华北电力大学汽轮机课件1
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汽轮机DEH控制系统华北电力大学ppt课件
汽轮机调节系统发展简介
第一代汽轮机调节系统是机械离心式调 速器，至今已有一百多年历史。
第二代是液压式汽轮机调节系统，大约 出现在二、三十年代。第二代调节系统 中均采用了机械传动或感应环节。因此 也可称为机械、液压式调节系统。它相 对第一代调节系统而言，在响应速度、 调节精度和减小迟缓方面有了很大的提 高。
如果此时汽机辅机故障，主要是凝汽汽 真空低，则会产生RB 信号来关小阀门。
如果此时主汽压力过低，当主汽压力低 保护投入时，则会产生TPL信号来关小阀 门。注意，主汽压低保护信号TPL 是单 向的，它为负值，它只在气压很低的时 候才动作；主气压控制信号时双向，它 投入时，当压力出现波动时，就不断频 繁动作。
当升速率设为100转每分钟时，经过除法器的 运算，每一个周期0.2秒内转速给定值增加三分 之一转，一分钟之内实现升速率为100转。要 想改变升速率，就要改变除法器的参数，除数 该为150时，能实现升速率为200转每分钟。
当转速上升到了2900转，以一定速率关 小GV，TV开度不变，转速下降。当转速 下降到2850 r/min时，GV保持不变，TV 以一定速全开。当TV全开后,阀门切换结 束。在以后的升速率和升负荷的过程中， 均由高压调门GV来控制汽机的进汽量。
汽轮机的操作方式和目标值的产生
CCS机组协调控制方式 由CCS指令直接控制 高压调门的开度。
OA操作员自动控制方式 操作员直接设置目 标值和速率。并网前，设定的是目标速度和升 速率；并网后，设定的是目标负荷和升负荷率。
AS自同期方式 接受自同期装置来的增减命令， 调节机组的电压频率。
ATC汽机自启动程序控制 控制系统根据汽机 的状态 和转子的应力来设转速升率或升负荷 率，达到自动控制的目的
汽轮机培训讲义(PPT59页)
叶轮工作时，主要承受的力有以下几种。 1、叶轮自身质量引起的离心力。 2、叶片、围带和拉筋引起的离心力。 3、套装转子由于叶轮套装在轴上的过盈产生的接触应力 4、在较高温度区域内的叶轮以及在透平启动过程中，叶
若工艺过程中有某一个压力的蒸汽用不完 时，就把这股多余的蒸汽用管路注入汽轮 机中的某个中间级内，与原来的蒸汽一起 工作，这样就可以从多余的蒸汽中获得能 量，得到一部分有用功，作为蒸汽热量的 综合利用，称为注入式汽轮机。
另外，汽轮机按工作原理可分为冲动 式、反动式、冲动与反动组合式汽轮机； 按结构可单级汽轮机、多级汽轮机和速度 级汽轮机。
汽轮机培训讲义
第一章 概述
汽轮机又叫蒸汽透平，它是以水蒸汽为工质，转子按一定方向作旋转运动的 连续工作的原动机。广泛地应用于发电、船舰、冶金、石油、化工等工业部 门，已有一百多年的历史。
工业汽轮机是指除去中心电站、中心热电站及船舰用汽轮机以外的其它有关 行业中使用的汽轮机都统称为工业汽轮机。三十年代冶金工业加速了工业汽 轮机的发展，尤其是六十年代初期高压离心式压缩机用于合成氨、乙烯生产， 使工业汽轮机获得极其广泛地使用。
3.汽轮机的转速易于调节，变转速运行的灵敏性及稳定性使工业生产的实际 要求获得满意地实现，自动化控制十分方便；
4.汽轮机的防爆、防潮性比电动机好，可以露天运行，在化工等防爆要求严 格的场所使用汽轮机，安全性好。
5.汽轮机起动几乎不用电，减少对电网供电的依赖性，使运行费用降低。 6.汽轮机在高转速下效率更高，因此用它来驱动在高速运转的离心式压缩机、
泵等，这样机组运行时经济性好。 7.便于实现热能的综合利用，这是最主要的优点。
