《汽轮机原理》讲稿第01章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,汽轮机原理,任课教师,：,陈 志 强,集美大学 机械工程学院热能方向,2011.2,1,绪论,1,火电厂基本概念,（一）能量转换过程,燃料化学能,蒸汽热能,机械能,电能,（二）火电厂三大主机,锅 炉：将燃料的化学能转变为蒸汽的热能,汽轮机：将锅炉生产蒸汽热能转化为转子旋转机械能,发电机：将旋转机械能转化为电能,2,B,：,锅炉,S,：,锅炉过热器,T,：,汽轮机,C,：,冷凝器,P,：,水泵,S,T,C,P,B,火力发电厂示意图,T,S,1,2,3,4,1,2,3,4,3,2,汽轮机的主要技术发展,采用大容量机组,提高蒸汽初参数,普遍采用一次中间再热,采用燃气,-,蒸汽联合循环系统提高效率,提高机组的运行水平,4,3,汽轮机制造工业,美国,通用电气公司、西屋电气公司,日本,日立制作所、东芝电器会社、三菱重工株式会社,瑞士,BBC,公司,中国,哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、东方汽轮机厂、北京重型电机厂、青岛汽轮厂、武汉汽轮发电机厂、杭州汽轮机厂、南京汽轮发电机厂,5,动叶栅,6,喷嘴叶栅,7,8,9,4,汽轮机分类：,汽轮机,冲动式汽轮机,反动式汽轮机,凝汽式汽轮机,供热式汽轮机,背压式汽轮机,调节抽汽式汽轮机,低压汽轮机,中压汽轮机,高压汽轮机,超高压汽轮机,亚临界压力汽轮机,超临界压力汽轮机,按作功原理分,按功能分,按参数高低分,10,按热力特性分类（即汽轮机型式）,凝汽式、中间再热式,背压式,调整抽汽式,供热,Turbine,Turbine,热,用户,Turbine,11,按主蒸汽压力分类,低压汽轮机 主蒸汽压力小于,1.5MPa,中压汽轮机,2,4MPa,高压汽轮机,610MPa,超高压汽轮机,12,14MPa,亚临界汽轮机,16,18MPa,超临界汽轮机 超过,22.5MPa,超超临界汽轮机 超过,32MPa,国产汽轮机型号,*,汽轮机类型,/,额定功率,蒸汽参数,变型设计次序,凝汽式,N,背压式,B,一次调节抽汽式,C,二次调节抽汽式,CC,抽汽背压式,CB,船用,H,移动式,Y,12,汽轮机不同型号的参数表示,凝汽式,主蒸汽压力,/,主蒸汽温度,N50-8.82/535,中间再热式,主蒸汽压力,/,主蒸汽温度,/,中间再热温度,N300-16.7/537/537,一次调节抽汽式,主蒸汽压力,/,调节抽汽压力,二次调节抽汽式,主蒸汽压力,/,高压抽汽压力,/,低压抽汽压力,背压式,主蒸汽压力,/,背压,抽汽背压式,主蒸汽压力,/,抽汽压力,/,背压,13,汽轮机还可以按汽缸数目分类,300MW,亚临界,16.18/550/550 16.18/535/535 16.67/537/537 16.67/538/538,600MW,超临界,100MW,高压,有单缸单排汽、六级回热和 双缸双排汽、七级回热,200MW,超高压,三缸三排汽、三缸双排汽 均为八级回热,14,第一章 汽轮机级的工作原理,第一节 概述,一 汽 轮 机 的 级 、级内能量转换过程,1,，汽轮机的级,：,静叶栅 动叶栅,是汽轮机作功的最小单元。,15,2,，级内能量转换过程,：,具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首,先在,喷嘴,叶栅通道中得到膨胀加速，将,蒸汽的热能转化,为高速汽流的动能,，然后进入,动叶,通道，在其中改变方,向或者既改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将,高速汽流的,动能转变为旋转机械能,。,16,17,3,，冲动级：,当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为,冲动力,。这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽进、出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级。,18,4,，反动级,：,当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要,膨胀加速,，前者会对叶片产生一个冲动力，后者会对叶片产生一个反作用力，即,反动力,。