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1、汽轮机工作原理汽轮机工作原理热力过程分析热力过程分析n n热力过程线热力过程线-蒸汽在动、静叶栅中膨胀蒸汽在动、静叶栅中膨胀过程在过程在h-sh-s图上的表示。图上的表示。热力过程分析热力过程分析n理想过程理想过程-可逆的等熵过程。可逆的等熵过程。n实际过程实际过程-不可逆绝热膨胀过程不可逆绝热膨胀过程（耗散效应，转换效率低于理想过程）（耗散效应，转换效率低于理想过程） 1.部分动能转变为热能（部分动能转变为热能（能量贬值能量贬值）-热能被蒸汽重新吸收热能被蒸汽重新吸收 2.实际过程喷嘴和动叶出口汽流的焓与实际过程喷嘴和动叶出口汽流的焓与熵相对理想过程增加熵相对理想过程增加h hs s动叶进口
2、动叶进口喷嘴进口喷嘴进口0 0入口初速动能入口初速动能1 12 2余速动能余速动能喷嘴损失喷嘴损失动叶损失动叶损失喷嘴理想比焓降喷嘴理想比焓降+ += =动叶理想比焓降动叶理想比焓降 轮周损失轮周损失n喷嘴损失、动叶损失、余速损失统称喷嘴损失、动叶损失、余速损失统称为级的轮周损失。为级的轮周损失。喷嘴损失n喷嘴出口汽流的实际比焓值与理想比焓值之差即是喷嘴中的能量损失动叶损失n动叶出口汽流的实际比焓值与理想比焓值之差即是动叶中的能量损失余速损失n汽流离开动叶通道时具有一定的速度，这个速度对应的动能在该级内已不能转换成机械能，因而对该级而言就是一种能量损失，称为余速损失喷嘴喷嘴( (或动叶或动叶)
3、 )效率效率-实际焓降与理想焓降之比实际焓降与理想焓降之比1kg1kg蒸汽在级的理想过程中输出给动叶栅的机蒸汽在级的理想过程中输出给动叶栅的机械功称为级的滞止理想比焓降械功称为级的滞止理想比焓降1kg1kg蒸汽实际转换为动叶栅上机械功的有效蒸汽实际转换为动叶栅上机械功的有效焓降称为轮周有效比焓降焓降称为轮周有效比焓降反动度反动度n又称为反动率又称为反动率,表征蒸汽在动叶通道中的膨表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度。定义为动叶中的理想焓降与级的胀程度。定义为动叶中的理想焓降与级的等熵绝热焓降之比等熵绝热焓降之比,级的平均直径级的平均直径(1/2叶高叶高)处的反动度用处的反动度用m来表示。即来表示。即
4、级的分类级的分类n纯冲动级n反动级n冲动级n复速级纯冲动级纯冲动级n热力特点:汽流在动叶通道中不膨胀n动叶受力特点：冲动力，无膨胀加速的反动力n结构特点:动叶叶型几乎为对称弯曲，即动叶内各流通截面近似相同n流动特点:动叶进出口处压力P1=P2和汽流的相对速度w1=w2相等n性能特点：做功能力大，但效率较低，损失大，故现已不在采用。反动级反动级n热力特点:动静叶中蒸汽膨胀程度相等n动叶受力特点：既受冲动力和汽流在动叶中转向的反动力，又受膨胀加速的反动力n结构特点:动、静叶通道的截面基本相同；动静叶型相同。n流动特点:动、静叶中增速相等.n性能特点：做功能力最小，流动效率最高，动叶顶部漏汽大。冲动
