流量总是随喷嘴出口速度的增大而增大;B. 喷嘴流量不随喷嘴出口速度的增大而增大;C. 喷嘴流量可能随喷嘴出口速度的增大而增大,也可能保持不变;D. 以上说法都不对13.冲动级动叶入口压力为P1,出口压力为P2,则P1和P2有______关系。

华电汽轮机原理课件

华电汽轮机原理课件
电能生产方式:火力发电(常规、联合循环、生物质)、核 能发电、水力发电、风力发电、太阳能发电(集热、光 伏)、地热、潮汐。(2008年全国发电量) 汽轮机的组成: 转子和静子。 转子:转动部分的总称。包括:转轴、叶轮、叶片、联轴 器及其附件。 静子:不转动部的总称。包括:汽缸、进汽机构、排汽机 构、汽封、滑销系统、轴承和盘车装置等。 汽轮机图片
N1000-27.0/ 600℃/600℃
超超临界一次中间再热、凝汽式汽轮机,额定功率1000MW, 主蒸汽额定参数27.0MPa/600℃,再热600℃ 。
主要研究内容
• 1.汽轮机的工作原理:如何将蒸汽热能高效 转换为机械能(结构、参数的选取与优化) • 2.汽轮机变工况:变工况运行特性(安全、 经济) • 3.凝汽器工作原理(保持高的真空) • 4.汽轮机强度(结构强度安全) • 5.汽轮机调节(安全、灵活、可靠)
核能发电
大亚湾核电站
三峡水利枢纽工程
新疆达坂城风电场景观
太阳能发电
• 太阳能发电
• 地热发电
潮汐发电
潮汐发电
2008年全国全口径发电量
34334亿千瓦时,同比增长5.18%。其中, 火电27793亿千瓦时,占80.95%,同比增长2.17%; 水电5633亿千瓦时, 占16.41%,同比增长19.5%; 核电684亿千瓦时, 占1.99%, 同比增长8.79%; 风电128亿千瓦时, 占0.37%, 同比增长126.79%; 其他96亿千瓦时, 占0.28%。
• 300MW机组每年耗煤90万吨。每吨500元, 每年45,000万元。 • 提高1%,每年节省450万元。
国产汽轮机类型的代号
国产汽轮机的型号表示方法是:
X X
X X

汽轮机的工作原理讲解

汽轮机的工作原理讲解
分是反动力。
带反动度的冲动级的特点:
w1<w2,P1>P2, Δhn>Δhb,Δht ≠Δhn 、Δhb ≠ 0 、 m = 0.05 0.20;
动叶叶型由入口到出口略有收缩; 蒸汽在动叶栅中即膨胀又改变流动方向;
它的作功能力比反动级大比纯冲动级小、效率比 纯冲动级高。
(2)反动级:
• 1)纯冲动级
• 通常把反动度m等于零的级称为纯冲动级。
纯冲动级的特点:
对于纯冲动级来说,W1=W2,P1=P2,Δht* =Δhn* 、Δhb = 0 、 m = 0;
动叶叶型几乎对称弯曲;
蒸汽在动叶栅中不膨胀只改变流动方向;
动叶进出口压力p相等,相对速度w也相等; 纯冲动级做功能力大,但效率低。
2( m = 0.05 0.20 ) ,这种级称为带反动 度的冲动级。
蒸汽的膨胀大部分在喷管中进行,只有一小部分 在动叶中进行
( Δhb =5%~20%Δht* ), 蒸汽作用在动叶栅上的力主要是冲动力,一小部
Fr
Fi
P2
P0
C2
C0
W2
P1
C1
W1
喷管 动叶
反动级的特点:
w1<w2,P1>P2, Δhn≈Δhb≈0.5Δht(因为初速度
C20/2一般较小)、 m = 0.5 ;
动叶叶型和喷管叶型相同;
蒸汽在动叶中的膨胀占整个级的膨胀的一 半;
作功的力中冲动力和反动力各占一半;
反动级的效率比冲动级高(最高),但作 功能力最小,仅为纯冲动级的1/4。
(2)非调节级:通流面积不随负荷改变而改 变的级称为非调节级。
调节级与非调节级的另一个不同是,调节 级总是做成部分进汽,而非调节级可以是 全周进汽,也可以是部分进汽。

