《汽輪機(jī)》多媒體

1、汽 輪 機(jī) 原 理汽 輪 機(jī) 原 理Steam Turbine Theory 機(jī)械學(xué)院熱能與環(huán)境工程研究所緒論 汽輪機(jī)是以蒸汽為工質(zhì)的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械，主要用作發(fā)電原動(dòng)機(jī)，也用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和船舶螺旋槳等。一、汽輪機(jī)的分類1、按工作原理分沖動(dòng)式汽輪機(jī)反動(dòng)式汽輪機(jī)2、按熱力特性分凝汽式汽輪機(jī)背壓式汽輪機(jī)抽汽式汽輪機(jī)抽汽背壓式汽輪機(jī)多壓式汽輪機(jī)3、按主蒸汽壓力分汽輪機(jī)類別主蒸汽壓力（MPa)低壓汽輪機(jī)0.121.5中壓汽輪機(jī)24高壓汽輪機(jī)610超高壓汽輪機(jī)1214亞臨界壓力汽輪機(jī)1618超臨界壓力汽輪機(jī)22.1超超臨界壓力汽輪機(jī)32二、汽輪機(jī)型號(hào)的表示方法汽輪機(jī)型號(hào)的組成為： XX -

2、XX - XX變型設(shè)計(jì)次序蒸汽參數(shù)額定功率型式例：N300-16.7/538/538 300MW凝汽式汽輪機(jī),主蒸汽壓力為16.7MPa，溫度為538C,再熱蒸汽溫度538C。汽輪機(jī)型式代號(hào)見(jiàn)下表：代號(hào)型式代號(hào)型式N凝汽式CB抽汽背壓式B背壓式CY船用C一次調(diào)整抽汽式Y(jié)移動(dòng)式CC兩次調(diào)整抽汽式HN核電汽輪機(jī)第一章 汽輪機(jī)級(jí)的工作原理 級(jí)是汽輪機(jī)中最基本的工作單位 級(jí)由靜葉柵（噴嘴柵）和動(dòng)葉柵組成 本章著重闡述單級(jí)汽輪機(jī)的工作原理第一節(jié) 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)基本假設(shè)（1）蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)是穩(wěn)定流動(dòng)（2）蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)是一元流動(dòng)（3）蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)是絕熱流動(dòng)基本方程式（1）狀態(tài)方程 pv=RT（2

3、）等熵過(guò)程方程pvk=常數(shù)（3）連續(xù)性方程 Gv=Ac（4）能量守恒方程22211200chch噴嘴中的熱力過(guò)程 P0,P1分別是噴嘴進(jìn)出口壓力。 理想熱力過(guò)程從01。 實(shí)際熱力過(guò)程是02。 0*點(diǎn)是0的滯止參數(shù)點(diǎn)。hsh1p112h1thnhc00p0P0*0*h0h0*蒸汽滯止和噴嘴出口參數(shù)計(jì)算kkppppkkhhccpkkTRkkTch1010010202111211kkpppkkhhc1*01*0*01*021112噴嘴出口汽流速度的計(jì)算 噴嘴出口的理想速度c1t為：kknnttpppkkhchchhc1*01*0*0*2020101112222噴嘴實(shí)際出口速度為：tcc11噴嘴速度系

4、數(shù)動(dòng)能損失為：*2212212112122nttnhccch噴嘴動(dòng)能損失nh滯止理想比焓降0*h噴嘴的能量損失系數(shù) ：n21n與蒸汽之比噴嘴截面積的變化規(guī)律cdcMAdAcAGacMcdcdpdkpdpconstpk12噴嘴中的臨界狀態(tài)*011*0*0*01212ppkpppkkpkccacpkddpankkcrcrcrcrcrcr臨界壓力比 只取決于蒸汽本身的性質(zhì)，與噴嘴的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。對(duì)于過(guò)熱蒸汽：對(duì)于干飽和蒸汽：cr577. 0546. 0crcr噴嘴中的蒸汽流量 （1）理想情況下，當(dāng)噴嘴前后的壓力比 大于臨界壓力比時(shí)，由連續(xù)性方程 有：ntnntcAGt11實(shí)際流量：ntnnGGkknkn

