《汽轮机原理》01

《《汽轮机原理》01》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《汽轮机原理》01（107页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1,汽轮机原理,任课教师： 杨 洛 鹏 能源与动力学院,2,汽轮机原理,参考教材： 汽轮机原理沈士一 康松 中国电力出版社 汽轮机原理翦天聪 水利电力出版社 电厂汽轮机,3,汽轮机原理,考核方式：平时成绩： 20%作业和课堂测试： 20%期末考试： 60%联系方式：杨洛鹏 13130403891学院楼416A,4,绪论,1 火电厂基本概念 （一）能量转换过程 燃料化学能 蒸汽热能 机械能 电能 （二）火电厂三大主机锅 炉：将燃料的化学能转变为蒸汽的热能 汽轮机：将锅炉生产蒸汽热能转化为转子旋转机械能 发电机：将旋转机械能转化为电能,5,B：锅炉 S：锅炉过热器 T：汽轮机 C：冷凝器 P：水泵

2、,火力发电厂示意图,6,火电厂外景,7,火电厂外景,8,火电厂外景,9,火电厂汽轮机,10,火电厂汽轮机,11,火电厂集控室,12,火电厂汽轮机,13,汽轮机转子,14,汽轮机汽缸&隔板,15,火电厂汽轮机汽缸外形,16,历年人均指标,17,历年主要技术经济指标,18,我国能源供需变化情况,19,我国能源消费结构（%）,20,我国能源生产构成（%）,21,2000年世界一次能源供给的构成,22,2000年全球电力生产的能源构成,23,中国2003年可再生能源开发利用量,24,2 汽论机分类：,汽轮机,冲动式汽轮机,反动式汽轮机,凝汽式汽轮机,供热式汽轮机,背压式汽轮机,调节抽汽式汽轮机,低压汽

3、轮机,中压汽轮机,高压汽轮机,超高压汽轮机,亚临界压力汽轮机,超临界压力汽轮机,按作功原理分,按功能分,按参数高低分,25,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,供热,Turbine,Turbine,热用户,Turbine,26,按主蒸汽参数分类 低压汽轮机：小于1.47 Mpa； 中压汽轮机：1.96 3.92 Mpa； 高压汽轮机：5.88 9.81 Mpa； 超高压汽轮机：为11.77 13.93 Mpa； 临界压力汽轮机：15.69 17.65 Mpa； 超临界压力汽轮机：大于22.15 Mpa； 超超临界压力汽轮机：大于32 Mpa,27,我国一次能

4、源需求的情景预测 （Mtce),28,我国电力生产的情景预测 (TWh),29,3 汽轮机的主要技术发展,采用大容量机组 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,30,4 汽轮机制造工业,美国 通用电气公司、西屋电气公司 日本 日立制作所、东芝电器会社、三 菱重工株式会社 瑞士 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,31,第一章 汽轮机级的工作原理 第一节 概述,一 ， 汽 轮 机 的 级 、级内能量转换过程 1，汽轮机的级：静叶栅和动叶栅组成了汽轮机作功的最小单元静叶栅

5、：静叶按一定的角度和距离排列，静叶栅构成的蒸汽通道称为喷嘴动叶栅：动叶按一定的角度和距离安装在叶轮上 。,32,第一章 汽轮机级的工作原理 第一节 概述,33,34,2，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。,35,3，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作的机械功等于蒸汽微团流进、流出动

6、叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级。,36,4，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。冲动力和反动力的合力不与轮周方向一致。蒸汽通过这种级，两种力同时作功。通常称这种级为反动级。,37,38,二 ， 反 动 度,39,三 ， 冲 动 级 和 反 动 级,冲 动 级 有 三 种 不 同 的 形 式 ：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， = 、 = 0 、 = ，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 表示。 2

7、，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。蒸汽膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，小部分在动叶栅中完成。它具有作功能力大、效率高的特点。,40,3. 复 速 级 由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级，称为复速级。第一列动叶栅通道流出汽流，其流速还相当大，为了利用这一部分动能，在第一列动叶栅之后装上一列导向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶栅通道继续作功。复速级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大的特点。 4 . 反 动 级 通常把反动