《汽轮机原理》讲稿第01章

《汽轮机原理》讲稿第01章

h cpT

k RT k 1

k k 1
p

1 2
(C12t
C02 )

h0
h1t

k ( p0
k 1 0

p1 )
1
30
(二) 喷嘴出口汽流速度计算
1,喷嘴出口的汽流理想速度
在进行喷嘴流动计算时,喷嘴前的参数 p(初速)是已 知的条件。按等熵过程膨胀,其过程曲线如图所示,则喷嘴 出口理想速度为
图中,hn h0 h1t 称为喷嘴的理想焓降。为了方便,
引用滞止参数,如图所示,滞止焓值为:
h0*

h0

1 2
C02
把相应的滞止参数 p0*、0*、h0*分别代入,

c1t 2hn*
c1t
2k k 1
p0*

0
[1
(
p1 p0*
k 1
)k
]
32
2,喷嘴出口的汽流实际速度
21
3.反动级 通常把反动度 = 0.5的级称为反动级。对于反动级来说, 蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同,即是p1>p2,
hb

hn*

1 2
ht*
反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。反动级的效率 比冲动级高,但作功能力小。
4. 复 速 级
由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介 于第一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的 级,称为复速级。第一列动叶栅通道流出汽流,其流速还相当 大,为了利用这一部分动能,在第一列动叶栅之后装上一列导 向叶栅以改变汽流的方向,使之顺利进入第二列动叶栅通道继 续作功。复速级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大 的特点。

汽轮机原理(第一章)

汽轮机原理(第一章)

微分形式程
dA dc d
0
AC -
2.动量方程
dpRdxcdc
式中 R-作用在单位质量汽流上的摩擦阻 力,若流动是无损失的等熵流动,则R=0, 于是
dp cdc
-
3.能量方程 h0c202 qh1c212 w
式中 h0、h1-蒸汽进入和流出系统的比焓值; c0、c1-蒸汽进入和流出系统的速度; q-1kg蒸汽通过系统时从外界吸入的热量; w- 1kg蒸汽通过系统时对外界所做的机 械功。
负荷改变时,级的通流面积不变。
-
四、级的工作过程的研究方法
(一)基本假设 (1)一元流动,也称轴对称流动。 (2)定常流动,也称稳定流动。 (3)绝热流动。
-
(二)基本方程 1.连续方程
G c A1 c 1 A 12 c 2A 2 常数
式中
G-蒸汽质量流量; A-汽道内任一横截面积; c -垂直于截面A的蒸汽流速; ρ-截面A上的蒸汽密度。
Ωm=0的级, Δhb=0, Δh*n= Δh*t, 做功能力较大,但效率较低,如图1-3所示。 2.冲动级(带反动度的冲动级)
ΔhbΩ<mΔ=h0n,.0做5~功0能.2力0的和级效,率介Δ于hb纯>冲0,动但级和 反动级之间。
-
图1-3 纯冲动级中蒸汽压力和速度的变化 示意
图1-4 反动动级中蒸汽压力和速度的变化示意
-
3.反动级 Ωm≈0 .5的级, Δhb=Δhn,动、静叶
型相同,做功能力较小,但效率高,如图1- 4所示。 (二)按能量转换过程分 1.速度级
以利用蒸汽流速为主的级,有双列和多列之 分。双列速度级又称复速级,如图1-5所示。
-
复速级是由一列喷嘴叶栅和 装在同一叶轮上的两列动叶栅以 及第一列动叶栅后的固定不动的 导向叶栅所组成。蒸汽在喷嘴中 膨胀,在第一列动叶栅中作一部 分功,在固定的导向叶栅中改变 蒸汽流动方向,在第二列动叶栅 内继续作功。

