第二篇汽轮机基础知识1.pptx

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1、会计学1第二篇第二篇 汽轮机基础知识汽轮机基础知识1第一页，共89页。汽轮机分类汽轮机分类(fn li)n n1.1.按照热力特性分按照热力特性分n n凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机n n蒸汽在汽轮机中膨胀做功后，在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水。有些给水泵汽轮机没有回热系统，称为纯凝蒸汽在汽轮机中膨胀做功后，在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水。有些给水泵汽轮机没有回热系统，称为纯凝汽式汽轮机汽式汽轮机n n背压式汽轮机背压式汽轮机n n蒸汽在汽轮机中膨胀做功后，排汽直接用于供热，不设凝汽器。当排汽作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时，称为蒸汽在汽轮机中膨胀做功后，排汽直接用于供热，不设凝汽器。当排汽

2、作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时，称为前置式汽轮机前置式汽轮机n n调节抽汽式汽轮机调节抽汽式汽轮机n n从汽轮机某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热，其余排汽仍进入凝汽器。由于从汽轮机某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热，其余排汽仍进入凝汽器。由于(yuy)(yuy)热用户对供热蒸汽压力有热用户对供热蒸汽压力有一定要求，需要对抽汽供热压力进行自动调节，故称为调节抽汽。根据供热需进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一要，有一定要求，需要对抽汽供热压力进行自动调节，故称为调节抽汽。根据供热需进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一要，有一次调节抽汽和两次调节抽汽之分一次调节抽汽和两次调节抽汽之分n n抽汽背压式汽轮机抽汽

3、背压式汽轮机 具有调节抽汽的背压式汽轮机具有调节抽汽的背压式汽轮机n n中间再热式汽轮机中间再热式汽轮机n n进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被送往锅炉的再热器进行再热，再热后返回汽轮机继续膨胀做功进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被送往锅炉的再热器进行再热，再热后返回汽轮机继续膨胀做功n n混压式汽轮机混压式汽轮机n n利用其他来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作。通常用于工业生产的流程中，用来综合利利用其他来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作。通常用于工业生产的流程中，用来综合利用蒸汽的热能用蒸汽的热能第1页/共89页第二页，共89页。汽轮机其他汽轮机

4、其他(qt)分类分类n n1.1.工作原理工作原理n n冲动式汽轮机主要由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中只有少量膨胀冲动式汽轮机主要由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中只有少量膨胀n n反动式汽轮机反动式汽轮机n n主要由反动级组成，蒸汽在喷嘴叶栅和动叶栅中膨胀程度主要由反动级组成，蒸汽在喷嘴叶栅和动叶栅中膨胀程度(chngd)(chngd)相同。由于反动级不能做成部分进汽，故调节级常采用单列冲动相同。由于反动级不能做成部分进汽，故调节级常采用单列冲动级或复速级级或复速级n n2.2.按照主蒸汽压力按照主蒸汽压力n n低压汽轮机低压汽轮机 主蒸汽压力主蒸汽压力

5、0.12 0.121.5MPa1.5MPan n中压汽轮机中压汽轮机 主蒸汽压力主蒸汽压力 MPaMPan n高压汽轮机高压汽轮机 主蒸汽压力主蒸汽压力MPaMPan n超高压汽轮机超高压汽轮机 主蒸汽压力主蒸汽压力 MPaMPan n亚临界压力汽轮机亚临界压力汽轮机 主蒸汽压力主蒸汽压力 MPaMPan n超临界压力汽轮机超临界压力汽轮机 主蒸汽压力主蒸汽压力 大于大于.MPaMPan n超超临界压力汽轮机超超临界压力汽轮机 主蒸汽压力主蒸汽压力 大于大于MPaMPa第2页/共89页第三页，共89页。反动反动(fndng)式汽轮机和冲动式汽轮机的优缺式汽轮机和冲动式汽轮机的优缺点比较？点比较

6、？n n不论冲动式汽轮机还是反动式汽轮机，其静叶片的格道都是收缩形的，既槽道的不论冲动式汽轮机还是反动式汽轮机，其静叶片的格道都是收缩形的，既槽道的进口进口(jn k(jn k u)u)宽度大，出口宽度小，蒸汽经过这种槽道后，压力降低，速度增加。宽度大，出口宽度小，蒸汽经过这种槽道后，压力降低，速度增加。但动叶片的槽道则不一样，冲动式汽轮机的槽道进出口宽度基本差不多，从静野但动叶片的槽道则不一样，冲动式汽轮机的槽道进出口宽度基本差不多，从静野流来的蒸汽只在其中改变方向，没有加速，动叶进出口的速度相等；反动式汽轮流来的蒸汽只在其中改变方向，没有加速，动叶进出口的速度相等；反动式汽轮机动野形成的槽

