动力工程-汽轮机教材

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1、第四章 汽轮机 Date1 动力工程汽轮机 第一节 汽轮机的一般概念 汽轮机又称汽轮机又称“ “蒸汽透平蒸汽透平 Steam Turbine”, Steam Turbine”, 是一种以水蒸气作为是一种以水蒸气作为 工质的叶轮式发动机。工质的叶轮式发动机。 优点：优点： 转速高、运行平稳、工作可靠、单机功率大、热经济性高转速高、运行平稳、工作可靠、单机功率大、热经济性高 ，便于与发电机直接连接等。，便于与发电机直接连接等。 用途用途 现代火电厂、核电厂、大型船舶等。现代火电厂、核电厂、大型船舶等。 作用作用 将蒸汽的热能转变为机轴上的机械能。将蒸汽的热能转变为机轴上的机械能。 Date2 动力

2、工程汽轮机 汽轮机简图 Date3 动力工程汽轮机 一、汽轮机的工作原理 1轴 2叶轮 3动叶栅 4喷嘴 单级冲动式汽轮机工作原理结构立体图 “级”是汽轮机中最基本的工 作单元。在结构上它是由静 叶（喷嘴）和对应的动叶所 组成；一列固定的喷嘴和与 它配合的动叶片构成了汽轮 机的基本作功单元，称为汽 轮机的“级” 。 Date4 动力工程汽轮机 一. 汽轮机的工作原理 汽轮机内的能量转换 一定压力和温度的蒸汽流经固定不动的 喷嘴，并在其中膨胀，蒸汽的压力、温 度不断降低，速度不断增加，使蒸汽的 热能转化为动能 蒸汽热能 气流的动能 轴的机械能 喷嘴 动叶 Date5 动力工程汽轮机 喷嘴与动叶动

3、画 00:05 Date6 动力工程汽轮机 （一）冲动作用原理 p冲动力的定义：根据力学知识，当 一运动物体碰到另一个静止的物体或 者运动速度低于它的物体时，就会受 到阻碍而改变其速度的大小或方向， 同时给阻碍它的物体的一个作用力 p特点：蒸汽仅把从喷嘴中获得的动 能转变为机械功，蒸汽在动叶通道中 不膨胀，动叶通道不收缩 Date7 动力工程汽轮机 基本工作原理视频 3:05 Date8 动力工程汽轮机 从作用力方面分析原理 l 喷嘴出口处：蒸汽以相对速 度w1进入动叶通道，由于受到动 叶的阻碍，汽流方向不断改变， 最后以相对速度w2流出动叶通道 ， l 在流道中蒸汽对动叶产生一个轮 周方向的

4、冲动力F1，该力对动叶 作功使动叶转动 蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度的变化 Date9 动力工程汽轮机 反动力定义：蒸汽在动叶汽道内膨胀时 对动叶的作用力。根据动量守恒定律， 当气体从容器中加速流出时，要对容器 产生个与流动方向相反的力。 基本特点：蒸汽在动叶流道中不仅要改 变方向，而且还要膨胀加速，从结构上 看动叶通道是逐渐收缩的。 （二）反动作用原理 Date10 动力工程汽轮机 从作用力方面分析原理 蒸汽流经级时先在喷嘴中膨胀压力 降低，速度增加一方面通过速度方 向的改变，产生冲动力F1 蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低 ，所产生的焓降转化为动能造成动 叶出口的相对速度w2大于进口相对 速

5、度w1，使汽流产生了作用于动叶 上的与汽流方向相反的反动力Fr。 在蒸汽的冲动力和反动力合力作用 下推动动叶旋转作功。 动叶通道是逐渐收缩的 Date11 动力工程汽轮机 Date12 动力工程汽轮机 汽轮机的基本作功单元“级” 能量转换的主要部件是一组喷管和一圈动叶，由它们 组合而成的工作单元，称为汽轮机的一个“级”。 Date13 动力工程汽轮机 第二节 汽轮机级内的工作过程 Date14 动力工程汽轮机 级内的汽流 Date15 动力工程汽轮机 一、蒸汽在喷管内的能量转换 蒸汽在喷管内的流动过程，理想情 况下是等熵膨胀过程，实际是不可 逆的绝热膨胀过程。 喷管损失： Date16 动力工