5、级冲动级n热力特点:膨胀主要发生于喷嘴中,为提高流动效率动叶中也有少量膨胀n动叶受力特点：既受冲动力和汽流在动叶中转向的反动力，又受膨胀加速的反动力n结构特点:动叶通道的弯曲程度小于静叶；n流动特点:动叶中增速小于静叶n性能特点：相同几何尺寸下，做功能力比反动级大，流动效率较纯冲动级高复速级（速度级）复速级（速度级）n定义：蒸汽动能转变为转子机械能的过程在级内进行一次以上的级n目前常用的是进行两次转换的级，故又称为双列速度级或复速级，即由固定的喷嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅所组成的级n复速级通常在一级内要求承担很大焓降时采用。如单级汽轮机或作为中、小型多级冲动式汽轮机和多级反
6、动式汽轮机的第一级（调节级）复速级复速级n热力特点:汽流在导叶和动叶通道中不膨胀。n动叶受力特点：冲动力，无膨胀加速的反动力n结构特点:导叶和动叶为等截面通道；n流动特点:导叶中汽流只转向不加速，动叶中也不增速.n性能特点：做功能力最大，流动效率最低。复速级的结构级的类型和特点反动度反动度叶片类型叶片类型做功能做功能力（焓力（焓降）降）效率效率纯冲动纯冲动级级m=0隔板叶轮隔板叶轮型型较高较高较低较低反动级反动级 转鼓型转鼓型最低最低最高最高冲动级冲动级m=0.050.3隔板叶轮隔板叶轮型型较低较低较高较高复速级复速级隔板叶轮隔板叶轮型型最高最高最低最低调节级调节级n随负荷变化，级内通流面积也
7、发生随负荷变化，级内通流面积也发生变化的级为调节级。变化的级为调节级。n采用喷嘴调节的汽轮机的第一级都采用喷嘴调节的汽轮机的第一级都是调节级。是调节级。n按照汽轮机的能量转换特点，还可按照汽轮机的能量转换特点，还可以把级分为速度级和压力级。以把级分为速度级和压力级。n速度级以利用汽流速度为主，复速速度级以利用汽流速度为主，复速级是一列，还有多列速度级。级是一列，还有多列速度级。n压力级以利用汽轮机内分配给该级压力级以利用汽轮机内分配给该级的压力降或焓降为主，单列冲动级的压力降或焓降为主，单列冲动级和反动级均属于压力级。和反动级均属于压力级。轮周轮周轮周轮周损失损失损失损失相对相对内效内效率率h
8、hu u轮轮周周效效率率hhi i1.1.喷嘴损失喷嘴损失hhn n2.2.动叶损失动叶损失hhb b3.3.余速损失余速损失hhc2c2汽轮机的级内损失汽轮机的级内损失湿气损失湿气损失hxhx4.4.叶高损失叶高损失hhl l5.5.扇形损失扇形损失hh6.6.叶轮摩擦损失叶轮摩擦损失hhf f部分进汽损失部分进汽损失hehe漏汽损失漏汽损失hh级内级内损失损失 九项九项叶高损失叶高损失hhl ln本质：叶片的端部损失，本质上仍本质：叶片的端部损失，本质上仍是喷嘴和动叶的流动损失。工程上是喷嘴和动叶的流动损失。工程上为了方便，把它单独分出来计算。为了方便，把它单独分出来计算。n叶高损失主要决
9、定于叶高，当叶片叶高损失主要决定于叶高，当叶片很高时可以忽略不计。很高时可以忽略不计。扇形损失扇形损失hh n形成原因：叶栅的相对节距形成原因：叶栅的相对节距t/b不是常不是常数数,而是从内径向外径成正比例增加的，而是从内径向外径成正比例增加的，这样除了平均直径处的相对节距为最这样除了平均直径处的相对节距为最佳外，其他各截面偏离最佳值，这就佳外，其他各截面偏离最佳值，这就带来了流动损失。带来了流动损失。n叶栅出口汽流在轴向间隙中存在着压叶栅出口汽流在轴向间隙中存在着压力梯度，即由内径向外径静压力逐渐力梯度，即由内径向外径静压力逐渐增加，所以会产生径向流动损失。增加，所以会产生径向流动损失。n采