7、道和静叶相同，也呈收缩形，只是安装方向相反，蒸汽在槽道中机动野形成的槽道和静叶相同，也呈收缩形，只是安装方向相反，蒸汽在槽道中不但改变方向，还增加（）了速度，出口压力也比进口不但改变方向，还增加（）了速度，出口压力也比进口(jn k(jn k u)u)压力低。压力低。n n反动式汽轮机的级效率比冲动式高，大部分为短叶片，制造简单，但每级的压力反动式汽轮机的级效率比冲动式高，大部分为短叶片，制造简单，但每级的压力降较小，总级数较冲动式汽轮机多得多，一般来讲，小容量汽轮机用冲动式为宜，降较小，总级数较冲动式汽轮机多得多，一般来讲，小容量汽轮机用冲动式为宜，大容量汽轮机采用反动式可改善经济性。大容量

8、汽轮机采用反动式可改善经济性。第3页/共89页第四页，共89页。提高电厂热力循环效率提高电厂热力循环效率(xio l)的途的途径径n n电厂热力循环以朗肯循环为基础，根据上面的分析可知，提高电厂热力循n n环效率的途径有：提高循环的平均吸热温度，降低循环的平均放热温度，采用n n给水回热、蒸汽(zhn q)再热、热电联产和双工质复合循环等。第4页/共89页第五页，共89页。提高蒸汽提高蒸汽(zhn q)初参数提高初参数提高循环效率循环效率n n在平均在平均(pngjn)(pngjn)放热温度不变的情况下，提高蒸汽的初温可以提高循环的平放热温度不变的情况下，提高蒸汽的初温可以提高循环的平均均(p

9、ngjn)(pngjn)吸热温度，因此可以提高循环效率。提高蒸汽初温，也提高了汽吸热温度，因此可以提高循环效率。提高蒸汽初温，也提高了汽轮机排汽干度，减少汽轮机末级叶片水蚀。提高蒸汽的初压力可以提高蒸汽轮机排汽干度，减少汽轮机末级叶片水蚀。提高蒸汽的初压力可以提高蒸汽的饱和温度，从而提高循环的平均的饱和温度，从而提高循环的平均(pngjn)(pngjn)吸热温度，提高循环效率。但随吸热温度，提高循环效率。但随着蒸汽初压的提高，汽轮机的排汽干度降低，从而限制了蒸汽初压的提高。着蒸汽初压的提高，汽轮机的排汽干度降低，从而限制了蒸汽初压的提高。n n提高热力循环初参数受到金属材料所能承受的最高温度的

10、限制。目前，电厂提高热力循环初参数受到金属材料所能承受的最高温度的限制。目前，电厂热力循环蒸汽初温在热力循环蒸汽初温在550550到到600600度以下。度以下。第5页/共89页第六页，共89页。降低排汽压力降低排汽压力(yl)提高循环效提高循环效率率n n汽轮机的排汽是湿蒸汽，降低了汽轮机的排汽压力就降低了热力循环的平均放热温度，从而汽轮机的排汽是湿蒸汽，降低了汽轮机的排汽压力就降低了热力循环的平均放热温度，从而使热力循环的效率提高。但是排汽压力的降低会使汽轮机排汽的干度下降，造成汽轮机最后使热力循环的效率提高。但是排汽压力的降低会使汽轮机排汽的干度下降，造成汽轮机最后几级蒸汽中的水滴增加，

11、对汽轮机叶片产几级蒸汽中的水滴增加，对汽轮机叶片产n n生水蚀，影响机组运行的安全。另外电厂一般以大气环境作为冷源，排汽温度的降低还受到生水蚀，影响机组运行的安全。另外电厂一般以大气环境作为冷源，排汽温度的降低还受到环境温度的限制。排汽压力的降低会增大排汽容积流量，从而要求汽轮机有更大的排汽面积，环境温度的限制。排汽压力的降低会增大排汽容积流量，从而要求汽轮机有更大的排汽面积，增加了汽轮机末级叶片的长度和凝汽器的尺寸，提高了造价增加了汽轮机末级叶片的长度和凝汽器的尺寸，提高了造价(zoji)(zoji)和制造难度。同时循环和制造难度。同时循环水泵容量及其耗电景也会增加。因此，汽轮机排汽压力的选

12、择应综合考虑冷却水温度、末级水泵容量及其耗电景也会增加。因此，汽轮机排汽压力的选择应综合考虑冷却水温度、末级叶片尺寸、凝汽器和循环水泵的投资费用等因素，在进行技术经济比较后确定。叶片尺寸、凝汽器和循环水泵的投资费用等因素，在进行技术经济比较后确定。第6页/共89页第七页，共89页。采用中间再热提高循环采用中间再热提高循环(xnhun)效率效率n n提高电厂热力循环的蒸汽初压力可以提高循环效率，但是蒸汽初压力的提高电厂热力循环的蒸汽初压力可以提高循环效率，但是蒸汽初压力的n n提高却使排汽干度下降，使得提高受到了限制。为了进一步提高蒸汽的提高却使排汽干度下降，使得提高受到了限制。为了进一步提高蒸

