第19課時(shí)單元電廠熱力設(shè)備及運(yùn)行第09章汽輪機(jī)工作原理

華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院電廠熱力設(shè)備及運(yùn)行任課教師：楊官平二○一一年一月封面八、最佳速度比速度比：輪周速度u與噴嘴出口汽流速度c1之比。用x1表示，即x1=u/c1。最佳速度比：對(duì)應(yīng)最高輪周效率的速度比。用(x1)op表示。實(shí)踐證明，速度比是決定動(dòng)葉出口絕對(duì)速度大小和方向的重要參數(shù)，因而研究速度比對(duì)輪周效率的大小具有重要的意義。不同類型的級(jí)出現(xiàn)最大輪周效率的速度比不同。下面將對(duì)不同級(jí)進(jìn)行分別討論。求最佳速度比方法：函數(shù)求極值法和速度三角形法。1.純沖動(dòng)級(jí)最佳速度比β2=β1w2=w1α2=90o圖9-21純沖動(dòng)級(jí)最佳速比下速度三角形2.反動(dòng)級(jí)最佳速度比β2=α1β1=α2=90ow2=c1w1=c2圖9-22反動(dòng)級(jí)最佳速比下速度三角形3.沖動(dòng)級(jí)最佳速度比沖動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度ρ一般在0.05-0.30之間。沖動(dòng)級(jí)的最佳速度比介于純沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)之間。沖動(dòng)級(jí)的最佳速度比計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式：4.速度級(jí)最佳速度比β2=β1,w2=w1α2=α1’,c2=c1’β2’=β1’,w2’=w1’α2’=90o圖9-23速度級(jí)最佳速度比速度三角形α2九、級(jí)的最佳能量轉(zhuǎn)換能力定義：在最高輪周效率下級(jí)所轉(zhuǎn)換的理想能量。計(jì)算過程：根據(jù)級(jí)的反動(dòng)度和噴嘴出口幾何角，計(jì)算最佳速度比x1。根據(jù)平均直徑dm和轉(zhuǎn)速n，計(jì)算葉柵圓周速度u。根據(jù)最佳速度比x1和葉柵圓周速度u，計(jì)算噴嘴出口絕對(duì)速度c1。根據(jù)葉柵圓周速度u、噴嘴出口絕對(duì)速度c1和噴嘴出口幾何角，計(jì)算級(jí)的最佳能量轉(zhuǎn)換能力。1.純沖動(dòng)級(jí)的最佳能量轉(zhuǎn)換能力2.反動(dòng)級(jí)的最佳能量轉(zhuǎn)換能力3.速度級(jí)的最佳能量轉(zhuǎn)換能力4.級(jí)的最佳能量轉(zhuǎn)換能力的比較比較前提條件：u、α1相等。表9-1級(jí)的最佳能量轉(zhuǎn)換能力的比較級(jí)比值純沖動(dòng)級(jí)反動(dòng)級(jí)速度級(jí)最佳速度比0.510.25噴嘴葉柵出口速度214最佳能量轉(zhuǎn)換能力218第六節(jié)汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)損失、效率和功率級(jí)內(nèi)損失：凡是級(jí)內(nèi)與流動(dòng)時(shí)能量轉(zhuǎn)換有直接聯(lián)系的損失，稱之為汽輪機(jī)級(jí)的內(nèi)部損失。否則，則稱為汽輪機(jī)的外部損失。級(jí)內(nèi)損失類型：葉輪摩擦損失部分進(jìn)汽損失撞擊損失蒸汽泄漏損失蒸汽含水損失扇形損失一、葉輪摩擦損失定義：葉輪表面與兩側(cè)及外緣與空間內(nèi)蒸汽發(fā)生摩擦而消耗的機(jī)械功。用Δhf表示。經(jīng)驗(yàn)公式：一、葉輪摩擦損失影響因素：葉輪直徑：葉輪直徑越小，葉輪摩擦損失越小。轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速越小，葉輪摩擦損失越小。蒸汽比容：蒸汽比容越大，葉輪摩擦損失越小。