6、程汽轮机 二、蒸汽在动叶内的能量转换 单级汽轮机速度三角形 Date17 动力工程汽轮机 Date18 动力工程汽轮机 动叶内的损失 由于摩擦等损失，动叶内的汽流速度会降低 动叶损失 余速损失 动叶损失 Date19 动力工程汽轮机 Date20 动力工程汽轮机 反动级 反动度为0.5的级。 反动级动叶出口的蒸汽理想相对速度 Date21 动力工程汽轮机 反动级的特点 在保持最高效率的前提下， 反动级可以转换的蒸汽焓降 约为冲动级的一半。因而， 同等容量的反动式结构汽轮 机总级数要比冲动式结构汽 轮机的总级数大致多一倍。 反动式汽轮机的特点： 级数多、制造工艺要求 高、造价高。 效率较高。 D

7、ate22 动力工程汽轮机 轮周功率 根据动量定理 若蒸汽流量为 D kg/s，则汽流作用于动叶上的圆周力为 此圆周力在每秒钟内所作之功，称为“轮周功率” Date23 动力工程汽轮机 速度级:为使充分利用余速，在两列动 叶之间装设列导向叶片，排汽经过导 向叶片后改变方向，进入第二列动叶继 续作功。这种级称为速度级。 复速级：同一叶轮上装有两列动叶片 的双列速度级，又称为复速级。 工作特点：蒸汽主要在喷嘴中膨胀加 速：动叶通道和导向叶片通道中基本不 膨胀，焓降大、效率较低。用于单级汽 轮机和中、小型多级汽轮机的第一级。 3) 复速级 Date24 动力工程汽轮机 第三节 多级汽轮机 Date2

8、5 动力工程汽轮机 汽轮机装置 现代汽轮机，由于采用越来越高的蒸汽初参数和很低的排汽压 力，整机的理想焓降都很大，为了有效利用蒸汽的焓降，汽轮 机大都采用多级形式（压力多级、速度多级）。 Date26 动力工程汽轮机 压力多级汽轮机的应用 所谓压力多级汽轮机，就是蒸汽从很高的初压膨胀到很低 的终压，是在很多个压力级内分段依次进行的，也就是把 蒸汽的总焓降分配给若干个压力级来进行，每个压力级都 有自己的喷嘴和动叶，整台汽轮机就像由若干台单级汽轮 机串联起来一样。 这种压力多级汽轮机的各项损失都比较小，其效率一般要 比速度多级汽轮机高得多；因此，现代大、中型汽轮机几 乎无所例外地都采用压力多级得结

9、构型式，其级数可根据 功率需要确定，一般以10级以上者较为多见。 Date27 动力工程汽轮机 多级汽轮机的剖面 Date28 动力工程汽轮机 Date29 动力工程汽轮机 Date30 动力工程汽轮机 二. 汽轮机的分类 按工作原理分 冲动式汽轮机 反动式汽轮机 按热力特性分 凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 调节抽汽式汽轮机 中间再热式汽轮机 Date31 动力工程汽轮机 凝汽式汽轮机 特点：在汽轮机中作功后的排汽，在低于大 气压力的真空状态下进入凝汽器凝结成水。 Date32 动力工程汽轮机 背压式汽轮机 特点：是排汽直接用于供热，没有凝汽器。 当排汽作为其它中低压汽轮机的工作蒸汽时 ，称为前

10、置式汽轮机。 抽汽背压式 Date33 动力工程汽轮机 调节抽汽式汽轮机特点：从汽轮机某级后抽出 具有一定压力的蒸汽对外供热，其余排汽仍 进入凝汽器。 中间再热式汽轮机特点：进入汽轮机的蒸汽膨 胀到某一压力后，被全部抽出送往锅炉的再 热器进行再热，再返回汽轮机继续膨胀作功 。 Date34 动力工程汽轮机 3. 按主蒸汽压力分 汽轮机类别主蒸汽压力（MPa) 低压汽轮机0.121.5 中压汽轮机24 高压汽轮机610 超高压汽轮机1214 亚临 界压力汽轮机1618 超临界压力汽轮机22.1 超超临界压力汽轮机32 Date35 动力工程汽轮机 XX - XX - XX 变型设计次序 蒸汽参数

11、额定功率 型 式 例：N300-16.7/537/537-2型汽轮机 300MW凝汽式汽轮机,主蒸汽压力为16.7MPa，温度为 537C,再热蒸汽温度537C,中间再热凝汽式汽轮机，属第二次 变型设计 三. 汽轮机的型号 Date36 动力工程汽轮机 汽轮机型式代号见下表 代号型式代号型式 N凝汽式CB抽汽背压式 B背压式CY船用 C一次调整抽汽式 Y移动式 CC两次调整抽汽式 HN核电汽轮机 Date37 动力工程汽轮机 汽轮机型号中蒸汽参数表示法 型 式参数表示方法示例 凝汽式主蒸汽压力/主蒸汽温度N100-8.83/535 中间再热式主蒸汽压力/主蒸汽温度/中间再热温度 N300-16