13、汽的初压初压n n力，可以当蒸汽在汽轮机中膨胀到一定力，可以当蒸汽在汽轮机中膨胀到一定(ydng)(ydng)压力时，将蒸汽引入锅压力时，将蒸汽引入锅炉进行再热，从炉进行再热，从n n而提高汽轮机排汽干度。再热汽轮机组不仅可以减少汽轮机低压段的蒸而提高汽轮机排汽干度。再热汽轮机组不仅可以减少汽轮机低压段的蒸汽含汽含n n水量，也提高了循环效率。水量，也提高了循环效率。第7页/共89页第八页，共89页。采用采用(ciyng)给水回热提高循给水回热提高循环效率环效率n n给水回热就是利用汽轮机中间级抽汽加热锅炉给水回热就是利用汽轮机中间级抽汽加热锅炉(gul)(gul)给水，从而提高锅炉给水，从而

14、提高锅炉(gul)(gul)的给水温度热力循环方式。采用给水回热可以使工质在热力循环内部互相的给水温度热力循环方式。采用给水回热可以使工质在热力循环内部互相传递热量，减少蒸汽在凝汽器中的冷源损失，使循环的效率得以提高。从理论上传递热量，减少蒸汽在凝汽器中的冷源损失，使循环的效率得以提高。从理论上讲，给水回热级数越多，给水温度越高，整个热力循环越接近卡诺循环，回热循讲，给水回热级数越多，给水温度越高，整个热力循环越接近卡诺循环，回热循环效率越高。但随着回热级数的增加，循环效率的提高越来越小，回热级数的增环效率越高。但随着回热级数的增加，循环效率的提高越来越小，回热级数的增加受到设备投资的限制。在

15、一定的回热级数下，给水温度有一个最佳值。目加受到设备投资的限制。在一定的回热级数下，给水温度有一个最佳值。目n n前对于大型机组来说，给水回热级数一般为前对于大型机组来说，给水回热级数一般为 级，给水温度为级，给水温度为度。度。第8页/共89页第九页，共89页。热电联合循环提高热电联合循环提高(t go)循环循环效率效率n n利用汽轮机中作过功的蒸汽（抽汽或排汽）为热用户供热，这种既发电又n n供热的热力循环方式称为热电联合循环。热电联产中，由于部分或全部蒸汽n n供给热用户使用，减少了冷源损失，从而(cng r)提高了燃料的利用率。第9页/共89页第十页，共89页。双工质复合双工质复合(fh

16、)循环提高循环循环提高循环效率效率n n双工质复合循环是利用不同工质的热力特性组成复合循环，从而提高循环的热经济性。目前使用最多是燃气蒸汽联合循环。n n燃气蒸汽联合循环n n是利用燃气循环平均吸热温度高和汽蒸循环平均放热温度低的特点，用燃气轮机(rnqlnj)和汽轮机组成联合循环，提高循环效率第10页/共89页第十一页，共89页。蒸汽蒸汽(zhn q)在喷嘴中的热力在喷嘴中的热力过程过程n n基本假设和基本方程式基本假设和基本方程式 n n基本假设基本假设 n n为了讨论问题的方便，除把蒸汽当作理想气体处理外，还假设：为了讨论问题的方便，除把蒸汽当作理想气体处理外，还假设：n n1)1)蒸汽

17、在级内的流动是稳定流动，即蒸汽的所有参数在流动过程中与时间尤关。实际上，绝对的稳定流动是没有的，蒸汽在级内的流动是稳定流动，即蒸汽的所有参数在流动过程中与时间尤关。实际上，绝对的稳定流动是没有的，蒸汽流过一个级时，由于有动叶在喷嘴栅后转过，蒸汽参数总有一些波动。当汽轮机稳定工作时，由于蒸汽参数波蒸汽流过一个级时，由于有动叶在喷嘴栅后转过，蒸汽参数总有一些波动。当汽轮机稳定工作时，由于蒸汽参数波动不大，可以相对地认为是稳定流动。动不大，可以相对地认为是稳定流动。n n(2)(2)蒸汽在级内的流动是一元流动，即级内蒸汽的任一参数只是沿一个坐标蒸汽在级内的流动是一元流动，即级内蒸汽的任一参数只是沿一

18、个坐标(流程流程)方向变化，而在垂直截面上方向变化，而在垂直截面上没有任何变化。显然，这和实际情况也是不相符的，但当级内通道没有任何变化。显然，这和实际情况也是不相符的，但当级内通道(tngdo)(tngdo)弯曲变化不激烈，即曲率牛径较大时，弯曲变化不激烈，即曲率牛径较大时，可以认为是一元流动。可以认为是一元流动。n n(3)(3)蒸汽在级内的流动是绝热流动，即蒸汽流动的过程中与外界无热交换。由于蒸汽流经一个级的时间很短暂，蒸汽在级内的流动是绝热流动，即蒸汽流动的过程中与外界无热交换。由于蒸汽流经一个级的时间很短暂，可近似认为正确。可近似认为正确。第11页/共89页第十二页，共89页。基本方