葉輪表面光潔度：葉輪表面光潔度越高，葉輪摩擦損失越小。減小措施：減小葉輪與隔板間的軸向距離。盡可能降低葉輪表面的粗糙度。二、部分進(jìn)汽損失部分進(jìn)汽：噴管葉柵不是整圈布置，而是只占據(jù)部分圓周，這種布置叫部分進(jìn)汽。部分進(jìn)汽度：裝有噴嘴的弧段長度與整個(gè)圓周長度的比值。部分進(jìn)汽部位：小汽輪機(jī)高壓級(jí)、調(diào)節(jié)級(jí)。二、部分進(jìn)汽損失部分進(jìn)汽損失：由于部分進(jìn)汽而帶來的能量損失。用Δhe表示。組成：鼓風(fēng)損失：發(fā)生在沒有噴嘴葉片的弧段內(nèi)。動(dòng)葉通過這一弧段時(shí)，要象鼓風(fēng)機(jī)一樣把滯留在這一弧段內(nèi)的蒸汽鼓到出汽邊而耗功。斥汽損失：發(fā)生在安裝有噴嘴葉片的弧段內(nèi)。動(dòng)葉片由非工作區(qū)進(jìn)入工作區(qū)弧段時(shí)，動(dòng)葉通道中滯留的蒸汽要靠工作區(qū)弧段中噴嘴噴出的主流蒸汽將吹出，要消耗輪周功。二、部分進(jìn)汽損失影響因素：部分進(jìn)汽度越小，鼓風(fēng)損失越大。噴嘴沿圓周分布的組數(shù)越多，斥汽損失越大。圖12-2噴嘴調(diào)節(jié)示意圖1-主汽閥；2-調(diào)節(jié)閥二、部分進(jìn)汽損失減小措施：采用護(hù)罩把沒有裝噴管弧段內(nèi)的動(dòng)葉罩住。盡量減少噴嘴組數(shù)，以減小斥汽損失。圖9-25部分進(jìn)汽級(jí)護(hù)罩的示意圖1-動(dòng)葉片;2-護(hù)罩;3-葉輪;4-汽缸三、撞擊損失定義：蒸汽在進(jìn)入動(dòng)葉柵通道前，碰到動(dòng)葉片的前緣，引起氣流紊亂而造成能量損失。用Δhsh表示。產(chǎn)生原因：動(dòng)葉相對(duì)速度進(jìn)汽角與幾何進(jìn)汽角相差較大時(shí)，汽流對(duì)動(dòng)葉柵進(jìn)口邊產(chǎn)生撞擊，從而引起動(dòng)葉的附加損失，這就是撞擊損失。減小措施：增大動(dòng)葉進(jìn)口圓角半徑。圖9-25撞擊損失示意圖1-動(dòng)葉片;2-進(jìn)口汽流四、蒸汽泄漏損失定義：由于動(dòng)靜之間泄漏蒸汽，使進(jìn)入動(dòng)葉柵的蒸汽量減少，從而使轉(zhuǎn)換的機(jī)械功減少。用Δhp表示。產(chǎn)生原因：隔板內(nèi)孔與轉(zhuǎn)軸之間存在間隙。葉頂與汽缸之間存在間隙。噴嘴葉柵與轉(zhuǎn)鼓之間存在間隙。組成：隔板漏汽損失。葉頂漏汽損失。圖9-25沖動(dòng)式汽輪機(jī)級(jí)漏汽示意圖1.隔板漏汽損失產(chǎn)生原因：在隔板前后存在壓差，又有隔板間隙。就必然有一部分蒸汽通過隔板間隙流到級(jí)后。這部分蒸汽不作功。漏汽不是從噴嘴中以正確方向流入動(dòng)葉通道，它不但不做功，反而要干擾主流。減小措施：在隔板與轉(zhuǎn)軸處采用梳齒型汽封。在動(dòng)葉根部設(shè)置軸向汽封，減少漏汽進(jìn)入動(dòng)葉。在葉輪上開平衡孔：讓隔板漏汽從平衡孔漏出，而不干擾主流。圖9-26隔板汽封與平衡孔示意圖1.隔板漏汽損失圖9-27隔板汽封結(jié)構(gòu)圖2.葉頂漏汽損失產(chǎn)生原因：動(dòng)葉前后有壓力差。必然有一部分蒸汽不通過動(dòng)葉通道而從葉頂間隙漏到級(jí)后。這部分蒸汽也不作功，形成了葉頂損失。減小措施：可在圍帶上安裝徑向汽封和軸向汽封。對(duì)無圍帶的動(dòng)葉片，可將動(dòng)葉頂部削薄以達(dá)到汽封的作用。盡量設(shè)法減少扭葉片頂部的反動(dòng)度。圖9-26隔板汽封、葉頂汽封與平衡孔示意圖五、蒸汽含水損失定義：蒸汽由于含水引起的做功能力的損失。用Δhx表示。產(chǎn)生原因：挾帶損失：濕蒸汽在膨脹過程中析出水滴，在汽水兩相流動(dòng)中，低速的水滴被高速的蒸汽挾帶著流動(dòng)，從而消耗了汽流的一部分動(dòng)能，稱之為挾帶損失。