蒸汽通过这种级，两种力同时作功。通常称这种级为反动级。,19,二，,反 动 度,级的热力过程线,反动度表示级中反动力所占比例，即蒸汽在动叶中膨胀程度的大小。,20,三，冲 动 级 和 反 动 级,冲 动 级 有 三 种 不 同 的 形 式：,1,，纯冲动级,：,通常把反动度,等于零的级称为纯冲动级。对于纯冲动级来说，,p1=p2,、,hb,=0,、,hn*,=,ht*,，蒸汽流出动叶的速度,C,具有一定的动能,C,未被利用而损失，称这种损失为余速损失，用,hc2,表示。,2,，带反动度的冲动级,为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度,（,=0.05,0.20),、,p1,p2,、,hn,*,h,b,，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。,21,4.,复 速 级,由一组静叶栅和安装在,同一叶轮上的两列动叶栅,及一组介于第一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的,导向叶栅,所组成的级，称为复速级。第一列动叶栅通道流出汽流，其流速还相当大，为了利用这一部分动能，在第一列动叶栅之后装上一列导向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶栅通道继续作功。复速级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大的特点。,3,.,反 动 级,通常把反动度,=0.5,的级称为反动级。对于反动级来说，,蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是,p1p2,，,反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功,。,反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。,22,*冲动级作功能力大，反动级效率高？,对于相同的级焓降，冲动级喷嘴的焓降可以全部用,来作功，反动级喷嘴的焓降比冲动级小，动叶的焓,降一部分作功，一部分转化为动能；,冲动级动叶产生较厚的附面层，摩擦损失大，效率,较低。,23,第二节,汽轮机级内能量转换过程,一 ，基 本 假 设 和 基 本 方 程 式,流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的,三元流动的实际流体。为了研究方便，特作如下,假设,：,1,蒸汽在叶栅通道的流动是稳定流动：,即在流动过程,中，通道中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变。,2,蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动：,即蒸汽在叶栅通,道中流动时，其参数只沿流动方向变化，而在与流动方向,相垂直的截面上不变化。,3,蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动：,即蒸汽在叶栅通,道中流动时与外界没有热交换。,24,基本方程式,1,连续方程式,2,能量方程式,3,状态与过程方程式,4,动量方程式,5,气动方程式,25,喷嘴截面积的变化规律,(1),当汽流速度小于音速,，即,Ma0,，,则必须,dA/dx1,时，若要使汽流能继续加速，即,dc/dx0,，,则必须,dA/dx0,，,也就是说喷嘴截面积必须沿流动方向逐渐增加，即做成渐,扩喷嘴。,(3),当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速,，即,Ma=1,，,这时，,dA/dx=0,。,表明横截面,A,不变化，即,A,达到最少值。,根据上述分析可知，简单的渐缩喷嘴是得不到超音速汽流的。为了达到超,音速，除了喷嘴出口蒸汽压力必须小于临界压力外，还必须在喷嘴形状上,加以保证，即作成,缩放喷嘴,。汽流通过缩放喷嘴时，在喷嘴喉部正好,达到,音速,，然后在渐扩部分达到,超音速,。