汽轮机原理总复习课件.pptx

1、2、按热力特性分、按热力特性分凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机背压式汽轮机背压式汽轮机抽汽式汽轮机抽汽式汽轮机抽汽背压式汽轮机抽汽背压式汽轮机多压式汽轮机多压式汽轮机1.低压汽轮机低压汽轮机 新蒸汽压力新蒸汽压力P0小于小于1.5MPa，新汽温度，新汽温度t0一一般小于般小于400,容量范围容量范围0.33MW2.中压汽轮机中压汽轮机 P0为为2.04.0MPa,t0=450,3MW12MW3.高压汽轮机高压汽轮机 P0为为6.010.0MPa,t0=540,25MW100MW4.超高压汽轮机超高压汽轮机 P0为为12.014.0MPa,t0=540,125300MW5.亚临界汽轮机亚临界汽轮机 P0

2、为为16.018.0MPa,典型参数典型参数16.7MPa/538/538。300600MW 6.超临界汽轮机超临界汽轮机 新蒸汽压力大于新蒸汽压力大于22.2MPa，P0 350MW典型参数为典型参数为24.2MPa/538/566和和24.2/566/5665.5.按进汽参数分：按进汽参数分：水的临界参数：水的临界参数：22.115MPa，374.157.7.超超临界汽轮机超超临界汽轮机超临界是物理概念（超临界是物理概念（22.13MPa22.13MPa，374.15)374.15)超超临界是（超超临界是（9090年代提出）工程产品商业性的概念，超超临界参年代提出）工程产品商业性的概念，超

3、超临界参数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提高。数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提高。对超临界机组定义：对超临界机组定义：日本：压力日本：压力 24.2MPa24.2MPa，温度，温度 593593,丹麦：压力丹麦：压力 27.5MPa,27.5MPa,我国电力百科全书认为压力我国电力百科全书认为压力 27MPa.27MPa.20032003年年“863”“863”“超超临界燃煤发电技术超超临界燃煤发电技术”课题设定为：压力课题设定为：压力 25MPa25MPa，温度，温度 580 580。目前我国运行：江苏玉环目前我国运行：江苏玉环4 41000MW1000MW，26.25MP

4、a/600/60026.25MPa/600/600；外高桥外高桥IIIIII期期2 21000MW,27MPa/600/6001000MW,27MPa/600/6007.7.超超临界汽轮机超超临界汽轮机超临界是物理概念（超临界是物理概念（22.13MPa22.13MPa，374.15)374.15)超超临界是（超超临界是（9090年代提出）工程产品商业性的概念，超超临界参年代提出）工程产品商业性的概念，超超临界参数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提高。数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提高。对超临界机组定义：对超临界机组定义：日本：压力日本：压力 24.2MPa24.2MPa，温度

5、，温度 593593,丹麦：压力丹麦：压力 27.5MPa,27.5MPa,我国电力百科全书认为压力我国电力百科全书认为压力 27MPa.27MPa.20032003年年“863”“863”“超超临界燃煤发电技术超超临界燃煤发电技术”课题设定为：压力课题设定为：压力 25MPa25MPa，温度，温度 580 580。目前我国运行：江苏玉环目前我国运行：江苏玉环4 41000MW1000MW，26.25MPa/600/60026.25MPa/600/600；外高桥外高桥IIIIII期期2 21000MW,27MPa/600/6001000MW,27MPa/600/600N300-16.7/537

6、/537-N300-16.7/537/537-亚临界一次中间再热、凝汽式汽轮机，额定功率亚临界一次中间再热、凝汽式汽轮机，额定功率300MW300MW，主蒸，主蒸汽额定参数汽额定参数16.7MPa/53716.7MPa/537，再热，再热537537。CB25-8.83/1.47/0.49CB25-8.83/1.47/0.49抽汽背压式汽轮机，额定功率抽汽背压式汽轮机，额定功率25MW25MW，初压，初压8.83MPa8.83MPa，抽汽压力抽汽压力1.47MPa1.47MPa，背压，背压0.49MPa0.49MPa。基本工作单元：基本工作单元：汽轮机的级汽轮机的级一、汽轮机级的概念及工作原理

7、一、汽轮机级的概念及工作原理第一节第一节 汽轮机级的分类汽轮机级的分类将蒸汽的热能将蒸汽的热能转化成机械功转化成机械功1.1.汽轮机作用：汽轮机作用：通流部分通流部分-汽轮机本体汽轮机本体做功汽流通道做功汽流通道称为汽轮机的通流部称为汽轮机的通流部分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。动叶及汽轮机的排汽管。-由由一列喷嘴叶栅一列喷嘴叶栅和其后紧邻的和其后紧邻的一列动叶栅一列动叶栅构成的基构成的基本做功单元。本做功单元。效率：轮周效率、级的相对内效率轴系的临界转速有多个（轴系中任何一个转子发生共振时的转速）动

