汽轮机级的工作原理ppt课件.ppt
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1、汽轮机原理汽轮机原理Principle of Steam Turbine Principle of Steam Turbine 重庆大学本科课程2011.9授课教师:陈艳容 1.级级由由一一列列喷喷嘴嘴叶叶栅栅(静静叶叶栅栅)和和其其后后的的一一列列动动叶叶栅栅构构成成的的汽汽轮轮机机基基本做功单元。本做功单元。2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级1.什么是级什么是级?级的结构简图2.3.级级=喷嘴叶栅喷嘴叶栅+动叶栅动叶栅2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级2.级的结构级的结构编号和下标:编号和下标:0,1,2;n-nozzle喷嘴,喷嘴,b-blade动叶。动叶。截面:
2、0-0特征截面或计算截面:特征截面或计算截面:喷嘴前:喷嘴前:0-00-0;喷嘴后(动叶前):喷嘴后(动叶前):1-11-1;动叶后:动叶后:2-22-2。4.通流部分:汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮机的通流部分,包括主汽门、调节汽门、进汽导管、进汽室、各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。1轴轴 2叶轮叶轮 3动叶片动叶片 4喷嘴喷嘴几个基本概念几个基本概念喷嘴:由固定不动的静叶栅构成的蒸汽通道。转子:汽轮机的转动部分。动叶装在转轴上,与叶轮及转轴等构成汽轮机的转动部分。5.2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级3.级内工作过程级内工作过程(1)功能:推动叶轮和轴转动,以带动发电机发电
3、。)功能:推动叶轮和轴转动,以带动发电机发电。(2)蒸汽的流动路线:进入喷嘴)蒸汽的流动路线:进入喷嘴离开喷嘴离开喷嘴进入动进入动叶叶离开动叶。离开动叶。6.2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级3.级内工作过程级内工作过程(3 3)能量转换:在喷嘴中将热能转换为动能,)能量转换:在喷嘴中将热能转换为动能,在动叶中将动能转换为机械能。在动叶中将动能转换为机械能。两次能量转换:两次能量转换:喷嘴:喷嘴:蒸汽在喷嘴通道内膨胀,蒸汽在喷嘴通道内膨胀,把蒸汽部分热能转换为出口蒸汽动把蒸汽部分热能转换为出口蒸汽动能能动叶:动叶:冲动力和反动力联合做功,冲动力和反动力联合做功,推动叶轮旋转,将高速
4、汽流的动能转变为旋转机械能。7.2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级3.级内工作过程级内工作过程(4)工质性质的变化:)工质性质的变化:蒸汽通过喷嘴和动叶后,其压力、蒸汽通过喷嘴和动叶后,其压力、速度的变化趋势如图右图所示。(冲动式汽轮机)速度的变化趋势如图右图所示。(冲动式汽轮机)w2w1特征截面或计算截面:特征截面或计算截面:喷嘴前:喷嘴前:0-00-0;喷嘴后(动叶前):喷嘴后(动叶前):1-11-1;动叶后:动叶后:2-22-2。10022118.2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线反应级的做功过程和工质的变化特性的反应级的做功过程和工质的变
5、化特性的h-s曲线。曲线。(1)四个状态:)四个状态:1)滞止状态()滞止状态(0*状态)。状态)。2)喷嘴进口状态()喷嘴进口状态(0状态)。状态)。3)喷嘴出口状态(动叶进口状态,)喷嘴出口状态(动叶进口状态,1状态)。状态)。4)动叶出口状态()动叶出口状态(2状态)。状态)。9.滞止状态:滞止状态:假设喷嘴进口初速滞止为零的状态假设喷嘴进口初速滞止为零的状态;滞止参数:滞止参数:滞止状态下的汽流热力参数,用上标滞止状态下的汽流热力参数,用上标“0”0”或或“*”“*”来表示;来表示;理想过程:理想过程:无不可逆损失的等熵过程;无不可逆损失的等熵过程;实际过程:实际过程:存在着不可逆摩擦
