汽轮机的工作原理课件.pptx
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- 汽轮机 工作 原理 课件
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1、汽轮机外形汽轮机外形单缸、单排汽口汽轮机单缸、单排汽口汽轮机多缸、多排汽口汽轮机多缸、多排汽口汽轮机 一一、汽轮机的级、级内能量转换过程汽轮机的级、级内能量转换过程 :静叶栅 动叶栅 是汽轮机作功的最小单元。能量转换的主要部件是一组喷管和一圈动叶,由它们组合而成的工作单元,称为汽轮机的一个“级”。:具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时,首先具有一定压力、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
2、又膨胀加速,推动叶轮旋转,将高速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。汽流的动能转变为旋转机械能。当汽流通过动叶通道时,由于受到动叶通道形状的限制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,被称为片上,被称为冲动力冲动力。这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械。这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量。功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级。而这种级称为冲动级。:当汽流通过动叶通道时,一方
3、面要改变方向,同时还要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,后膨胀加速,前者会对叶片产生一个冲动力,后 者会对叶片者会对叶片产生一个反作用力,即产生一个反作用力,即反动力反动力。蒸汽通过这种级,两种力。蒸汽通过这种级,两种力同时作功。通常称这种级为反动级。同时作功。通常称这种级为反动级。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*tbmhhbnbbnbmhhhhhh*tmbhh*1tmnhhbh(一)冲动级与反动级冲动级冲动级复速级复速级反动级反动级1、纯冲动级(m=0)特点:蒸汽在喷咀叶栅中膨胀,在动叶栅中不膨
4、胀,只改变方 向。P1=P2 h b=0 h*n=h*t 作功能力大,效率较低,C2较大。2、带反动度的冲动级(0mP2 h b0 具有冲动级作功能力大和反动级效率高的特点。3、复速级(双列冲动级)特点:蒸汽在喷咀中膨胀,在第一列动叶栅中作一部分功,在固定的 导向叶栅中改变蒸汽流动方向,在第二列动叶栅内继续作功,它的作功能力比单列冲动级要大,但效率低,一般用于中、小 型机组上。冲动级冲动级复速级复速级 特点:蒸汽一半在喷咀叶栅中膨胀,另一半在动叶栅中膨胀。P1P2 h b=h*n=0.5h*t 反动级效率比冲动级高,但作功能力较小。反动级反动级(二)压力级与速度级压力级压力级以利用级组中合理分
5、配的压力降以利用级组中合理分配的压力降或焓降为主的级。(效率高,单列级)或焓降为主的级。(效率高,单列级)速度级速度级以利用蒸汽流速为主的级。(做以利用蒸汽流速为主的级。(做功能力大)功能力大)双列速度级双列速度级 多列速度级多列速度级(三)调节级与非调节级调节级调节级通流面积可以随负荷变化的级。通流面积可以随负荷变化的级。(第一级)(第一级)非调节级非调节级通流面积不随负荷变化的级通流面积不随负荷变化的级(第一级以后的各级)(第一级以后的各级)复速级复速级 单列级单列级 四、研究级内工作过程的基本方法四、研究级内工作过程的基本方法 1.1.基本假设基本假设 流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连
6、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。2 2、基本方程、基本方程 (1)连续性方程连续性方程 微分形式微分形式 (2 2)运动方程)运动方程 (3 3)能量方程)能量方程 (4 4)状态方程)状态方程AcG0dcdcAdAcdcRdxdpwchqch22211200RTpv
7、.constpvk一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程 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,有 对于过热蒸汽,可近似看做理想气体,则上式可写成:2112002121ChCh)(1)(211100102021vpvpkkhhCC(一)喷嘴中的汽流速度(一)喷嘴中的汽流速度 1.1.喷嘴出口汽流的理想速度:喷嘴出口汽流的理想速度:在进行喷嘴流动计算时,喷嘴前的参数是已知的条件。按等熵过程膨胀,根据能量方程,喷嘴出口汽流理想速度20t 10t 1chh2c或者