8、叶进口高度与喷嘴高度之差。级的有效比焓降hi与级的理想可用能量E0之比称为级的相对内喷嘴出口蒸汽的实际焓？第二节 级与级组的变工况特性提高汽轮机经济性的主要措施有哪些？蒸汽在动叶栅中的热力过程防止汽流与动叶顶部和根部发生碰撞。若汽轮机不能自由的热胀冷缩，就会产生热应力和热变形，使设备损坏蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想焓降hb，和在整个级的滞止理想焓降ht*之比，即低背压，出口汽流速度和列动量方程时，要注意方向问题。（1）叶栅出口气流角 和 的选择动叶出口汽流理想速度目前我国运行：江苏玉环41000MW，26.便，常用椭圆公式来近似。h电能所消耗的热量称之为热耗率，用q表示：汽轮机基础台板上滑销中

9、心线与纵销中心线的交点.v蒸汽的热能蒸汽的热能动能动能机械能机械能电能电能v（锅炉）（锅炉）（喷嘴）（动叶）（喷嘴）（动叶）（发电机）（发电机）v喷嘴是静止的部分：作用是将蒸汽的热能转变成蒸喷嘴是静止的部分：作用是将蒸汽的热能转变成蒸汽的动能。汽的动能。v动叶栅是运动部分：作用是将蒸汽的动能转变成轴动叶栅是运动部分：作用是将蒸汽的动能转变成轴旋转的机械能。旋转的机械能。具有一定压力和温度的蒸汽流经喷嘴，并在其中膨胀具有一定压力和温度的蒸汽流经喷嘴，并在其中膨胀,蒸汽的压蒸汽的压力、温度不断降低，速度不断升高，使蒸汽的热能转化为动能，力、温度不断降低，速度不断升高，使蒸汽的热能转化为动能，喷嘴出

10、口的高速汽流以一定的方向进入装在叶轮上的通道中，喷嘴出口的高速汽流以一定的方向进入装在叶轮上的通道中，汽流给动叶片一作用力，推动叶轮旋转，即蒸汽在汽轮机中将汽流给动叶片一作用力，推动叶轮旋转，即蒸汽在汽轮机中将热能转化为了机械功。热能转化为了机械功。蒸汽在汽轮机的工作过程蒸汽在汽轮机的工作过程 蒸汽热力学能蒸汽热力学能喷嘴喷嘴(nozzle)(nozzle)降压增速降压增速汽流的动能汽流的动能动叶动叶(blade)(blade)转子的旋转机械能转子的旋转机械能级的工作过程级的工作过程汽流改变方向汽流改变方向(冲动原理冲动原理)汽流降压增速汽流降压增速(反动原理反动原理)机械能主要利用蒸汽通过动

11、叶栅时，发生动量变化对机械能主要利用蒸汽通过动叶栅时，发生动量变化对该叶栅产生冲力，使动叶栅转动而获得。该叶栅产生冲力，使动叶栅转动而获得。机械能的数量取决于：机械能的数量取决于：1 1）质量流量）质量流量kg/h；2 2）速度变）速度变化量。化量。基本概念基本概念v级滞止理想焓降：级滞止理想焓降：0点是级前点是级前的蒸汽状态点，的蒸汽状态点，0*点是汽流被等点是汽流被等熵滞止到初速等于零的状态，熵滞止到初速等于零的状态，p1、p2分别为喷嘴出口压力和动叶出分别为喷嘴出口压力和动叶出口压力，蒸汽在级内从滞止状态口压力，蒸汽在级内从滞止状态0*等熵膨胀到等熵膨胀到p2时的焓降称为级时的焓降称为级

12、的滞止理想焓降的滞止理想焓降v级理想焓降：级理想焓降：蒸汽在级内从蒸汽在级内从0点等熵膨胀到点等熵膨胀到p2时的焓降时的焓降 称称为级的理想焓降。为级的理想焓降。th二、反动度和级的类型二、反动度和级的类型二、反动度和级的类型二、反动度和级的类型 级的平直径处（即级的平直径处（即1/21/2叶高处）的叶高处）的反动度用反动度用m m表示表示 蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想焓降焓降 h hb b，和在整个级的滞止理想和在整个级的滞止理想焓降焓降 h ht t*之比，即之比，即*tbmhhbnbbnbmhhhhhh*tmbhh*1tmnhh反动度：反动度：表示蒸汽在动叶通

13、道内膨胀程度大小的指标。表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小的指标。级的类型及特点级的类型及特点汽轮机的级可分为冲动级和反动级两大类汽轮机的级可分为冲动级和反动级两大类冲动级冲动级冲动级又分：冲动级又分：纯冲动级、带反动度的冲动级速度纯冲动级、带反动度的冲动级速度级级 1)纯冲动级：纯冲动级：反动度为零的级称为纯冲动级反动度为零的级称为纯冲动级 m0的级，hb0,h*n=h*t,v工作特点：工作特点：是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶通道中不膨胀通道中不膨胀v结构特点：结构特点：动叶叶型近似对称弯曲，作功能动叶叶型近似对称弯曲，作功能力大，但效率比带反动度的冲动级低。力大，但