6、损失,动能损失转变为热能。存在着不可逆摩擦损失,动能损失转变为热能。举例:举例:滞止焓值:喷嘴前汽流速度c0所具有的动能:2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线10.2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线理想过程:理想过程:无不可逆损失的等熵过程;无不可逆损失的等熵过程;实际过程:实际过程:存在着不可逆摩擦损失,动存在着不可逆摩擦损失,动能损失转变为热能。能损失转变为热能。11.(2)三类参数:)三类参数:1)焓降)焓降物理意义:做功能力物理意义:做功能力 级的滞止理想比焓降级的滞止理想比焓降 级的理想比焓降级的理想比焓降 喷嘴的
7、滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 喷嘴的理想比焓降喷嘴的理想比焓降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线2)熵增过程)熵增过程物理意义:不可逆过程物理意义:不可逆过程3)损失)损失 a.喷嘴损失喷嘴损失 b.动叶损失动叶损失 在实际研究中常认为在实际研究中常认为=12.(2)三类参数:)三类参数:1)焓降)焓降物理意义:做功能力物理意义:做功能力 级的滞止理想比焓降级的滞止理想比焓降 级的理想比焓降级的理想比焓降 喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 喷嘴的理想比焓降喷嘴的理想比焓降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1
8、 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线2)熵增过程)熵增过程物理意义:不可逆过程物理意义:不可逆过程3)损失)损失 a.喷嘴损失喷嘴损失 b.动叶损失动叶损失 在实际研究中常认为在实际研究中常认为=13.(2)三类参数:)三类参数:1)焓降)焓降物理意义:做功能力物理意义:做功能力 级的滞止理想比焓降级的滞止理想比焓降 级的理想比焓降级的理想比焓降 喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 喷嘴的理想比焓降喷嘴的理想比焓降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线2)熵增过程)熵增过程物理意义:不可逆过程物
9、理意义:不可逆过程3)损失)损失 a.喷嘴损失喷嘴损失 b.动叶损失动叶损失 在实际研究中常认为在实际研究中常认为=14.(2)三类参数:)三类参数:1)焓降)焓降物理意义:做功能力物理意义:做功能力 级的滞止理想比焓降级的滞止理想比焓降 级的理想比焓降级的理想比焓降 喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 喷嘴的理想比焓降喷嘴的理想比焓降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线2)熵增过程)熵增过程物理意义:不可逆过程物理意义:不可逆过程3)损失)损失 a.喷嘴损失喷嘴损失 b.动叶损失动叶损失 在实际研究中常认为在实际研究中
