汽轮机原理总复习

级的工作过程
蒸汽热力学能
喷嘴(nozzle) 降压增速
汽流的动能
动叶(blade)
汽流降压增速 (反动原理) 汽流改变方向 (冲动原理)
转子的旋转机械能
机械能主要利用蒸汽通过动叶栅时，发生动量变化对 该叶栅产生冲力，使动叶栅转动而获得。 机械能的数量取决于：1）质量流量kg/h；2）速度变 化量。
2003年“863”“超超临界燃煤发电技术”课题设定为：压力 25MPa，温度 580 ℃。 目前我国运行：江苏玉环4×1000MW，26.25MPa/ 600℃/600℃； 外高桥III期2×1000MW,27MPa/ 600℃/600℃
N300-16.7/537/537-Ⅱ
亚临界一次中间再热、凝汽式汽轮机，额定功率300MW，主蒸 汽额定参数16.7MPa/537℃，再热537℃。
反动级
定义：蒸汽在级中的理想焓降平均分配
在喷嘴和动叶通道中的级称为反动级 工作特点：蒸汽在喷嘴和动叶通道中的 膨胀程度相等，作功的力冲动力和反动 力各占一半
结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型完全相
同。反动级的效率高于冲动级，但整级 的理想焓降较小。
第二节 蒸汽在喷嘴中的流动过程
一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
先计算通过流道的理想流量，然后由流量系数修正至实际流量。
对出口面积为 An 的喷嘴，其流过的理想质量流量为
An c1t Gnt 1t
实际流量 定义：流量系数
An c1 Gnt v1
Gn c1 v1t v1t un Gnt c1t v1 v1
无论过热蒸汽还是湿蒸汽都可用下式计算：
P0,P1分别是喷嘴进出口压力。 理想热力过程从0→1t。 实际热力过程是0→1。 0*点是0的滞止参数点。
喷嘴中的膨胀热力过程线
第二节 蒸汽在喷嘴中的流动
能量转换： 热力势能 汽流动能
计算分析方法： 先算理想过程，然后用系数修正到实际过程 理想过程 1 2 1 2 喷嘴能量方程： h0 c0 h0 h1t c1t
彭台门系数(亦称流量比系数) β
定义：喷嘴的实际流量与喷嘴临界流量之比 意义： 在流道结构和初参数确定的情况下，不同背压所对应的流 道通流量可用相对于最大流量(临界流量)的无量纲参数彭 台门系数来表示。
β＜1时为亚临界流动， β=1时为临(超)界流动
计算表明：彭台门系数的曲线段近似于椭圆曲线。故为计算方 便，常用椭圆公式来近似。即 喷嘴流量计算程序： 流量计算时，先由初参数求得最大流量Gt max ，然后由前后压比 求得系数β由 G Gt max 在计算、比较初参数相同、背压不等两种工况流量时，可先 求出对应初参数下的最大流量，再分别计算各自的β，求出两个 不同背压工况的流量。
二、反动度和级的类型
反动度：表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小的指标。
级的平直径处（即1/2叶高处）的 反动度用Ωm表示 蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想 焓降hb， 和在整个级的滞止理想 焓降ht* 之比，即
m
m hb
hb ht*

* hn hb
hb * hn hb
hb mht*
* hn 1 m ht*
级的类型及特点
汽轮机的级可分为冲动级和反动级两大类
冲动级
冲动级又分：纯冲动级、带反动度的冲动级速度 级 1) 纯冲动级：反动度为零的级称为纯冲动级
Ωm＝0的级， Δhb＝0, Δh*n= Δh*t,,