,26,喷嘴中气流的临界状态,1,，临界速度,在膨胀过程中，到某一截面会出现汽流速度等于,当地音速,。当汽流速,度等于当地音速时，则称此时的流动状态为,临界状态,。这时的参数为,临界参,数,，用,等表示。则,临界速度,为：,结合,27,2,，临界压力,根据,临界压力为：,对于等熵膨胀过程来说，有,，则上式为,上式表明，临界压力只与,等熵指数,k,和,初压,有关。临界压力与初压之比称,为,临界压力比,，,用,表示：,对于,过热蒸汽,（,k=1.3),则,对于,饱和蒸汽,（,k=1.135),则,28,图,18,压力、焓降、截面积、汽流速度、音速、比容沿流动的变化规律,29,二，蒸汽在喷嘴叶栅通道中的膨胀过程,喷嘴的作用是让蒸汽在其通道中流动时得到膨胀加速，,将热能转变为动能。喷嘴是固定不动的，蒸汽流过时，,不对,外作功，,W=0,；,同时与外界,无热交换,，,q=0,。,则根据能,量方程式，则,对于过热蒸汽，可近似看做理想气体，则上式可写成：,30,（二）,喷 嘴 出 口 汽 流 速 度 计 算,1,，喷嘴出口的汽流理想速度,在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前的参数,p(,初速）是已,知的条件。按等熵过程膨胀，其过程曲线如图所示，则,喷嘴,出口理想速度,为,或者为,上二式中，,c,1t,-,蒸汽流出喷嘴出口的理想速度,(m/s),；,h,1t,-,蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓,(J/kq),。,31,图中，称为喷嘴的理想焓降。为了方便，,引用滞止参数，如图所示，滞止焓值为：,把相应的滞止参数,分别代入，,则,32,2,，喷嘴出口的汽流实际速度,实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。通常用喷嘴速,度系数,来考查两者之间的差别（通常取,=0.97),。这样，喷嘴出口实际速,度为,3,，喷嘴损失,蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能,的损失称为喷嘴损失，用,h,n,表 示：,喷嘴损失与喷嘴滞止理想焓降之比称为,喷嘴能量损失系数,，用,n,表示：,33,(,四,),喷 嘴 流 量 计 算,1,，喷嘴的理想流量,G,t,计算,喷嘴的理想流量,G,t,可用下式计算,:,式中，,An-,喷嘴出口处截面积,(m,2,);,C,1t,-,喷嘴出口处理想汽流速度,(m/s);,1t,-,喷嘴出口处质量密度,(kq/m,3,),。,若用,(2-12a),表示，又有,则上式为,称 为喷嘴后压力与喷嘴前滞止压力比。,34,2,，喷嘴流量曲线,对于上面公式，当喷嘴前的参数,和喷嘴出口截面积,A,n,一定时，通过喷嘴的流量,G,t,只取决于喷嘴前后压力比。它们的关系如图,中,ABC,曲线所示。当压力比从,1,逐渐缩小时，,流量逐渐增加，当喷嘴前后压力比等于临,界压力比（,n,=,cr,),，,G,t,达最大值，如,B,所示。这时的流量称为临界流量，用,G,tcr,表示。当喷嘴前后压力比小于临界压力比时，流量保持最大值,不变，如,AB,所示。其临界流量为：,式中，,只与,k,值有关。对于,过热蒸汽,（,k=1.3),=0.667,；,饱和蒸汽,（,k=1.135),=0.635,。,35,3,，通过喷嘴的实际流量的计算,通过喷嘴的实际流量为：,式中，称为,喷嘴流量系数,。对于,过热蒸汽,，取,0.97,；对于,饱和蒸,汽,，取,1.02,。,考虑了流量系数之后，通过喷嘴的实际流量为：,对于,过热蒸汽,：,对于,饱和蒸汽,：,另外还可以用单一的计算公式表示：,其中，,称为,彭台们系数,。对于,亚临界流动,，,w,1,。这样，,汽流从动叶通道中流出的绝对速度的大小和方向可以从图解得到。,可用下,式求得：,为了方便，通常将动叶进出口速度三角形绘制成一起。,41,3,，动叶出口汽流相对速度,通过动叶通道的能量方程式可得到动叶出口汽流相对理想速度为：,结合图，焓降 称为,动叶栅理想焓降,，,这样，,其中，,称为,动叶的滞止理想焓降,。,由于通过动叶的流动是有损失的，为了说明,问题,引用动叶速度系数,。