19、程式基本方程式基本方程式基本方程式 在汽乾机的热力计算在汽乾机的热力计算在汽乾机的热力计算在汽乾机的热力计算(j sun)(j sun)中，往往需要应用可压缩流体一元中，往往需要应用可压缩流体一元中，往往需要应用可压缩流体一元中，往往需要应用可压缩流体一元流动方程式，这些基本方程式有：状态及过程方程式，连续性方流动方程式，这些基本方程式有：状态及过程方程式，连续性方流动方程式，这些基本方程式有：状态及过程方程式，连续性方流动方程式，这些基本方程式有：状态及过程方程式，连续性方程式和能量守恒方程式。程式和能量守恒方程式。程式和能量守恒方程式。程式和能量守恒方程式。n n状态及过程方程式状态及过程

20、方程式 n n理想气体理想气体(l(l xi xi n n q t q t)的状态方程式为的状态方程式为 pv=RT pv=RT n n式中式中p p绝对压力，绝对压力，PaPa；n nv v气体比容，气体比容，m3m3kgkg；n nT T热力学温度，热力学温度，K K；n nR R气体常数，对于蒸汽，气体常数，对于蒸汽，R=461.5JR=461.5J(kgK)(kgK)。n n当蒸汽进行等熵膨胀时，膨胀过程可用下列方程式表示当蒸汽进行等熵膨胀时，膨胀过程可用下列方程式表示 n n pvk=pvk=常数常数 n n其微分形式为其微分形式为 n n n n式中：式中：k k为绝热指数。对于过

21、热蒸汽，为绝热指数。对于过热蒸汽，k=1.3k=1.3；对于湿蒸汽，；对于湿蒸汽，k=1.035+0.1xk=1.035+0.1x，其中，其中x x是膨胀过程初态的蒸汽干是膨胀过程初态的蒸汽干度。度。pv=RT 第12页/共89页第十三页，共89页。连续性方程式连续性方程式 n n在稳定(wndng)流动的情况下，每单位时间流过流管任一截面的蒸汽流量不变，用公式表示为 n n Gv=cA n n式中G-蒸汽流量，kgs；n nA-流管内任一截面积，m3 n nc-垂直于截面的蒸汽速度，m/s n nv-在截面上的蒸汽比容，m3/kg 第13页/共89页第十四页，共89页。能量守恒方程式能量守恒

22、方程式 n n根据能量守恒定律可知，加到汽流中的热量与气体压缩功的总和必等于机械功、摩擦功、内能、位能及动能增值的总和。而在汽轮机中，气体位能的变化以及与外界的热交换常可略去不计，同时蒸汽通过叶栅槽道时若只有能量形式的转换(zhunhun)，对外界也不做功，则能量守恒方程可表达为 第14页/共89页第十五页，共89页。n n式中h0、h1-蒸汽进入和流出叶栅的焓值，J/kg；n nc0、c1-蒸汽进入和流出叶栅的速度(sd)，m/s；n n对于在理想条件下的流动，没有流动损失，与外界没有热交换，也就是说在比等熵条件下，在叶栅出口处的流动速度(sd)为理想速度(sd)c1t，则 第15页/共89

23、页第十六页，共89页。蒸汽在喷嘴中的膨胀蒸汽在喷嘴中的膨胀(png zhng)过程过程 n n蒸汽(zhn q)的滞止参数 理想气体在等比熵过程(guchng)中的比焓差可表示为 下角0与1分别表示喷嘴进出口处的状态 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c022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汽从某一假想状态0*(其参数为p0*，、v0*、h0*等)等比熵膨胀到喷嘴进口状态0(其参数为p0、v0、h0等)时所产生的，在这一假想状态下

24、，蒸汽的初速为零。换言之，参数p0*、v0*是以初速c0从p0v0等比熵滞止到速度为零时的状态，我们称p0*、v0*、h0*等为滞止参数。若用滞止参数表示则式 第16页/共89页第十七页，共89页。滞止滞止(zh zh)参数在参数在h-s，图上的表示如图所示。，图上的表示如图所示。第17页/共89页第十八页，共89页。喷嘴喷嘴(pnzu)出口汽流速度出口汽流速度 n n对于稳定(wndng)的绝热流动过程(等比熵过程)，喷嘴出口蒸汽的理想速度为 式中h1t-在理想条件下，喷嘴出口(ch ku)的比焓，Jkg；hn-在理想条件下，喷嘴中的理想比焓降，hn=h0-h1t，Jkg；hn*-喷嘴中的滞

25、止理想比焓降，hn*=hc0-hn，Jkg。第18页/共89页第十九页，共89页。喷嘴喷嘴速度系数及动能喷嘴喷嘴速度系数及动能(dngnng)损失速度系数损失速度系数及动能及动能(dngnng)损失损失 n n由于蒸汽在实际流动过程中总是有损失的，所以喷嘴出口蒸汽的实际速度由于蒸汽在实际流动过程中总是有损失的，所以喷嘴出口蒸汽的实际速度c1c1总是要小于理想总是要小于理想速度速度cltclt，速度系数正是，速度系数正是(zhn(zhn sh)sh)反映喷嘴内由于各种损失而使汽流速度减小的一个修正值。反映喷嘴内由于各种损失而使汽流速度减小的一个修正值。n n n n 为喷嘴速度系数，是一个小于为

