华电保定汽轮机原理ppt1

SteamTurbine授课教师：李慧君能源与动力工程学院绪论（preface)一、电力在国民经济中的地位（TheRoleofElectricPowerinNationalEconomy）二、汽轮机装置在电厂中的地位（TheStatusofSteamTurbineinPowerPlant)三、汽轮机发展概述(SummaryofSteamTurbineDevelopment)四、汽轮机的分类和型号（CategoryandTypeofSteamTurbine)五、本课程的主要内容（ContentofTheSubject)绪论二、汽轮机装置在电厂中的地位（TheStatusofSteamTurbineinPowerPlant)锅炉发电机蒸汽化学能(燃料)热能机械能电能PowerPlant绪论三、汽轮机发展概述(SummaryofSteamTurbine)1、1883年，Laval（瑞典）研制出第一台轴流式汽轮机2、70年代后，进入百万级3、汽轮机主要制造业：GECo.（GeneralElectricCorporation)美国通用电气公司（冲动式）WHCo.(WestingHouseElectricCorporation)西屋（反动式）BBC(BrownBoveriCo.)瑞士（反动式）AA(Alsthon-AtlantagueCo.)法国（冲动式、反动式）其他（苏联、日本等）我国三大动力设备厂：哈汽、上汽、东汽工业汽轮机：杭州燃气轮机：南京绪论冲动式反动式工作原理热力特性凝汽式背压式调节抽汽式抽汽背压式中间再热式混压式汽流方向轴流式辅流式四、汽轮机的分类和型号（CategoryandType）绪论功率用途凝汽式供暖电站工业船用超临界进汽参数低压中压高压亚临界超高压大功率小功率四、汽轮机的分类和型号（CategoryandTypeofSteamTurbine)绪论绪论汽轮机的型号表示如下：汽轮机类型额定功率（MW)蒸汽参数变型设计次序注意：蒸汽参数表示法和汽轮机类型有关本书的内容：内容原理（一、二、三章）结构强度（第五章）辅机凝汽设备（第四章）调节保护（第六章）绪论第一章汽轮机级的工作原理第一章汽轮机级的工作原理•第一节概述第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动第三节级的轮周功率和轮周效率第四节叶栅的汽动特性第五节级内损失和级的相对内效率第六节级的热力设计原理**第七节级的热力计算示例**第八节扭叶片级第一节概述一、概述蒸汽的热能机械功旋转式原动机汽轮机是将转化成的通流部分----汽轮机本体做功汽流通道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，各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。----由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元。汽轮机的级第一节概述汽流冲动.avi演示蒸汽动叶和喷嘴中的流程.rmvb流程第一节概述蒸汽热力学能喷嘴(nozzle)降压增速汽流的动能动叶(blade)转子的旋转机械能级的工作过程汽流改变方向(冲动原理)汽流降压增速(反动原理)蒸汽膨胀增速的条件----一是有合理的汽流通道结构，另一是蒸汽需具有一定的可用热能且有压差存在。动、静叶栅几何参数----平均直径dm，叶片高度l，叶栅节距t，叶栅宽度B，叶栅通道进口宽度a,出口宽度a1和a2，叶型弦长b和出口边厚度，出口汽流角.第一节概述前缘点后缘点后额线中弧线几何进口角汽流进口角几何出口角汽流出口角叶片安装角前缘点几何进口角旋转平面与的夹角动叶进出口汽流速度三角形(a)动静叶栅汽道示意图(b)顶点靠拢的速度三角形汽流的绝对速度60bdnu圆周速度动叶进口速度三角形相对速度动叶出口速度三角形1表示动叶进口2表示动叶出口22cwu11wcu1cu1w速度三角形w旋转平面与的夹角c第一节概述滞止参数----相对于叶栅通道速度为零的气流热力参数。用后上标为”0”来表示。喷嘴进口动叶进口二、热力过程分析A.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。0211112hwh第一节概述理想过程----可逆的等熵过程。实际过程----存在着不可逆过程---耗散效应，部分动能转变为热能。喷嘴(或动叶)效率----实际焓降与理想焓降之比喷嘴损失--喷嘴前能量--动叶损失--余速损失--2002cch2222cch11nthhh22bthhh001001nthhhh第一节概述B.反动度----或反动率,表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度,定义为动叶中的理想焓降与级的等熵绝热焓降之比,用Ωm来表示。即00bbmtnbhhhhh纯冲动级---Ωm＝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。因压降主要发生在静叶栅通道中,故又称为压力级。第一节概述反动级----Δhn=Δhb=Δht，动静叶中焓降相等.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----膨胀主要发生于喷嘴中,一般Ω＝0.05～0.30复速级----由固定的喷嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅所组成的级称为复速级，又称双列速度级。第一节概述级的类型和特点反动度叶片类型做功能力（焓降）效率纯冲动级Ωm=0隔板叶轮型较高较低反动级Ωm=0.5转鼓型最低最高冲动级Ωm=0.05～0.3隔板叶轮型较低较高复速级Ωm=0.05～0.3隔板叶轮型最高最低第一节概述三、级的简化一元流模型和基本方程式A.流动过程分析研究蒸汽膨胀的流动过程，核心问题是确定喷嘴出口的汽流速度或流量与喷嘴前后蒸汽参数及通道截面的关系。因此，流速或流量、蒸汽参数和通流截面为流动分析的三个要素。方法与流体力学及工程热力学中喷管流动的分析方法相同，叶栅通道的进口参数通常用相对于叶栅速度为零的滞止参数。B.简化的一元流模型基本假设：①流动是稳定的②流动是绝热的③流动是一元的④工质是理想气体C.