14、效率比带反动度的冲动级低。v 现代冲动式汽轮机中广泛采用具有一定现代冲动式汽轮机中广泛采用具有一定反动度的冲动级，简称为冲动级反动度的冲动级，简称为冲动级 m m0.050.050.200.20的级，的级，hbhb0,0,但但hbhbhnhn，做功能力和效率介于纯，做功能力和效率介于纯冲动级和反动级之间。冲动级和反动级之间。v 工作特点工作特点:蒸汽的膨胀主要喷嘴中进行，蒸汽的膨胀主要喷嘴中进行，在动叶通道中仅有小部分膨胀，产生的在动叶通道中仅有小部分膨胀，产生的反动力较小，主要利用冲动力作功反动力较小，主要利用冲动力作功v 结构特点：结构特点：作功能力比反动级的大，效作功能力比反动级的大，效

15、率又比纯冲动级高。率又比纯冲动级高。带反动度的冲动级带反动度的冲动级v定义：定义：蒸汽在级中的理想焓降平均分配蒸汽在级中的理想焓降平均分配在喷嘴和动叶通道中的级称为反动级在喷嘴和动叶通道中的级称为反动级v工作特点：工作特点：蒸汽在喷嘴和动叶通道中的蒸汽在喷嘴和动叶通道中的膨胀程度相等，作功的力冲动力和反动膨胀程度相等，作功的力冲动力和反动力各占一半力各占一半v结构特点：结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型完全相动叶叶型与喷嘴叶型完全相同。反动级的效率高于冲动级，但整级同。反动级的效率高于冲动级，但整级的理想焓降较小。的理想焓降较小。反动级反动级喷嘴中的膨胀热力过程线喷嘴中的膨胀热力过程线v P0,P1

16、分别是喷嘴进出口压力分别是喷嘴进出口压力。v 理想热力过程从理想热力过程从01t。v 实际热力过程是实际热力过程是01。v 0*点是点是0的滞止参数点。的滞止参数点。第二节第二节 蒸汽在喷嘴中的流动过程蒸汽在喷嘴中的流动过程一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程能量转换：能量转换：热力势能热力势能汽流动能汽流动能计算分析方法：计算分析方法：先算理想过程，然后用系数修正到实际过程先算理想过程，然后用系数修正到实际过程 喷嘴能量方程：喷嘴能量方程：理想过程理想过程第二节第二节 蒸汽在喷嘴中的流动蒸汽在喷嘴中的流动*201*02010122)(2)(2nnttthchhhchhc211

17、02002121ttchhch2202110cchhhttnnpvconst0112tncch11tcc实际过程实际过程蒸汽为粘性流体，流过叶栅通道时产生摩擦，造成动能损失，蒸汽为粘性流体，流过叶栅通道时产生摩擦，造成动能损失，使蒸汽出口速度由使蒸汽出口速度由c c1t1t减小为减小为c c1 1,即即喷嘴速度系数喷嘴速度系数工程中，通常采用对等熵绝热流动作修正的方法来处理实际工程中，通常采用对等熵绝热流动作修正的方法来处理实际流动，即用实际汽流速度与理想速度的比值表示摩擦损失的影响，流动，即用实际汽流速度与理想速度的比值表示摩擦损失的影响，其比值称为速度系数。其比值称为速度系数。喷嘴速度系数

18、喷嘴速度系数蒸汽在叶栅通道中为绝热多变过程蒸汽在叶栅通道中为绝热多变过程 喷嘴效率喷嘴效率喷嘴损失喷嘴损失21102002121chhch2n（锅炉）（喷嘴）（动叶）（发电机）三、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀制造和检修时，应使叶轮和隔板表面具有较高的光洁度。喷嘴流道：热能转换为动能考虑级内其他各项损失后流量计算时，先由初参数求得最大流量二、缩放喷嘴的变工况特性当n大于或等于nc时，无一例外地采用渐缩喷嘴。反动级的效率高于冲动级，但整级的理想焓降较小。1 表示本级余速动能被下一级利用的份额一般地，调节级和排汽级的为零,汽轮发电机组的相对电效率表示1kg蒸汽所具有的理想比焓降中有多少能量最终被转换成

19、电能，用el表示：具有一定压力和温度的蒸汽流经喷嘴，并在其中膨胀,蒸汽的压力、温度不断降低，速度不断升高，使蒸汽的热能转化为动能，喷嘴出口的高速汽流以一定的方向进入装在叶轮上的通道中，汽流给动叶片一作用力，推动叶轮旋转，即蒸汽在汽轮机中将热能转化为了机械功。工作特点：是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶通道中不膨胀374.0MPa,t0=450,3MW12MW中压各级的级内损失较小，其效率高于高压级（缸）级和低压级（缸）叶高损失主要决定于叶高，当叶片很高时可以忽略不计。8 kJ/kg,蒸汽流量G=4.级的有效比焓降hi与级的理想可用能量E0之比称为级的相对内汽轮机的内功率Pi可表示为：11ntnttA

