1.汽机级工作原理

1矿大机电学院动力工程系2绪论一、汽轮机简介二、汽轮机分类及型号三、型号的表示方法四、汽轮机发展趋势五、国外主要制造厂六、国内主要制造厂七、汽轮机原理教学内容与安排八、主要参考书九、考核3绪论一、汽轮机简介定义:1.汽轮机是一种以蒸汽为工质，并将蒸汽的热能转换为机械功的旋转机械。2.英文:Turbine，译名透平3.叶轮机械(广义范畴)4绪论特点:1.单机功率大:300MW、600MW、900MW2.效率高:汽轮机内效率:90%电厂效率:40%3.运转平稳:机组振动0.03mm4.使用寿命长:30年5.整个循环中燃用劣质、廉价燃料:如劣质煤等6.使用范围专业而广泛火电厂核电厂直接驱动……5绪论在电厂中的位置兰金循环的示意图6绪论7@绪论核电600MW8绪论9绪论10绪论111213141516171819202122232425绪论26绪论27绪论28绪论29绪论30绪论31绪论32@绪论杭州汽轮机厂33绪论二、汽轮机分类及型号按工作原理：冲动式、反动式按热力特性：纯凝汽、背压、抽汽、多压式按工作蒸汽压力：低压：0.12-1.5MPa中压：2-4MPa高压：6-10MPa超高压：12-14MPa亚临界：16-18MPa超临界：22.1MPa超超临界:32MPa汽缸布置：单缸、多缸等轴系：单轴、双轴汽流总体流向：轴流式、辐流式按用途：电站、工业、船用等34绪论三、型号的表示方法N300-16.7/538/538-２纯凝：N50-8.83(无再热)双抽：CC12-3.43/0.98/0.12背压：B25-8.83/0.98抽背：CB25-8.83/1.47/0.49汽轮机型式额定功率主蒸汽压力主蒸汽温度再热汽温度出厂型号35绪论四、汽轮机发展趋势1.增加单机功率:300,600,1000,1300MW2.提高蒸汽参数亚临界:16.7MPa，5380C超临界:24.2MPa，5660C超超临界:28.2MPa，6000C3.提高效率4.降低金属消耗量和成本5.提高机组运行水平，增强机组的负荷适应性6.采用联合循环(燃气～蒸汽联合循环)提高效率:57%～60%清洁燃烧技术(减少污染:除尘、脱硫、脱硝、重金属等)36绪论五、国外主要制造厂美国通用（GE）、西屋（WH）欧洲ABB、法国阿尔斯通（AA）日本三菱、东芝、日立37绪论六、国内主要制造厂·上海汽轮机厂一125、300、600、1000MW·哈尔滨汽轮机厂一200、300、600、1000MW·东方汽轮机厂一200、300、600、1000MW·北京重型电机厂一100、200、350、600MW·青岛汽轮机厂一中小型汽轮机·南京汽轮发电机厂一中小型汽轮机、燃气轮机·杭州汽轮机厂一工业汽轮机38汽轮机原理多级汽轮机与汽轮机装置9%汽轮机的运行特性21%凝汽器及其运行特性11%汽轮机的调节与控制原理21%汽轮机部件的强度18%汽轮机级的工作原理20%绪论七、汽轮机原理教学内容与安排以电站汽轮机为主要对象，研究汽轮机内蒸汽热能与转子旋转机械能的转换，以及实现能量转换的结构参数和影响高效转换的因素；分析非设计工况下汽轮机的运行特性、影响凝汽器传热性能的因素和主要部件的强度；介绍汽轮机的控制原理和控制系统组成及特性。39绪论汽轮机原理难吗？不容易！知识面广而分散。定性、定量分析相结合，且定性分析为主。学时短，内容多。能学好吗？世上无难事，只要肯努力。记住米卢名言：态度决定一切。抓几个？由同学自己定！40绪论八、主要参考书主要教材高等学校教材《汽轮机原理》中国电力出版社，2000年东南大学康松杨建明胥建群编著主要参考书《汽轮机原理》华中理工大学生翦天聪主编《汽轮机原理》重庆大学沈士一等编著《汽轮机原理习题集》康松主编水利电力出版社，198841绪论九、考核作业6题(1+1)%12%报告2个(1+2)%6%课堂测验6个2.5%15%期末5题9%42%42第一章汽轮机级的工作原理主要内容着重介绍汽轮机最基本作功单元－级的能量转换和影响能量转换的因素。