这样，,动叶出口的,实际相对速度,为,42,4,，动叶损失,动叶损失就是蒸汽通过动叶的能量损失，由于动叶损失的存在，,使动叶出口的焓值由,h,2t,升为,h,2,，则动叶损失为：,动叶损失 之比成为动叶栅的能量损失系数，即,在计算时，,通常取,=0.850.95,。,43,（二）蒸汽对动叶的作用力及轮周功,为求取蒸汽在动叶作功大小，必先求取蒸汽,对动叶栅的作用力。,1,，蒸汽对动叶片的作用力,蒸汽在动叶通道中要改变方向、或者还要,膨胀加速，其对动叶片的作用力可用下式进行计算：,圆周分力,或者,轴向分力,或者,合力,以上各式中，,G-,单位时间内流过动叶栅的流量；,A,Z,-,动叶通道轴向投影面积。,44,2,，轮周功和轮周功率,蒸汽通过汽轮机的级在动叶片上所作的有效机械功称为轮周功。而单位时间内作出的轮周功称为轮周功率。轮周功率为圆周分力和圆周速度的乘积：,或者，,(J/s),用,G,除以上二式，得到每,1kq,蒸汽所作出的轮周功。比功表示作功能力，用 表示：,或者，,结合速度三角形和余弦定理，轮周功还可以用下式表示：,(J /k q ),45,5,、余速损失,由速度三角形可知，蒸汽在动叶栅中作功之后，最后以绝对速度,c,2,离开动叶，其具有的动能称为,余速损失：,在多级汽轮机中，余速损失可以被下一级所利用，其利用程度可用,余速利用系数,表示，,=01,之间。,考虑了喷嘴损失、动叶损失和余速损失之后，汽轮机的级在,h-s,图上的过程曲线如图,1-21,所示。图中，称为,级的轮周有效焓降：,46,作业与思考题,1,、已知机组某级级前压力,=1.85MPa,，,温度,=340,；级后蒸汽压力为,=1.5MPa,。,级的反动度,=0.12,。喷嘴出汽角,=11.1,度 ，动叶出汽角,=18.3,度。若级的速度比,=0.54,，喷嘴速度系数,=0.97,，进入喷嘴的初速度,=52.3m/s,，,试计算动叶出口相对速度 及绝对速度 ，并绘制动叶进出口速度三角形,(,标出速度、角的符号和数值）。,2,、已知汽轮机的第三级前压力,=5.13MPa,，,温度,=467.5,；级后蒸汽压力为,=4.37MPa,。,进口初速动能,=1.214 kJ/kg,，,级的平均直径,=998.5 mm,，,级的反动度为,=0.0794,。喷嘴出汽角,=10.78,度 ，动叶出汽角,=17.9,度。喷嘴和动叶的速度系数分别为,=0.97,、,=0.935,，,机组转速,n=3000r/m,。,试绘制动叶进出口速度三角形,(,标出速度、角的符号和数值）。,3,、分析喷嘴截面积的变化规律。,4,、分析蒸汽在喷嘴斜切部分的流动规律。,47,1-3,汽轮机级的轮周效率和最佳速度比,蒸汽在级内所具有的理想能量不能百分之百地转变为轮,周功，存在着损失。为了描述蒸汽在汽轮机级内能量转换的完,善程度，通常用各种不同的效率来加以说明,。,一，轮周效率与速度比,1,，轮周效率,：,蒸汽在汽轮机级内所作出轮周功 与它在级内所具有的理想能量 之比称为级的轮周效率,即,2,，级的理想能量,：,一般来说，级的理想能量是级的理想焓降、对于多级汽轮机，进入本级的动能和本级余速动能被下一级所利用部分的代数和，即,48,3,，级的理想速度,：,为了研究方便，这里引入一个级的理想速度,定义：,4,，级的轮周效率,：,或者,式中，分别为喷嘴损失、动叶损失和余速损失与级的理想能量之比,，,称其为喷嘴、动叶和余速,能量损失系数,。,49,5,，速度比：,从式（,1-80),可以看到，为了提高 级的轮周效率，则要求减少喷嘴损失、动叶损失和余速损失。其中，前二项损失与相应的速度系数,、,有关。如果选定了动静叶栅的叶型，则系数,、,就确定了。这样，为了提高轮周效率，就得尽量减少余速损失。而余速损失，很显然,c,2,不可能为零。这里从动叶进出口速度三角形上来分析。为了说明问题，把动叶进出口速度三角形画成图,1-22,的形式。其中，图,b,动叶出口速度,c,2,刚好为轴向排汽，其余速损失最少。,只要,u/c,1,选用合理，就能达到轴向排汽的目的,。而图,a,、,c,中的,u/c,1,都不可能使,c,2,轴向排汽，也就不可能使余速损失最小。这样，使,c,2,达到轴向排汽的速度比,u/c,1,称为最佳速度比，用 表示。级的速度比通常用字母 表示。它是汽轮机级的一个很重要的特性。速度比的取值直接影响汽轮机的效率和作功能力。对于不同型式的级，其最佳速度比是不相同的。