12、.7/538/538 抽汽式 主蒸汽压力/高压抽汽压力/低压抽汽 压力 C50-8.83/0.98/0.118 背压式主蒸汽压力/背压B50-8.83/0.98 抽汽背压式主蒸汽压力/抽汽压力/背压CB25-8.83/0.98/0.118 Date38 动力工程汽轮机 第四节 汽轮机的效率和功率 Date39 动力工程汽轮机 一、汽轮机的内部损失 汽轮机运行时，在它的每个级内，都不可避免地有各种 级内的能量损失。包括 喷管损失 动叶损失 余速损失 叶轮摩擦损失 叶片鼓风损失 级内漏汽损失 湿气损失，等 Date40 动力工程汽轮机 余速损失 中间级的余速可能被下一级加以利用。 Date41 动

13、力工程汽轮机 叶轮摩擦及叶片鼓风损失 叶轮两侧表面与周围的蒸汽（非工作汽 流）发生摩擦，消耗一部分机械功。 没有工作汽流的叶片，对周围非工作蒸 汽鼓风作用，消耗掉的部分机械能。 Date42 动力工程汽轮机 Date43 动力工程汽轮机 Date44 动力工程汽轮机 级 内 漏 汽 损 Date45 动力工程汽轮机 Date46 动力工程汽轮机 6湿汽损失 湿蒸汽引起的有用功损失，称为湿汽损失。 蒸汽由于凝结成水使作功量减少 高速的蒸汽带动低速的水珠而消耗一部分动 能 水珠进入动叶时撞击在进口处的动叶片背弧 上，阻止叶轮旋转 安全上，动叶会被湿汽冲蚀损坏 Date47 动力工程汽轮机 Date

14、48 动力工程汽轮机 Date49 动力工程汽轮机 Date50 动力工程汽轮机 级的相对效率 通常用级的相对内效 率表示蒸汽在某级内 膨胀的完善程度 Date51 动力工程汽轮机 二、汽轮机的各种效率以及功率的确定 汽轮机的相对内效率 是衡量整台汽轮机内部构 造完善程度的指标。它越 大，表明损失越小。 一般：7890 Date52 动力工程汽轮机 汽轮机的内部功率 D 汽轮机的总汽耗量，kg/h P0 汽轮机的理想功率 Date53 动力工程汽轮机 轴功率&电功率 Pe 轴功率 Pel 电功率 Date54 动力工程汽轮机 电效率 发电机所发出的电功率与汽轮机总的热耗 量之比，称为汽轮发电机

15、组的电效率hel Date55 动力工程汽轮机 汽轮发电机组的汽耗率 汽轮发电机组每发出1kW.h电能所消耗的 蒸汽量，称为该汽轮发电机组的汽耗率 Date56 动力工程汽轮机 第六节 汽轮机本体结构实例 Date57 动力工程汽轮机 一、多级汽轮机概述 东方汽轮机厂生产的双缸双排汽300 MW汽轮机纵剖面 Date58 动力工程汽轮机 哈尔滨汽轮机厂四缸四排汽600 MW反功式汽轮机纵剖面 Date59 动力工程汽轮机 东方汽轮机厂东汽东汽600MW600MW1000MW1000MW系列空冷机组系列空冷机组 亚临 界两排汽机组纵 剖面图 亚临界四排汽机组纵剖面图 Date60 动力工程汽轮机 东方汽轮机厂东汽东汽600MW600MW1000MW1000MW系列空冷机组系列空冷机组 超临界四排汽机组纵剖面图 超临界两排汽机组纵剖面图 Date61 动力工程汽轮机 ALSTOM Date62 动力工程汽轮机 三菱重工 Date63 动力工程汽轮机 东汽超超临界1000MW汽轮机 Date64 动力工程汽轮机 多级汽轮机的热力过程线 汽轮机的相对内效 率 教材勘误！教材勘误！ Date65 动力工程汽轮机 （一）多级汽轮机的效率大大提高 l在设计工况下每一级都在最佳工况附近工作 l余速动能可以全部或部分的被下一级利用 l在容积流量相同的条件下由于直径较小因而叶高 损失减小，喷嘴流