20、 cG二、蒸汽流过喷嘴的流量二、蒸汽流过喷嘴的流量通过喷嘴的质量流量决定于流道的出口面积、出口通过喷嘴的质量流量决定于流道的出口面积、出口流速和对于出口点的蒸汽比容。流速和对于出口点的蒸汽比容。焓降流量计算与焓降流速的焓降流量计算与焓降流速的方法相似，方法相似，先计算通过流道的理想流量，然后由流量系数修正至实际流量。先计算通过流道的理想流量，然后由流量系数修正至实际流量。nA 对出口面积为对出口面积为 的喷嘴，其流过的理想质量流量为的喷嘴，其流过的理想质量流量为定义：定义：流量系数流量系数 实际流量实际流量11vcAGnnt111111vvvvccGGutttntnn无论过热蒸汽还是湿蒸汽都可

21、用下式计算：无论过热蒸汽还是湿蒸汽都可用下式计算：彭台门系数彭台门系数(亦称流量比系数亦称流量比系数)定义：定义：喷嘴的实际流量与喷嘴临界流量之比喷嘴的实际流量与喷嘴临界流量之比意义：意义：在流道结构和初参数确定的情况下，不同背压所对应的流在流道结构和初参数确定的情况下，不同背压所对应的流道通流量可用相对于最大流量道通流量可用相对于最大流量(临界流量临界流量)的无量纲参数的无量纲参数彭彭台门系数台门系数来表示。来表示。1 1时为亚临界流动，时为亚临界流动，=1=1时为临时为临(超超)界流动界流动maxtGG计算表明：彭台门系数的曲线段近似于椭圆曲线。故为计算方计算表明：彭台门系数的曲线段近似于

22、椭圆曲线。故为计算方便，常用椭圆公式来近似。即便，常用椭圆公式来近似。即喷嘴流量计算程序：喷嘴流量计算程序：maxtG流量计算时，先流量计算时，先由初参数求得最大流量由初参数求得最大流量，然后，然后由前后压比由前后压比 在计算、比较初参数相同、背压不等两种工况流量时，可先在计算、比较初参数相同、背压不等两种工况流量时，可先求出对应初参数下的最大流量，再分别计算各自的求出对应初参数下的最大流量，再分别计算各自的，求出两个，求出两个不同背压工况的流量。不同背压工况的流量。求得求得系数系数由由在汽轮机级中，为了保证喷嘴出口对汽流的良好在汽轮机级中，为了保证喷嘴出口对汽流的良好导向作用，必须在出口截面

23、之外有一段斜切部分导向作用，必须在出口截面之外有一段斜切部分，这种喷嘴称为斜切喷嘴，如图所示。，这种喷嘴称为斜切喷嘴，如图所示。三、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀三、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀保证汽流顺利地进入动叶做功，并获超音速汽流。保证汽流顺利地进入动叶做功，并获超音速汽流。（）（）当喷咀出口断面上的压力比大于或等于临界压力当喷咀出口断面上的压力比大于或等于临界压力比时比时，即，即时，蒸汽仅在渐缩部分膨胀，时，蒸汽仅在渐缩部分膨胀，.斜切部分的作用斜切部分的作用.斜切部分的膨胀特点斜切部分的膨胀特点crcrnpp 1,在斜切部分不膨胀，斜切部分仅起导流作用，此时在斜切部分不膨胀，斜切部分仅起导

24、流作用，此时crcrGGcc,1。（）（）当喷咀出口断面上的压力小于临界压力比时当喷咀出口断面上的压力小于临界压力比时，即，即crcrnpp 1,时，蒸汽不仅在渐缩部分膨胀，在斜切时，蒸汽不仅在渐缩部分膨胀，在斜切也膨胀。蒸汽在渐缩部分达临界，在斜切部分继续膨胀，也膨胀。蒸汽在渐缩部分达临界，在斜切部分继续膨胀，出口获超音速汽流，且出口汽流方向发生偏转，出口获超音速汽流，且出口汽流方向发生偏转，此时此时crcrGGcc,1当初参数一定时，逐渐降当初参数一定时，逐渐降低背压，出口汽流速度和低背压，出口汽流速度和流量增大。在背压降至临流量增大。在背压降至临界压力时，其后流量不再界压力时，其后流量不

25、再增大，但出口汽流角偏转增大，但出口汽流角偏转而增大；在背压降至极限而增大；在背压降至极限膨胀压力时，出口汽流速膨胀压力时，出口汽流速度和出口汽流角不再增大。度和出口汽流角不再增大。在流量和出口汽流角计算在流量和出口汽流角计算时，特别要注意判别是否时，特别要注意判别是否达到临界。达到临界。要计算蒸汽的作用力和所做的功，必须要知道动叶要计算蒸汽的作用力和所做的功，必须要知道动叶进出口汽流速度的大小和方向。进出口汽流速度的大小和方向。1.1.动叶进口速度三角形动叶进口速度三角形任务任务：已知或间接已知：已知或间接已知（一）动叶进出口速度三角形（一）动叶进出口速度三角形。，求和，1111,wuc对现