第二章 汽轮机的分类
1.按热力过程分类： 1）凝汽式汽轮机： 纯凝汽式汽轮机一般简
若工艺过程中有某一个压力的蒸汽用不完 时，就把这股多余的蒸汽用管路注入汽轮 机中的某个中间级内，与原来的蒸汽一起 工作，这样就可以从多余的蒸汽中获得能 量，得到一部分有用功，作为蒸汽热量的 综合利用，称为注入式汽轮机。
另外，汽轮机按工作原理可分为冲动 式、反动式、冲动与反动组合式汽轮机； 按结构可单级汽轮机、多级汽轮机和速度 级汽轮机。
汽轮机培训讲义
第一章 概述
汽轮机又叫蒸汽透平，它是以水蒸汽为工质，转子按一定方向作旋转运动的 连续工作的原动机。广泛地应用于发电、船舰、冶金、石油、化工等工业部 门，已有一百多年的历史。
工业汽轮机是指除去中心电站、中心热电站及船舰用汽轮机以外的其它有关 行业中使用的汽轮机都统称为工业汽轮机。三十年代冶金工业加速了工业汽 轮机的发展，尤其是六十年代初期高压离心式压缩机用于合成氨、乙烯生产， 使工业汽轮机获得极其广泛地使用。
3.汽轮机的转速易于调节，变转速运行的灵敏性及稳定性使工业生产的实际 要求获得满意地实现，自动化控制十分方便；
4.汽轮机的防爆、防潮性比电动机好，可以露天运行，在化工等防爆要求严 格的场所使用汽轮机，安全性好。
5.汽轮机起动几乎不用电，减少对电网供电的依赖性，使运行费用降低。 6.汽轮机在高转速下效率更高，因此用它来驱动在高速运转的离心式压缩机、
泵等，这样机组运行时经济性好。 7.便于实现热能的综合利用，这是最主要的优点。
第二章 汽轮机的分类
1.按热力过程分类： 1）凝汽式汽轮机： 纯凝汽式汽轮机一般简
华北电力大学汽轮机课程设计PPT课件
5
二、课程设计题目
机组型号： B25-8.83/0.981 机组型式：多级冲动式背压汽轮机 新汽压力：Po=8.83Mpa (90ata) 新汽温度：to=535℃ 排汽压力：Pc=0.981Mpa (10ata) 额定功率：Pel=25000KW 转速：n=3000rpm
6
三、课程设计的内容与步骤
式中Δht(p)--压力级的理想比焓降 ，α为重热系数， 本机α=0.05 ，将Z取整。
（7）各级平均直径的求取
求取压力级级数后，再将上图中BD线段重新分为(Z-1)
等分，在原拟定的平均直径变化曲线上，求出各级的
平均直径。
14
2020/1/1
15
焓 降 分 配
16
（8）各级比焓降分配 根据求出的各级平均直径，选取相应的速
⑤给水回热系统及参数：采用两级加热器,一级除氧器。
8
图1 给定题目的回热加热系统图
9
4．近似（全机）热力过程线的拟 定
拟定方法“见课程设计参考资料”P37页 （1）进汽机构的节流损失ΔPo
阀门全开时，ΔPo=(0.03~0.05)Po，通常取调节级喷 嘴前Po'=0.95Po （2）排汽管中压力损失ΔPc ：对于本机,认为Pc'=Pc， 即ΔPc=0 （3）末级余速损失δhc2 ：本机取C2=70m/s （4）调节级效率 调节级效率较低，而中间级效率较高。假定调节级 ηri=70% 而调节级后压力Pa=5.88Mpa， 作为初拟热 力过程线的参数。可采用分段拟定热力过程线。（后 边压力级数分配用）
⑵选取设计参数
①设计功率
一般凝汽式机组有统一系列标准，而背压机组在国内目前尚无统一系列标准。 可取：设计功率=经济功率=额定功率。
二、课程设计题目
机组型号： B25-8.83/0.981 机组型式：多级冲动式背压汽轮机 新汽压力：Po=8.83Mpa (90ata) 新汽温度：to=535℃ 排汽压力：Pc=0.981Mpa (10ata) 额定功率：Pel=25000KW 转速：n=3000rpm
6
三、课程设计的内容与步骤