10、用采用扭叶片扭叶片较直叶片该损失要小。较直叶片该损失要小。叶轮摩擦损失叶轮摩擦损失hfhfn组成：组成：叶轮两侧及围带表面粗糙度引叶轮两侧及围带表面粗糙度引起的摩擦损失；叶轮和隔板间的涡流起的摩擦损失；叶轮和隔板间的涡流运动引起的损失运动引起的损失n减小叶轮与隔板间的腔室容积，降低减小叶轮与隔板间的腔室容积，降低粗糙度，可减少叶轮摩擦损失粗糙度，可减少叶轮摩擦损失部分进汽损失部分进汽损失hehen定义：定义：喷嘴叶栅不是整圈布置，而是喷嘴叶栅不是整圈布置，而是只占据部分圆周，这种布置叫部分进只占据部分圆周，这种布置叫部分进汽。如小汽机高压级和喷嘴调节汽轮汽。如小汽机高压级和喷嘴调节汽轮机的调节
11、级机的调节级 部分进汽损失部分进汽损失hehe的组成的组成1 1n鼓风损失：鼓风损失：发生在不装喷嘴的弧段内。发生在不装喷嘴的弧段内。当动叶片蒸汽进入到没有喷嘴段的空间中，当动叶片蒸汽进入到没有喷嘴段的空间中，对周围不工作的蒸汽起鼓风作用对周围不工作的蒸汽起鼓风作用，经蒸汽，经蒸汽从叶片的一侧移向另一侧从叶片的一侧移向另一侧所耗机械功的损所耗机械功的损失失n部分进汽度越小，鼓风损失越大部分进汽度越小，鼓风损失越大。部分进汽损失部分进汽损失hehe的组成的组成2 2n n斥汽损失：斥汽损失：发生在装有喷嘴的工作弧段发生在装有喷嘴的工作弧段内。内。当动叶由非工作弧段进入工作弧段时，从喷嘴当动叶由非
12、工作弧段进入工作弧段时，从喷嘴喷出的高速汽流，要喷出的高速汽流，要排斥并加速排斥并加速停滞在动叶汽道中停滞在动叶汽道中的蒸汽，的蒸汽，消耗了工作蒸汽的一部分动能消耗了工作蒸汽的一部分动能n n动叶每经过一组喷嘴弧段就产生一次斥动叶每经过一组喷嘴弧段就产生一次斥汽损失，所以在相同的部分进汽度下，汽损失，所以在相同的部分进汽度下，喷嘴沿圆周分布的喷嘴沿圆周分布的组数越多，斥汽损失组数越多，斥汽损失越大。越大。调节级的喷嘴组数不超过调节级的喷嘴组数不超过6组。组。漏汽损失漏汽损失hhn n组成：组成：隔板漏汽损失隔板漏汽损失hp，叶顶漏汽损失，叶顶漏汽损失htn在汽轮机通流部分中，隔板和转轴之间、在
13、汽轮机通流部分中，隔板和转轴之间、动叶顶部和汽缸之间，在转鼓结构的反动动叶顶部和汽缸之间，在转鼓结构的反动级中静叶与转鼓之间都存在着间隙，并且级中静叶与转鼓之间都存在着间隙，并且各间隙前后的蒸汽都存在压差，因此都会各间隙前后的蒸汽都存在压差，因此都会发生不同程度的漏汽，造成漏汽损失。发生不同程度的漏汽，造成漏汽损失。n漏汽量正比于间隙面积和间隙两侧压差，漏汽量正比于间隙面积和间隙两侧压差，为了减少漏汽损失，应从为了减少漏汽损失，应从减少间隙面积和减少间隙面积和间隙两侧压差间隙两侧压差着手着手隔板的汽封装置隔板的汽封装置动叶顶部汽封示意图动叶顶部汽封示意图(a)(a)隔板漏汽和叶顶漏汽隔板漏汽和