第一章 汽轮机工作原理

第一章 汽轮机工作原理

• 汽轮机的汽缸和轴承:
哈尔滨汽轮机厂生产的600MW NZK600-16.7/538/538型机组的高中压 缸为合并双层结构,其内外缸均为合金铜铸造而成,高、中压缸反向布置。 大容量机组的低压缸,由于进汽温度较高,一般采用焊接双层缸结构(为了 更好地解决进汽温度较高的问题,有些机组采用三层缸结构),轴承座设在 低压外缸上。汽轮机转子的支撑方式对承受负荷不很重的轴承(如高中转子 和第一根低压转子)采用四瓦可倾瓦轴承,对承受负荷很重的轴承(如第二 根低压转子和发电机转子),则采用圆筒形轴承,轴系稳定性较好。
能力工况(铭牌出力工况)(TRL工况)
汽轮发电机组能在下列条件下安全连续运行,此时发电机输出 功率为600MW(当采用静态励磁时,扣除所消耗的功率),此工况 的出力为机组铭牌出力(TRL),此工况也称铭牌出力工况,此工况 条件如下: 1)额定主蒸汽参数及再热蒸汽参数,所规定的汽水品质; 2)背压为34kPa.a(暂定); 3)补给水率为3%; 4)所规定的最终给水温度279℃; 5)全部回热系统正常运行,但不带厂用辅助蒸汽; 6)电动给水泵投入运行,并满足锅炉需要的给水参数; 7)发电机额定功率因数、额定氢压、额定电压、额定频率,一次 冷却水温33℃。 此工况为机组出力保证值的验收工况,此工况的进汽量称为汽 轮机銘牌进汽量。
1 2 1 2 h mv h2 mv 2 2 2
第二章 汽轮机的分类
(一)按工作原理分类 根据工作原理不同,可将汽轮机分为冲动式汽轮机和反动式汽轮 机。 (1) 冲动式汽轮机。主要由冲动级组成,蒸汽主要在喷嘴叶栅 中膨胀,在动叶栅中只有少许膨胀。结构为隔板型,动叶片嵌装在叶 轮的轮缘上,喷嘴装在隔板上,隔板的外缘嵌入隔板套或汽缸内壁的 相应槽道内。 (2) 反动式汽轮机。主要由反动级组成,蒸汽在喷嘴叶栅和动 叶栅中的膨胀程度相同。结构为转鼓型,动叶片直接嵌装在转子的外 缘上,隔板为单只静叶环结构,它装在汽缸内壁或静叶持环的相应槽 道内。采用喷嘴调节的反动式汽轮机,第一级为部分进汽,为避免产 生过大的漏汽损失,故第一级常采用单列或双列速度级而不做成反动 级。

汽轮机华北电力大学PPT课件

汽轮机华北电力大学PPT课件
600MW超临界汽轮机 设备及运行
T 1’ 1

4’
2’
4
3
2
S 0-1 火电厂朗肯循环示意图
1-2 蒸汽在汽轮机中膨胀做功,将热能转换为机械能;
2-3 蒸汽在凝汽器中凝结成水;
3-4 给水在给水泵中升压;
4-1 工质在锅炉中定压加热。(4’-1’+2’-1 为一 次再热式汽轮机在锅炉内的吸热过程)
汽轮发电机组能在高压加热器全部停运时安全 连续运行,除进汽量及部分回热系统不能正常 运行外,最终给水温度188.7℃,此时机组能 保证输出额定功率600MW
热耗率验收(THA)工况:当机组功率(扣除 静态励磁所消耗的功率)为600MW时,除进 汽量以外,最终给水温度为275℃
热耗率保证
机 组 THA 工 况 的 保 证 热 耗 率 不 高 于 如 下 值 :
内缸无法兰螺栓,而采用7只钢套环将上下缸 热套紧箍成一圆筒,仅在进汽部分加四只螺栓 来加强密封。
同时外缸可采用较薄的法兰和细螺栓,减小对 汽机启停的限制。
二、高中压分流合缸
优点:
1. 高温区集中在汽缸中部,夜间停机或周末停 机温度衰减慢,启动热应力小,适合两班制 运行;
2. 两端的温度、压力均较低,从而减少了对轴 承和端部汽封的影响,改善了运行条件;
第二章 汽轮机本体
汽轮机本体包括:
1. 静止部分 汽缸、喷嘴室、隔板、隔板套、静叶栅、汽封、 轴承、轴承座、滑销系统等 2. 转子部分 主轴、叶轮(或转鼓)、动叶栅、联轴器等
第一节 大机组结构特点一、高中压缸 Nhomakorabea用双 层缸
将一定压力的蒸汽引 入夹层,使蒸汽的总 压差、温差分别由内、 外壁承担。减小单层 汽缸壁厚、法兰厚度, 减小热应力