式中Δht(p)--压力级的理想比焓降 ，α为重热系数， 本机α=0.05 ，将Z取整。
（7）各级平均直径的求取
求取压力级级数后，再将上图中BD线段重新分为(Z-1)
等分，在原拟定的平均直径变化曲线上，求出各级的
平均直径。
14
2020/1/1
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焓 降 分 配
16
（8）各级比焓降分配 根据求出的各级平均直径，选取相应的速
⑤给水回热系统及参数：采用两级加热器,一级除氧器。
8
图1 给定题目的回热加热系统图
9
4．近似（全机）热力过程线的拟 定
拟定方法“见课程设计参考资料”P37页 （1）进汽机构的节流损失ΔPo
阀门全开时，ΔPo=(0.03~0.05)Po，通常取调节级喷 嘴前Po'=0.95Po （2）排汽管中压力损失ΔPc ：对于本机,认为Pc'=Pc， 即ΔPc=0 （3）末级余速损失δhc2 ：本机取C2=70m/s （4）调节级效率 调节级效率较低，而中间级效率较高。假定调节级 ηri=70% 而调节级后压力Pa=5.88Mpa， 作为初拟热 力过程线的参数。可采用分段拟定热力过程线。（后 边压力级数分配用）
⑵选取设计参数
①设计功率
一般凝汽式机组有统一系列标准，而背压机组在国内目前尚无统一系列标准。 可取：设计功率=经济功率=额定功率。
华北电力大学课件,工程热力学 第11章、蒸汽动力装置循环
T
热 物
压力不太高时，饱和水的焓可近似计算：
600
理
500
教 研 室
h2 4.1868ts t为摄氏温度!
400
T-s图
饱和水线 干饱和蒸汽线 循环
1
300
本例中：h2 4.1868 32.92 137.83 kJ/kg 200
(3)计算忽略泵功的理想循环热效率
t
wT q1
h1 h2 h1 h2
3432.11990.3 43.77% 3432.1 137.7
3
100
2
0
0
2
2 2a
4
6
8
10
s(kJ/kg.K)
2019年11月22日4时6分
()
(4)水泵功的计算
T-s图
T
饱和水线 干饱和蒸汽线
循环 600
1
500
华
400
北
电
300
力
大
200
学
3
100
北 京
2
0
2 2a
动
()
第11章、蒸汽动力装置循环
热能动力装置 ：将热能转换为机械能的设备，也称为热力发动机，简
华 称热机。
北
电
力 大
动力装置循环（简称动力循环或热机循环）：
学
北 京
蒸汽动力装置循环：以蒸汽为工质的热机的工作循环
动 力
（如蒸汽机、蒸汽轮机等）。
系
工
程 热
气体动力装置循环：以气体为工质的热机的工作循环
物 理
学
北
京
T
动 力
求解：
华电保定汽轮机原理ppt1知识讲解
第一节 概 述
第一节 概 述
一、概述
汽轮机是将 蒸汽的热能转化成机械功的旋转式原动机
通流部分----汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部 分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和 动叶及汽轮机的排汽管。
汽轮机的级 ----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。
级的工作过程
电站
用途
工业 船用
凝汽式供暖
进汽参数
低压
中压 高压 超高压 亚临界 超临界
功率 大功率
小功率
绪论
汽轮机的型号表示如下：
变型设计次序 蒸汽参数 额定功率（MW) 汽轮机类型
注意：蒸汽参数表示法和汽轮机类型有关
绪论
本书的内容：
➢原理（一、二、三章）