工作特点：是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶 通道中不膨胀
绪 论 Introduction
2、按热力特性分
凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 抽汽式汽轮机 抽汽背压式汽轮机
多压式汽轮机
5.按进汽参数分：
1. 2. 3. 4. 5. 6. 低压汽轮机 新蒸汽压力P0小于1.5MPa，新汽温度t0一 般小于400℃,容量范围≤0.3~3MW 中压汽轮机 P0为2.0～4.0MPa, t0=450 ℃, 3MW~12MW 高压汽轮机 P0为6.0～10.0MPa, t0=540℃, 25MW~100MW 超高压汽轮机 P0为12.0～14.0MPa, t0=540 ℃, 125~300MW 亚临界汽轮机 P0为16.0～18.0MPa,典型参数 16.7MPa/538/538℃。300~600MW 超临界汽轮机 新蒸汽压力大于22.2MPa ， P0 ≥350MW典型参数为24.2MPa/538/566℃和 24.2/566/566℃ 水的临界参数：22.115MPa，
2 2 2 c1t c0 hn h0 h1t 2
2 *
2
c1t 2(h0 h1t ) c0 2(h0 h1t ) 2hn c0 2hn
2
*
实际过程
1 2 1 2 h0 c0 h0 h1 c1 2 2
1 1t n
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
374.15℃
7. 超超临界汽轮机
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超临界是物理概念（22.13MPa，374.15℃) 超超临界是（90年代提出）工程产品商业性的概念，超超临界参 数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提高。 对超临界机组定义： 日本：压力24.2MPa，温度 593℃, 丹麦：压力 27.5MPa, 我国电力百科全书认为压力 27MPa.
c1 ccr , G Gcr 。
（２）当喷咀出口断面上的压力小于临界压力比时，即
n cr , p1 pcr 时，蒸汽不仅在渐缩部分膨胀，在斜切
也膨胀。蒸汽在渐缩部分达临界，在斜切部分继续膨胀，
出口获超音速汽流，且出口汽流方向发生偏转，
此时
c1 ccr , G Gcr
当初参数一定时，逐渐降 低背压，出口汽流速度和 流量增大。在背压降至临 界压力时，其后流量不再 增大，但出口汽流角偏转 而增大；在背压降至极限 膨胀压力时，出口汽流速 度和出口汽流角不再增大。 在流量和出口汽流角计算 时，特别要注意判别是否 达到临界。
三、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀
在汽轮机级中，为了保证喷嘴出口对汽流的良好 导向作用，必须在出口截面之外有一段斜切部分 ，这种喷嘴称为斜切喷嘴，如图所示。
２. 斜切部分的作用 保证汽流顺利地进入动叶做功，并获超音速汽流。 ３. 斜切部分的膨胀特点 （１）当喷咀出口断面上的压力比大于或等于临界压力 比时，即 n cr , p1 pcr 时，蒸汽仅在渐缩部分膨胀， 在斜切部分不膨胀，斜切部分仅起导流作用，此时
2003年“863”“超超临界燃煤发电技术”课题设定为：压力 25MPa，温度 580 ℃。 目前我国运行：江苏玉环4×1000MW，26.25MPa/ 600℃/600℃； 外高桥III期2×1000MW,27MPa/ 600℃/600℃
7. 超超临界汽轮机
超临界是物理概念（22.13MPa，374.15℃) 超超临界是（90年代提出）工程产品商业性的概念，超超临界参 数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提高。 对超临界机组定义： 日本：压力24.2MPa，温度 593℃, 丹麦：压力 27.5MPa, 我国电力百科全书认为压力 27MPa.