26、代汽轮机的级对现代汽轮机的级。（有的书讲)141117111圆周速度圆周速度60mdnu式中式中n n转速，转速，r/minr/min；d dm m级的平均直径。级的平均直径。第三节第三节 蒸汽在动叶中的流动蒸汽在动叶中的流动uwc由余弦定理得由余弦定理得 112211cos2ucucw111111111sinsinsinsinwcwc.动叶出口速度三角形动叶出口速度三角形任务任务：已知或间接已知：已知或间接已知。，求和，2222,cuw喷嘴、动叶、汽轮机的级、反动度、冲击原理、反击原理、部分进汽度6汽耗率汽轮发电机组每生产1kW.第三节 多级汽轮机的轴向推力及其平衡时，蒸汽不仅在渐缩部分膨胀

27、，在斜切（1）叶栅出口气流角 和 的选择若本级余速动能被下一级利用的系数1=0.第三步，除轮周损失外，分析级内存在的其它各项损失，并计算出各项损失的大小；根据这些已知和选定的条件，就能进行喷嘴叶栅和动叶栅主要尺寸的计算。在确定喷嘴尺寸时，首先应根据喷嘴的前后压力比n=p1/p00的大小是否超临界来确定喷嘴的型式。可知，在轮周速度一定时，速比越大，级的焓降就越小。蒸汽在叶栅通道中为绝热多变过程先算理想过程，然后用系数修正到实际过程流量计算时，先由初参数求得最大流量流速和对于出口点的蒸汽比容。超超临界是（90年代提出）工程产品商业性的概念，超超临界参数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提高。耗

28、的理想能量E0之比称为级的轮周效率.蒸汽的热能动能机械能电能无论过热蒸汽还是湿蒸汽都可用下式计算：定义：蒸汽在级中的理想焓降平均分配在喷嘴和动叶通道中的级称为反动级（1）当PPr（ncr）时，随着背压P的减小，如图31所示，流量G沿CB线逐渐增加，可按下式计算（1-25）式）：6汽耗率汽轮发电机组每生产1kW.分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和第五节 级的流通部分尺寸的确定由此表明：在大致相等轮周速度下，反动级的焓降小于冲动级。启动时减小转子的启动力矩喷嘴、动叶、汽轮机的级、反动度、冲击原理、反击原理、部分进汽度汽轮发电机组的相对电效率表示1kg蒸汽所具有的理想比焓降中有多少

29、能量最终被转换成电能，用el表示：可知，在轮周速度一定时，速比越大，级的焓降就越小。二、缩放喷嘴的变工况特性（1）缩放喷嘴的变工况性能较差，只要偏离设计工况，效率就下降；汽轮机基础台板上滑销中心线与纵销中心线的交点.动叶流量与喷嘴流量的关系：高压汽轮机 P0为6.尽量使通流部分平滑变化汽轮机受热之后，各零部件都要膨胀高压汽轮机 P0为6.（1）叶栅出口气流角 和 的选择复速级 ；这样，反动式机组的整机级数明显多于冲动式机组。计算表明：彭台门系数的曲线段近似于椭圆曲线。容积流量小且变化小时（如高压级），1 较小，通常对冲动级对冲动级。)103(12对反动级对反动级12由余弦定理得由余弦定理得 2

30、22222cos2uwuwc222122222sinsinsinsincwwc为了便于分析问题，常将动叶进出口速度三为了便于分析问题，常将动叶进出口速度三角形画在同一个顶点上。角形画在同一个顶点上。蒸汽在动叶中的膨胀过程如图所示。蒸汽在动叶中的膨胀过程如图所示。蒸汽在动叶栅中的热力过程蒸汽在动叶栅中的热力过程 在理想情况下，蒸汽从在理想情况下，蒸汽从动叶进口状态动叶进口状态(即喷嘴出口即喷嘴出口状态状态)p p1 1、h h1 1，等熵膨胀至动，等熵膨胀至动叶出口压力叶出口压力p p2 2。由于在流动。由于在流动过程中存在能量损失，因此，过程中存在能量损失，因此，蒸汽在动叶通道中实际的膨蒸汽在

31、动叶通道中实际的膨胀过程是按熵增曲线进行的。胀过程是按熵增曲线进行的。与喷嘴相似，此时动叶栅出与喷嘴相似，此时动叶栅出口汽流的理想相对速度为口汽流的理想相对速度为 （二）蒸汽在动叶中的膨胀（二）蒸汽在动叶中的膨胀1.1.动叶出口汽流理想速度动叶出口汽流理想速度动叶流量与喷嘴流量的关系：动叶流量与喷嘴流量的关系：动叶动叶根部不吸不漏，且忽略动叶顶部漏汽根部不吸不漏，且忽略动叶顶部漏汽，动叶流量等于动叶流量等于喷嘴流量喷嘴流量2211btbtntntcGAwAGv冲动级：冲动级：2112,ttwcvv2112,ttwcvv反动级：反动级：bAnA略大于略大于盖度盖度总的推导思路：先根据动量定理求出