10、常认为=15.(2)三类参数:)三类参数:1)焓降)焓降物理意义:做功能力物理意义:做功能力 级的滞止理想比焓降级的滞止理想比焓降 级的理想比焓降级的理想比焓降 喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 喷嘴的理想比焓降喷嘴的理想比焓降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线2)熵增过程)熵增过程物理意义:不可逆过程物理意义:不可逆过程3)损失)损失 a.喷嘴损失喷嘴损失 b.动叶损失动叶损失 在实际研究中常认为在实际研究中常认为=16.2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4.热力过程线热力过程线2)熵增过程)熵增过程物
11、理意义:不可逆过程物理意义:不可逆过程3)损失)损失 a.喷嘴损失喷嘴损失 b.动叶损失动叶损失 在实际研究中常认为在实际研究中常认为=17.余速损失2.1 概述概述一、级的工作过程一、级的工作过程4.热力过程线热力过程线 2)熵增过程)熵增过程物理意义:不可逆过程物理意义:不可逆过程3)损失)损失 a.喷嘴损失喷嘴损失 b.动叶损失动叶损失 c.余速损失余速损失喷嘴中的能量损失动叶中的能量损失18.动叶理想比焓降:动叶理想比焓降:滞止比焓差滞止比焓差:喷嘴理想比焓降:喷嘴理想比焓降:喷嘴损失:喷嘴损失:喷嘴实际比焓降:喷嘴实际比焓降:喷嘴及动叶的热力过程线 动叶损失:动叶损失:动叶实际比焓降
12、:动叶实际比焓降:余速损失:余速损失:2.1 概述概述19.级的理想比焓降:级的理想比焓降:级滞止理想比焓降:级滞止理想比焓降:汽轮机的级的热力过程线喷嘴滞止理想比焓降:喷嘴滞止理想比焓降:轮周损失:轮周损失:轮周有效比焓降:轮周有效比焓降:2.1 概述概述20.012hsh-s图中汽轮机级的热力过程2.1 概述概述21.冲动力(冲动力(Fi):从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上,给动叶施加的从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上,给动叶施加的力。力。反动力(反动力(Fr):):蒸汽在动叶通道内膨胀加速,离开动叶通道时,给动叶一个蒸汽在动叶通道内膨胀加速,离开动叶通道时,给动叶一个与汽
13、流运动方向相反的作用力。与汽流运动方向相反的作用力。级的受力:级的受力:冲动力和反动力的合力冲动力和反动力的合力F作用在动叶栅上,其在轮周方向上的分力作用在动叶栅上,其在轮周方向上的分力Fu使动叶栅旋转而产生机械功。使动叶栅旋转而产生机械功。ABCDEFiFrw1w2u蒸汽在动叶流道内膨胀时对动叶的作用力12P0,h0c01uc1c22.1 概概 述述二、级的反动度二、级的反动度1.汽轮机级的受力分析汽轮机级的受力分析22.2.1 概述概述(1)反动度的定义)反动度的定义二、级的反动度二、级的反动度2.反动度反动度反动度:反动度:动叶的理想比焓降占总体动叶的理想比焓降占总体 理想比焓降的份额。
14、理想比焓降的份额。定义式:定义式:(2)特征截面)特征截面 1)由于环行叶栅的使用,沿着叶高的方向流动特性不同。)由于环行叶栅的使用,沿着叶高的方向流动特性不同。2)叶根截面()叶根截面(root),),平均截面(平均截面(middle),),顶部截面(顶部截面(top),),3)23.2.1 概述概述1.冲动力和反动力冲动力和反动力二、级的反动度二、级的反动度(1)冲动力)冲动力 经过喷嘴膨胀加速后的蒸汽经过喷嘴膨胀加速后的蒸汽作用于动叶的力作用于动叶的力(2)反动力)反动力 在动叶中加速的汽流施加在动叶中加速的汽流施加在动叶上的与流动方向相反在动叶上的与流动方向相反的反作用力的反作用力 F
