1第一章 汽轮机级的工作原理080730.ppt

火力发电厂可靠性分析 火力发电厂可靠性分析 第一章 汽轮机级的工作原理 第一节 概述 级：汽轮机作功的基本单元，由静叶栅（喷管叶栅）和与之相配合的动叶栅所组成。 一、蒸汽的冲动原理和反动原理 二、级的反动度 三、汽轮机级的类型 轴流式级由以下几种分类方法： 2、反动级 Ωm=0.5 特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。效率比冲动级高，但做功能力较小。 结构：喷嘴和动叶采用的叶型相同，流道均为收缩型。 3、带反动度的冲动级：Ωm=0.05～0.2 特点：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行，作功能力比反动级大，效率比纯冲动级高。--现在的汽轮机没有纯冲动式的汽轮机，只有反动式和带有一定反动度的冲动式汽轮机。 冲动式汽轮高压级的反动度较小，低压级的反动度较大。 按照蒸汽的动能转换成转子机械能的过程不同，汽轮机级可分为压力级和速度级。 速度级：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，它是以利用蒸汽流速为主的级，级的比焓降较大。如双列速度级。 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，它是利用级组中合理分配的压力降或比焓降为主的级，效率高，也称单列级。 压力级可以是冲动级，也可以是反动级。 （三）调节级和非调节级 按级流通面积是否随负荷大小变化，汽轮机可以分成调节级和非调节级。 调节级：在采用喷管调节的汽轮机中，第一级的通流面积可以随负荷改变（调节阀控制），这种改变的另一个原因是部分进汽（喷嘴组间隙）。 非调节级：通流面积能不随负荷改变的级。 喷管速度系数 φ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。由于影响因素复杂，现在还很难用理论计算求解，往往是由实验来决定。 Gt－εn关系曲线： εn＝1喷管前后压力相等，Gt＝0； 随着εn的逐渐减小，流量沿着CB线逐渐增加； 当εn＝εcr时，Gt＝Gtcr； 此后再减小，流量沿着B0线逐渐减小，直到εn＝0时，Gt＝0。 但这不符合实际，只要喷管前后有压差，通过喷管的流量就不会等于0，事实上，当εn εcr时，流量始终保持临界流量不变。 （四）蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀 为保证汽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，如右图所示。图中AB是渐缩喷嘴的出口截面，即喉部截面。ABC是斜切部分，喷嘴中心线与动叶运动方向成α1角。 虽然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p1大于膨胀极限压力p1d，即p1p1d时，采用斜切喷嘴得到超音速汽流才是合理有效的。否则，若p1p1d，则引起汽流在喷嘴出口处突然膨胀，产生附加损失。 斜切喷嘴的这一膨胀特性使得它可以在一定范围内取代缩放喷嘴，避免缩放喷嘴所带来的工况变动时效率低和制造工艺复杂的缺陷。 达到极限膨胀后，若继续降低喷管背压，将发生喷管口外膨胀，称为膨胀不足。口外膨胀是紊乱的膨胀，会带来较大的能量损失，应避免。 ψ与Ωm和w2t的关系曲线 第三节 级的轮周效率与最佳速度比 一、级的轮周效率 ζn、ζb、ζc2－喷嘴损失、动叶损失和余速损失与理想能量E0之比，称为喷嘴、动叶损失和余速能量损失系数。 选定喷嘴和动叶后，φ、ψ值基本确定，即ζn、ζb值确定，影响轮周效率的主要因素就只有余速损失系数ζc2了。 从速度三角形可知，动叶出口c2在轴向排汽时，余速损失最小，使余速损失最小的速度比（u/c1）称为最佳速度比。 速度比是级的一个重要特性，直接影响级的轮周效率和做功能力。 对纯冲动级而言，β2*=β1，w2t=w1，在这样的条件下，要使(x1)0P=cosα1/2，即u=c1cosα1/2，则c2的方向角α2必定等于90°，此时c2值为最小，如图所示。当x1≠(x1)op时，c2的方向必将偏离90°，使c2增大，余速损失增大。 （二）反动级的轮周效率与最佳速比 对于典型反动级，喷嘴与动叶中的比焓降相等Δhb=Δhn*=Δht*/2,即反动度Ωm=0.5。喷嘴叶栅和动叶栅的流动情况相同，有α1=β2*、φ=ψ、c1=w2、w1=c2=c0。反动级中余速动能基本上全部为下一级所利用，即μ0＝μ1＝1。 （二）反动级的轮周效率与最佳速比 （四）复速级的轮周效率及最佳速比 圆周速度的大小受到动叶和叶轮材料强度的限制。根据目前叶轮和动叶材料的允许应力，圆周速度一般不大于300m/s。 为保证级的最佳速度比，以获得最大的轮周效率，级的理想比焓降不能选得太大，与上述最大轮周速度相对应的最佳速度比的理想比焓降Δht*为80～170kJ/kg。 从简化结构、减小金属耗量和制造成本的角度出发，希望一个级能利用较大的比焓降，使用单列级就会发生困难，①或者会由于速度比远小于最佳值，而使余速损失增大，轮周效率明显降低；