14、叶顶漏汽(b)(b)高低齿汽封高低齿汽封反动级漏汽损失较冲动级大的原因反动级漏汽损失较冲动级大的原因p反反动动级级内内径径汽汽封封的的漏漏汽汽量量比比冲冲动动级级的的隔隔板板漏漏汽汽量量大大，主主要要是是因因为为内内径径汽汽封封的的直直径径比比隔隔板板汽汽封封大大，而而汽汽封封齿齿数数又又比较少比较少p反反动动级级动动叶叶前前后后的的压压差差较较大大，其其叶叶顶顶漏汽量相当可观。漏汽量相当可观。湿气损失湿气损失hxhxn饱和蒸汽轮机的各级和普通凝汽式汽轮机饱和蒸汽轮机的各级和普通凝汽式汽轮机的最后几级都工作于湿蒸汽区。的最后几级都工作于湿蒸汽区。湿蒸汽的过饱和现象对级的能量转换所产湿蒸汽的过饱
15、和现象对级的能量转换所产生的影响表现为理想比焓降的减少，形成生的影响表现为理想比焓降的减少，形成过冷损失过冷损失。(2)湿蒸汽在膨胀过程中析出水珠，在汽水两湿蒸汽在膨胀过程中析出水珠，在汽水两相流动中，低速的水珠被高速的蒸汽挟带相流动中，低速的水珠被高速的蒸汽挟带着流动，从而消耗了汽流的一部分动能，着流动，从而消耗了汽流的一部分动能，称之为称之为挟带损失挟带损失。水珠的速度小于汽相的速度，偏离动叶入水珠的速度小于汽相的速度，偏离动叶入口方向的水珠撞在动叶进口处的背弧上，口方向的水珠撞在动叶进口处的背弧上，产生了阻止叶轮旋转的制动作用，克服它产生了阻止叶轮旋转的制动作用，克服它就要消耗一部分有用
16、功，称之为就要消耗一部分有用功，称之为制动损失制动损失水珠撞在喷嘴进口处的壁面上，扰乱了主水珠撞在喷嘴进口处的壁面上，扰乱了主汽流，造成损失，称之为汽流，造成损失，称之为扰流损失扰流损失。采用捕水装置，当从级内排除部分液相的采用捕水装置，当从级内排除部分液相的同时，都不可避免的伴同时，都不可避免的伴 随着一部分蒸汽同随着一部分蒸汽同时被抽出汽轮机，造成时被抽出汽轮机，造成工质损失工质损失。 * *除三项轮周损失外，一个级的内部不会存在所有这些损除三项轮周损失外，一个级的内部不会存在所有这些损失。失。一般讲，喷嘴、动叶、余速、漏汽、摩擦损失级内都存一般讲，喷嘴、动叶、余速、漏汽、摩擦损失级内都存
17、在；在；部分进汽的级存在部分进汽损失；部分进汽的级存在部分进汽损失；当压力级的叶片较长，而又不扭曲时，将会有扇形损失；当压力级的叶片较长，而又不扭曲时，将会有扇形损失；在湿蒸汽区工作时，还会有湿汽损失等在湿蒸汽区工作时，还会有湿汽损失等; ;因此，在具体进行级的热力分析计算时，一定要根据该级因此，在具体进行级的热力分析计算时，一定要根据该级的实际情况来确定具有哪些损失。的实际情况来确定具有哪些损失。 当制造不良，或运行工况变化时，会有摩擦损失；当制造不良，或运行工况变化时，会有摩擦损失；级的相对内效率级的相对内效率n n级的有效比焓降级的有效比焓降hi与级的理想可用与级的理想可用能量能量E0之比称为级的相对内效率，之比称为级的相对内效率，简称级效率，用简称级效率，用i表示，表示，可用来衡可用来衡量级内能量转换的效果量级内能量转换的效果级的内功率级的内功率式中：式中：D、G为级的进汽量，其单位为级的进汽量，其单位分别是分别是t/h和和kg/s。 扭叶片扭叶片扭叶片扭叶片扭叶片扭叶片扭叶片扭叶片隔板隔板套隔板套叶轮