26、喷嘴速度系数，是一个小于1 1的数，其值主要与喷嘴高度、叶型、喷嘴槽道形状、汽体的的数，其值主要与喷嘴高度、叶型、喷嘴槽道形状、汽体的性质、流动状况及喷嘴表面粗糙度等因素有关。性质、流动状况及喷嘴表面粗糙度等因素有关。n n喷嘴的实际汽流速度喷嘴的实际汽流速度c1c1比理想速度比理想速度c1tc1t要小，所损失的动能又重新转变为热能，在等压下被蒸要小，所损失的动能又重新转变为热能，在等压下被蒸汽吸收，比熵增加，使喷嘴出口汽流的比焓值升高。因此，蒸汽在喷嘴内的实际膨胀过程不汽吸收，比熵增加，使喷嘴出口汽流的比焓值升高。因此，蒸汽在喷嘴内的实际膨胀过程不再按等比熵线进行，而是一条熵增曲线。再按等比

27、熵线进行，而是一条熵增曲线。第19页/共89页第二十页，共89页。喷嘴喷嘴(pnzu)中的临界条件中的临界条件n n在喷嘴中，当蒸汽作等比熵膨胀到某一状态时，汽流速度就和当地音速相等(xingdng)，即c1t=a，则称这时蒸汽达到临界状态，此时马赫数Ma=c1ta=1，这一条件称为临界条件。临界条件下的所有参数均称为临界参数，在右下角以“c”表示，如临界速度c1c、临界压力p1c等。n n临界速度为第20页/共89页第二十一页，共89页。喷嘴喷嘴(pnzu)临界压力比临界压力比 n n实践和理论(lln)都可以证明，初压为P0的蒸汽，通过喷嘴后，如果不发生紊乱膨胀，其后边的压力P1不可能无限

28、度降低，对于过热蒸汽，P1只能降至0.546P0，对于干饱和蒸汽，P1只能降至0.577P0n n蒸汽通过喷嘴后，压力降至最低的那个极限压力，称为临界压力，临界压力和喷嘴前的蒸汽压力之比，称为临界压力比nc第21页/共89页第二十二页，共89页。缩放喷嘴缩放喷嘴(pnzu)和渐缩喷嘴和渐缩喷嘴(pnzu)n n蒸汽在喷嘴蒸汽在喷嘴(pnzu(pnzu)中流动的连续流动方程中流动的连续流动方程 q=Ac/v q=Ac/v 或或A=qv/cA=qv/cn n当蒸汽流过喷嘴当蒸汽流过喷嘴(pnzu(pnzu)时，比容和流速都增大，如果比容和流速增加的速率相等，则喷嘴时，比容和流速都增大，如果比容和流

29、速增加的速率相等，则喷嘴(pnzu(pnzu)的面积相等，的面积相等，-等截面喷嘴等截面喷嘴(pnzu(pnzu)n n如果比容的增长的速率小于流速增长的速率，这时的如果比容的增长的速率小于流速增长的速率，这时的v/cv/c的数值是不断缩小的，喷嘴的数值是不断缩小的，喷嘴(pnzu(pnzu)面积面积A A就不断缩小，就不断缩小，-渐缩喷嘴渐缩喷嘴(pnzu(pnzu)n n如果比容的增长的速率大于流速增长的速率，这时的如果比容的增长的速率大于流速增长的速率，这时的v/cv/c的数值是不断增加的，喷嘴的数值是不断增加的，喷嘴(pnzu(pnzu)面积面积A A就不断增加，就不断增加，-渐扩喷嘴

30、渐扩喷嘴(pnzu(pnzu)n n如果蒸汽在喷嘴如果蒸汽在喷嘴(pnzu(pnzu)中比容的增长的速率先是小于流速增长的速率，当流到某一截面后，又变成比容的增长的中比容的增长的速率先是小于流速增长的速率，当流到某一截面后，又变成比容的增长的速率大于流速增长的速率，速率大于流速增长的速率，-缩放喷嘴缩放喷嘴(pnzu(pnzu)n n当当P1/P0 nc P1/P0 nc 选用渐缩喷嘴选用渐缩喷嘴(pnzu(pnzu)n n当当P1/P0 P1/P0 nc nc 选用缩放喷嘴选用缩放喷嘴(pnzu(pnzu)第22页/共89页第二十三页，共89页。蒸汽在喷嘴斜切部分蒸汽在喷嘴斜切部分(b fe

31、n)的的膨胀膨胀 n n在汽轮机的一个级中，为保证汽在汽轮机的一个级中，为保证汽流进入动叶时有良好的方向，在流进入动叶时有良好的方向，在喷嘴出口处总具有一个斜切部分喷嘴出口处总具有一个斜切部分n n采用斜切喷嘴可以获得超音速汽采用斜切喷嘴可以获得超音速汽流，但只有喷嘴出口处压力流，但只有喷嘴出口处压力p1p1大大于膨胀极限压力于膨胀极限压力p1dp1d，即，即p1p1dp1p1d时，时，采用斜切喷嘴得到超音速汽流才采用斜切喷嘴得到超音速汽流才是合理有效是合理有效(y(y uxio)uxio)的。否则，的。否则，若若p1p1dp1p1d，则将引起汽流在喷嘴出，则将引起汽流在喷嘴出口处突然膨胀，产

