汽轮机设备及运行-课件.pptx

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,*,汽轮机设备及运行课件,（4）,4 汽轮机的工作原理,1、,汽轮机的级,：是由一组安装在喷嘴汽室或隔板上的静叶栅和一组安装在叶轮上的动叶栅所组成，它是汽轮机,作功的最小单元,。,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，首先在静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,。通过冲动和反动两种作用实现。,2,第一节 级的一般概念,一、汽轮机的级、级内能量转换过程,3,汽轮机低压转子（含动叶栅）,4,蒸汽在级中做功的热力过程线,5,3、,冲动作用原理(impulse):,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微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量,。,4、,反动作用原理,(reaction):,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。,6,蒸汽对于动叶栅的作用力,二、,反动度,为了描述蒸汽通过汽轮机某一级时在动叶通道中的膨胀程度大小，通常用反动度,来描述。反动度等于蒸汽在动叶通道中膨胀时的焓降和在整个级的理想焓降之比，即,7,蒸汽参数随叶高变化，即比焓降也沿叶高变化，因此级的反动度也随叶高变化。一般取叶片根部截面、叶片平均截面、叶片顶部截面为特征截面，相应的反动度为,r、m和t。实际上，级的反动度沿叶高是增大的。对于短叶片，一般给出的反动度为级的平均反动度。,三、汽轮机级的类型及特点,（一）冲动级和反动级,按,蒸汽在动叶通道内膨胀程度不同,，即反动度的大小不同，轴流式级可分为冲动级和反动级。,1、,冲动级,。,m,=0,的级叫,纯冲动级,，蒸汽只在喷管叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变其流动方向。纯冲动级做功能力大，但效率比较低，现代一般采用带少量反动度（,m,=0.05,0.2,）的冲动级。,做功能力,比反动级大，,效率,比纯冲动级高。,8,冲动式汽轮机的结构特点,：因为汽流在动叶栅内膨胀量较少，所以动叶栅的截面形状是,近似对称的,。因为动叶栅前后压力相差较小，没有太大的轴向力作用在转子上，所以冲动式汽轮机可以采用质量轻，结构紧凑的,轮盘式转子,。同样可以采用较大的径向间隙，从而提高汽轮机运行的灵活性。但是喷嘴叶栅前后存在较大的压力差，为了减少喷嘴叶栅与轴之间间隙的漏汽量，要尽量减小间隙的直径，所以设计为,隔板结构,，把喷嘴装在隔板的外环上，在隔板的内孔装有汽封片。,9,2、,反动级,：,m0.5。蒸汽在喷管和动叶通道中的膨胀程度相等。做功的力基本上冲动力和反动力各占一半。结构特点：,动叶叶型与喷管叶型相同,。效率比纯冲动级高，但做功能力较小。,10,11,反动级汽轮机特点,：喷嘴叶栅和动叶栅可以采用相同的叶型，,构成相似的喷嘴叶栅和动叶栅通道,，因而可以降低汽轮机的制造成本。因为在动叶片前后存在较大的压力差，为了减小汽流对转子作用的轴向力，反动式汽轮机采用,转鼓式结构，没有叶轮,。喷嘴叶片直接安装在汽缸内壁，使级的轴向尺寸减小。但粗大的转鼓式转子质量大，启动时,热惯性大,，增加了暖机时间而影响到汽轮机运行的机动性。为了减少蒸汽漏泄量应尽量减小径向间隙。为了平衡轴向推力，还设置了,平衡活塞,。反动级因动叶片前后存在压力差，为了避免过大的级内损失，一般,不采用部分进汽，而采用全周进汽。,12,（二）压力级和速度级,按,蒸汽的动能转换为转子机械能的过程,不同，还把汽轮机和级分为压力级和速度级。,1、,压力级,：蒸汽的动能转换为转子机械能的过程在级内,只进行一次,的级。叶轮上只装一列动叶栅，故又称单列级。可以是冲动级，也可以是反动级。,2、,速度级,：转换过程进行,一次以上,的级。可以是双列或多列的。只有一列喷管，后面有两列或更多列动叶片。采用最多的是双列速度级，又称,复速级,。速度级是,冲动式,的，可以看作是单列冲动级的延伸。,做功能力很大，但效率低,。常用于单级汽轮机和中、小型多级汽轮机的第一级。,13,14,（三）调节级和非调节级,按,通流面积是否随负荷大小改变,，可将汽轮机的级分为调节级(governing stage)和非调节级。,1、,调节级,：通流面积能随负荷改变而改变。如喷管调节汽轮机的第一级。运行时，可通过改变通流面积来控制进气量，达到调节汽轮机负荷的目的。一般中小汽轮机用,复速级,作为调节级，大型汽轮机常用,单列冲动级,作为调节级。,2、,非调节级,：通流面积不随负荷改变而改变的级。,二者另一个不同点：调节级总是做成,部分进汽,，而非调节级可以是,全周进汽，也可以是部分进汽,。,15,汽轮机的第一级,就是调节级，机组靠改变调速汽门的开度，控制汽室的投入和喷嘴的工作，改变部分进汽度，改变进汽量，以调整负荷。用调节阀调节负荷的机组是,节流调节机组,，其第一级喷嘴是全部投入的，不起调节作用，当然也不是调节级。当然，也有符合调节的。,调节级是汽缸中,温度最高、压力最高、做功量最大,的级，又是,部分进汽,，所以，对其温度、压力要严格监控，防止超标造成危害。另外，监视调节级压力，也可以了解后面各级蒸汽通道的工作情况。