5、nkktnttnntpkkApppkkAcAG12*0*01*01*0*011112112 稱為噴嘴流量系數(shù)，它主要與蒸汽狀態(tài)及蒸汽在噴嘴中的膨脹程度有關(guān)。n （2）當(dāng)噴嘴前后的壓力比小于或等于臨界壓力比時(shí)，通過(guò)噴嘴的流量將保持不變，即為臨界流量：0011)12(pkkAGkknnct實(shí)際臨界流量：nctnncGG對(duì)于過(guò)熱蒸汽，對(duì)于飽和蒸汽，006473. 0,97. 0, 3 . 1pAGknncn006483. 0,02. 1,135. 1pAGknncn 由以上分析可知，通過(guò)噴嘴的最大蒸汽流量（即臨界流量），在噴嘴出口面積和蒸汽性質(zhì)確定后，只與蒸汽的初參數(shù)有關(guān)；只要初參數(shù)已知，則通過(guò)噴嘴

6、的臨界流量即為定值。5、彭臺(tái)門系數(shù) 當(dāng)噴嘴進(jìn)出口壓力比處于某個(gè)數(shù)值時(shí)，其相應(yīng)的流量Gn與同一初狀態(tài)下的臨界流量Gnc之比值稱為流量比，也稱為彭臺(tái)門系數(shù)，記為。2111211)12()(12crcrnkkkknknncnkkGGnf6、蒸汽在斜切部分的膨脹p0pttct 如圖所示， AB為漸縮噴嘴的出口截面，即吼口截面，ABC 即為斜切部分。當(dāng)噴嘴出口壓力p1大于臨界壓力p1c時(shí)，蒸汽在斜切部分不發(fā)生膨脹。但當(dāng)p1dp1 cr1111sinsinnmnnnttnnnldeltzcGA2、 cr n 1d crncrnncrnmnccrnalzldeRTpGA1*0*0sin648. 0)sin(

7、)sin(111111nmnnnttnnnldeltzcGA3、n1dLaatglzAacrnnnnnn22三、長(zhǎng)葉片級(jí)的設(shè)計(jì)1、葉片徑高比和相對(duì)節(jié)距的定義bttld810的葉片就成為長(zhǎng)葉片，其特點(diǎn)為：（1）圓周速度沿葉高不同，氣流沖擊背弧或凹??；（2）葉柵存在最佳相對(duì)節(jié)距，大于或小于（x1）op造成損失；（3）c1較c0、c2要大得多，受c1u離心力產(chǎn)生徑向壓力梯度的 影響，p1沿葉高是增加的，徑向流動(dòng)產(chǎn)生損失；綜合以上特點(diǎn)，可知長(zhǎng)葉片要按二元或三元流進(jìn)行設(shè)計(jì)2、二元流設(shè)計(jì)（簡(jiǎn)單徑向平衡法cr=0）rcdrdpu211 （1）理想等環(huán)量流型（cz=constc1ur =const） （2）等

8、1角流型(cos 1=c1u/c1 =constc1urcos 1 =const）3、完全徑向平衡法 （1）三元流流型 （2）可控渦流型（反動(dòng)度沿葉高可按需要進(jìn)行控制）dtdmcmccRcrcdrdpmmmmmmmusincos122第四節(jié) 級(jí)內(nèi)各項(xiàng)損失和級(jí)效率一、級(jí)內(nèi)損失 1、噴嘴能量損失、動(dòng)葉能量損失和余速損失 噴嘴能量損失和動(dòng)葉能量損失又稱為葉柵損失，葉柵損失又可分 （1）葉型邊界層的磨擦損失 （2）邊界層脫離引起的渦流損失 （3）尾跡損失 （4）流道中有超音速時(shí)可能存在激波損失 2、葉高損失ulhlh2 . 13、撞擊損失2sin211wh4、扇形損失*27 . 0thdlh5、葉輪摩