制動(dòng)損失：水滴的速度小于汽相的速度，偏離動(dòng)葉入口方向的水滴撞在動(dòng)葉進(jìn)口處的背弧上，產(chǎn)生了阻止葉輪旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)作用，克服它就要消耗一部分有用功，稱之為制動(dòng)損失。擾流損失：水滴撞在噴嘴進(jìn)口處的壁面上，擾亂了主汽流，造成損失，稱之為擾流損失。工質(zhì)損失：采用捕水裝置，當(dāng)從級(jí)內(nèi)排除部分液相的同時(shí)，都不可避免的伴隨著一部分蒸汽同時(shí)被抽出汽輪機(jī)，造成工質(zhì)損失，減少汽流的做功能力。五、蒸汽含水損失蒸汽含水對(duì)汽輪機(jī)安全的影響：引起動(dòng)葉片的沖蝕損壞。沖蝕:水滴撞擊葉柵而造成葉片入口邊緣損傷，稱為沖蝕。沖蝕現(xiàn)象在動(dòng)葉進(jìn)汽邊的背弧上部最為嚴(yán)重。沖蝕的危害：沖蝕的后果使葉片表面變粗糙，又進(jìn)一步增大蒸汽含水損失。長期沖蝕會(huì)造成葉片損傷而引起事故。為了安全起見，一般規(guī)定汽輪機(jī)末級(jí)葉片后排汽的最大可見濕度不超過12％～15％。五、蒸汽含水損失常用的去濕措施:采用由捕水口、捕水室和疏水通道組成的級(jí)內(nèi)捕水裝置(圖)。采用具有吸水縫的空心噴嘴(圖)。采用出汽邊噴射蒸汽的空心噴嘴(圖)。采用鍋爐再熱器對(duì)蒸汽再熱。五、蒸汽含水損失工作原理：水滴受離心力的作用被拋向通流部分外緣。圖9-28級(jí)內(nèi)捕水裝置示意圖五、蒸汽含水損失圖9-29具有吸水縫的空心噴嘴五、蒸汽含水損失圖9-30出汽邊噴汽的空心噴嘴五、蒸汽含水損失常用的提高動(dòng)葉本身抗沖蝕能力采取的措施:采用耐沖蝕性能強(qiáng)的葉片材料（如鈦合金）。在葉片進(jìn)汽邊背弧上鑲焊硬質(zhì)合金。對(duì)葉片表面鍍鉻，局部高頻淬硬，電火花強(qiáng)化，氮化等。六、扇形損失定義：采用等截面葉片時(shí)，葉柵沿葉高各斷面的節(jié)距、圓周速度和進(jìn)汽角均偏離最佳值，即平均直徑處的設(shè)計(jì)值，因此引起的流動(dòng)損失。用Δhθ表示。徑高比：動(dòng)葉平均直徑db與葉片高度lb的比值。用θ表示，即徑高比θ=db/lb。影響因素：扇形損失的大小與徑高比的平方成反比，徑高比越小，扇形損失越大。減小措施：采用扭葉片。當(dāng)θ>10～12時(shí)，級(jí)應(yīng)該采用等截面直葉片。等截面直葉片的設(shè)計(jì)和加工都比較容易，但存在著扇形損失。當(dāng)θ<10時(shí)，級(jí)應(yīng)該采用扭葉片。六、扇形損失圖9-31孤立扭葉片六、扇形損失圖9-31安裝好的扭葉片七、級(jí)的內(nèi)功率級(jí)的凈功：1kg蒸汽在級(jí)內(nèi)所轉(zhuǎn)換的理想能量(Δh0+Hst)減去級(jí)內(nèi)可能產(chǎn)生的各項(xiàng)損失，便是級(jí)內(nèi)轉(zhuǎn)換的凈功。用符號(hào)Wsi表示,單位為kj/kg。

Wsi=Δh0+Hst-∑Δh=Hsekj/kg(9-53)Hse-蒸汽在級(jí)內(nèi)的有效焓降，kj/kg。級(jí)的內(nèi)功率：單位時(shí)間內(nèi)通過級(jí)的蒸汽所轉(zhuǎn)換的凈功。用符號(hào)Psi表示，單位為kw。

Psi=QsHsekw(9-54)Qs-流過級(jí)的蒸汽流量，kg/s。八、級(jí)的內(nèi)效率定義：1kg蒸汽在級(jí)內(nèi)所轉(zhuǎn)換的凈功與所消耗的理想能量之比為級(jí)的內(nèi)效率。用符號(hào)ηsi表示,單位為%。

ηsi=Hse/(Δh0+Hst)%(9-55)級(jí)的內(nèi)功率可以這樣表示：

Psi=Qs(Δh0+Hst)ηsikw(9-56)九、例題已知某機(jī)組純沖動(dòng)級(jí)噴嘴出口汽流速度c1=766.8m/s。噴嘴出汽角α1=20o，動(dòng)葉圓周速度u=365.76m/