主要方法1）将实际环形叶栅简化为无端部效应的一维平面叶栅，分析级中蒸汽热能与动叶旋转机械能的转换及影响因素与最佳参数设计；2）再用实际环形叶栅效应等修正，得到实际叶栅的能量转换与优化设计。即：遵循简化、抽象，理想加上工程修正的研究法则。43第一章汽轮机级的工作原理教学内容第一讲级内能量转换与轮周功输出；第二讲轮周效率与最佳速比；第三讲最大流量与叶栅几何参数设计；第四讲级内损失与级相对内效率及其影响因素；第五讲长扭叶片原理与现代设计（简介）。441.1级工作的热力、流动分析与计算1.1.1概述级的定义由一列喷嘴叶栅和与之配合工作的动叶栅所组成的基本工作单元。动叶栅可为单列，也可为多列。前者称单列级，后者称多列级。工作过程蒸汽在喷嘴(nozzle)中降压增速，热力势能转变为汽流的动能；在动叶(blade)中一方面继续降压增速，热力势能转变为汽流的动能，另一方面汽流在动叶中改变运动方向，将动能转换成转子的旋转机械能。前者属于反动(Reaction)能，后者属于冲动(Impulse)能。00011112222(,,)((),,)((),,)cptcwptcwpt喷嘴动叶第一讲级内的能量转换与轮周功输出45第一讲级内的能量转换与轮周功输出级内能量平衡与轮周功输出（对于一元、稳定流）进入能量：（kJ/kg.s）出口能量：级内能量平衡：输出的功=蒸汽总能量的减少（无损失）轮周功：单位质量蒸汽在单位时间内所做的功。（kJ/kg.s）轮周功率：质量流量为G的蒸汽单位时间所做的轮周功。(kW)20012hc22212hc22002211()()22uWhchcuuPGW46第一章汽轮机级的工作原理47第一讲级内的能量转换与轮周功输出1.1.2热力过程线分析热力过程线蒸汽在动、静叶栅中膨胀过程在h-S图上的表示。滞止参数：相对于叶栅通道速度为零的气流热力参数。蒸汽的动能用焓来表示。用后上标为”0”来表示。喷嘴进口：动叶进口：0200012hch0211112hwh48第一讲级内的能量转换与轮周功输出要求：每个人都画一遍并了解各线段的物理意义各符号代表意义49第一讲级内的能量转换与轮周功输出理想过程无不可逆损失的等熵过程。实际过程存在着不可逆摩擦损失，动能损失转变摩擦热(能)。喷嘴(或动叶)效率实际焓降与理想焓降之比：喷嘴损失动叶损失001001nthhhh11nthhh22bthhh50第一讲级内的能量转换与轮周功输出反动度或反动率，表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度。定义：动叶中的理想焓降与级的等熵绝热焓降之比用来表示。即：纯冲动（或压力级）：Ω＝０，汽流在动叶通道中不膨胀；结构特点：动叶为等截面通道；流动特点：动叶进出口处压力和汽流的相对速度相等；即：因压降主要发生在静叶栅通道中，故又称为压力级。00bbmtnbhhhhh51第一讲级内的能量转换与轮周功输出反动级：Δｈn＝Δｈb＝Δｈt，动、静叶中的焓降相等；结构特点：动、静叶通道的截面基本相同；流动特点：动、静叶中增速相等。冲动级：ΔhnΔhb，膨胀主要发生于喷嘴中；一般Ω＝0.05～0.30。负反动度喷嘴出口汽流速度较大，在动叶中形成阻塞流，动叶出口压力升高，使，反动度为负值。汽轮机在某变工况下会出现此种情况，将产生较大的损失，尽可能避免。0bh52第一讲级内的能量转换与轮周功输出纯冲动级冲动级反动级负反动级53第一讲级内的能量转换与轮周功输出1.1.3喷嘴、动叶的焓降与出口汽流速度流速或流量、蒸汽参数和通流截面为流动分析的三个要素。采用流体力学及工程热力学中喷管流动的分析方法。能量平衡算流速，质量平衡算流量。注：叶栅通道的进口参数用相对于叶栅速度为零的滞止参数。