9、擦損失32210007. 1udhf6、部分進(jìn)汽損失（1）鼓風(fēng)損失（2）斥汽損失*35 . 111. 010014 . 0tuopanbbswhmxAlBhudlehswehhh7、濕汽損失hx8、漏汽損失h二、級(jí)效率 級(jí)的有效焓降iiirixfelcbnxfelcbntxfelcbntihGWEhhhhhhhhhhhEhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhch02102*220011112第二章 多級(jí)汽輪機(jī)本章主要討論多級(jí)汽輪機(jī)中蒸汽的進(jìn)、排汽損失，軸向推力以及軸封系統(tǒng)等問(wèn)題第一節(jié) 多級(jí)汽輪機(jī)的優(yōu)越性及其特點(diǎn)一、多級(jí)汽輪機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)1、多級(jí)汽輪機(jī)每級(jí)的焓降較小，有可能使速度比設(shè)計(jì)在最佳速

10、度比附近，同時(shí)c1小、u也小，即直徑小，葉高或部分進(jìn)汽度相應(yīng)大，這些都是效率增大；2、各級(jí)余速動(dòng)能可以部分的被利用；3、多級(jí)汽輪機(jī)可以實(shí)現(xiàn)回?zé)嵫h(huán)和中間再熱循環(huán)；4、由于重?zé)岈F(xiàn)象，多級(jí)汽輪機(jī)前面級(jí)的損失部分的被后面各級(jí)所利用。二、重?zé)岈F(xiàn)象和重?zé)嵯禂?shù)1p2p3p4p5phshmactht1ht2ht3ht4ht，2ht，3ht，4hi，1hi，2hi，3hi，4hmaci 在h-s圖上，等壓線沿著比熵增大的方向是逐漸擴(kuò)張的，所以，多級(jí)汽輪機(jī)中上一級(jí)損失的一部分可以在以后各級(jí)中得到利用的現(xiàn)象。 無(wú)損失和有損失時(shí)的理想焓降分別為：4,3 ,2,1 ,4,3 ,2,1 ,tttttttttmacthh

11、hhhhhhhh重?zé)嵯禂?shù)為：mactmactthhh全機(jī)有效比焓降4,3 ,2,1 ,iiiimacihhhhh則全機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率為：mactmacimacrihh各級(jí)平均的相對(duì)內(nèi)效率：jtmaciaverihh, 從以上分析可知，重?zé)岈F(xiàn)象使全機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率高于各級(jí)平均的相對(duì)內(nèi)效率。但并不是說(shuō)越大，全機(jī)的效率就越高。因?yàn)橹責(zé)岈F(xiàn)象的存在只不過(guò)是使多級(jí)汽輪機(jī)能回收其損失的一部分而已。三、汽輪機(jī)裝置的評(píng)價(jià)指標(biāo)蒸汽的熱能內(nèi)功率Pi電功率Pel軸功率Paxrimg1、汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率mactirihDP06 .32、機(jī)械效率rimactaxiaxmhDPPP06 . 33、發(fā)電機(jī)效率mrimactel

12、axelghDPPP06 .3則汽輪發(fā)電機(jī)組的相對(duì)和絕對(duì)電效率為：elrtfwgmrimactelagmrielrhhh,0.,4、汽耗率機(jī)組每生產(chǎn)1KWh電能所消耗的蒸汽量elrmactelhPDd.036005、熱耗率機(jī)組每生產(chǎn)1 KWh電能所需的熱量crrrrfwhhDDhhdq,00第二節(jié) 汽輪機(jī)進(jìn)汽、排汽損失和熱力過(guò)程線一、進(jìn)汽損失 進(jìn)汽速度4060m/s，進(jìn)汽壓力損失p0=0.030.05p0。 優(yōu)化閥的型線，使其帶擴(kuò)壓管，把部分蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。二、排氣損失 凝汽機(jī)組的cex100120m/s，背壓機(jī)組cex4060m/s。 當(dāng)進(jìn)入排汽管的汽流速度較低，即M0.3時(shí)，就必須

13、考慮其壓縮性，但仍然有：1exexexex三、多級(jí)汽輪機(jī)的熱力過(guò)程線（p112116)第三節(jié) 多級(jí)汽輪機(jī)的軸向推力及其平衡 反動(dòng)式汽輪機(jī)的軸向力有100200T，沖動(dòng)式汽輪機(jī)的軸向力有4080T。一、沖動(dòng)式汽輪機(jī)的軸向推力 1、作用在動(dòng)葉上的軸向推力20212122111 ,sinsinppppppldccGFpbmz2、作用在葉輪輪面上的軸向推力20212020202pppppppppppppprrbbccdd20222,4ppdldFdbmz隔板軸封漏汽量為ddllppzAG01112通過(guò)平衡孔的漏汽量為dllppAG202222動(dòng)葉根部軸向間隙處的漏汽量為dcbdrldrllppApAG