15、i。END 224.冲动力(冲动力(Fi):从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上,给动从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上,给动叶施加的力。叶施加的力。反动力(反动力(Fr):):蒸汽在动叶通道内膨胀加速,离开动叶通道时,给蒸汽在动叶通道内膨胀加速,离开动叶通道时,给动叶一个与汽流运动方向相反的作用力。动叶一个与汽流运动方向相反的作用力。级的受力:级的受力:冲动力和反动力的合力冲动力和反动力的合力F作用在动叶栅上,其在轮周方向作用在动叶栅上,其在轮周方向上的分力上的分力Fu使动叶栅旋转而产生机械功。使动叶栅旋转而产生机械功。3 汽轮机级的受力分析ABCDEFiFrw1w2u蒸汽在动叶流
16、道内膨胀时对动叶的作用力喷嘴喷嘴动叶动叶P0,h0c01uc1c2汽轮机的级汽轮机的级动叶通道动叶通道FFu25.2.1 概述概述(1)反动度的定义)反动度的定义二、级的反动度二、级的反动度2.反动度反动度 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,即喷嘴的滞止理想焓降喷嘴的滞止理想焓降26.2.1 概述概述(1)反动度的定义)反动度的定义二、级的反动度二、级的反动度2.反动度反动度 定义式:定义式:(2)特征截面)特征截面 1)由于环行叶栅的使用,沿着叶高的方向流动特性不同。)由于环行叶栅的使用,沿着叶高的方向流动特性不同。2)叶根截面()叶根截面(root)
17、,),平均截面(平均截面(middle),),顶部截面(顶部截面(top),),3)27.2.1 概述概述三、级的分类三、级的分类1.分类依据:反动度分类依据:反动度直接影响叶片形状的设计、运行的安全性直接影响叶片形状的设计、运行的安全性和经济性。和经济性。冲动级冲动级靠冲动力做功的级,反动度小的级。靠冲动力做功的级,反动度小的级。级的分类级的分类 反动级反动级靠反动力做功的级,反动度大的级。靠反动力做功的级,反动度大的级。28.2.1 概述概述三、级的分类三、级的分类2.冲动级冲动级(1)纯冲动级)纯冲动级 1)=0,蒸汽只在喷嘴中膨胀,而在动叶中不膨,蒸汽只在喷嘴中膨胀,而在动叶中不膨胀,
18、只改变流动方向。胀,只改变流动方向。2)结构特点:)结构特点:动叶为等截面通道动叶为等截面通道 3)流动特点:)流动特点:p1=p2,hb=0,ht*=hn*,w1=w2 4)效率较低,很少使用。)效率较低,很少使用。29.2.1 概述概述三、级的分类三、级的分类2.冲动级冲动级(2)带反动度的冲动级)带反动度的冲动级 1)(0,0.5),一般而言,一般而言 0.05,0.20 2)结构特点:)结构特点:a.动叶栅截面形状近似对称;动叶栅截面形状近似对称;b.喷嘴前后压差大,为了减少泄漏常用隔板喷嘴前后压差大,为了减少泄漏常用隔板结构和隔板汽封;结构和隔板汽封;c.动叶栅前后压差小,轴向受力不
19、大,采用动叶栅前后压差小,轴向受力不大,采用叶轮式。叶轮式。30.2.1 概述概述三、级的分类三、级的分类3.反动级反动级 1)=0.5 2)p1p2,hb=0.5ht*=hn*。3)效率比冲动级高,但是工作能力较小。)效率比冲动级高,但是工作能力较小。4)结构特点:)结构特点:a.喷嘴叶栅和动叶叶栅可采用相同的叶型;喷嘴叶栅和动叶叶栅可采用相同的叶型;b.动叶前后压差大,常用转鼓式结构,不用叶轮式;动叶前后压差大,常用转鼓式结构,不用叶轮式;c.热惯性大,还需设置平衡活塞以平衡轴向推力;热惯性大,还需设置平衡活塞以平衡轴向推力;d.采用全周进汽。采用全周进汽。31.2.1 概述概述4、压力及
20、流速变化曲线、压力及流速变化曲线三、级的分类三、级的分类32.2.1 概述概述三、级的分类三、级的分类4、热力过程线、热力过程线33.1、调节级和非调节级:按级的通流面积是否随负荷大小而变来划分。调节级:通流面积随负荷变化而改变的级(如喷嘴调节的第一级)。可通过改变其通流面积来控制进汽量可通过改变其通流面积来控制进汽量中小汽轮机用复速级作调节级;大型汽轮机常用单列冲动级作调节级;总是做成部分进汽。非调节级:通流面积不随负荷变化而改变的级。不通过改变进汽面积控制其进汽量不通过改变进汽面积控制其进汽量可以是全周进汽,也可以是部分进汽2.1 概述概述四、级的其他分类方法四、级的其他分类方法34.压力
