《汽轮机原理》第0102章

c1 c1t
3，喷嘴损失
蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失
称为 喷嘴损失，用hn 表 示 ：
1 2 1 2 2 * hn (C1t C1 ) C1t (1 2 ) (1 2 )hn 2 2
hc 2 表示。
2 ，带反动度的冲动级
为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的
反动度（ = 0.05 0.20 ) ，这种级称为带反动度
的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。
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冲动级的结构特点： 动叶栅的截面形状近似对称；轴向力小，可采用轮盘转子；可 采用较大的径向间隙；喷嘴叶栅压差大，为减少漏汽，尽量减小 与轴之间的径向间隙；采用隔板结构。 3，反 动 级
a dp c , Ma d a
dp p 对等熵过程有 k d 所以a k p


kvp

kRT
定常流动：
dA dc 2 ( Ma 1) A c
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喷嘴截面积的变化规律
（1）当汽流速度小于音速，即Ma<1时，若要使汽流能继续加速，即dc>0， 则必须dA< 0,也就是说喷嘴截面积必须沿流动方向逐渐减小，即做成渐 缩喷嘴。 （2）当汽流速度大于音速，即Ma>1时，若要使汽流能继续加速，即dc>0， 则必须dA>0，也就是说喷嘴截面积必须沿流动方向逐渐增加，即做成渐 扩喷嘴。 （3）当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速，即Ma=1，这时，dA=0。 表明横截面A不变化，即A达到最少值。根据上述分析可知，简单的渐缩 喷嘴是得不到超音速汽流的。为了达到超音速，除了喷嘴出口蒸汽压力 必须小于临界压力外，还必须在喷嘴形状上加以保证，即作成缩放喷嘴。
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基本方程式：
1. 连续方程式 2.能量方程式
cA G c A const v 2 2 c0 c1 h0 q h1 W 2 2
3. 状态及过程方程式 可逆、绝热——等熵 4. 动量方程式
pv RT
pvk const.
cdc＝ dp
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音速和马赫数： 判断气体压缩性对流动的影响，是划分气体流动 类型标准。
c1t
2k * * p0 v0 [1 ( k 1
k 1 p1 k ) ] * p0
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• 压比
n
• 实际速度
p1 * p0
c1 2(h0 h1 ) c ＝ 2(h h1 )
2 0 * o
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2，喷嘴出口的汽流实际速度
实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。通常用喷嘴速度 系数来考查两者之间的差别（通常取 = 0.97 )。这样，喷嘴出口的汽流 实际速度为
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第二节
蒸汽在级内的流动过程
一、蒸汽在喷嘴中的流动过程
流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定 的三元流动的实际流体，为了研究方便将其当作理想气体 处理，并作如下假设： 1 . 蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的：即在流动过程中，通道
中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变。
2. 蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时，其参数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直 的截面上不变化。 3. 蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动：即蒸汽在叶栅通道中流 动时与外界没有热交换。
汽轮机原理——专业课
授课： 何屏
陈勇
昆明理工大学 冶金与能源工程学院
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与课程相关的问题
学时：64国庆放假减2学时)。 上课时间：1－12周 考核：平时20－30％，考试：70-80％。 作业：3－4次，计入平时成绩。 考勤：各班班长完成，报缺勤名单，计入平时成绩。 本课程与前续课程的相关内容： 工程热力学：热力学方程，循环（朗肯，再热，回热）， 过程（等熵， 多变，节流），参数（焓及各种表示， 熵），滞止参数， 以及在h-s、p-v、t-s图上的表示，水蒸气图表。 工程流体力学：喷管及流动－－渐缩喷管，缩放喷管，超音速流动， 马赫数，膨胀波。 锅炉原理：（新）蒸汽参数，容量，再热，回水（凝结水）。 教材：《汽轮机原理》（电力出版社，华中科技大学 黄树红主编）。
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2、汽轮机的型号表示
• 形式 • 容量 • 新蒸汽参数 • 再热蒸汽参数 • 例：N300-16.7/538/538,CC258.38/0.98/0.118
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课程主要内容
• 工作原理：级或多级汽轮机蒸汽的能量转 换和流通能力、流动效率，变工况特性— —前三章重点； • 调节保护系统：电能不能储存，汽轮机输 出功率适应外界用户的变化－调节系统； • 零件强度：恶劣的工作调件——高温、高 压、高转速——安全运行，应对相关内容 了解、掌握。 • 凝汽设备。
汽流通过缩放喷嘴时，在喷嘴喉部达音速，然后在渐扩部分达超音速。
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图2—8
压力、焓降、截面积、汽流速度、音速、比容沿流动的变化规律
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比焓的相关公式（理想气体）
h C pT , C p Cv R , Cp Cv k,