汽轮机原理(附课后题答案)

汽轮机原理(附课后题答案)

汽轮机原理第一章汽轮机的热力特性思考题答案1.什么是汽轮机的级?汽轮机的级可分为哪几类?各有何特点?解答:一列喷嘴叶栅和其后面相邻的一列动叶栅构成的基本作功单元称为汽轮机的级,它是蒸汽进行能量转换的基本单元。

根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点,可将汽轮机的级分为纯冲动级、反动级、带反动度的冲动级和复速级等几种。

各类级的特点:(1)纯冲动级:蒸汽只在喷嘴叶栅中进行膨胀,而在动叶栅中蒸汽不膨胀。

它仅利用冲击力来作功。

在这种级中:p1 = p2;Dhb =0;Ωm=0。

(2)反动级:蒸汽的膨胀一半在喷嘴中进行,一半在动叶中进行。

它的动叶栅中不仅存在冲击力,蒸汽在动叶中进行膨胀还产生较大的反击力作功。

反动级的流动效率高于纯冲动级,但作功能力较小。

在这种级中:p1 > p2;Dhn≈Dhb≈0.5Dht;Ωm=0.5。

(3)带反动度的冲动级:蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行,只有一小部分在动叶栅中进行。

这种级兼有冲动级和反动级的特征,它的流动效率高于纯冲动级,作功能力高于反动级。

在这种级中:p1 > p2;Dhn >Dhb >0;Ωm=0.05~0.35。

(4)复速级:复速级有两列动叶,现代的复速级都带有一定的反动度,即蒸汽除了在喷嘴中进行膨胀外,在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀。

由于复速级采用了两列动叶栅,其作功能力要比单列冲动级大。

2.什么是冲击原理和反击原理?在什么情况下,动叶栅受反击力作用?解答:冲击原理:指当运动的流体受到物体阻碍时,对物体产生的冲击力,推动物体运动的作功原理。

流体质量越大、受阻前后的速度矢量变化越大,则冲击力越大,所作的机械功愈大。

反击原理:指当原来静止的或运动速度较小的气体,在膨胀加速时所产生的一个与流动方向相反的作用力,称为反击力,推动物体运动的作功原理。

流道前后压差越大,膨胀加速越明显,则反击力越大,它所作的机械功愈大。

当动叶流道为渐缩形,且动叶流道前后存在一定的压差时,动叶栅受反击力作用。

汽轮机原理教材1

汽轮机原理教材1

第一章 汽轮机级的工作原理第一节 概 述汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮机的通流部分。

它包括主汽门、调节汽门、导管、进汽室、各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。

现代电站汽轮机均为多级汽轮机,由若干级组成。

由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元称为汽轮机的级。

因为汽轮机的热功转换是在各 个级内进行的,所以研究级的工作原理是掌握整个汽轮 机工作原理的基础。

一、级的工作过程图1.1.1为某一冲动式汽轮机级的示意图。

喷嘴叶 片安装在隔板体上,动叶片安装在叶轮的外缘上。

喷嘴前截面用0—0表示,喷嘴叶栅和动叶栅之间的截面用l —l 表示,动叶后截面用2—2表示。

这三个截面通常称为级的特征截面或计算截面。

各截面上的汽流参数分 别注以下标0 , 1和2,如0p 、1p 和2p ,分别表示喷嘴前、喷嘴后和动叶后的蒸汽压力。

在喷嘴通道内,蒸汽由压力0p 膨胀到1p ,温度由0t 下降到1t ,汽流速度相应地由0c 升到1c 。

可见,蒸汽从四嘴的进口到出口实现了由热能向动能的转换。

高速流动的蒸汽由喷嘴出口进入动叶时,给予动叶以冲动力i F 。

通常汽流在动叶槽道中继续膨胀,并转变方向,当汽流离开动叶槽道时,它给叶片以反动力r F (见图1.1.2),这两个力的合力,推动动叶带动叶轮和轴旋转,作出机械功。