32、生附加损失。口处突然膨胀，产生附加损失。n n斜切喷嘴可以在一定范围内取代斜切喷嘴可以在一定范围内取代缩放喷嘴缩放喷嘴 第23页/共89页第二十四页，共89页。蒸汽蒸汽(zhn q)在动叶中的流动在动叶中的流动 n n蒸汽在静止的喷嘴中从压力蒸汽在静止的喷嘴中从压力p0(p0(当喷嘴进口蒸汽速度不为当喷嘴进口蒸汽速度不为(b wi)0(b wi)0时，时，则应为则应为p0*)p0*)膨胀到出口压力膨胀到出口压力p1,p1,速度速度c1c1流向旋转的动叶栅。当蒸汽通过动叶流向旋转的动叶栅。当蒸汽通过动叶时，它一般还要继续作一定膨胀，从喷嘴后的压力时，它一般还要继续作一定膨胀，从喷嘴后的压力p1p

33、1膨胀到动叶后的压膨胀到动叶后的压力力p2p2在有损失的情况下，对整个级来说，其理想比焓降在有损失的情况下，对整个级来说，其理想比焓降ht*ht*该是喷嘴中的该是喷嘴中的理想比焓降理想比焓降hn*hn*和动叶中的理想比焓降和动叶中的理想比焓降hb*hb*之和之和 n n反动度：为了表明在一级中，蒸汽在动叶内膨胀程度的大小，我们引反动度：为了表明在一级中，蒸汽在动叶内膨胀程度的大小，我们引入反动度的概念。级的平均直径处的反动度入反动度的概念。级的平均直径处的反动度mm是动叶内理想比焓降是动叶内理想比焓降hbhb和级的理想比焓降和级的理想比焓降ht*ht*之比，即之比，即 第24页/共89页第二十

34、五页，共89页。什么什么什么什么(shn me)(shn me)是汽轮机的级？汽轮机的级可分为哪几是汽轮机的级？汽轮机的级可分为哪几是汽轮机的级？汽轮机的级可分为哪几是汽轮机的级？汽轮机的级可分为哪几类？类？类？类？n n一列喷嘴叶栅和其后面相邻的一列动叶栅构成的基本作功单元称为汽轮机的级，它是蒸汽进行能量转换的基本单元。n n 根据(gnj)蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，可将汽轮机的级分为纯冲动级、反动级、带反动度的冲动级和复速级等几种。第25页/共89页第二十六页，共89页。汽轮机各类级的特点汽轮机各类级的特点(tdin)n n1 1）纯冲动级：蒸汽只在喷嘴）纯冲动级：蒸汽只在喷嘴(pnz

35、u(pnzu)叶栅中进行膨胀，而在动叶栅中蒸汽不膨胀。它仅利用冲击力叶栅中进行膨胀，而在动叶栅中蒸汽不膨胀。它仅利用冲击力来作功。在这种级中：来作功。在这种级中：p1=p2p1=p2；hb=0hb=0；m=0m=0。n n（2 2）反动级：蒸汽的膨胀一半在喷嘴）反动级：蒸汽的膨胀一半在喷嘴(pnzu(pnzu)中进行，一半在动叶中进行。它的动叶栅中不仅存在中进行，一半在动叶中进行。它的动叶栅中不仅存在冲击力，蒸汽在动叶中进行膨胀还产生较大的反击力作功。反动级的流动效率高于纯冲动级，但作冲击力，蒸汽在动叶中进行膨胀还产生较大的反击力作功。反动级的流动效率高于纯冲动级，但作功能力较小。在这种级中：

36、功能力较小。在这种级中：p1 p2p1 p2；hnhn hb0.5hb0.5 htht；m=0.5m=0.5。n n（3 3）带反动度的冲动级：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴）带反动度的冲动级：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴(pnzu(pnzu)叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行。这种级兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高于纯冲动级，作功能力高于反动级。在进行。这种级兼有冲动级和反动级的特征，它的流动效率高于纯冲动级，作功能力高于反动级。在这种级中：这种级中：p1 p2p1 p2；hn hn hb 0hb 0；m=0.05m=0.050.350.35。n n（4 4）

37、复速级：复速级有两列动叶，现代的复速级都带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴）复速级：复速级有两列动叶，现代的复速级都带有一定的反动度，即蒸汽除了在喷嘴(pnzu(pnzu)中进行膨胀外，在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀。由于复速级采用了两列动叶栅，其作功能中进行膨胀外，在两列动叶和导叶中也进行适当的膨胀。由于复速级采用了两列动叶栅，其作功能力要比单列冲动级大。力要比单列冲动级大。第26页/共89页第二十七页，共89页。压力级和速度级（按照蒸汽的动能转换为转子的机压力级和速度级（按照蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程不同，汽轮机可以械能的过程不同，汽轮机可以(ky)分为压力分为压力级和速度级）