k Cp R， k 1 k k p a2 h RT k 1 k 1 k 1 用音速（热力学参数） 表示的比焓（热力学参 数）。
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第一章绪论 第一节 汽轮机的发展
• 水能利用与蒸汽热能利用的区别 • 世界汽轮机的发展 容量，参数，材料，叶片长度，结构（轴 系，汽缸数，排汽口数） • 汽轮机发展的趋势
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• 提高蒸汽初参数 • 采用联合循环系统提高效率 • 提高机组的运行水平 • 采用大容量机组
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世界汽轮机制造工业
• 世界著名厂商：
hb hb
* hn * (1 m )ht
* hb m ht
s
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三， 冲动级和反动级
1，纯冲动级： 通常把反动度等于零的级称为纯冲动 级。对于纯冲动级来说，p1＝p2
* * hb＝0 hn＝ht
蒸汽流出动叶的速度 C ,具有一定的动能 C未被利用 而损失，称这种损失为余速损失，用
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3，冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制 而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称 为冲动力。这时蒸汽在汽轮机的级所做的机械功等于蒸汽微团流进、 流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级。 红色箭头：进入动叶相对速度（w)； 绿色箭头：冲动力。
w
抽汽式，再热式
按蒸汽压力分类：
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按作功原理分
冲动式汽轮机 反动式汽轮机
汽 轮 机
按功能分
凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 供热式汽轮机 调节抽汽式汽轮机 低压汽轮机 中压汽轮机 高压汽轮机
按参数高低分
超高压汽轮机
亚临界压力汽轮机
超临界压力汽轮机
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• 按热力特性分类（即汽轮机型式）
– 凝汽式、中间再热式 – 背压式 – 调整抽汽式
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喷嘴的作用是让蒸汽在其通道中流动时得到膨胀加速，将
热能转变为动能。喷嘴是固定不动的，蒸汽流过时，不对外作功，
W = 0；同时与外界无热交换，q = 0。则根据能量方程式 ，
则
1 2 1 2 h0 C0 h1 C1 2 2
对于过热蒸汽，可近似看做理想气体。当不考虑流动损失时（下标 1t），则上式可写成：
dn 0 1 2
0
1
2 db
20
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2，级内能量转换过程： 具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶 栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动 能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同 时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋 转机械能。
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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：
1 2 h h0 C0 h0 hc 0 h1t hn hc 0 2
* 0
* * * p 、 v 、 h 把相应的滞止参数 0 0 0
分别代入
上式 ，则
* * c1t 2hn , hn hn hc 0
• 通用电气公司（GE）、西屋电气公司、西门子、 阿尔斯通， 日立制作所、东芝电器会社、三菱重 工株式会社， BBC公司 • 中国 哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、东方汽 轮机厂、北京重型电机厂、青岛汽轮厂、武汉汽 轮发电机厂、杭州汽轮机厂、南京汽轮发电机厂
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第二节 采用汽轮机的热力发电方式
• 常规燃料发电：煤炭、石油、天然气等。 • 蒸汽——燃气联合循环发电：效率高. • 核能发电：详见第七章（略） • 地热发电：蒸汽参数低. • 太阳能集热发电转换过程 第一节 汽轮机级的基本概念
一 、 汽 轮 机 的 级 和级内能量转换过程
1、汽轮机的级：汽轮机做功的最小单元，由静叶栅 动叶栅 。
基元级：平均直径处，叶片高度为无穷短的级。 平面叶栅：基元级沿周向展开。 流道：由两个叶片间形成的空间。 由于其具有对称性和同样性， 仅对其中一个流道进行研究即可。
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4，反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速， 前者会对叶片产生一个冲动力，后 者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。 蒸汽通过这种级，两种力同时做功。通常称这种级为反动级。 w1
反动力
合力
冲动力 w2
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二 、反 动 度（P.12,fig.2-2)
hb hb m * * ht hn hb
1 2 k 2 (C1t C0 ) h0 h1t ( p0 v0 p1v1t ) 2 k 1
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喷 嘴 出 口 的汽 流 速 度
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 c0(初速）是已知的条件。按等 熵过程膨胀，其过程曲线如图所示（ 1 点对应公式中 1t, 而 2 点对应公式中的 1）。根据上式，则喷嘴出口汽流理想速度为