32、动叶对总的推导思路：先根据动量定理求出动叶对蒸汽的作用力，再根据作用力与反作用力原理求蒸汽的作用力，再根据作用力与反作用力原理求出蒸汽对动叶的作用力。出蒸汽对动叶的作用力。列动量方程时，要注意方向问题。列动量方程时，要注意方向问题。（三）蒸汽作用在动叶上的力（三）蒸汽作用在动叶上的力。上式中上式中G=G=kg/skg/s时，称为级的做功能力，即时，称为级的做功能力，即1.1.轮周功率轮周功率)coscos(coscos(22112211wwGuccGuuFPuu）)coscos()coscos(W22112211wwuccuu四、轮周功率和轮周效率四、轮周功率和轮周效率单位时间内圆周力单位时间

33、内圆周力 在动叶片上所做的功，它等于圆周力在动叶片上所做的功，它等于圆周力与动叶圆周速度与动叶圆周速度u u的乘积，称为轮周功率，其表达式为：的乘积，称为轮周功率，其表达式为：2*cbntuuhhhhWhuFuF轮周功的意义：轮周功的意义：由喷嘴带进动叶的蒸汽动能与动叶获得的蒸由喷嘴带进动叶的蒸汽动能与动叶获得的蒸汽动能之和，减去蒸汽离开动叶所带走的动能。汽动能之和，减去蒸汽离开动叶所带走的动能。2 2、轮周效率、轮周效率1kg1kg蒸汽所作出的轮周功蒸汽所作出的轮周功WuWu与蒸汽在该级所消与蒸汽在该级所消耗的理想能量耗的理想能量E E0 0之比称为级的轮周效率之比称为级的轮周效率.余速利用

34、系数余速利用系数-本级余速被下级所利用的份额。本级余速被下级所利用的份额。E E0 0的计算式中：的计算式中：轮周效率轮周效率u u 余速利用系数余速利用系数0 0 表示本级利用上一级余速动能的份额表示本级利用上一级余速动能的份额1 1 表示本级余速动能被下一级利用的份额表示本级余速动能被下一级利用的份额多级汽轮机中，本级多级汽轮机中，本级余速动能可被下一余速动能可被下一级部分或全部利级部分或全部利用用,表示其利用表示其利用程度程度本级喷嘴进口的初动能本级喷嘴进口的初动能hc0=0(hc2)abv,(hc2)abv上一级的余速动上一级的余速动能能;222221*2212000chchcEtt同

35、理本级的余速损失中同理本级的余速损失中1 1hchc2 2部分是下一级喷嘴的进口部分是下一级喷嘴的进口初速动能，这部分能量将算到下一级，初速动能，这部分能量将算到下一级，因此，如果不扣去因此，如果不扣去1 1hchc2 2，那么，那么1 1hchc2 2将既算在本级理想能量将既算在本级理想能量E E0 0内，又算内，又算在下级的在下级的E E0 0内，这就重复了。内，这就重复了。一般地，调节级和排汽级的一般地，调节级和排汽级的为零为零,抽汽级为抽汽级为0.00.00.50.5，中间级为中间级为1.01.0余速利用系数余速利用系数的大小将影响到下一级的滞止状态点。的大小将影响到下一级的滞止状态点

36、。轮周效率轮周效率u u计算公式的不同形式计算公式的不同形式 定义式定义式0uuwE 速度式：速度式：1122221 22(coscos)uau cccc02atch式中：式中：c ca a为级的假想理想速度，即假定级的滞止理想为级的假想理想速度，即假定级的滞止理想焓降全部在喷嘴中等比熵膨胀所获得的理想速度。焓降全部在喷嘴中等比熵膨胀所获得的理想速度。能量平衡方式能量平衡方式 能损分析式：用来分析各种轮周损失所占比例较能损分析式：用来分析各种轮周损失所占比例较为方便为方便200tnbcuhhhhE22201101(1)cnbcunbcEhhhhE 轮周效率取决于三项损失系数轮周效率取决于三项损

37、失系数n n、b b和和c2c2，在喷嘴和动叶叶型选定后，在喷嘴和动叶叶型选定后，和和就就基本上确定了，影响轮周效率基本上确定了，影响轮周效率u u的主要因素的主要因素是余速损失系数是余速损失系数c2c2，因此，应减少动叶出口，因此，应减少动叶出口的绝对速度的绝对速度c c2 2，同时提高余速利用系数。，同时提高余速利用系数。第四节第四节 速度比和轮周效率的关系速度比和轮周效率的关系一、最佳速度比一、最佳速度比假想速比假想速比-即轮周速度与级假想速度之比即轮周速度与级假想速度之比,级假想速度级假想速度-假想假想 在喷嘴中等熵膨胀时得到的出口在喷嘴中等熵膨胀时得到的出口速度速度最佳速比最佳速比-

38、对应最高轮周效率的速比对应最高轮周效率的速比.aauxc以假想动能的形式表示整以假想动能的形式表示整级滞止理想比焓降级滞止理想比焓降最佳假想速比最佳假想速比-对应最高轮周效率的假想速比对应最高轮周效率的假想速比.1opx0apx级的速比级的速比11uxc*2tahcttahchc2220*2*th1.1.纯冲动级最佳速比纯冲动级最佳速比11cos()2opx2.2.反动级最佳速比反动级最佳速比11()cosopx4.4.复速级复速级v可知，在轮周速度一定时，速比越大，级的焓降就可知，在轮周速度一定时，速比越大，级的焓降就越小。由此表明：越小。由此表明：在大致相等轮周速度下，反动级在大致相等轮周