内容
强度（第五章） ➢结构 辅机 凝汽设备（第四章）
隔板叶轮型 较高
效率 较低
转鼓型
最低 最高
冲动级 Ωm=0.05～0.3 隔板叶轮型 较低 较高
复速级 Ωm=0.05～0.3 隔板叶轮型 最高 最低
第一节 概 述
三、级的简化一元流模型和基本方程式
汽流的绝对速度
wv u
1
相对速度 圆周速度
u
dbn
u uv 6 0
旋转平面与 旋转平面与
uwv
c
的夹角 的夹角
动叶u进uv口速uv度三v角形
w1 c1u
动叶出uuv口速uu度v三v角形
c2 w2u
1表示动叶进口
2表示动叶出口 (a)动静叶栅汽道示意图 (b)顶点靠拢的速度三角形
第一节 概 述
二、热力过程分析
➢ WH Co. (Westing House Electric Corporation) 西屋 （反动式）
汽轮机讲课PPT演示课件
17
四、真空泵结构、原理。
如右图为水环泵的 工作原理示意图，水环 泵是由叶轮、泵体、吸 排气盘、水在泵体内壁 形成的水环、吸气口、 排气口等组成的。
叶轮被偏心的安装在 泵体中，当叶轮按顺时 针方向旋转时，进入水 环泵泵体的水被叶轮抛 向四周，由于离心力的 作用，水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭的水 环。水环的上部内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部
13
5、汽轮机进汽
(1)汽轮机高压缸进汽
a.蒸汽品质符合要求。
b.蒸汽参数符合要求。
(2)汽轮机中压并汽条件
a.高压调门开度大于15%。
b.中压蒸汽压力＞1.5MPa、过热度大于50℃。
(3)低压并汽：
a.低压蒸汽压力＞1.5 kg/cm2.
b.温度大于＞200℃。
c.低压旁路减压阀开度大于20%时。
(5)监视机组转子静止的膨胀、差胀、振动、轴承温度
(6)注意高压缸排汽管必须充分疏水，防止管道水冲击。
15
汽轮机的停机——只有一种定参数方式 (1)燃机减负荷至排烟温度565℃，汽机高压调门开始以 20%/min速率关闭。当排烟温度小于524℃时，高压调门速 关。 (2)当高压调门开度小于15%时中压过热蒸汽至再热器入口 调门即时全关。 (3)当机组解列转速小于75%，低压调门关闭。 (4)投入盘车后，关闭高中压汽缸的抽真空阀，可以减小 高中压缸的上下温差，给机组启动带来方便。
汽轮机设备及运行
1
讲课要求：
一、汽轮机基本结构。 二、汽轮机起停要注意的事项。 三、汽轮机起停监控（重点）。 四、真空泵结构、原理。
2
Hale Waihona Puke 一、汽轮机基本结构 1、汽轮机的组成 2、机组的死点 3、汽轮机的热工监控点 4、主汽门的结构
四、真空泵结构、原理。
如右图为水环泵的 工作原理示意图，水环 泵是由叶轮、泵体、吸 排气盘、水在泵体内壁 形成的水环、吸气口、 排气口等组成的。
叶轮被偏心的安装在 泵体中，当叶轮按顺时 针方向旋转时，进入水 环泵泵体的水被叶轮抛 向四周，由于离心力的 作用，水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭的水 环。水环的上部内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部
13
5、汽轮机进汽
(1)汽轮机高压缸进汽
a.蒸汽品质符合要求。
b.蒸汽参数符合要求。
(2)汽轮机中压并汽条件
a.高压调门开度大于15%。
b.中压蒸汽压力＞1.5MPa、过热度大于50℃。
(3)低压并汽：
a.低压蒸汽压力＞1.5 kg/cm2.