,50,二，轮 周 效 率 与 速 度 比 的 关 系,（,1,）,对于不考虑余速利用的纯冲动级,：,其最佳速度比是：,或,对于,反动度不为零的冲动级,，,0.48 0.52,；,当,考虑余速利用的中间级,，,0.585,左右。,51,二，轮 周 效 率 与 速 度 比 的 关 系,（,2,）,对于反动级,，,其最佳速度比为：,若取,52,二，轮 周 效 率 与 速 度 比 的 关 系,（,3,）对于复速级,，其最佳速度比为：,通常，复速级的最佳速度比为：,53,作业与思考题,：,1,、已知汽轮机某级前压力,=5.2MPa,，,温度,=470,；级后蒸汽压力为,=4.4MPa,。,进口初速动能,=1.2 kJ/kg,，,级的平均直径,=0.999 m,，,级的速度比,=0.517,，喷嘴出汽角,=10.8,，动叶出汽角,=17.9,。喷嘴速度系数分别为,=0.97,，,机组转速,n=3000r/m,。,若排汽动能全部利用，试求级的有效焓降和轮周效率。,2,、已知单级汽轮机，级的平均直径,=106.7cm,，,转速,n=3000r/s,，,喷嘴出汽角,=18,，级的速度比,=0.42,，喷嘴速度系数分别为,=0.96,，,动叶的速度系数,=0.84,。,又知动叶出汽角比进汽角小,3,，级的流量,G=7.26kg/s,，,试求蒸汽作用在动叶片上的切向力 ，轮周功率 和轮周效率 ，并画出级的速度三角形。,54,1-4,级通流部分主要尺寸的确定,一、叶 栅 型 式 的 选 择,55,叶栅几何特性,叶片的横断面形状称为叶型，其周线称为型线，叶型沿叶高不变，称为,等截面叶片,，反之则称为变截面叶片。,叶栅几何特性的主要参数有平均直径,dm,，叶片高度,l,，叶栅节距,t,，叶栅宽度,B,，叶型弦长,b,，出口边厚度,。,56,1,，喷嘴叶栅型式的选择,喷嘴叶栅型式的选择主要决定于需要得到多大的出口速度。可根据,喷嘴前后压力比,n,来确定：,当,需要得到小于或等于音速汽流,时，即,n,0.546,，可选用渐缩喷嘴。,当,需要得到超音速,，即,0.3,n,0.546,，,仍然可选用渐缩喷嘴，这时，可利用,喷嘴斜切部分,继续膨胀加速，以得到超音速汽流。,当喷嘴前后压力比小于,n,0.3,时，则必须选用缩放喷嘴。,57,2,，动叶栅型式的选择,动叶栅型式的选择的方法和静叶栅相似。但动叶栅通道中的流动多为,亚音速流动,一般选用减缩喷嘴。根据动叶栅的各参数，根据速度三角形，计算,w,1,，查,p,1,*,；再根据压力比,的值和临界压力比相比，,判断是否超临界,。,58,二，喷嘴与动叶尺寸的确定,汽轮机热力设计的任务，除了确定级的效率、功率和蒸汽对叶片的作用力之,外，还必须选定动静叶片的型线、有关几何尺寸大小，,主要确定出口面积和叶片,高度。,（一）渐缩喷嘴,（,1,）当喷嘴前后压力比等于或大于临界,压力比时,，喷嘴出口汽流速度小于或等,于临界速度。与喷嘴出口汽流速度,c,1t,相,垂直的截面,A,n,为最小截面，即,出口截面,为最小截面,，如图其面积为：,59,若整级喷嘴个数,z,n,，每个汽道喉部面积为：,则级的喷嘴出口总面积为：,上式中，,t,n,为,喷嘴节距,，,Z,n,t,n,为,安装有喷嘴的弧长,。,当级为,全周进汽,时，（为级的平均直径）。,当级为,部分进汽,(e 1),时，,(e,为部分进汽度）。,当考虑了部分进汽之后，则喷嘴叶高为：,60,(2),当喷嘴前后压力比为,：，这时，仍然选用,渐缩喷嘴,是利用其斜切部分继续膨胀而得到超音速汽,流。这时喷嘴出口汽流角要发生偏转。喷嘴喉部截面积,和叶高分别为：,（二）缩 放 喷 嘴,当喷嘴前后压力比小于,0.3,时,，则要采用缩放喷嘴。,61,（三）动叶栅几何参数的确定,动叶栅几何参数的计算方法和静叶栅相似。但动叶栅通道中的流动多为亚音速流动。动叶栅出口截面积和叶高可按下式计算,：,62,三，喷嘴与动叶几个主要参数 的 选 定,（一）出汽角 和 的选择,通常，喷嘴出汽角,=1114,；,复速级的喷嘴出汽角比单列级大一些，一般，。另外，在复速级中，要使通流部分光滑变化。为此，复速级必须适当地采用反动度以满足通流部分光滑变化。复速级各列叶栅的出汽角可以在下列范围内选择,（二）,部分进汽度的选择：,1,，一般采用全周进汽（,e=1,）；,小型机采用部分进汽（,e1,）；,2,，,调节级采用部分进汽（,e 10 12,时，级 应 该 采 用,等 截 面 直 叶 片,。