最新叶轮机械原理西安交大-演示文稿4精品课件.ppt
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1、4.5 4.5 湿蒸汽级的能量转换湿蒸汽级的能量转换 (多级汽轮机特殊(多级汽轮机特殊问题之四问题之四) 湿蒸汽:湿蒸汽:干蒸汽与水滴的干蒸汽与水滴的混合物混合物。 湿蒸汽汽轮机(级):湿蒸汽汽轮机(级):在在湿蒸汽区域湿蒸汽区域工作的汽轮机(级)。工作的汽轮机(级)。 包括:多级汽轮机最后几级、地热汽轮机、包括:多级汽轮机最后几级、地热汽轮机、 核电汽轮机核电汽轮机(压水堆:饱和蒸汽)(压水堆:饱和蒸汽)、核动力汽轮、核动力汽轮机机 水份将对汽轮机(级)的工作产生水份将对汽轮机(级)的工作产生两个方面两个方面的影响:的影响: 1 1)湿汽损失:)湿汽损失:2 2)动叶和汽缸)动叶和汽缸 材料
2、的磨蚀:材料的磨蚀:水份使干蒸汽的工作受到一定的影响。水份使干蒸汽的工作受到一定的影响。透平(级)效率降低。透平(级)效率降低。水滴高速冲击动叶和汽缸表面,水滴高速冲击动叶和汽缸表面,造成叶片或汽缸材料表面脱落造成叶片或汽缸材料表面脱落水蚀。水蚀。 水珠的形成与生长水珠的形成与生长 蒸汽由亚平衡蒸汽由亚平衡过饱和状态过饱和状态迅速迅速变化变化到热力学到热力学平衡湿蒸汽状态平衡湿蒸汽状态。 水珠温度与蒸汽温度十分接近,水珠与蒸汽之间不断有传热传质。水珠温度与蒸汽温度十分接近,水珠与蒸汽之间不断有传热传质。 一方面,一部分水珠很快再蒸发成蒸汽;另一方面,蒸汽又在水珠一方面,一部分水珠很快再蒸发成蒸
3、汽;另一方面,蒸汽又在水珠 上继续凝结形成更大的水珠上继续凝结形成更大的水珠这个过程称为这个过程称为水珠的生长水珠的生长。 蒸汽凝结形成水珠的过程很快,可以认为是一个瞬间的现象;蒸汽凝结形成水珠的过程很快,可以认为是一个瞬间的现象; 而水珠的生长过程则需要较长的时间。而水珠的生长过程则需要较长的时间。 生长后的水珠直径在生长后的水珠直径在0.011.0m之间之间 初次雾滴初次雾滴。 当过饱和蒸汽膨胀到过饱和极限位置当过饱和蒸汽膨胀到过饱和极限位置Wilson点点时,时, 蒸汽自发凝结,才会有凝结水珠产生;蒸汽自发凝结,才会有凝结水珠产生; 水珠直径约为:水珠直径约为:0.01m(110-8m)
4、 凝结核凝结核; 运动中的水珠可能发生碰撞。水珠运动中的水珠可能发生碰撞。水珠 表面张力作用将合并成一个较大水珠,表面张力作用将合并成一个较大水珠, 这样将导致水珠数目减少。这样将导致水珠数目减少。 水珠的运动与沉积水珠的运动与沉积 初次雾滴随着汽流在叶栅通道中运动,由于水珠的惯性作用和初次雾滴随着汽流在叶栅通道中运动,由于水珠的惯性作用和 扩散作用,水珠或水滴都程度不同地从蒸汽中分离出来。扩散作用,水珠或水滴都程度不同地从蒸汽中分离出来。 直径较大的水滴,惯性力大,保持水滴原来运动方向的能力大,直径较大的水滴,惯性力大,保持水滴原来运动方向的能力大, 脱离汽流也早,这种分离导致水滴撞击并沉积
5、在叶片表面上脱离汽流也早,这种分离导致水滴撞击并沉积在叶片表面上 惯性沉积惯性沉积; 直径较小的水珠,一部分随主汽流向叶栅下游运动;另一部分受直径较小的水珠,一部分随主汽流向叶栅下游运动;另一部分受 汽流旋涡影响被带入边界层附近,依靠汽流旋涡影响被带入边界层附近,依靠Brownian运动而穿越运动而穿越 边界层,撞击并沉积到叶片表面上边界层,撞击并沉积到叶片表面上扩散沉积扩散沉积; 直径为0.1m的水滴运动轨迹图 直径为25m的水滴运动轨迹图 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.010.020.030.040.050.060.070.08 相对沉积量相