b.温度大于＞200℃。
c.低压旁路减压阀开度大于20%时。
(5)监视机组转子静止的膨胀、差胀、振动、轴承温度
(6)注意高压缸排汽管必须充分疏水，防止管道水冲击。
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汽轮机的停机——只有一种定参数方式 (1)燃机减负荷至排烟温度565℃，汽机高压调门开始以 20%/min速率关闭。当排烟温度小于524℃时，高压调门速 关。 (2)当高压调门开度小于15%时中压过热蒸汽至再热器入口 调门即时全关。 (3)当机组解列转速小于75%，低压调门关闭。 (4)投入盘车后，关闭高中压汽缸的抽真空阀，可以减小 高中压缸的上下温差，给机组启动带来方便。
汽轮机设备及运行
1
讲课要求：
一、汽轮机基本结构。 二、汽轮机起停要注意的事项。 三、汽轮机起停监控（重点）。 四、真空泵结构、原理。
2
Hale Waihona Puke 一、汽轮机基本结构 1、汽轮机的组成 2、机组的死点 3、汽轮机的热工监控点 4、主汽门的结构
华电保定汽轮机原理ppt3教程文件
略去温度的影响，则
G c1p0 01 G c p0 0
p p 0 0 0 0 1 v v 0 0 0 0 1p p 0 0 0 0 1
T 0 0 T 0 0 1
(a)
喷嘴进口滞止点假想膨胀到实际进 口点处，变工况前、后流量比：
Gc1 Gc
p p0 0 0 01
T00 T001
2 k 01
k1 k
用椭圆方程表示BC段G的 p1关系：
第一节 喷嘴的变工况特性
上式可继续化简
G G c 1 p p 0 1 0 p p c c 21 1 n n n cc 2
k 1
G
G c
n G t n G tc
2k 1 k 1 k 1 2
2
k 1 2
k
n
k
n
用椭圆方程计算得的流量比略小于精确值，约千分之几，满足
力参数的相对变化关系，以及由此产生的反动度、内功率、效率和 轴向推力等的改变，分析和估算这些变化对机组安全、经济运行产 生的影响。
研究方法 在选定参考工况(如额定设计工况或最大工况)下，以
喷嘴非设计工况的运行特性和小参数变化简化分析为基础，将汽轮 机通流部分划分为调节级、中间级组和末级组三部分，分析、估算 流量与热力参数相对于参考工况的相对变化。
都不变的条件下，若喷嘴前滞止参数
p
0 0
、
0 0
Gc
A
B
和出口面积 A n 都不变，则喷嘴的流量G与
背压 p c 的关系如图所示。
当p1 pc 时，G Gc 不变，如直线AB所示； 当 时p1，流pc量沿曲线BC变化。
O
曲线BC段与椭圆的1/4线段相当近似，
D
C
汽轮机讲课资料课件完整版
295℃（TRL工况）
额定转速
3000r/min
旋转方向
从汽轮机向发电方向看为顺时针方向
汽轮机级数
17+2×16＋2×2×6
末级叶片长度
914.4 mm
（三）汽轮机结构特点
低压部分
中压部分
发电机
高压部分 阀门
凝汽器
1、总体结构
采用SIEMENS成熟的单轴、HMN组合机型
H- 高压单流缸 K-高中压合缸 M- 中压双流缸 E- 中低压合缸 N- 低压双流缸
主蒸汽进口
• 在原主汽门后、调门前引出一个管道， 接入一个补汽阀，该补汽阀的结构与主 调门相同，位于高压缸下部。
补汽阀接口
补汽阀阀体
蒸汽进口
•补汽阀的存在使滑压运行机组在额定 流量下，进汽压力达到额定值，避免了
全周进汽滑压运行模式没有用足蒸汽压 力的能力。
• 机组在实际运行时，不必通过主调门 的节流就具备调频功能，可以避免节流 损失，而且调频反应速度快，同时可以 减少锅炉的压力波动。
此外，主凝结水系统还对凝汽器热井水位和除氧器水箱水位进行必要的调节，以保证整个系统安全可靠运行。
补汽阀相当于在主汽门后连接的第三个调节阀。
额定主蒸汽温度
600 ℃
系统采用2 100%容量的变频凝结水泵，一台运行，一台备用。
我厂主蒸汽及高、低温再热蒸汽系统采用单元制系统，均采用“双管、单管、双管”的布置方式。
•等焓节流,减低温度还可起到冷却高压 汽缸作用。
3、中压缸部分
中压缸双分流双层缸结构特点
• 中压缸整体发运。
•内外缸双层结构，水平中分面分 成上下半。
•中压外缸通过猫爪搭在轴承座上， 调阀端直接固定在二号轴承座上。 轴承座与猫爪之间的滑动支承面 均采用耐磨低摩擦合金。
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
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
华电保定汽轮机原理ppt1
结构特点:动叶为等截面通道； 流动特点:动叶进出口处压力和汽流的相对速度相等。因压降主要 发生在静叶栅通道中,故又称为压力级。
第一节
概
述
反动级----Δhn=Δhb=Δht，动 静叶中焓降相等. 结构特点:动、静叶通道的截面基 本相同； 流动特点:动、静叶中增速相等.