21、级和速度级:按蒸汽动能转变为转子机械能的过程来划分压力级和速度级:按蒸汽动能转变为转子机械能的过程来划分 压力级:压力级:蒸汽动能转换为机械能只在一列动叶栅中完成蒸汽动能转换为机械能只在一列动叶栅中完成特点:特点:这种级在叶轮上只装一列动叶栅,故又称为单列级;压力级可以是冲动级,也可以是反动级。速度级速度级(复速级复速级):动能转换为机械能在一级多列动叶栅中完成动能转换为机械能在一级多列动叶栅中完成 特点:特点:有两列动叶栅的速度级称为双列级或复速级有两列动叶栅的速度级称为双列级或复速级复速级由一列喷嘴、一列导向叶栅核两列动叶栅组成复速级由一列喷嘴、一列导向叶栅核两列动叶栅组成复速级都是冲动式
22、的,带有一定的反动度(提高效率)做功能力大(较单列级而言),通常在一级内要求承担很大焓降时采用;2.1 概述概述四、级的其他分类方法四、级的其他分类方法35.2.1 概述概述四、级的其他分类方法四、级的其他分类方法 2单列级和速度级单列级和速度级 36.3、级的类型和特点小结反动度反动度结构特点结构特点做功能力做功能力(焓降)(焓降)效率效率纯冲动级纯冲动级m=0隔板叶轮型隔板叶轮型较高较高较低较低反动级反动级m=0.5转鼓型转鼓型最低最低最高最高冲动级冲动级m=0.050.3隔板叶轮型隔板叶轮型较低较低较高较高复速级复速级m=0.050.1隔板叶轮型隔板叶轮型最高最高最低最低2.1 概述概述
23、37.2.2 汽轮机级内能量转换过程汽轮机级内能量转换过程一、级内模型的简化和基本方程式一、级内模型的简化和基本方程式 1模型常用简化假设模型常用简化假设实际过程实际过程简化过程简化过程粘性流体粘性流体理想流体理想流体三元流动三元流动一元流动一元流动可压缩性可压缩性有时假设为不可压缩流体有时假设为不可压缩流体不绝热不绝热绝热绝热不稳定过程不稳定过程稳定过程稳定过程1.1.流动是稳定的流动是稳定的流动是稳定的流动是稳定的2.2.流动是绝热的流动是绝热的流动是绝热的流动是绝热的3.3.流动是一元的流动是一元的流动是一元的流动是一元的4.4.工质是理想气体工质是理想气体工质是理想气体工质是理想气体一
24、元稳定等比熵流动的模型一元稳定等比熵流动的模型一元稳定等比熵流动的模型一元稳定等比熵流动的模型38.1)连连 续续 方方 程程 式式 2)能)能 量量 方方 程程 式式 3)状)状 态态 及及 过过 程程 方方 程程 式式 4)动)动 量量 方方 程程 式式 5)气)气 动动 方方 程程 式式 2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程一、级内模型的简化和基本方程式一、级内模型的简化和基本方程式 2.基本方程基本方程39.二、蒸汽在喷嘴中的流动过程二、蒸汽在喷嘴中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程1汽流参数与喷嘴形状的关系汽流参数与喷嘴形状的关系以下导数项为对流动
25、方向求导即以下导数项为对流动方向求导即 ,略去,略去dx.(1)基本方程)基本方程连续性方程:连续性方程:则有:则有:由动量方程由动量方程40.d.Ma=1时(时(喷嘴内汽流速度等于当地音速喷嘴内汽流速度等于当地音速):):喷嘴截面积达最小值,喷嘴截面积达最小值,称为临界截面或喉部称为临界截面或喉部c.Ma1时(超音速流动):时(超音速流动):汽道的截面积随着汽流加速而逐渐增大,汽道的截面积随着汽流加速而逐渐增大,即需要采用渐扩喷嘴。即需要采用渐扩喷嘴。(2)流动过程分析)流动过程分析 1)依据式)依据式 b.Ma1时(亚音速流动):时(亚音速流动):汽道的截面积随着汽流加速而逐渐减小,汽道的
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