6、对叶高0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.010.020.030.040.050.060.070.08 相对沉积量相对叶高内弧沿叶高的一次水滴相对沉积量 背弧沿叶高的一次水滴相对沉积量 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.050.100.150.200.25 相对沉积量相对叶宽内弧沿轴向位置的一次水滴相对沉积量 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.050.100.150.200.25 相对沉积量相对叶宽背弧沿轴向位置的一次水滴相对沉积量 0.00.10.20.30.40
7、.50.60.70.80.91.00.000.010.020.030.040.050.060.070.08 相对沉积量相对叶高0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.010.020.030.040.050.060.070.08 相对沉积量相对叶高0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.050.100.150.200.25 相对沉积量相对叶宽0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.050.100.150.200.25 相对沉积量相对叶宽内弧沿叶高的二次水滴相对沉积量 背弧沿叶高的二次
8、水滴相对沉积量 内弧沿轴向位置的二次水滴相对沉积量 背弧沿轴向位置的二次水滴相对沉积量 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.020.040.060.080.100.120.14 相对沉积量相对叶高0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.020.040.060.080.100.120.14 相对沉积量相对叶高0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.000.010.020.030.040.050.060.070.08 相对沉积量相对叶高0.00.10.20.30.40.50.60.70.8
9、0.91.00.000.050.100.150.200.250.300.35 相对沉积量相对叶宽内弧沿叶高的水滴相对沉积量 背弧沿叶高的水滴相对沉积量 内弧沿轴向位置的水滴相对沉积量 背弧沿轴向位置的水滴相对沉积量 水膜的运动、撕裂及二次水滴的形成水膜的运动、撕裂及二次水滴的形成 从汽流分离出来的水滴,撞击并沉积在叶片表面上,从汽流分离出来的水滴,撞击并沉积在叶片表面上, 形成厚度为形成厚度为10300m 水膜;水膜; 沉积在静叶表面上的水膜,受汽流切应力作用向静叶出口边运动,沉积在静叶表面上的水膜,受汽流切应力作用向静叶出口边运动, 并在静叶出口边附近撕裂形成大分散度的粗糙水滴(并在静叶出口
10、边附近撕裂形成大分散度的粗糙水滴(d10m),), 最大水滴直径可达毫米级最大水滴直径可达毫米级粗糙水滴粗糙水滴(二次水滴)。(二次水滴)。 沉积在动叶上的水膜,受离心力作用被甩向汽缸壁面而排出;沉积在动叶上的水膜,受离心力作用被甩向汽缸壁面而排出; 图4.12 汽轮机中水份的图解形式 摩擦阻力损失摩擦阻力损失一般来看,透平中的水滴大体分为两类:一般来看,透平中的水滴大体分为两类: 大部分是通过蒸汽自发凝结、生长过程而形成的水珠。大部分是通过蒸汽自发凝结、生长过程而形成的水珠。 直径直径d1m ; 小部分是水膜在静叶出口边撕裂而形成的大水滴,小部分是水膜在静叶出口边撕裂而形成的大水滴, 直径直
11、径d=5500m ; 水滴的运动速度都低于蒸汽的运动速度(水滴直径水滴的运动速度都低于蒸汽的运动速度(水滴直径 越大,速度越低),低速运动的水滴对高速运动的越大,速度越低),低速运动的水滴对高速运动的 蒸汽来说,将产生一种摩擦阻力,因而消耗蒸汽的蒸汽来说,将产生一种摩擦阻力,因而消耗蒸汽的 动能动能 称为称为摩擦阻力损失摩擦阻力损失。 制动损失制动损失 直径较大的粗糙水滴,是在静叶出口边直径较大的粗糙水滴,是在静叶出口边 由水膜撕裂而形成的。受到汽流加速由水膜撕裂而形成的。受到汽流加速 时间短,因而水滴的运动速度大大低于时间短,因而水滴的运动速度大大低于 蒸汽流速度。大水滴不能顺利进入动叶蒸汽