冲动级----膨胀主要发生于喷嘴
Steam Turbine 授课教师：李慧君
能源与动力工程学院
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绪
论
绪论（preface)
一、电力在国民经济中的地位（The Role of Electric Power in National Economy）
二、汽轮机装置在电厂中的地位（The Status of
c1 c1 t c1 c1t
hn
c1 t 2
2
2 hn
0
c1
2
2
1
2
c1 t 2
2
1
2
h
0 n
•
喷嘴压比
n
p1 p0
0
即喷嘴后压力与喷嘴前滞止压力之比。
第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
速度系数的影响因素
速度系数与叶栅通道表面的光 滑程度及叶型等紧密相关。表面越光洁，摩擦就越小；叶型是否合 理，决定了叶栅通道的流场和压力场分布，附面层增厚、附面层脱 离均会导致摩擦损失增大、速度系数减小。前者提高加工精度，后 者研究空气动力特性、开发先进叶型。蒸汽的膨胀程度越大，有利 于减薄附面层，提高速度系数。 在汽轮机中，喷嘴的速度系数在0.95～0.98之间，一般取0.97； 动叶的速度系数在0.85～0.95之间，反动度大时可取上限。
第一节
概
述
反动级----Δhn=Δhb=Δht，动 静叶中焓降相等. 结构特点:动、静叶通道的截面基 本相同； 流动特点:动、静叶中增速相等.
冲动级----膨胀主要发生于喷嘴
Steam Turbine 授课教师：李慧君
能源与动力工程学院
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绪
论
绪论（preface)
一、电力在国民经济中的地位（The Role of Electric Power in National Economy）
二、汽轮机装置在电厂中的地位（The Status of
c1 c1 t c1 c1t
hn
c1 t 2
2
2 hn
0
c1
2
2
1
2
c1 t 2
2
1
2
h
0 n
•
喷嘴压比
n
p1 p0
0
即喷嘴后压力与喷嘴前滞止压力之比。
第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
速度系数的影响因素
速度系数与叶栅通道表面的光 滑程度及叶型等紧密相关。表面越光洁，摩擦就越小；叶型是否合 理，决定了叶栅通道的流场和压力场分布，附面层增厚、附面层脱 离均会导致摩擦损失增大、速度系数减小。前者提高加工精度，后 者研究空气动力特性、开发先进叶型。蒸汽的膨胀程度越大，有利 于减薄附面层，提高速度系数。 在汽轮机中，喷嘴的速度系数在0.95～0.98之间，一般取0.97； 动叶的速度系数在0.85～0.95之间，反动度大时可取上限。
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速度系数与喷嘴或动叶效率
由速度系数和喷嘴或动叶效率定义可知
1kg蒸汽实际转换为动叶栅上机械功的有效焓降称为
轮周有效比焓降 hu ht0 hn hb hc 2
第一节
概
述
2.级的反动度Ω 表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度。定义 为动叶中的理想比焓降与级的滞止理想比 焓降之比,级的平均直径处的反动度用Ωm 来表示。即
hb hb m 0 0 ht hn hb
①流动是稳定的 ②流动是绝热的 ③流动是一元的 ④工质是理想气体
C.基本方程式 ①连续性方程 G=Ac/v=A1c1/v1
微分形式
dA dc dv 0 A c v
第一节
②能量方程
概
述
1 2 1 q h0 c0 h1 c12 W 2 2 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。