动叶以转速n 绕汽轮机轴旋转,用u 表示动叶平均直径b d 处(即1/2叶高处,见图(1.1.1)的圆周速度,其大小为(1.1.1)其方向为动叶运动的圆周方向。

由于动叶以圆周速度u 运动,所以,以1c 表示的喷嘴出口汽流的绝对速度,是以相对速度1w 进入动叶的。

1c ,u 与1w 构成动叶进口速度三角形,如 图1.1.3(a )所示,即1w =1c u - (1.1.2) 汽流以相对速度2w 离开动叶,由于动叶以圆周速度u 运动,所以动叶出口汽流的绝对速度是2c 。

2w , u 与2c 构成动叶出口速度三角形,如图1.1.3(a)所示,即2c =2w u - (1.1.3)图中ß表示叶轮旋转平面与相对汽流速度的夹角,ą表示叶轮旋转平面与绝对汽流速度的夹角。

汽轮机原理-第一章汽轮机的工作原理

汽轮机原理-第一章汽轮机的工作原理

第一章汽轮机级的工作原理近代大功率汽轮机都是由若干个级构成的多级汽轮机。

由于级的工作过程在一定程度上反映了整个汽轮机的工作过程,所以对汽轮机工作原理的讨论一般总是从汽轮机"级"开始的,这特有助于理解和掌握全机的内在规律性。

"级"是汽轮机中最基本的工作单元。

在结构上它是由静叶栅(喷嘴栅)和对应的动叶栅所组成。

从能量观点上看,它是将工质(蒸汽)的能量转变为汽轮机机械能的一个能量转换过程。

工质的热能在喷嘴栅中(也可以有部分在动叶栅中)首先转变为工质的动能,然后在动叶栅中再使这部分动能转变为机械能。

工质的热能之所以能转变为汽轮机的机械能,是由工质在汽轮机喷嘴栅和动叶栅中的热力过程所形成,因此,研究级的热力过程,也就是研究工质在喷嘴栅和动叶栅中的流动特点和做功原理,以及产生某些损失的原因,并从数量上引出它们相互之间的转换关系,这是本章的主要内容。

第一节蒸汽在级内的流动一、基本假设和基本方程式(一)基本假设为了讨论问题的方便,除把蒸汽当作理想气体处理外,还假设:(1)蒸汽在级内的流动是稳定流动,即蒸汽的所有参数在流动过程中与时间尤关。

实际上,绝对的稳定流动是没有的,蒸汽流过一个级时,由于有动叶在喷嘴栅后转过,蒸汽参数总有一些波动。

当汽轮机稳定工作时,由于蒸汽参数波动不大,可以相对地认为是稳定流动。

(2)蒸汽在级内的流动是一元流动,即级内蒸汽的任一参数只是沿一个坐标(流程)方向变化,而在垂直截面上没有任何变化。

显然,这和实际情况也是不相符的,但当级内通道弯曲变化不激烈,即曲率牛径较大时,可以认为是一元流动。

(3)蒸汽在级内的流动是绝热流动,即蒸汽流动的过程中与外界无热交换。

由于蒸汽流经一个级的时间很短暂,可近似认为正确。

考虑到即使用更复杂的理论来研究蒸汽在级内的流动,其结论与汽轮机真实的工作情况也不完全相符,而且推算也甚为麻烦,因此,上述的假设在用一些实验系数加以修正后,在工程实践中也证明是可行的。