38、级和速度级）n n压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的级。压力级是以利用级组中合理分配的压力降或比焓降为主的级，的级。压力级是以利用级组中合理分配的压力降或比焓降为主的级，效率较高效率较高n n速度速度(sd)(sd)级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行一次以上的级。一次以上的级。速度速度(sd)(sd)级有双列和多列之分，如复速级，它是级有双列和多列之分，如复速级，它是以利用蒸汽流速为主的级，级的比焓降较大以利用蒸汽流速为主的级，级的比焓降较大 第27

39、页/共89页第二十八页，共89页。调节调节(tioji)级和非调节级和非调节(tioji)级级n n调节级：通流面积(min j)能随负荷改变的级，如喷嘴调节的第一级 n n非调节级：通流面积(min j)能不随负荷改变的级，可以全周进汽，也可以部分进汽。第28页/共89页第二十九页，共89页。动叶进出口速度动叶进出口速度(sd)三角形三角形 第29页/共89页第三十页，共89页。级的轮周效率级的轮周效率(xio l)和最佳速和最佳速比比n n级的轮周有效焓降：1kg蒸汽所做的轮周功 n n级的轮周效率：蒸汽在级内所作的轮周功Wu1与蒸汽在该级中所具有(jyu)的理想能量E0之比 n n速比：

40、圆周速度与喷嘴出口汽流速度之比。n n最佳速比：轮周效率最高时的速比。n n最佳速比：轮周效率最高时的速比。第30页/共89页第三十一页，共89页。汽轮发电机组的效率汽轮发电机汽轮发电机组的效率汽轮发电机组的各种组的各种(zhn)效率反映各效率反映各个设备在能量转换和能力传递方个设备在能量转换和能力传递方面的完善程度。面的完善程度。n n汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率 ：在没有任何损失的理想汽轮机中，蒸汽的：在没有任何损失的理想汽轮机中，蒸汽的理想焓降将全部转化为机械功理想焓降将全部转化为机械功 ，但在实际汽轮机中，由于存在各，但在实际汽轮机中，由于存在各种损失，蒸汽在汽轮机中的实际焓降

41、要小于理想焓降，实际发出种损失，蒸汽在汽轮机中的实际焓降要小于理想焓降，实际发出(fch)(fch)的功率（即内功率）小于理想功率的功率（即内功率）小于理想功率n n内功率与理想功率之比（实际焓降和理想焓降之比）称为汽轮机内功率与理想功率之比（实际焓降和理想焓降之比）称为汽轮机的相对内效率的相对内效率 n n汽轮机内效率考虑了所有的内部损失，是一个表示汽轮机内部工汽轮机内效率考虑了所有的内部损失，是一个表示汽轮机内部工作完善程度的指标。目前汽轮机的内效率已达。作完善程度的指标。目前汽轮机的内效率已达。第31页/共89页第三十二页，共89页。汽轮汽轮(q ln)发电机组的相对电发电机组的相对电效

42、率。效率。n n机械效率：由于存在轴承摩擦、驱动主油泵和调速器等机械损失，汽轮机械效率：由于存在轴承摩擦、驱动主油泵和调速器等机械损失，汽轮(q(q ln)ln)机轴端输出的功率并不是内功率，而是有功功率（轴端功率）有功功率和机轴端输出的功率并不是内功率，而是有功功率（轴端功率）有功功率和汽轮汽轮(q ln)(q ln)机内功率之比称为机械效率机内功率之比称为机械效率 n n机械效率表示了汽轮机械效率表示了汽轮(q ln)(q ln)机的机械损失程度，一般为机的机械损失程度，一般为n n发电机效率：由于发电机中存在电气损失和机械损失，发电机出线端的电功发电机效率：由于发电机中存在电气损失和机械

43、损失，发电机出线端的电功率要小于汽轮率要小于汽轮(q ln)(q ln)机的有功功率，发电机的输出电功率和有功功率之比称机的有功功率，发电机的输出电功率和有功功率之比称为发电机效率为发电机效率n n汽轮汽轮(q ln)(q ln)发电机组的相对电效率：发电机的输出电功率和汽轮发电机组的相对电效率：发电机的输出电功率和汽轮(q ln)(q ln)机理机理想功率之比想功率之比 第32页/共89页第三十三页，共89页。第二章多级汽轮机第二章多级汽轮机 n n随着对电力需求的日益增长，对汽轮机的要求也越来越高，不仅要求汽轮机有更大的单机容量，而且要有更高的经济性。为提高汽轮机的经济性，除随着对电力需求

44、的日益增长，对汽轮机的要求也越来越高，不仅要求汽轮机有更大的单机容量，而且要有更高的经济性。为提高汽轮机的经济性，除应努力应努力(n(n l)l)减小汽轮机内的各种损失外，还应努力减小汽轮机内的各种损失外，还应努力(n(n l)l)提高蒸汽的初参数和降低背压，以提高循环热效率；为提高汽轮机的单机功率，除应增大汽轮提高蒸汽的初参数和降低背压，以提高循环热效率；为提高汽轮机的单机功率，除应增大汽轮机的进汽量外，还应增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。可以看出，这两方面的共同要求是增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。机的进汽量外，还应增大蒸汽在汽轮机内的比焓降。可以看出，这两方面的共同要求是增大蒸汽在汽轮机内的比焓

