汽轮机设备及运行_课件(PPT105页)

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蒸汽参数随叶高变化，即比焓降也沿 叶高变化，因此级的反动度也随叶高变 化。一般取叶片根部截面、叶片平均截 面、叶片顶部截面为特征截面，相应的 反 动 度 为 Ωr 、 Ωm 和 Ωt 。 实 际 上 ， 级 的反动度沿叶高是增大的。对于短叶片， 一般给出的反动度为级的平均反动度。
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三、汽轮机级的类型及特点
《汽轮机设备及运行》课件
（4） 4 汽轮机的工作原理
第一节 级的一般概念
一、汽轮机的级、级内能量转换过程
1、汽轮机的级：是由一组安装在喷嘴汽室或隔板上的 静叶栅和一组安装在叶轮上的动叶栅所组成，它是 汽轮机作功的最小单元。
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。通过冲动和反动两种作用实现。
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汽轮机低压转子（含动叶栅）
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蒸汽在级中做功的热力过程线
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3、冲动作用原理(impulse):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作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。
（一）冲动级和反动级
按蒸汽在动叶通道内膨胀程度 不同，即反动度的大小不同，轴 流式级可分为冲动级和反动级。
1、冲动级。 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱm=0的级叫纯冲动 级，蒸汽只在喷管叶栅中膨胀， 在动叶栅中不膨胀而只改变其流 动方向。纯冲动级做功能力大， 但效率比较低，现代一般采用带 少量反动度（Ωm=0 .05~0.2）的 冲动级。做功能力比反动级大， 效率比纯冲动级高。
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汽轮机的第一级就是调节级，机组靠改 变调速汽门的开度，控制汽室的投入和喷嘴 的工作，改变部分进汽度，改变进汽量，以 调整负荷。用调节阀调节负荷的机组是节流 调节机组，其第一级喷嘴是全部投入的，不 起调节作用，当然也不是调节级。当然，也 有符合调节的。
调节级是汽缸中温度最高、压力最高、 做功量最大的级，又是部分进汽，所以，对 其温度、压力要严格监控，防止超标造成危 害。另外，监视调节级压力，也可以了解后 面各级蒸汽通道的工作情况。
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冲动式汽轮机的结构特点：因为汽流在动叶 栅内膨胀量较少，所以动叶栅的截面形状是 近似对称的。因为动叶栅前后压力相差较小， 没有太大的轴向力作用在转子上，所以冲动 式汽轮机可以采用质量轻，结构紧凑的轮盘 式转子。同样可以采用较大的径向间隙，从 而提高汽轮机运行的灵活性。但是喷嘴叶栅 前后存在较大的压力差，为了减少喷嘴叶栅 与轴之间间隙的漏汽量，要尽量减小间隙的 直径，所以设计为隔板结构，把喷嘴装在隔 板的外环上，在隔板的内孔装有汽封片。
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2、反动级： Ωm≈0.5。蒸汽在 喷管和动叶通道中 的膨胀程度相等。 做功的力基本上冲 动力和反动力各占 一半。结构特点： 动叶叶型与喷管叶 型相同。效率比纯 冲动级高，但做功 能力较小。
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反动级汽轮机特点：喷嘴叶栅和动叶栅可以采 用相同的叶型，构成相似的喷嘴叶栅和动叶栅 通道，因而可以降低汽轮机的制造成本。因为 在动叶片前后存在较大的压力差，为了减小汽 流对转子作用的轴向力，反动式汽轮机采用转 鼓式结构，没有叶轮。喷嘴叶片直接安装在汽 缸内壁，使级的轴向尺寸减小。但粗大的转鼓 式转子质量大，启动时热惯性大，增加了暖机 时间而影响到汽轮机运行的机动性。为了减少 蒸汽漏泄量应尽量减小径向间隙。为了平衡轴 向推力，还设置了平衡活塞。反动级因动叶片 前后存在压力差，为了避免过大的级内损失， 一般不采用部分进汽，而采用全周进汽。
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（二）压力级和速度级
按蒸汽的动能转换为转子机械能的过程不同，还 把汽轮机和级分为压力级和速度级。 1、压力级：蒸汽的动能转换为转子机械能的过程在 级内只进行一次的级。叶轮上只装一列动叶栅，故又 称单列级。可以是冲动级，也可以是反动级。 2、速度级：转换过程进行一次以上的级。可以是双 列或多列的。只有一列喷管，后面有两列或更多列动 叶片。采用最多的是双列速度级，又称复速级。速度 级是冲动式的，可以看作是单列冲动级的延伸。做功 能力很大，但效率低。常用于单级汽轮机和中、小型 多级汽轮机的第一级。
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第二节 蒸汽在喷嘴中的能量转换过程
一、基本假设和基本方程式 二、蒸汽在喷嘴中的流动过程 三、蒸汽在动叶栅中的流动与能量转换过 程
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一、基本假设和基本方程式
流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不 稳定三元流的实际流体。为了研究方便，特作假设： 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 通道中流速很快，流动时与外界没有热交换。
4、反动作用原理(reaction): 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 种力同时作功。
蒸汽对于动叶栅的作用力 6
二、反动度
为了描述蒸汽通过汽轮机某一级时在动叶通道中的膨胀程度 大小，通常用反动度Ω来描述。反动度等于蒸汽在动叶通道中膨 胀时的焓降和在整个级的理想焓降之比，即
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（三）调节级和非调节级
按通流面积是否随负荷大小改变，可将汽轮机 的级分为调节级(governing stage)和非调节级。 1、调节级：通流面积能随负荷改变而改变。如喷管 调节汽轮机的第一级。运行时，可通过改变通流面 积来控制进气量，达到调节汽轮机负荷的目的。一 般中小汽轮机用复速级作为调节级，大型汽轮机常 用单列冲动级作为调节级。 2、非调节级：通流面积不随负荷改变而改变的级。 二者另一个不同点：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。