14、203333322如動(dòng)葉稍有漏氣，其流量平衡為(d pdFz,2)dlcbdrldllllAAzAGGG22331123113、作用在軸封凸肩上的軸向推力nidpzzpphdF103,4、轉(zhuǎn)子凸肩上的軸向力222214,4ppddFdz二、軸向推力的平衡 1、設(shè)置平衡活塞p121 2、采用具有平衡孔的葉輪p117 3、利用汽輪機(jī)分缸的反向平衡p121 4、采用推力軸承第四節(jié) 軸封及其系統(tǒng)一、軸封類型 1、高低齒曲徑軸封；2、平齒光軸軸封。二、芬諾曲線 等流量曲線zphs0p1p2p3p0h1zpzp0p芬諾曲線三、軸封漏汽量的計(jì)算 1、最后一個(gè)齒隙的汽流速度低于臨界速度02200zpppAGz

15、lll2、最后一個(gè)齒隙的汽流速度等于臨界速度25. 100,zpAGllcrl第三章 汽輪機(jī)在變工況下的工作 汽輪機(jī)噴嘴變工況 級(jí)變工況 機(jī)組變工況 調(diào)節(jié)級(jí)變工況一、漸縮噴嘴的變工況 對(duì)于漸縮噴嘴，當(dāng)其初參數(shù)及出口面積不變時(shí)，通過(guò)噴嘴的流量為：*0*012*0*0648.012pAGGpkkAGncrcrnkknknnncrn時(shí)時(shí)ACBGGcrG1PcrP1P1=PcP 在流量與出口壓力的關(guān)系曲線圖中，BC段近似于橢圓曲線，則：2221111crcrncrcrncrGG即為彭臺(tái)門系數(shù)，此時(shí)通過(guò)噴嘴的任意流量G可表示為：*0*0648. 0pAGGnc當(dāng)蒸汽的參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，噴嘴流量為：1、當(dāng)初

16、壓不變時(shí)*0*0648. 0pAGn2、噴嘴前后壓力同時(shí)變化時(shí)*0*011*0*011*01*0*0*011*0*0*01*0111ppGGppTTppppGGcrcr流量錐的概念 在實(shí)際計(jì)算中，大都采用圖解法計(jì)算流量，即使用流量錐或是流量網(wǎng)圖。假設(shè)最大初壓為p0m，相應(yīng)的最大臨界流量為G0m020001000*0*11*0*001mcrcrcrnmcrcrmmmmGGGGGGpppp m、1、 0之間關(guān)系的三維顯示為流量錐，二維表示為流量網(wǎng)圖。（oad為等腰直角三角形） 漸縮噴嘴流量錐如右圖所示。m10abdc相對(duì)初壓相對(duì)背壓二、縮放噴嘴的變工況（極限壓力p132）2111211111*0*

17、01121*0*0111211212)(12crcrdncrnkkdkdkkncrnkkcrnncrkkdkdnndnAAkkAAkkpAGpkkAG則上式近似于橢圓曲線，21121*011*011111ddnddcrddppppGGppp為橢圓方程，即時(shí)，流量與壓力的關(guān)系1、當(dāng)初壓不變時(shí)*0*0648.0pAGcrnd2、初終參數(shù)同時(shí)改變時(shí)*01*0*0*0111111*01*0*0*0111110TTppGGGGppTTppGGcrcrdddd時(shí)，在三、汽輪機(jī)級(jí)的變工況 噴嘴前、后壓力發(fā)生變化引起流量的變化。反之，當(dāng)流經(jīng)噴嘴的流量變化時(shí)，噴嘴和動(dòng)葉前后的壓力也要隨之變化，從而引起級(jí)內(nèi)各個(gè)參

