汽轮机级工作原理及过程等.ppt

第四章 汽轮机设备 第一节 汽轮机概述 汽轮机以蒸汽为工质，将热能转变为机械能，为发电机发电提供机械能。 火力发电厂三大主要设备之一，单机功率大、效率高、运行平稳、使用寿命长 一、汽轮机的工作原理 一. 汽轮机的工作原理 汽轮机内的能量转换 一定压力和温度的蒸汽流经固定不动的喷嘴，并在其中膨胀，蒸汽的压力、温度不断降低，速度不断增加，使蒸汽的热能转化为动能 （一）冲动作用原理 冲动力的定义：根据力学知识，当一运动物体碰到另一个静止的物体或者运动速度低于它的物体时，就会受到阻碍而改变其速度的大小或方向，同时给阻碍它的物体的一个作用力 特点：蒸汽仅把从喷嘴中获得的动能转变为机械功，蒸汽在动叶通道中不膨胀，动叶通道不收缩 从作用力方面分析原理 喷嘴出口处：蒸汽以相对速度w1进入动叶通道，由于受到动叶的阻碍，汽流方向不断改变，最后以相对速度w2流出动叶通道， 在流道中蒸汽对动叶产生一个轮周方向的冲动力F1，该力对动叶作功使动叶转动 （二）反动作用原理 反动力定义：蒸汽在动叶汽道内膨胀时对动叶的作用力。根据动量守恒定律，当气体从容器中加速流出时，要对容器产生—个与流动方向相反的力。 基本特点：蒸汽在动叶流道中不仅要改变方向，而且还要膨胀加速，从结构上看动叶通道是逐渐收缩的。 从作用力方面分析原理 蒸汽流经级时先在喷嘴中膨胀压力降低，速度增加一方面通过速度方向的改变，产生冲动力F1 蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低，所产生的焓降转化为动能造成动叶出口的相对速度w2大于进口相对速度w1，使汽流产生了作用于动叶上的与汽流方向相反的反动力Fr。 在蒸汽的冲动力和反动力合力作用下推动动叶旋转作功。 （三）反动度和级类型 基本概念 级滞止理想焓降：0点是级前的蒸汽状态点，0*点是汽流被等熵滞止到初速等于零的状态，p1、p2分别为喷嘴出口压力和动叶出口压力，蒸汽在级内从滞止状态0*等熵膨胀到p2时的焓降称为级的滞止理想焓降 级理想焓降：蒸汽在级内从0点等熵膨胀到p2时的焓降 称为级的理想焓降。 1. 反动度 反动度：表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小的指标。 它等于蒸汽在动叶通道中的理想焓降与喷嘴的滞止理想焓降和动叶通道中理想焓降之和的比值 级的平直径处（即1/2叶高处）的反动度用Ωm表示，其表达式为： 2. 级的类型及特点 汽轮机的级可分为冲动级和反动级两大类 (1)、冲动级 冲动级又分：纯冲动级、带反动度的冲动级速度级 1) 纯冲动级：反动度为零的级称为纯冲动级 工作特点：是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶通道中不膨胀 结构特点：动叶叶型近似对称弯曲，作功能力大，但效率比带反动度的冲动级低。 2) 带反动度的冲动级 现代冲动式汽轮机中广泛采用具有一定反动度的冲动级，简称为冲动级 工作特点:蒸汽的膨胀主要喷嘴中进行，在动叶通道中仅有小部分膨胀，产生的反动力较小，主要利用冲动力作功 结构特点：作功能力比反动级的大，效率又比纯冲动级高。 冲动式汽轮机 3) 复速级 速度级:为使充分利用余速，在两列动叶之间装设—列导向叶片，排汽经过导向叶片后改变方向，进入第二列动叶继续作功。这种级称为速度级。 复速级：同一叶轮上装有两列动叶片的双列速度级，又称为复速级。 工作特点：蒸汽主要在喷嘴中膨胀加速：动叶通道和导向叶片通道中基本不膨胀，焓降大、效率较低。用于单级汽轮机和中、小型多级汽轮机的第一级。 4) 反动级 定义：蒸汽在级中的理想焓降平均分配在喷嘴和动叶通道中的级称为反动级 工作特点：蒸汽在喷嘴和动叶通道中的膨胀程度相等，作功的力冲动力和反动力各占一半 结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型完全相同。反动级的效率高于冲动级，但整级的理想焓降较小。 反动式汽轮机 调节级 第二节 汽轮机的基本作功原理 一、级的作功原理 级是汽轮机中最基本的工作单位 级由静叶（喷嘴）和对应的动叶组成 工质的热能在喷嘴中先转变为工质的动能，然后在动叶中使能转变为机械能 引用热力学第一定律导出的能量方程，方程可表示为 —蒸汽进入和流出叶栅的比焓值，焦耳/公斤； —蒸汽进入和流出叶栅的速度，米/秒。 二、级内损失和级效率 (一)级的内部损失：在汽轮机通流部分中与流动、能量转换有直接联系的损失称为汽轮机级的内部损失 级内的损失主要有叶栅损失、余速损失、部分进汽损失、叶轮摩擦损失、漏汽损失和湿汽损失等 1．叶栅损失 叶栅损失包括：喷嘴损失和动叶损失。 从产生原因看，它由：叶型损失、叶端损失和冲波损失所组成。 叶型损失 指蒸汽流过叶型表面时所产生的能量损失，由附面层中的摩擦损失、附面层分离时的涡流损失及尾迹损失组成。 叶端损失 蒸汽在通道的顶部和根部附面层产生的摩擦损失以及产生的由内弧向背弧的横向流动（称为二次流）。 超音速飞机遇到的冲波 冲