华北电力大学汽轮机课件1

华北电力大学汽轮机课件1
②能量 (ngé)n方g程liànqh01 2c0 2h11 2c12W 式中:q—每kg蒸汽流过叶栅时从外界吸收的热量,J/kg。
W—每kg蒸汽流过叶栅时对外界做出的机械功,J/kg。
能量方程的微分形式:运动(动量)方程
cdcvdp
式中负号说明流动过程中,压力和速度是相反方向变化的。
③ 状态方程或过程(guòchéng) 蒸汽在某一截面方上程的各种状态参数之间的关系由状态方程式来 确定,对于理想气体:
蒸汽为粘程性流体,流过叶栅通道时产生摩擦,造成动能损失,
使蒸汽出口速度由c1t减小为c1,即
喷嘴速度系数
c1c1t 2hn0
工程中,通常采用对等熵绝热流动作修正的方法来处理实际
流动,即用实际汽流速度与理想速度的比值表示摩擦损失的影响, 其比值称为速度系数。
喷嘴速度系数
c1 c1t
动叶速度系数 w 2 w 2t
c 汽流的绝对速度
w 汽流相对速度
u 圆周速度 u d b n
60
旋转平面与 w的夹角 旋转平面与 c 的夹角
动叶进口速度三角形
w1c1u
动叶出口速度三角形
动叶进出口汽流速度(sùdù)三角 形
c1
1
u
1 w1
p1, h1
p 2 , h2
c2
2
2w
2
(a)
u
c2w2u
1表示动叶进口
2表示动叶出口
等比熵滞止到速度(sùdù)为0的状态)。用 后上标为”0”来表示。
喷嘴进口
入口初速动能 喷嘴损失
动叶进口 h 1
h0
+
1 2
C
2 0
=h
0 0
hc0
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其中, 为 喷嘴速度系数。 c1实际速度,c1t 为理想速度。
c1 c1t 2 h 0 n
。 汽流速度等于当地音速时的状态称为临界状态。临界状态下的所有参数称为临界参
数。
• 彭台门系数的概念(喷嘴的实际流量与喷嘴临界流量之比) • 极限膨胀压力
– 据一元等比熵超音速汽流过直角壁的概念,汽留在喷嘴出口产生汽六扰动,并 在运动介质中以音速传播,以扰动中心为原点引射出一束射线,气流通过这些 特性线后压力降低,速度增加,方向偏转。喷嘴背压越低,参加膨胀工作的斜 切部分就越大。最后一根特性线越接近出口边,直至重合,斜切部分的膨胀能 力就被全部用完,斜切部分达到极限膨胀,这是喷嘴出口压力称为极限膨胀压 力。
级的轮周功率和轮周效率
• •
轮周效率 u wu / E0 。 • 假想速度:假想级的理想比焓降都在喷嘴中等比熵膨胀的出口速度。 • 速比:圆周速度与进口汽流绝对速度之比,速比是决定出口汽流绝对速度大小和方
• •
向的重要参数,对轮轴效率的大小也有影响,对应于最高轮轴效率的速比称为最佳 速比 (x1 )op 。 h-s图中的汽轮机的热力过程 ( 纯冲动级) 纯冲动级最佳速比,反动级最佳速比,冲动级最佳速比,复速级最佳速比
– 汽流离开动叶通道时具有一定的速度,这个速度对应的动能在该级内已不 能转换为机械功,称为余速损失。
• 级的反动度是表示蒸汽再动叶通道内膨胀程度大小的指标。 • 轴流式汽轮机按照级内蒸汽能量转换的特点,可分为:
– – – – 纯冲动级,反动度等于零的级称为纯冲动级。 反动级,执蒸汽在喷嘴和动叶中理想比焓降相等的级。 冲动级,介于反动级和纯冲动级之间,Ω =0.05~0.3 复速级,有固定的喷嘴叶栅,导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅 所组成的级。
• 简单流动模型易用一元稳定等比熵流动的基本方程
– 连续方程:G*v=A*c – 能量方程: h0 + c02/2 = h + c12/2 + w – 状态或过程方程:p*v=const
蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
• 临界参数的概念
– 蒸汽流量不变时,当喷嘴中等比熵焓降达到临界值时,喷嘴通道面积为最小, 此处便是临界截面,其蒸汽流速等于当地音速。临界状态下的参数称为临界参 数。 – 临界速度,临界压力,临界压比,临界流量,实际流量
x
– 又称端部损失,实质属于喷嘴和动叶的流动损失。主要决定于叶高。
• 叶轮摩擦损失
– 叶轮两侧及围带表面的粗糙度引起的摩擦损失 – 子午面内的涡流损失引起的损失
• 部分进汽损失
– 装有喷嘴的弧段长度Z*L(Z为喷嘴片数)于整个圆周长度∏*Dm的比值来表 示部分进汽的程度,称为部分进气度,用e表示。 – 由于部分进汽带来的能量损失称为部分进汽损失,由鼓风损失和斥汽损失组 成。鼓风损失发生再不装喷嘴的弧段内,斥汽损失欲鼓风损失相反。
• 等环流流型的轮周功沿叶高是不变的,即级的出口压力沿叶高也 是不变的,等环流级的滞止理想比焓降沿叶高也不变,但喷嘴后 压力由于径向要求,是由根部向顶部逐渐增加的。这就是说,动 叶的理想比焓降是随半径的增大而增大的,因此反动度也必然随 着半径的增大而增大。
• 其它常用流型简介(具体详见课本)
– 等α 角流行 – 等密流流型
• 内径汽封的漏汽量必冲动级的漏汽量大,因为内径汽封直径比隔板汽封直径大,而汽封齿数较少。 • 动叶前后的压差较大,所以叶顶漏汽量相当可观。