39、速度下，反动级的焓降小于冲动级。这样，反动式机组的整机级数的焓降小于冲动级。这样，反动式机组的整机级数明显多于冲动式机组。明显多于冲动式机组。v在相同的圆周速度在相同的圆周速度u u，喷嘴速度系数和喷嘴出口汽，喷嘴速度系数和喷嘴出口汽流角的条件下，各自的最佳速比下：流角的条件下，各自的最佳速比下：1.轮周损失包括哪些轮周损失包括哪些2.速度比和最佳速比速度比和最佳速比3.假想速比假想速比4.汽轮机的级汽轮机的级5.级的轮周效率级的轮周效率6.滞止参数滞止参数7.临界压比临界压比v 在进行汽轮机的级的热力计算时，流入汽轮在进行汽轮机的级的热力计算时，流入汽轮机的蒸汽流量机的蒸汽流量G、级前的蒸汽

40、参数、级前的蒸汽参数P0和和t0以及级后以及级后的蒸汽压力的蒸汽压力P2,通常都是已知的或选定的。通常都是已知的或选定的。v 在选定了汽轮机的转速在选定了汽轮机的转速n、气流的初速度、气流的初速度C0、级的平均直径级的平均直径dm和级的反动度后，就可以确定喷和级的反动度后，就可以确定喷嘴后的压力嘴后的压力p1.根据这些已知和选定的条件，就能根据这些已知和选定的条件，就能进行喷嘴叶栅和动叶栅主要尺寸的计算。进行喷嘴叶栅和动叶栅主要尺寸的计算。第五节第五节 级的流通部分尺寸的确定级的流通部分尺寸的确定若本级余速动能被下一级利用的系数1=0.二、缩放喷嘴的变工况特性动叶进口高度与喷嘴高度之差。式中：

41、ca为级的假想理想速度，即假定级的滞止理想焓降全部在喷嘴中等比熵膨胀所获得的理想速度。汽轮机的内功率Pi可表示为：动叶出口汽流理想速度蒸汽的热能动能机械能电能同样也分别对级组为临界与亚临界两种工况进行讨论。25MPa/600/600；上式中G=kg/s时，称为级的做功能力，即当n大于或等于nc时，无一例外地采用渐缩喷嘴。中压各级的级内损失较小，其效率高于高压级（缸）级和低压级（缸）6汽耗率汽轮发电机组每生产1kW.大功率汽轮机均采用多缸结构这样，反动式机组的整机级数明显多于冲动式机组。以假想动能的形式表示整级滞止理想比焓降推力轴承处被称为机组的相对死点反动式叶栅：包括喷嘴叶栅和反动度较大的动叶

42、栅。第二节 级与级组的变工况特性dm级的平均直径。此外，汽轮机结构中还包括：第二节 级与级组的变工况特性一、叶栅的几何参数和汽流参数一、叶栅的几何参数和汽流参数 概念：由相同叶片构成的概念：由相同叶片构成的汽汽流通道的组合体。流通道的组合体。叶栅型式叶栅型式 分类分类按反动度大按反动度大小来划分小来划分环形叶栅，汽轮机级中都是环形叶栅，汽轮机级中都是这种叶栅这种叶栅直列叶栅直列叶栅展开在一个平面内的叶栅叫平面叶栅展开在一个平面内的叶栅叫平面叶栅亚音速叶栅：亚音速叶栅：MaMa0.80.8跨音速叶栅：跨音速叶栅：0.8Ma1.20.8Ma1.2超音速叶栅：超音速叶栅：MaMa1.21.2根据叶栅

43、中叶片排列形式来划分根据叶栅中叶片排列形式来划分冲动式叶栅：包括冲动式动叶栅和导冲动式叶栅：包括冲动式动叶栅和导向叶栅；向叶栅；反动式叶栅：包括喷嘴叶栅和反动度较大的反动式叶栅：包括喷嘴叶栅和反动度较大的动叶栅。动叶栅。按喷嘴出口、动叶按喷嘴出口、动叶进口的马赫数来划分进口的马赫数来划分在确定喷嘴尺寸时，首先应根据喷嘴的前后压力比在确定喷嘴尺寸时，首先应根据喷嘴的前后压力比n n=p p1 1/p p0 00 0的大小是否超临界来确定喷嘴的型式。的大小是否超临界来确定喷嘴的型式。当当n n大于或等于大于或等于ncnc时，无一例外地采用渐缩喷嘴。时，无一例外地采用渐缩喷嘴。当当n n小于小于nc

44、nc较多时，例如较多时，例如n n0.30.3时，这时不得不时，这时不得不采用缩放喷嘴；采用缩放喷嘴；而当而当0.30.3 PPrr（n ncrcr）时，随着背压）时，随着背压P P的减小，的减小，如图如图3 31 1所示，流量所示，流量G G沿沿CBCB线逐渐增加，可按下式线逐渐增加，可按下式计算（计算（1-251-25）式）：）式）：（一）喷嘴初压P P0 0*不变而背压P P1 1变化时G1G0n1G1cnG0c1p01v0p0v01（2）当PPr（ncr）时，流量达到临界值并保持不变，如图（3-1）中BA线即*0*0648.0pAGGncr （）两种工况下，通过喷嘴的流量均为（）两种工