45、降。n n如果一个比较大的比焓降只在单级内加以利用，其结果将是：要么因为级的最佳速度比大大偏离最佳值而使效率显著降低；要么因为蒸汽的容积流如果一个比较大的比焓降只在单级内加以利用，其结果将是：要么因为级的最佳速度比大大偏离最佳值而使效率显著降低；要么因为蒸汽的容积流量急骤增大，要求有相当大的级的直径和叶片高度，这在制造上是无法实现的。因此，为保证汽轮机有较高的效率和较大的单机功率，就必须将汽轮机量急骤增大，要求有相当大的级的直径和叶片高度，这在制造上是无法实现的。因此，为保证汽轮机有较高的效率和较大的单机功率，就必须将汽轮机设计成多级汽轮机。在多级汽轮机中每个级只承担部分比焓降，使很大的比焓降

46、逐级有效地加以利用。设计成多级汽轮机。在多级汽轮机中每个级只承担部分比焓降，使很大的比焓降逐级有效地加以利用。第33页/共89页第三十四页，共89页。多级汽轮机的优点多级汽轮机的优点(yudin)n n(1)(1)在全机总比焓降一定时，每个级的比焓降较小，每级都可在材料强度允许的条件下，设计在最佳速度比附近工作，使在全机总比焓降一定时，每个级的比焓降较小，每级都可在材料强度允许的条件下，设计在最佳速度比附近工作，使级效率较高；级效率较高；n n(2)(2)除级后有抽汽口，或进汽度改变较大等特殊情况外，多级汽轮机各级的余速动能可以全部或部分地被下一级所利除级后有抽汽口，或进汽度改变较大等特殊情况

47、外，多级汽轮机各级的余速动能可以全部或部分地被下一级所利用，提高了级的效率；用，提高了级的效率；n n(3)(3)多级汽轮机的大多数级可在不超临界的条件下工作，使喷嘴和动叶在工况变动条件下仍保持一定的效率。同时，多级汽轮机的大多数级可在不超临界的条件下工作，使喷嘴和动叶在工况变动条件下仍保持一定的效率。同时，由于各级的比焓降较小，速度比一定时级的圆周速度和平均直径也较小，根据连续性方程可知，在容积流量相同的条件由于各级的比焓降较小，速度比一定时级的圆周速度和平均直径也较小，根据连续性方程可知，在容积流量相同的条件下，更使得喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失，或使得部分进汽度增大，减小了部

48、分进汽损失，这都有利于下，更使得喷嘴和动叶的出口高度增大，减小了叶高损失，或使得部分进汽度增大，减小了部分进汽损失，这都有利于级效率的提高；级效率的提高；n n(4)(4)与单级汽轮机相比，多级汽轮机的比焓降增大很多，相应地进汽参数大大提高，排汽压力也可显著降低，同时，与单级汽轮机相比，多级汽轮机的比焓降增大很多，相应地进汽参数大大提高，排汽压力也可显著降低，同时，由于是多级，还可采用回热循环和中间由于是多级，还可采用回热循环和中间(zhngjin)(zhngjin)再热循环，这些都使循环热效率大大提高；再热循环，这些都使循环热效率大大提高；n n(5)(5)由于重热现象的存在，多级汽轮机前面

49、级的损失可以部分地被后面各级利用，使全机效率提高。由于重热现象的存在，多级汽轮机前面级的损失可以部分地被后面各级利用，使全机效率提高。n n此外，多级汽轮机的单位功率造价、材料消耗和占地面积都比单级汽轮机明显减小，机组容量越大减小越显著，大此外，多级汽轮机的单位功率造价、材料消耗和占地面积都比单级汽轮机明显减小，机组容量越大减小越显著，大大节省了投资。大节省了投资。第34页/共89页第三十五页，共89页。多级汽轮机的重热现象多级汽轮机的重热现象(xinxing)和重热系数和重热系数 n n在水蒸气的在水蒸气的h-sh-s图上等压线是沿着比熵增大的方向图上等压线是沿着比熵增大的方向(fngxin

50、g)(fngxing)逐渐扩张的，也就是说，等压线之间的逐渐扩张的，也就是说，等压线之间的理想比焓降随着比熵的增大而增大。这样上一级的损失理想比焓降随着比熵的增大而增大。这样上一级的损失(客观存在客观存在)造成比熵的增大将使后面级的理想比造成比熵的增大将使后面级的理想比焓降增大，即上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利用，这种现象称为多级汽轮机的重热现焓降增大，即上一级损失中的一小部分可以在以后各级中得到利用，这种现象称为多级汽轮机的重热现象。象。n n由于在各个级中存在损失，使各级的累计理想比焓降由于在各个级中存在损失，使各级的累计理想比焓降hihi，大于没有损失时全机总的理想比焓降，