等 截 面 直 叶 片 的 设 计 和 加 工 都 比 较 容 易，但 存 在 着 扇 形 损 失；当,10,的 级，则 应 采 用,扭 叶 片,。,76,3,，叶轮摩擦损失,由 于 蒸 汽 粘 性，叶 轮 在 汽 室 中 作 高 速 旋 转 时，存 在 着 叶 轮 轮 面 与 蒸 汽 之 间 的 相 对 运 动 而 产 生 的,摩 擦,。克 服 摩 擦 和 带 动 蒸 汽 质 点 运 动，就 要 耗 功。同 时，靠 近 叶 轮 轮 面 侧 的 蒸 汽 质 点 随 叶 轮 一 起 转 动 时，受 到 离 心 力作 用 而 产 生,径 向 运 动,。这 样，靠 近 隔 板 处 的 蒸 汽 质 点 的 旋 转 速 度 小，自 然 要 向 旋 转 中 心 处 流 动 以 保 持 蒸 汽 的 连 续 性。于 是，在 叶 轮 两 侧 的 汽 室 中 就 形 成 了,涡 流 运 动,。蒸 汽 的 涡 流 运 动 要 消 耗 一 部 分 轮 周 功。,77,叶 轮 摩 擦 损 失耗功 可 用 以 下 经 验 公 式 计 算,：,式 中，,k-,与 蒸 汽 性 质 有 关，对 于 过 热 蒸 汽，,k=1,，,对 于 饱 和 蒸 汽，,k=1.2 1.3,；,d,、,l,、,u -,级 的 平 均 直 径、叶 高、圆 周 速 度；,v -,动 叶 出 口 蒸 汽 比 容。,叶 轮 摩 擦 损 失 也 可 用 焓 降 来 表 示：,可以采取减少叶轮与隔板间的轴向间隙和降低叶轮表面粗糙度的方法减少叶轮摩擦损失。,78,4,，部分进汽损失,采 用 部 分 进 汽，就 产 生 了 部 分,进 汽 损 失，由“鼓 风”损 失 和,“斥 汽”损 失 两 部 分 所 组 成 的。,“鼓 风”损 失,发 生 在 没 有 喷 嘴 叶 片 的 弧 段 内。动 叶 通 过 这 一 弧 段 时，要 象 鼓 风 机 一 样 把 滞 留 在 这 一 弧 段 内 的 蒸 汽 鼓 到 出 汽 边 而 耗 功。,“斥 汽 损 失”,发 生 在 安 装 有 喷 嘴 叶 片 的 弧 段 内。动 叶 片 由,非 工 作 区,进 入,工 作 区 弧 段,时，动 叶 通 道 中,滞 留,的 蒸 汽 要 靠 工 作 区 弧 段 中 喷 嘴 喷 出 的 主 流 蒸 汽 将其 吹 出，要 消 耗 轮 周 功。另 外，由 于叶 轮 作 高 速 旋 转，这 样，在 喷 嘴 出 口 端 的,A,点 存 在 着,漏 汽,；而 在,B,点 又 存 在 着,抽 吸,作 用，将 一 部 分 蒸 汽 吸 入 动 叶 通 道，干 扰 主 流，同 样 会 引 起 损 失。这 样 就 形 成 了 斥 汽 损 失。,79,总 的 部 分 进 汽 损 失,由 以 上 两 部 分 所 组 成，即,而,上 三 式 中，,e-,部 分 进 汽 度；,e -e =1-e ;,E-,级 的 理 想 能 量；,X -,级 的 速 度 比；,B-,系 数，单 列 级，,B =0.15,双 列 级，,B =0.5 5;,Z -,喷 嘴 组 数；,C -,经 验 系 数，单 列 级，,C =0.0 12,双 列 级，,C =0.016,。,80,5,，漏 汽 损 失,在 汽 轮 机 中，由 动 静 两 部 分 所 组 成 的 级，有 间 隙。由 于 压 差 的 作 用，有 间 隙 存 在，就会漏汽 如 图 所 示。,在 隔 板 前 后 存 在 压 差，又 有 隔 板 间 隙。就 必 然 有 一 部 分 蒸 汽 通 过 隔 板 间 隙 流 到 级 后。,这 部 分 蒸 汽 不 作 功,。,另 外，漏 汽 不 是 从 喷 嘴 中 以 正 确 方 向 流 入 动 叶 通 道，它 不 但 不 做 功，反 而 要,干 扰 主 流,。,这 样，就 形 成 了,隔 板 漏 汽 损 失,。,为 了 解 决 这 一 问 题，要 在 叶 轮 盘 上 开 设 平 衡 孔，,以 便 让 隔 板 漏 汽 从 平 衡 孔 漏 出，,而 不 干 扰 主 流。,另 外，由 于,反 动 度,的 存 在，动,叶 前 后 有 压 力 差。必 然 有 一 部 分,蒸 汽 不 通 过 动 叶 通 道 而 从 叶 顶 间,隙 漏 到 级 后。这 部 分 蒸 汽 也,不 作,功,，形 成 了,叶 顶 损 失,。,81,82,漏 汽 损 失 是 由 于,压 力 差,和,间 隙,的,存 在 而 引 起 的。