速度系数的影响因素 速度系数与叶栅通道表面的光滑程度及叶型等紧密相关。 表面越光洁，摩擦就越小；叶型是否合理，决定了叶栅通道 的流场和压力场分布，附面层增厚、附面层脱离均会导致摩 擦损失增大、速度系数减小。
前者提高加工精度，后者研究空气动力特性、开发先进叶型。蒸汽的膨胀 程度越大，有利于减薄附面层，提高速度系数。 在汽轮机中，喷嘴的速度系数在0.92～0.98之间，一般取0.97；动叶的速度 系数在0.85～0.95之间，反动度大时可取上限。
气体的焓
k k h pv RT k 1 k 1
第一节
概
述
思考题
1.汽轮机级的概念、各种类型及的结构及蒸汽在级内能量 的转换特点。
2.蒸汽在动、静叶栅中热力过程在h-s图上的表示。
3.级的反动度含义及表达式。
4. 分析级工作过程（蒸汽在级内流动过程）的假设与基本 方程：连续、能量、过程（状态）
一般Ω＝0.05～0.30 hn hb
结构特点: 动叶通道的弯曲程度小于静叶； 流动特点: 动叶中增速小于静叶. 性能特点： 相同几何尺寸下，做功能力比反动级大，流动效率较纯冲动
级高。
第一节
（4）复速级
概
述
压力级和速度级：按蒸汽动能转变为转子机械 能的过程来划分 压力级：蒸汽动能转变为转子机械能的过程在 级内只进行一次的级。 这种级在叶轮上只装一列动叶栅，故又 特点： 称为单列级。
2 2 2
w2 sin 2 w2 sin 2 2 arcsin arc tg c2 w2 cos 2 u
第一节 二、热力过程分析
概
述
00
0 p0
1.热力过程线----蒸汽在动、静叶栅 中膨胀过程在h-s图上的表示。
hc 0
0
p0
t0
滞止参数----相对于叶栅通道速度 为零的气流热力参数(假想汽流绝热 等比熵滞止到速度为0的状态）。用 0 hn ht 后上标为”0”来表示。 ht 1 0 h0 + 2 C02 = h0 喷嘴进口 hn
第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
实际过程 蒸汽为粘性流体，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 c c 2h0 1 1t n 喷嘴速度系数
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
第一章 汽轮机级的工作原理
• • • • • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 概述 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动 级的轮轴功率和轮轴效率 叶栅的汽动特性 级内损失和级的相对内效率 级的热力设计原理 级的热力计算示例 扭叶片级
第一节 一、概述
概
述
将蒸汽的热能转化成机械功 1.汽轮机作用： 基本工作单元： 汽轮机的级 ----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。工作过程 通流部分----汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部 分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和 动叶及汽轮机的排汽管。
实际过程----不可逆绝热膨胀过程 ---耗散效应，转换效率低 于理想过程。 部分动能转变为热能（能量贬值） ---热能被蒸汽重新吸收 ---实际过程喷嘴和动叶出口汽流的焓与熵相对理想过程增加， 能量转换效率低于理想过程。
0 h0 h1 喷嘴(或动叶)效率----实际焓降与理想焓降之比 n 0 h0 h1t
喷嘴理想比焓降-- hn
动叶理想比焓降-- hb
喷嘴损失-动叶损失--
hn h1 h1t hb h2 h2t
2 c2 余速损失-- hc 2 2
第一节
概
述
喷嘴损失、动叶损失、余速损失统称为级的轮周损失。
级的滞止理想比焓降
ht0 hn hb hc 0
讨论说明
⑴ 由于h-s图上等压线沿比熵增方向发散,故严格说, hn0 hb ht0 0 但由于喷嘴损失很小，因此一般常认为 hn hb ht0