45、况下，通过喷嘴的流量均为临界流量临界流量 *0*0648.0pAGncr*01*011648.0pAGncr式中，下标式中，下标“1”为工况变动后的参数（以下为工况变动后的参数（以下均同）。均同）。（二）喷嘴初压P P0 0*和背压P P1 1同时变化010001*0*0*01*011TTppppGGcrcr结论：流量变化只与喷嘴前的参数有关，与喷嘴结论：流量变化只与喷嘴前的参数有关，与喷嘴后的参数无关。后的参数无关。若把蒸汽当成理想气体，利用其状态方程若把蒸汽当成理想气体，利用其状态方程P/=RT，则上式可写成，则上式可写成（）两种工况下，通过喷嘴的流量均小于临（）两种工况下，通过喷嘴的流量

46、均小于临界流量界流量*0*0648.0pAGGncr*01*01111648.0pAGGncr若忽略温度的变化，则有若忽略温度的变化，则有0011ppGGcrcr结论：流量变化与喷嘴前的滞止压力成正比。结论：流量变化与喷嘴前的滞止压力成正比。在大多数情况下，工况变动不太大时，可近似认为喷喷嘴前蒸汽温度不变。于是上式可简化为 *0*0111ppGG（）某一工况下为临界流量，另一工况下小（）某一工况下为临界流量，另一工况下小于临界流量，或变化相反于临界流量，或变化相反0011*01*0*0*0111ppTTppGG例如，变工况前为临界，变工况后为亚临界时，例如，变工况前为临界，变工况后为亚临界时，

47、则则111，所以所以二、缩放喷嘴的变工况特性u喷嘴初压不变，背压变化喷嘴初压不变，背压变化u喷嘴初终参数都变化喷嘴初终参数都变化图图34 缩放喷嘴的变工况缩放喷嘴的变工况 aGtGt cr 1na1a2G1G0a1ap01p0T0T01第一节第一节 喷嘴的变工况特性喷嘴的变工况特性（1）缩放喷嘴的变工况性能较差，只要偏离设计工）缩放喷嘴的变工况性能较差，只要偏离设计工况，效率就下降；渐缩喷嘴只有在压比小于临界压比况，效率就下降；渐缩喷嘴只有在压比小于临界压比试，效率才下降。试，效率才下降。（2）渐缩喷嘴变工况前后均为临界时，喷嘴流量与）渐缩喷嘴变工况前后均为临界时，喷嘴流量与喷嘴前蒸汽（滞止）

48、压力成正比，与喷嘴前（滞止）喷嘴前蒸汽（滞止）压力成正比，与喷嘴前（滞止）热力学温度的平方根成反比。热力学温度的平方根成反比。（3 3）渐缩喷嘴变工况前后均为亚临界时，喷嘴流量）渐缩喷嘴变工况前后均为亚临界时，喷嘴流量与喷嘴前蒸汽（滞止）压力与该工况下彭台门系数与喷嘴前蒸汽（滞止）压力与该工况下彭台门系数的乘积成正比，与喷嘴前（滞止）热力学温度的平的乘积成正比，与喷嘴前（滞止）热力学温度的平方根成反比。方根成反比。一、一、级内压力与流量的关系级内压力与流量的关系1.级内为临界工况级内为临界工况 级的临界工况：级的临界工况：级内的喷嘴叶栅或动叶栅两者之一级内的喷嘴叶栅或动叶栅两者之一的流速达到或

49、超过临界速度，称该工况为级的临界工的流速达到或超过临界速度，称该工况为级的临界工况。况。级的喷嘴或者动叶的汽流速度刚达到临界速度时，级的喷嘴或者动叶的汽流速度刚达到临界速度时，级前后的压力比称为级临界压力比。级前后的压力比称为级临界压力比。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性分两种情况讨论分两种情况讨论:级内为临界工况、级内为亚临界工况级内为临界工况、级内为亚临界工况分两种情况讨论分两种情况讨论：喷嘴为临界喷嘴为临界和和动叶为临界。动叶为临界。第二节第二节 级与级组的变工况特性级与级组的变工况特性01000100100000011TTppTTppGGcc有，有，即，即，通过级

50、的流量，与滞止初压或初压成正比，通过级的流量，与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比。与滞止初温或初温的平方根成反比。忽略温度的影响有：忽略温度的影响有：010101000ccGppGpp结论结论：如变工况前后级均为临界工况，无论是喷嘴如变工况前后级均为临界工况，无论是喷嘴或动叶为临界，通过级的流量，与滞止初压或初压或动叶为临界，通过级的流量，与滞止初压或初压成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比。成正比，与滞止初温或初温的平方根成反比。22012101220201ppTGGppT略去温度的影响，有略去温度的影响，有22012112202ppGGpp第二节第二节 级与级组的变工