减 少 漏 汽 损 失、减 小 漏 汽 量，就 应 该 减 小 间 隙 面 积 和 蒸 汽 压 力 差。通 常 采 用,齿 形 轴 封,来 解 决 这 一 问 题,。,漏 汽 量,和,漏 汽 损 失,计 算 方 法 如 下：,（,1,）隔 板 漏 汽 量 的 计 算,（,2,）,动 叶 顶 漏 汽 量 的 计 算,83,（,3,）隔 板 损 失 计 算,（,4,）叶 顶 漏 汽 损 失 计 算,减少隔板漏汽损失的措施：,1,、高低齿式汽封，,2,、设置轴向汽封，,3,、开平衡孔。,减少叶顶漏汽损失的措施：,1,、有围带则加装径向汽封和轴向汽封，无围带长叶片削薄顶部，,2,、减小反动度。,84,6.,湿 汽 损 失,蒸 汽 在 汽 轮 机 最 后 几 级 时 便 进 入 湿 蒸 汽 区，这 里 将 产 生 湿 汽 损 失 。,产 生 湿 汽 损 失 的 原 因,在 于：,（,1,）一部分蒸汽在膨胀加速过程中,凝结成水滴,，减少了作功蒸汽量；,（,2,）水滴不膨胀作功，反为高速汽流所,夹带前进,，要消耗一部分 轮 周 功；,（,3,）由于水滴前进速度低于蒸汽速度。这样，从动叶进口速度三角形上分析，水滴从喷嘴中流出时，正好,打击动叶背弧,，阻止动叶前进，减小了有用 功；而水滴从动叶流出之后又,打击下一级喷嘴的背弧,。水滴长期冲蚀片，使 叶片进口边背弧被打击成许多麻点，严重时，会打穿叶片。,85,湿 汽 损 失 通 常 用 下 面 经 验 公 式 计 算,：,式 中，,X -,级 的 平 均 蒸 汽 干 度,；,=,见 如 湿 蒸 汽 会 引 起,湿 汽 损 失,和,冲 蚀 叶 片,，就 必 须 采 取 一 些,去 湿 措 施,。即：采 用,去 湿 装 置,，如 捕 水 槽、捕 水 室 等，以 减 少 蒸 汽 中 的 水 分。提 高 叶 片 本 身 的 抗 湿 能 力，主 要 是 设 法 增 强 叶 片 进 汽 边 背 弧 的 抗 湿 性 能。如，在 动 叶 片 进 汽 边 背 弧,加 焊 硬 质 合 金、电 火 花 处 理,等。,86,（二）级的相对内效率和内功率,1,、级的实际热力过程曲线,级 内许 多 损 失存 在。则 进 入 级 的 蒸 汽 所 具 有 的 理 想 能 量 就 不 可 能 全 转 化 为 有 效 功。但 损 失 又 转 换 为 热 能，加 热 蒸 汽 本 身，使 动 叶 出 口 排 汽 焓 值 升 高。考 虑 了 各 种 损 失 之 后 级 的 实 际 热 力 过 程 曲 线 如 图 所 示。其 中，,0,点 为 级 前 滞 止 状 态 点，,3,为 有 余 速 利 用 时 的 下 一 级 级 前 进 口 状 态 点。,为 级 的 有 效 焓 降，它 表 示,1 kg,蒸 汽 所 具 有 的 理 想 能 量 最 后 转 化 为 有 效 功 的 能 量。越 大，级 的 内 效 率 就 越 高。,87,1,，级的相对内效率（级效率）,级 效 率 是 衡 量 级 内 能 量 转 换 完 善 成 度 的 最 后 指 标。,2,，级的内功率,或者,88,作业与思考题：,1,、级的热力计算：已知汽轮机转速,n=3000r/m,，,通过级的流量,G=65t/h,，,级的平均直径,=1.44 m,，,级的理想焓降,=125.6kJ/kg,，,蒸汽初速,=91.5m/s,，,级前压力,=0.0981MPa,，,干度,=0.99,，级的反动度,=0.2,，喷嘴出汽角,=19,。要求：,（,1,）确定静、动叶栅通流面积、叶高；,（,2,）级的速度三角形；,（,3,）级的内功率、内效率；,（,4,）级的热力过程曲线。,2,、提高叶片抗蚀的办法有哪些？,3,、汽轮机的级共有哪些损失？其产生原因，如何减小？,89,17,长 叶 片 级,前 面 讨 论 级 的,气 动 特 性,和,几 何 参 数,时，都 是 以,一 元 流 动 模 型,为 理 论 依 据，以 级 的,平 均 直 径 截 面 上 的 参 数,作 为 代,表 来 进 行 研 究 和 计 算 的。按 这 种 计 算 方 法 设 计 的 叶 片，称 为,等 截 面 直 叶 片,，即 叶 片 的 几 何 参 数 沿 叶 高 不 变。显 然，这 种 设 计 方 法 计 算 方 便，叶 片 加 工 简 单。,但 是，对 于 汽 轮 机,低 压 部 分,的 级 来 说，蒸 汽,比 容,变 化 快，容 积 流 量 大，级 的 平 均 直 径 大，叶 片 长,径 高 比,很 小。