8、2011002121)(121CvpvpkkCtt 当用下角0与1分别表示喷嘴进出口处的状态时,上式表明,蒸汽在喷嘴出口处的动能是由喷嘴进口和出口的蒸汽参数决定的,并和喷嘴进口蒸汽的动能有关。当喷嘴进口蒸汽动能很小,并可忽略不计时,喷嘴出口的蒸汽流速仅是热力学参数的函数。若喷嘴进口蒸汽的动能不能忽略不计,那么我们可以假定这一动能是由于蒸蒸汽从某一假想状态汽从某一假想状态0 0*等比熵膨胀到喷嘴进口状态等比熵膨胀到喷嘴进口状态0 0时所时所产生的产生的,在这一假想状态下,蒸汽的初速为零。换言之,参数p0*、v0*是以初速c0从p0、v0等比熵滞止到速度为零时的状态,我们称p0*、v0*、h0*等
9、为滞止参滞止参数数。滞止参数在h-s图上的表示如图所示。上两式可写为:*20122nnthchc和)(1 121*01*0*01kktppvpkkc2.喷嘴出口汽流实际速度:喷嘴出口汽流实际速度: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2*1nnnhh11tcc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:*22212121)1()1(21(21nttnhccch)nh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n 影响速度系数的因素有:喷嘴高度、叶型、汽道形状、表面
10、粗糙度、前后压力等。速度系数与叶高的关系曲线如下图:1 1、喷嘴、动叶及汽流流动特性喷嘴、动叶及汽流流动特性 动叶以圆周速度动叶以圆周速度u u旋转;旋转;从喷嘴中以绝对速度从喷嘴中以绝对速度c c1 1流出的汽流相对于动叶有一个相流出的汽流相对于动叶有一个相对运动和相应的相对速度对运动和相应的相对速度w w1 1;流入本级动叶;流入本级动叶;汽流以相对速度汽流以相对速度w w2 2离开动叶,由于动叶以圆周速度离开动叶,由于动叶以圆周速度u u旋转,旋转,故其出口绝对速度为故其出口绝对速度为c c2 2;流入下级静叶(喷嘴);流入下级静叶(喷嘴);由由c c、w w、u u构成速度三角形,如下
11、图。构成速度三角形,如下图。2 2、速度三角形的构成速度三角形的构成 动叶入口速度三角形:c1 1、w1 1、u 动叶出口速度三角形:c2 2、w2 2、u符号说明符号说明:C1:喷嘴出口汽流的绝对速度:喷嘴出口汽流的绝对速度 w1:喷嘴出口汽流的相对速度:喷嘴出口汽流的相对速度 C2:动叶出口汽流的绝对速度:动叶出口汽流的绝对速度 w2:动叶出口汽流的相对速度:动叶出口汽流的相对速度 u:圆周速度。:圆周速度。12121117(2 4)20 30冲动级:一般情况下:一般情况下:蒸汽在喷嘴中从压力p0膨胀到出口压力 p1,以速度c1流向动叶栅。当蒸汽通过动叶时,一般还要继续膨胀,压力由p1降到
12、p2.如图所示级的热力过程,则此时级的滞止理想比焓降ht*为:sh0*021P0*P0P1P2hn*ht*hbhbbnthhh*近似认为与hb相等*tbmhhhsh2p22h2thb1p1P1*1*h1h1*2h*bw12/2h0*021P0*P0P1P2hn*ht*hbhbs蒸汽在动叶中的热力过程蒸汽在级中的热力过程22111111111111222222222222222cossinsinarcsinarccos2cossinsinarcsinarccoswcucucctgwcucwuw uwwtgcwu2221111222()22ttmtbtwhhwhwhww 动叶速度系数。动叶损失:2
13、2222112btbhwwhuzFzFuFb21P2P1c2c1abcdu蒸汽流过动叶栅的汽流图 作用在动叶上的汽流力可归结为产生旋转作用在动叶上的汽流力可归结为产生旋转机械功的切向力机械功的切向力(又称轮周力又称轮周力)和不产生机械和不产生机械功的轴向力。由动量定律求得。利用速度三功的轴向力。由动量定律求得。利用速度三角形关系进行计算。角形关系进行计算。动叶栅进出口速度三角形11221122(coscos)(coscos)uFG wwG cc设设tt时间内流过动叶的蒸汽量为时间内流过动叶的蒸汽量为mm,切向和轴向的动量,切向和轴向的动量变化为:变化为:绝对坐标系:绝对坐标系:相对坐标系:相对
14、坐标系:切向切向 切向切向轴向轴向 轴向轴向2211(coscos)m cc2211(sinsin)m cc2211(coscos)m ww2211(sinsin)m ww令令G=G=m/tm/t为单位时间内通过动叶通道的蒸汽质量,由为单位时间内通过动叶通道的蒸汽质量,由速度三角形可得到:速度三角形可得到:式中:全周进汽:式中:全周进汽:A Az z=d=dm ml lb b 部分进汽:部分进汽:A Az z=d=dm ml lb be e蒸汽对动叶总作用力F Fb b112212112212(sinsin)()(sinsin)()zzzFG wwA ppG ccA pp22buzFFF 概念
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