分析模型一元流动平面叶栅模型基本假设：定常物性、稳定、绝热、理想气体、一元流动。基本方程：连续性方程、能量方程、动量方程。1.理想气体状态方程2.绝热等熵过程pvRTkpvconst54第一讲级内的能量转换与轮周功输出3.气体的焓：4.气体介质中的音速：焓降与流速热力势能汽流动能，计算方法是先算理想（等熵)过程，然后用系数修正到实际过程理想过程能量方程：喷嘴：动叶：202000111122tthchhc202111221122tthwhhwakpvkRT11kkhpvRTkk55第一讲级内的能量转换与轮周功输出即：利用：焓的计算式、等熵焓降过程，流速可表示成与初参数前后压比的形式。则有:010/ntpp0000,pv100110000211kkttpkcpvkp100221101211kkttpkwpvkp010012)(2ntthhhc020122)(2btthhhw56第一讲级内的能量转换与轮周功输出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，即蒸汽在叶栅通道中为绝热多变过程:多变指数随摩擦的增大而减小。工程中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汽流速度的比值表示摩擦的影响其比值称为速度系数：对应的喷嘴、动叶损失为(P9,1-13式)()1212;ttcwcw22(1)(1)nnbbhhhh；npvconst57第一讲级内的能量转换与轮周功输出速度系数的影响因素：1.速度系数与叶栅通道表面的光滑程度及叶型等紧密相关：提高加工精度；表面越光洁，摩擦就越小；2.叶型是否合理，决定了叶栅通道的流场和压力场分布：研究空气动力特性、开发先进叶型；附面层增厚、附面层脱离均导致摩擦损失增大、速度系数减小。3.蒸汽的膨胀程度越大，有利于减薄附面层，提高速度系数，动叶中，速度系数将随反动度增大而增大(P.15)。58第一讲级内的能量转换与轮周功输出59第一讲级内的能量转换与轮周功输出在汽轮机中：喷嘴的速度系数在0.92～0.98之间，一般取0.97；动叶的速度系数在0.85～0.95之间，反动度大时可取上限。速度系数与喷嘴或动叶效率由速度系数和喷嘴或动叶效率定义可知;nb60第一讲级内的能量转换与轮周功输出由热力学推导得知，多变指数与速度系数的关系为：2(1)knkk61第一讲级内的能量转换与轮周功输出1.1.4速度三角形与动叶出口速度建立随动叶运动的相对坐标系。汽流的绝对速度(c)＝牵连速度(u)＋相对动叶的汽流速度(w)。轮周速度：平均直径处的轮周线速度，即：动叶汽流的速度三角形以轮周速度为水平方向，描述动叶进、出口3个速度矢量关系所构成的封闭图形。动叶进口：动叶出口：md60mdnu11cuw22cuw62第一讲级内的能量转换与轮周功输出01)1(2thc112211cos2ucucw11111sinsinwc2222chc210122whwtm222222cos2uwuwc22212sinsincw2220221cc60mdnu63第一讲级内的能量转换与轮周功输出除斜切部分存在膨胀外汽流流出喷嘴或动叶的出口角即为几何出口角。一般地，在11°～17°；在20°～30°；通常设计情况下，比略大2°～4°。在非设计工况下，和将随工况而变。12121264第一讲级内的能量转换与轮周功输出1.1.5动叶上的汽流力和轮周功1.动叶上汽流作用力的大小：决定于动叶通道进、出口汽流动量的变化。2.蒸汽动能与叶轮旋转机械能转换重要的制约因素：叶轮的转速。3.汽流力的计算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(又称轮周力)和不产生机械功的轴向力。由动量定律求得。利用速度三角形关系进行计算。65第一讲级内的