基本方程式基本方程：连续性方程Gv=Ac能量方程状态或过程方程pv=RT2200111122hchcW第一节概述1.解释汽轮机的级的概念及蒸汽在级内能量的转换特点。2.蒸汽在动、静叶栅中膨胀过程在h-s图上的表。3.反动度的定义及表达式。4.级的类型和特点。***（2）第一节概述(作业与思考)喷嘴出口汽流速度•在喷嘴的实际流动过程中，蒸汽粘性所产生的摩擦等损失是蒸汽出口速度由c1t降为c1即称为喷嘴速度系数喷嘴损失•喷嘴压比即喷嘴后压力与喷嘴前滞止压力之比。第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程220010100012()22()2ttntnchhchchhh100npp0112tncch22222011111222ttnnccchh第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程11tcc速度系数的影响因素速度系数与叶栅通道表面的光滑程度及叶型等紧密相关。表面越光洁，摩擦就越小；叶型是否合理，决定了叶栅通道的流场和压力场分布，附面层增厚、附面层脱离均会导致摩擦损失增大、速度系数减小。前者提高加工精度，后者研究空气动力特性、开发先进叶型。蒸汽的膨胀程度越大，有利于减薄附面层，提高速度系数。在汽轮机中，喷嘴的速度系数在0.95～0.98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由热力学推导得知，多变指数与速度系数的关系为;nb2(1)knkk第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程渐缩喷嘴速度系数随叶片高度ln的变化曲线第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程喷嘴中蒸汽参数、流速与等比熵比焓降的关系第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程喷嘴中的气流的临界状态音速临界速度临界压力临界压比001110021ccckckppvk11002()1kckncpp第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程akpkRT01102()1kkcpp喷嘴的通流能力第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程喷嘴的等临界速度线渐缩喷嘴的流量与压比的关系曲线102/100102()()1kkntkntnnntAcpkGAk121ncrkkk最大流量为临界流量10010000max0000000.6673/过热1.32/10.6356/饱和1.135kknntnnApvkGAkpkApvk流量系数由实际流量计算式可知即得流量系数与速度系数的关系由摩擦使蒸汽温度升高，故总有，理论上实际中，速度系数与流量系数是分别由两种不同试验得到的结果，速度系数是由动能损失试验求得，反映了流场中速度分布的均方根平均；流量系数是由流动试验直接测取统，反映了流场中速度分布的算术平均，是流动过程中损失造成的。事实上，在过热蒸汽区，喷嘴损失引起的比容变化比较小，故流量系数近似等于速度系数，；在湿蒸汽区，在降压膨胀过程中应有部分蒸汽释放汽化潜热、并凝结为水，但因流速很快、传热速度相对滞后，汽化潜热来不及传给蒸汽，使蒸汽产生过冷，比容减小，从而导致流量系数大于速度系数的局面。在湿蒸汽区，流量系数通常用下式计算或取因此最大流量为：第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程11111111ntnttnntnnttAcAcGGG11tnn11/1tnn0.971x过热湿1.0210010000max0000000.6473/过热1.3,0.972/10.6483/饱和1.135,1.02kknntnnnApvkGAkpkApvk喷嘴和动叶的流量系数第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程喷嘴与动叶的流量系数彭台门系数（喷嘴的实际流量与喷嘴临界流量之比)蒸汽流动中因受音速的限制，在流量计算式中应加上一个约束条件，即过热蒸汽适用范围的压比范围(0.546,1)。因此，在做叶栅通道流量计算时，必须判定是否达到临界。这样，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的无量纲参数来表示，这个参数称之为彭台门系数(亦称流量比系数)β。***(3)第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程渐缩喷嘴的β曲线(k=1.3)2/(1)/11max2()120.54610.546110.546kkkkknckGGk二、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀带有斜切部分的渐缩喷嘴蒸汽在斜切部分的实际膨胀与偏转第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程汽轮机弯曲型渐缩叶栅通道，在喉部后形成斜切出口通道，将此称为斜切部分。它的存在极大地改变了叶栅通道的流动特性。第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程在背压大于临界压力时，斜切部分仅起到流动的导向作用，汽流沿喉部截面的法线方向流出。但当背压低于临界压力时，A点的压力突变产生扰动，并以音速传播，形成以A为原点的一束特性线，其前锋到达D点；这样，AD线上即为背压。在AB与AD间的压差作用下蒸汽在ABD所构的渐扩形流道中继续膨胀增速，使之达到超音速状态，并且流动转向。蒸汽在斜切部分膨胀使比容增大，必然导致汽流方向发生偏转来增大通流面积，偏转角的大小由喉部截面和斜切部分膨胀截面的连续性方程求得。即喉部：斜切膨胀出口：偏转角计算式：(贝尔公式)11111sin()nnnnAcltcG11111sinnccnncncccAcltcG1111111111112111sin()sinsin()sin1kkkkccnnkckkc蒸汽在斜切部分的膨胀程度取决于背压。当特性线的前