8、度 = 0.5的级称为反动级。对于反动级来说，蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是 ，。反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。动叶叶型与喷嘴叶型相同。反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。,41,5. 速度级 速度级以利用蒸汽速度为主的级，级的焓降选用较大，喷嘴出口 处蒸汽速度较大，为充分利用其热能，常选用复速级。 6 . 压力级 以利用机组中合理分配的压力降或焓降为主的级，单列冲动级或反动级。 7 . 调节级喷嘴调节的汽轮机中，第一级的通流面积随负荷变化而变化，又称为调节级，中小汽轮机采用复速级，大容量汽轮机采用单列冲动级。,42,43,第二节 汽轮机级内能量转换过程,一 ， 基 本

9、假 设 和 基 本 方 程 式流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的三元流动的实际流体。为了研究方便，特作如下假设： 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。 可压缩流体的稳态、绝热、一元流动,44,基本方程式：,1 . 连 续 方 程 式 2 . 能 量 方 程 式 3 . 状 态 及 过 程 方 程 式 4 . 动 量

10、方 程 式 5 . 气 动 方 程 式,45,二，蒸汽在静叶栅通道中的膨胀过程,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 对于过热蒸汽，可近似看做理想气体，则上式可写成：,46,（ 一 ） 喷 嘴 出 口 汽 流 速 度 计 算,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 p(初速）是已知的条件。按等熵过程膨胀，其过程曲线如右图所示。喷嘴出口汽流理想速度为或者为 上二式中， -蒸汽流出喷嘴出口的理想速度（m / s )；- 蒸汽按等熵过程膨胀的

11、终态焓（J/kq )。,47,右图中， 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： 把相应的滞止参数 分别代入，则,48,2，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 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 表 示 ： 喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为喷嘴能量损失系数，用 表示：,49,( 二 ） 喷 嘴 中 汽 流 的 临 界 状 态,1，临界速度 汽流的音速为 ， 当在式中用滞止参数表示有关参数时，代入音速公

12、式，则有上式中， 为滞止状态下的音速。当 已知， 一定值。 在膨胀过程中，到某一截面会出现汽流速度等于当地音速。当汽流速度等于当地音速时，则称此时的流动状态为临界状态。这时的参数为临界参数，用 等表示。临界速度为：,50,2，临界压力 临界压力为： 对于等熵膨胀过程来说，有 ，则上式为 上式表明，临界压力只与蒸汽指数k和初压有关。临界压力与初压之比称为临界压力比，用 表示： 对于过热蒸汽（k=1.3)则 =0.546;对于饱和蒸汽（k =1.135 )则 =0.577 .,51,（ 三 ） 喷 嘴 截 面 积 的 变 化 规 律,由等熵过程方程和连续方程得（1）当汽流速度小于音速，即M0，则必

13、须dA/dx1时，若要使汽流能继续加速，即dc/dx0，则必须dA/dx0，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M=1，这时，dA/dx =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。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。,52,压力、焓降、截面积、汽流速度、音速、比容沿流动的变化规律,53,（ 四 ） 喷 嘴 流 量 计 算,1，喷嘴的理想流量 计算

14、喷嘴的理想流量 可用下式计算:式中， - 喷嘴出口处截面积， (m) ;- 喷嘴出口处理想汽流速度，(m/s) ;- 喷 嘴 出 口 处 比 容 ， （ m / k q ) 。 用等熵过程方程代入上式 , 则上式为 称 为喷嘴前后压力比。,54,2，喷嘴流量曲线 当喷嘴前的参数 喷嘴出口截面积 一定时，通过喷嘴的流量 只取决于喷嘴前后压力比。它们的关系如 右图中ABC曲线所示。当压力比从1逐渐 缩小时，流量逐渐增加，当喷嘴前后压力比 等于临界压力比（ ) ， 达最大值，如B所示。这时的流量称为临 界流量，用 表示。当喷嘴前后压力比小于临界压力比时，流量保持最大值 不变，如AB所示。其临界流量为： 式中，只与k值有关。对于过热蒸汽（k=1.3), =0.667；饱和蒸汽（k=1.135) , =0.635。,55,3，通过喷嘴的实际流量的计算 通过喷嘴的实际流量为： 式中， 称为喷嘴流量系数。对于过热蒸汽，取 = 0.97；对于饱和蒸汽，取 = 1.02。 考虑了流量系数之后，通过喷嘴的实际流量为： 对于过热蒸汽： 对于饱和蒸汽： 另外还可以用单一的计算公式表示： 其中，称为彭台门系数。对于亚临界流动，1,对于临界流动，=1。,