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。
第一节
3.级的类型和特点
概
述
（1）纯冲动级
h 热力特点:Ωm＝０,汽流在动叶通道中不膨胀。b 0
结构特点: 动叶叶型为对称弯曲，即动叶内各流通截面相同； 流动特点: 动叶进出口处压力P1=P2和汽流的相对速度w1=w2相等 性能特点：做功能力大，但效率较低，损失大。故现已不在 采用。
第一节
结构特点: 导叶和动叶为等截面通道； 流动特点: 导叶中汽流只转向不加速. 性能特点：做功能力最大，流动效率最低。 速度级通常在一级内要求承担很大焓降时采用。如单级汽轮机 或作为中、小型多级冲动式汽轮机第一级（调节级）。
第一节
概
述
级的类型和特点
反动度 纯冲动级 反动级 冲动级 复速级 Ωm=0
hn hb 0.5
t dm
叶片高度l
速度三角形 c 汽流的绝对速度
动叶进出口汽流速度三角形
w1 c1 u 动叶出口速度三角形 c2 w2 u
1表示动叶进口 2表示动叶出口
旋转平面与 c 的夹角 动叶进口速度三角形
旋转平面与 w 的夹角
第一节 2.级的工作过程
蒸汽热能 喷嘴(nozzle) 降压增速
概
述
汽流的动能
动叶(blade)
汽流降压增速 (反动原理) 汽流改变速度和方向 (冲动原理)
0
1
2
0
1
2
转子的旋转机械能
喷嘴 动叶 (c0 , p0 , t0 ) (c1 (w1 ), p1 , t1 ) (c2 ( w2 ), p2 , t2 )
能量方程的微分形式：运动（动量）方程
cdc vdp
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 状态方程或过程方程 蒸汽在某一截面上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：
pv=RT
，R —通用气体常数， R =461.5J/kg〃K
第一节
过程方程
概
述
pv k const 等比熵过程方程：
c1
c1t
c12t c12 c12t 0 喷嘴损失 hn 1 2 1 2 hn 2 2 2
n
w2 动叶速度系数 w2t
2
喷嘴效率
蒸汽在叶栅通道中为绝热多变过程 pv const 1<n<k,多变指数n随损失的增大而减小。
第二节 蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
Fz
第一节
概
述
蒸汽膨胀增速的条件 有合理的汽流通道结构且有一定压差存在 动、静叶栅几何参数 叶型弦长b 叶栅宽度B 叶栅节距t 前额线 叶栅通道进口宽度a 出口宽度a 和a 出口边厚度△ 1 2
前缘点 几何进口角 汽流进口角
叶片安装角
中弧线
后缘点
后额线
几何出口角 汽流出口角
静叶
动叶
叶片高度l
平均直径dm，
u
w
汽流相对速度
圆周速度 u
db n
60
c1
1
u
1
w1
p1 , h1
p2 , h2
(a)
w c2 2 2 2
u
(a)动静叶栅汽道示意图 (b)顶点靠拢的速度三角形
速度三角形的参数关系
w1 c u 2c1u cos 1
2 1 2
c1 sin 1 c1 sin 1 1 arcsin arc tg w1 c1 cos 1 u c2 w u 2 w2u cos 2
（2）反动级
概
述
热力特点:hn hb 0.5ht 动静叶中蒸汽膨胀程度(焓降)相等. 结构特点:
动、静叶通道的截面基本相同；动静叶型相同。
流动特点: 压降基本相同，c1=w2. 性能特点： 做功能力最小，流动效率最高。
第一节
概
述
（3）冲动级 热力特点: 膨胀主要发生于喷嘴中,为提高流动效率动叶中也有少量膨胀，
式中：k —为定熵指数； 过热蒸汽：k=1.3； 饱和蒸汽：k=1.135； 湿蒸汽： k=1.035+0.1x（x为过程初态干度） 多变过程方程：
pv const
n
式中：n —多变过程指数；
第一节
概
述
气体介质中的音速 a kpv kRT <1 亚临界状态 马赫数Ma