18、數(shù)發(fā)生變化。本節(jié)主要研究級(jí)中諸參數(shù)隨流量變化而變化的基本規(guī)律。（一）設(shè)計(jì)工況和變動(dòng)工況均為臨界工況1、噴嘴在臨界狀態(tài)*01*01*0*0*0*011xTxTppGGcrcr2、動(dòng)葉在臨界狀態(tài)kkcrcrppRTkkwppGG1*11*11*1*111112*1111111111121111211*11*1*1*111111111ppppTTppAwAwGGkkkkkkbbcrcr若近似認(rèn)為 ，則有：*11*1TT 111*1*111ppppGGcrcr用噴嘴參數(shù)表示則同理有：111*0*01pppp0011*0*011ppGGppGGcrcrcrcr小結(jié)： 當(dāng)級(jí)在臨界狀態(tài)下工作時(shí)，不論臨界狀態(tài)

19、是發(fā)生在噴嘴中還是動(dòng)葉中，其流量均與級(jí)前壓力成正比，而與級(jí)后壓力無(wú)關(guān)。當(dāng)c0變化不大（二）設(shè)計(jì)工況及變工況均為亞臨界狀態(tài)0102220221201101022022202210122120111111TTppppGGTTppppppppGGmcrcrcrcr 當(dāng)級(jí)在亞臨界狀態(tài)下工作時(shí)，通過(guò)級(jí)的流量與級(jí)前、后的壓力均有關(guān)動(dòng)葉進(jìn)口的撞擊損失11g一、沖角（p50）正沖角時(shí)，氣流沖擊內(nèi)弧面；負(fù)沖角時(shí)，氣流沖擊動(dòng)葉的背弧面。級(jí)負(fù)荷變化，是由于流量變化，壓力和焓降隨之發(fā)生變化。于是發(fā)生沖擊損失。二、撞擊損失（p139）焓降增大，導(dǎo)致正沖角；焓降減小，導(dǎo)致負(fù)沖角。2sin2111wh級(jí)內(nèi)反動(dòng)度的變化bnb

20、nAAcwwAcAG111111bnAAcw111cos設(shè)計(jì)工況下的連續(xù)性方程焓降減小時(shí)的連續(xù)性方程，理論上有從p139b圖上可以看出，實(shí)際情況是bnAAcwcw11111cos因此，級(jí)的反動(dòng)度要增加。aaamaaamaamxaaaxmmxxxxxxAxxAxxx1coscoscos12cos1cos211111211111焓降減小，速度比增大，級(jí)內(nèi)反動(dòng)度增大；焓降增大，速度比減小，級(jí)內(nèi)反動(dòng)度減??；四、汽輪機(jī)級(jí)組的變工況（一）機(jī)組前、后壓力與流量的關(guān)系 機(jī)組可以看作一個(gè)當(dāng)量噴嘴 假設(shè)最大初壓為p0m，相應(yīng)的最大臨界流量為G0m10022010ppGGppppcrgcrgmmmm級(jí)組前壓力的相對(duì)

21、值級(jí)組后壓力的相對(duì)值相對(duì)流量級(jí)組臨界壓力比試驗(yàn)證明： 工況變動(dòng)時(shí)，機(jī)組前后的壓力與流量的關(guān)系可用斯托多拉流量錐表示，即0、2、m組成流量錐； 級(jí)數(shù)越多，機(jī)組的臨界壓力比就越??； 初參數(shù)不同的同一級(jí)組具有相同的臨界壓力比。221222122111221211222121212111100112000220111ppppppppppppppppGGGGGGcrgcrgcrgcrgcrgcrgcrgcrgmmmmcrgcrgm無(wú)窮級(jí)數(shù)的級(jí)組中各級(jí)均處于亞臨界時(shí)的流量比為佛留格爾公式，如下01022212212111TTppppGG亞臨界變工況的流量與機(jī)組前后壓力平方差的開(kāi)方成正比。級(jí)組中的末級(jí)均到達(dá)臨界狀態(tài)：級(jí)組中的末級(jí)均到達(dá)臨界狀態(tài)：例如級(jí)組由三級(jí)組成,如圖示P0P1P2P3P4P5P6G4144411TTppGG對(duì)第二級(jí)有：22144121224222412211ppppTTppppGG于是有：001221pppp同理有