结构特点：动叶叶型近似对称弯曲，作功能 力大，但效率比带反动度的冲动级低。
带反动度的冲动级
现代冲动式汽轮机中广泛采用具有一定 反动度的冲动级，简称为冲动级 Ωm＝0 .05～0.20的级， Δhb＞0, 但Δhb＜Δhn，做功能力和效率介于纯 冲动级和反动级之间。 工作特点:蒸汽的膨胀主要喷嘴中进行， 在动叶通道中仅有小部分膨胀，产生的 反动力较小，主要利用冲动力作功 结构特点：作功能力比反动级的大，效 率又比纯冲动级高。
第三节 蒸汽在动叶中的流动
要计算蒸汽的作用力和所做的功，必须要知道动叶 进出口汽流速度的大小和方向。 （一）动叶进出口速度三角形 1. 动叶进口速度三角形 任务：已知或间接已知 1，c1和u, 求w1，1。
对现代汽轮机的级 1 11 ~ 17 （有的书讲 １ 11 ~ 14 )。
蒸汽在动叶栅中的热力过程
动叶流量与喷嘴流量的关系： 动叶根部不吸不漏，且忽略动叶顶部漏汽，动叶流量等于 喷嘴流量
Ab w2t An c1t Gb Gn v2t 1t
冲动级：
, w2t c1t , v1 v2
盖度
反动级：
, w2t c1t , v1 v2
nd m 圆周速度 u 60
式中 n－转速，r/min； dm－级的平均直径。
c wu
由余弦定理得
w1 c12 u 2 2uc1 cos 1
c1 sin 1 w1 sin 1 c1 sin 1 1 sin w1
1
２. 动叶出口速度三角形
二、反动度和级的类型
基本概念 级滞止理想焓降：0点是级前
的蒸汽状态点，0*点是汽流被等 熵滞止到初速等于零的状态，p1、 p2分别为喷嘴出口压力和动叶出 口压力，蒸汽在级内从滞止状态 0*等熵膨胀到p2时的焓降称为级 的滞止理想焓降
级理想焓降：蒸汽在级内从0
点等熵膨胀到p2时的焓降 ht 称 为级的理想焓降。
为了便于分析问题，常将动叶进出口速度三 角形画在同一个顶点上。
（二）蒸汽在动叶中的膨胀 蒸汽在动叶中的膨胀过程如图１－１４所示。 1. 动叶出口汽流理想速度
在理想情况下，蒸汽从 动叶进口状态(即喷嘴出口 状态)p1、h1，等熵膨胀至动 叶出口压力p2。由于在流动 过程中存在能量损失，因此， 蒸汽在动叶通道中实际的膨 胀过程是按熵增曲线进行的。 与喷嘴相似，此时动叶栅出 口汽流的理想相对速度为
CB25-8.83/1.47/0.49 抽汽背压式汽轮机，额定功率25MW，初压8.83MPa， 抽汽压力1.47MPa，背压0.49MPa。
第一节
汽轮机级的分类
一、汽轮机级的概念及工作原理
1.汽轮机作用： 将蒸汽的热能转化成机械功 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基 本做功单元。 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。
蒸汽的热能——动能——机械能——电能 （锅炉） （喷嘴）（动叶） （发电机） 喷嘴是静止的部分：作用是将蒸汽的热能转变成蒸 汽的动能。 动叶栅是运动部分：作用是将蒸汽的动能转变成轴 旋转的机械能。
蒸汽在汽轮机的工作过程
具有一定压力和温度的蒸汽流经喷嘴，并在其中膨胀,蒸汽的压 力、温度不断降低，速度不断升高，使蒸汽的热能转化为动能， 喷嘴出口的高速汽流以一定的方向进入装在叶轮上的通道中， 汽流给动叶片一作用力，推动叶轮旋转，即蒸汽在汽轮机中将 热能转化为了机械功。
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


c1
c1t
2 喷嘴效率 n
喷嘴损失
蒸汽在叶栅通道中为绝热多变过程 pv n
const
二、蒸汽流过喷嘴的流量 通过喷嘴的质量流量决定于流道的出口面积、出口 流速和对于出口点的蒸汽比容。焓降－流量计算与焓降－流速的 方法相似，
Ab 略大于 An
（三）蒸汽作用在动叶上的力 总的推导思路：先根据动量定理求出动叶对 蒸汽的作用力，再根据作用力与反作用力原理求 出蒸汽对动叶的作用力。 列动量方程时，要注意方向问题。
四、轮周功率和轮周效率
任务：已知或间接已知 2 ，w2和u, 求c2， 2 。
1 (3 ~ 10 )。 对冲动级 2 1 对反动级 2
由余弦定理得
2 c2 w2 u 2 2uw2 cos 2
c2 sin w2 sin
2
2
w sin 2 2 sin 1 2 c2