12、流速度。大水滴不能顺利进入动叶 栅流道,而是撞击在栅流道,而是撞击在动叶背弧进口部分动叶背弧进口部分。 直径较小(直径较小(d 22.2 MPa,初温,初温565 超超临界系列:初压超超临界系列:初压 25 MPa,初温,初温600 排汽参数排汽参数(pz):):kPapz93分为几个选择范围分为几个选择范围, ,主要与主要与: : 凝汽器的换热面积、凝汽器的换热面积、 冷却水温度(环境)有关。冷却水温度(环境)有关。 热力系统与给水温度:热力系统与给水温度: 热力系统热力系统: : 与蒸汽的初参数、机组容量、抽汽级数有关。与蒸汽的初参数、机组容量、抽汽级数有关。抽汽级数与给水温度抽汽级数与给
13、水温度: : 分为几个范围(可查相应的标准)。分为几个范围(可查相应的标准)。 转速:转速: 发电汽轮机发电汽轮机 n = 3000 r/min; 或或: :n = 1500 r/min(双极发电机);(双极发电机); 或或: :n = 5600 r/min(用变速箱);(用变速箱); 在满足汽轮机功率要求的前提下:在满足汽轮机功率要求的前提下: 有许多热力设计方案,有许多热力设计方案, 但每个方案的技术经济性(如:相对内效率等)、但每个方案的技术经济性(如:相对内效率等)、 制造成本各不相同,制造成本各不相同, 需要进行方案比较。需要进行方案比较。驱动汽轮机驱动汽轮机 根据实际驱动对象来确定
14、;根据实际驱动对象来确定; 或采用变转速汽轮机。或采用变转速汽轮机。 二、主要参数之间的关系二、主要参数之间的关系在多级汽轮机的热力设计过程中:在多级汽轮机的热力设计过程中: 需要考虑的因素是多方面的,需要考虑的因素是多方面的, 并且这些参数之间是相互关联、相互影响的。并且这些参数之间是相互关联、相互影响的。 有必要分析各参数之间的相互关系。有必要分析各参数之间的相互关系。1 1)转速)转速 与透平重量与透平重量 之间的关系之间的关系 nWmnnWW)(1221汽轮机的重量与汽轮机的重量与转速的转速的 m 次方成反比:次方成反比: 提高转速的优点:提高转速的优点: 1 1)透平重量越轻,材料消
15、耗越少,制造成本降低;)透平重量越轻,材料消耗越少,制造成本降低;2 2)透平级数)透平级数 z 和平均直径和平均直径 dm 都可以适当减小。都可以适当减小。 n- - u- c1- - hs- - z 或:或:u- dm 一定1cu3 3)叶高)叶高 l 和部分进汽度和部分进汽度 e 增大,汽轮机效率提高。增大,汽轮机效率提高。 n- dm -(A(A = = const) const) l / e透平设计第一原则:透平设计第一原则: 在多级汽轮机的设计中,在多级汽轮机的设计中,选择高转速有利于提高方案的经济性。选择高转速有利于提高方案的经济性。 转速选取的限制:转速的选择还取决于外界负荷的
16、影响转速选取的限制:转速的选择还取决于外界负荷的影响 发电用汽轮机发电用汽轮机 受发电机工作特性限制。汽轮机转速受发电机工作特性限制。汽轮机转速 n = 3000 r/min; 核电汽轮机:叶片高度大核电汽轮机:叶片高度大(保证通流面积和流量、功率)(保证通流面积和流量、功率) 可采用半转速可采用半转速 n =1500 r/min( (发电机电极为两对发电机电极为两对) ); 小功率汽轮机:为减小尺寸小功率汽轮机:为减小尺寸 采用较高转速采用较高转速 n = 5600 r/min,或,或n = 900010000 r/min, 但需要减速器将转速降到但需要减速器将转速降到 n = 3000 r
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