湿汽损失
– 饱和蒸汽汽轮机的各级和普通凝汽式汽轮机的最后几级都工作于湿蒸汽区,又由于水分存在, 干蒸汽的工作又受到影响,这种影响表现为一种损失,这就是湿汽损失。 – 常用的去湿方法
• 理想等环流流型
– 等环流流型的气流速度沿叶高的变化规律:C1z=const ,C1u*r=const,C1r=0 – 使轴向间隙中汽流保持径向平衡且C1r=0,喷嘴出口汽流的切向分速C1u必须 随半径的增加而减少。 – 自由涡流流型,正因为没有漩涡产生,所以能量转换较高。 下一页
– 反动度的变化规律
级内损失和级的相对效率
• 常见的级内损失 – 喷嘴损失 hn ,动叶损失 hb ,余速损失hc,叶高损失hl,扇形损失h, 叶轮摩擦损失 h f ,部分进汽损失 he ,漏汽损失h ,湿气损失 h
• 叶高损失 • 扇形损失
– 汽轮机用用的环列叶栅,由两个特点,①事业善的相对节距不是常数,圆周 截面的相对节距偏离最佳支,叶型损失系数都大于最小值,这就带来了额外 的流动损失,② 是空气动力学上的特点,叶型出口汽流在轴向间隙中存在压 力梯度,即由内径向外径静压力逐渐增加,产生径向流动损失,这些构成了 流动损失。扇形损失与径高比有关,径高比越小,扇形损失越小。
汽轮机级的工作原理
• 第 示第 原第 的第 特 第 率 第 流 嘴 第 第 八 例七 理六 相五 性 四 和 三 动 和 二 一 节 节 节 对节 节 轮 节 动 节 节 扭 级 级 内级 叶 轴 级 叶 叶 的 的 效内 栅 效 的 通 蒸 片 热 热 率损 的 率 轮 道 汽 概 级 力 力 失 汽 轴 中在 述 计 设 和 动 功 的喷 算 计 级
• 衡量级内能量转换完善程度的最经济指标是级的相对内效率而不是轮周 效率。 • 级内损失对最佳速比的影响(P60图)
级的热力设计原理
• 根据叶片的形状,汽轮机的叶片刻分为两种
– 等截面叶片,型线沿叶高不变的叶片,由这种叶片构成的级称为直叶片级。 – 扭叶片,型线沿叶高变化的叶片。
• 速比的选择,在级效率下降很少的情况下,选用较小的速比较为合理
– 级的有效比焓降表示1㎏蒸汽所具有的理想能量中最后转变为轴上有效功的那 部分能量,级的有效比焓降与理想能量之比称为级的相对内效率。
Δ hi i E0
Δ ht0 hb hn hl h h f he h hx hc 2 Δ ht0 1hc 2
单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所做出的机械功称为轮周功率。 1千克蒸汽所作的轮周功与蒸汽在该级所消耗的理想能量之比称为级的
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• 与速利用的优点(P30) • 单列级与复速级轮轴效率-速比关系曲线(P37)
– 各自的最佳速比下,复速记的轮轴效率一定比单列级的轮轴效率小,因为它不 但增加了倒叶和第二列动叶种的能量,而且是第一列动叶中的损失增大。 – 复速级的优点,在圆周速度相同时,能承担比单列及大的多的理想比焓降,采 用复速级,使汽轮机的级数减少;当他作为多级汽轮机的调节级时,蒸汽压力, 温度在这一级下降较多,缩小了汽轮机在高温高压下工作的区域,节省高温材 料,降低制造成本,有利于改善汽轮机的变工况特性。
扭叶片级(平面图)
• 随汽轮机单功率的增加,蒸汽容量容积必然增加,特别是凝汽式汽轮机的 末几级,需要更大的通流面积,因此径高比较小,叶片长,这种情况下, 若不考虑汽流参数沿叶高的变化,设计成这叶片必将产生多种附加损失, 使级的效率降低,主要损失有
1. 沿叶高圆周速度不同所引起的损失 2. 沿叶高节距不同所引起的损失 3. 轴向间隙中汽流径向流动所引起的损失