,汽 动 参 数 沿 叶 高 变 化 大,。在 这 种 情 况 下，如 果 仍 然 按 等 截 面 直 叶 片 进 行 设 计，则 级 的,实 际 轮 周 效 率,比 计 算 值 要 低 得 多。其 原 因 就 在 于：,90,（,1,）沿叶高圆周速度不同所引起的损失,：,从叶根到叶顶，其相应的,圆周速度,相差很大。（如,200MW,汽轮机的末级叶片，平均直径为,2000 mm,叶高为,665 mm,径高比,=3,，其叶顶的圆周速度为,418.6 m/s,，,而叶根的的圆周速度为,209.7m/s,，,二者相差一半）。图,1-70,所示。由于圆周速度沿叶高增加，使汽流,进入动叶通道时的,进汽角,沿叶片高逐渐,增大，即 。如果仍以平均直,径处 速度三角形有关参数作为依据来进,行设计，并采用等截面直叶片。那么，,除了平均直径附近处之外，其余直径处,的汽流在进入动叶通道时，都会有不同,程度的撞击现象发生。这样都会造成损,失。,图170,91,（,2,）沿叶高相对节距不同所引起的损失,：,叶 片 是 安 装 在 叶 轮 上 的，呈 环 形，当 径 高 比 很 小 时,节 距 沿 叶 高 变 化,很 大。而 每 一 种 叶 栅 都 有 一 个,最 佳 的 相 对 节 距,，其对应叶 栅 的 效 率 最 高。只 要 偏 离 这 一 最 佳 值，都 会 引 起 损 失，造 成 效 率 下 降。,（,3,）轴向间隙中汽流径向流动所引起的损失,：,蒸汽从动、静叶栅通道中流出时，都有一定的圆周速度，因此，在动、静轴向间隙中必然产生,离心力,作用，而产生,径向流动,。径向流动就会造成损失。而且，叶片越长，径向流动造成的损失就越大。,因此，对于长叶片级来说，就不能采用,短叶片级,的来进行设计。就必须把长叶片级设计成型线沿叶高变化的,变截面叶片,，即,扭叶片,。扭叶片加工困难，制造成本高。长叶片级的设计普遍采用径向平衡法。,这种设计方法的核心问题就是确定动、静叶栅轴向间隙汽流的平衡条件,。建立径向平衡条件，建立径向平衡方程式，然后求解径向平衡方程式，由此得出汽流参数沿叶高的变化规律。径向平衡法有,简单径向平衡法,和,完全径向平衡法,。,92,一，简 单 径 向 平 衡 法,简 单 径 向 平 衡 法 是 假 设 动、静 叶 栅 轴 向 间 隙 中 汽 流 作,轴 对 称 的 圆 柱 面 流 动,，其 径 向 分 速 为 零，子 午 线 曲 线 半 径 无 穷 大。求 得 的 简 单 径 向 平 衡 方 程 式 为：,喷 嘴 出 口 轴 向 间 隙,：,(1-186),动 叶 出 口 轴 向 间 隙,：,(1-186a),上 二 式 中，,p -,蒸 汽 压 力；,r-,级 的 半 径；,v-,蒸 汽 比 容。,93,二，完 全 径 向 平 衡 法,完 全 径 向 平 衡 法 认 为，在 动、静 叶 栅 轴 向 间 隙 中，圆 周 方 向 的 流 面 是 一 个,轴 对 称 的 任 意 回 转 面,。完 全 径 向 平 衡 方 程 式 为：,(1-185),式 中，,-,蒸 汽 密 度；,-,汽 流 圆 周 分 速、子 午 分 速；,-,子 午 分 速 对,Z,轴 的 倾 角；,R -,流 面 上 某 点 的 曲 率 半 径。,用 简 单 径 向 平 衡 法 设 计 所 得 到 的 流 型 有：理 想 等 环 量 流 型、等 角 流 型、喷 嘴 出 口 等 环 量 和 动 叶 出 口 连 续 流 流 型、等 密 流 流 型。用 完 全 径 向 平 衡 法 导 出 的 流 型 有：三 元 流 流 型、可 控 涡 流 型。,94,补充：高效新叶型的开发与应用,1,、,SCHLIST,叶型（平衡叶型），后加载叶型；,2,、分流叶栅（宽窄组合叶栅）；,3,、三元流场设计：弯扭叶片，可控涡流技术；,4,、高效、高可靠性末级长叶片技术。,在,100MW,、,125MW,和,200MW,汽轮机改造中，就是利用这些新型高效叶片技术对通流部分进行改造，再配合：（,1,）新型汽封（可调汽封，多齿汽封，椭圆汽封；（,2,）高效进汽室,涡壳进汽（无叶喷嘴）,，高效排汽缸。,这三种机改造实践表明：通过改造后，功率增加,10%,，机组内效率提高，热耗降低，煤耗下降。,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,