• •
概述
• 汽轮机本体作工气流的通道称为汽轮机的通流部分,他包括主气门,导 管,调节气门,进汽室,各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。 • 汽轮机的级是由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元。 • 动叶栅进出口汽流速度三角形 • 喷嘴及动叶的热力过程及热力过程线,以及蒸汽在此的流动过程 • 喷嘴损失,动叶损失和余速损失之和称为轮周损失。
为此把长叶片设计成型线沿叶高变化的扭叶片级,以适应圆周速度和汽 流参数沿叶高的变化规律。为保证扭叶片有较高的效率,设计时必须使汽 流在级的轴向间隙保持径向平衡。 c 1 p • 简单径向平衡方程: r r
2 u
– 表明轴线间隙中汽流且向分速所产生的离心力完全背径向静压差所平衡,即 压力沿叶高的变化仅仅与汽流切向分速沿叶高的分布有关。不管切向分速沿 叶高如何分布,轴向间隙中的压力总是沿叶高增加的。
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漏气损失(隔板的气封装置)
– 对于冲动级,隔板前后存在较大的压差,而隔板和转轴之间又存在着间隙,因此有一部分蒸 汽从隔板前通过间隙漏到隔板与本级动叶之间的汽室内,由于这部分蒸汽不通过喷嘴,因此 不做功,形成了漏气损失。为了避免隔板汽混入动叶中干扰主汽流,一方面在叶轮上开设平 衡孔,使隔板漏气通过平衡孔流到级后,另一方面在动叶根部设置汽封片加以阻挡,并设置 合理的反动度,尽量使动叶根部不出现吸汽或漏汽现象。 – 对于反动级,其漏汽损失比冲动级大因为
• 由捕水口,捕水室和疏水通道组成的级内捕水装置。 • 具有吸水缝的空心喷嘴 • 采用出汽边喷射蒸汽的空心喷嘴

提高动叶本身抗冲蚀能力
– 采用耐侵蚀性能强的的叶片材料 – 在叶片进汽边背弧上镶焊硬质合金 – 对叶片表面镀铬,局部高频淬应,电火花强化,氮化
• 冲动级的实际热力过程线 • 级效率
(连接)
叶栅的气动特性
• 叶栅的损失由叶型损失和端部损失所组成。
– 叶型损失(指平面汽流绕流叶栅产生的能量损失)
• • • • 附面层中的摩擦损失:与叶栅表面的粗糙度和压力分布有关 附面层脱离引起的涡流损失 尾迹损失 冲波损失
– 端部损失
• 端部损失就是端面附面层中的摩擦损失,补偿流动损失和对涡损失的 总和,对涡损失所占比重最大。
– 复速级 – 冲动级 – 反动级 x=0.22~0.26 x=0.46~0.52 x= 0.65~0.70
• 反动度的合理确定,下面分析根部反动度的影响
– 根部反动度较大时,由于在动叶根部截面上有较大的压力将,所以动叶根部进口 压力明显的大于出口压力。喷嘴喷出的气流,将有一部分从动叶进口根部的轴向 间隙处向下漏,与隔板漏汽一起,通过平衡孔流到级后,减少了蒸汽做功。而且, 根部反动度大,叶顶反动度更大,顶部漏汽量随之增大,过大的根部反动度不合 适。 – 根部反动度较小甚至为负值时,隔板漏汽的部分或全部可能不再通过平衡孔流到 级后,而是通过动叶根部轴向间隙被吸入动叶通道,而且根部的负反动度较大时, 一部分级后蒸汽将通过平衡孔倒流回来,扰乱主汽流,损失增大。很小的根部反 动度不合理。 – 根部反动度适当(0.03~0.05)时,动叶根部进口压力略高于出口压力,这种情况 下,隔板汽封漏汽全部通过平衡孔流到级后,从而使动叶根部间隙处保持不吸不 漏现象,避免了吸汽和漏气的附加损失,选择这样的反动都是比较合理的。
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