,16,一、基本假设和基本方程式,二、蒸汽在喷嘴中的流动过程,三、蒸汽在动叶栅中的流动与能量转换过程,17,第二节 蒸汽在喷嘴中的能量转换过程,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、非连续性和不稳定三元流的实际流体。为了研究方便，特作假设：,1.,蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的,：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速很快，流动时与外界没有热交换。,18,19,二、蒸汽在喷嘴中的流动过程,（一）汽流参数与喷嘴形状的关系,根据连续方程式、动量方程式、等熵过程方程，综合可得：,M是马赫数(M=c/a)。可以看到，喷嘴截面积的变化规律，不仅和汽流速度有关，同时还和马赫数M有关。,（1）,当汽流速度小于音速,，即M0，则必须dA/dx1时，若要使汽流能继续加速，即dc/dx0，则必须dA/dx0，即渐扩喷嘴。,（3）,当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速,，即M=1，dA/dx=0。表明横截面A不变化，达到最小值。,20,21,1、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。,临界速度,的表达式为：,（二）喷嘴中气流的临界状态,临界速度只取决于蒸汽的初始参数，与过程无关。,22,2，临界压力,临界压力表达式为：,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,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,（,=1.3)则 =0.546;对于,饱和蒸汽,（,=1.135)则 =0.577；湿蒸汽,=1.035+0.1,x,，所以 随干度,x,变化.,23,1，喷嘴出口的汽流理想速度,在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前的参数是已知条件。按等熵过程膨胀，其过程曲线如右图所示。喷嘴出口汽流理想速度表达式为,或者为,蒸汽在喷嘴出口处的速度由喷嘴进口和出口的蒸汽参数决定，并和喷嘴进口的蒸汽速度有关。,（二）喷嘴出口汽流速度计算,24,2，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，喷嘴出口的汽流实际速度为,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 表示：,喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为,喷嘴能量损失系数,，用 表示：,25,26,27,1，喷嘴的理想流量,Gt,计算,喷嘴的理想流量,Gt,可用下式计算:,式中，-喷嘴出口处截面积;,-喷嘴出口处理想汽流速度;,-喷嘴出口处比容。,还可以写成,当喷嘴前参数和出口面积一定时，理想流量只与压比，或者喷嘴背压有关。,(三)喷嘴流量计算,28,2，喷嘴流量曲线,临界流量为：,式中，,只与,值有关。对于,过热蒸汽,（,=1.3),=0.667；,饱和蒸汽,（,=1.135),=0.635。,29,3，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,n,=0.97；对于,饱和蒸汽,，取,n,=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,彭台门系数,。,对于,亚临界流动,，,。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到一起,。,42,动叶栅出口汽流相对速度和绝对速度,通过动叶通道的能量方程式可得到动叶栅出口汽流,相对理想,速度,为：,结合右下图,，焓降,称为,动叶栅理想焓降,，,这样，。,其中，,称为,动叶栅的滞止理想焓降,。,由于通过动叶栅的流动是有损失的，,与喷嘴一样,引入动叶速度系数,。,这样，,动叶出口的实际相对速度,为,43,动叶损失,动叶损失就是蒸汽通过动叶栅的能量损失，由于动叶损失的存在，使动叶出口的焓值由,h,2t,升到,h,2,，则动叶损失为：,动叶损失与理想滞止焓降之比成为,动叶栅的能量损失系数,，即,在计算时，通常取,=0.850.95。,44,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 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。,45,（二）蒸汽作用在动叶片上的力及轮周功,为求取蒸汽在动叶栅作功大小，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,蒸汽在动叶栅通道中要改变方向、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，-单位时间内流过动叶栅的流量；,-动叶通道轴向投影面积。,46,2，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1kg蒸汽所作出的轮周功。,轮周功,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 g ),级的热力过程线,考虑了喷嘴损失、动叶损失和余速损失之后的级焓降称为,级的轮周有效焓降，,它是用焓降表示的1kg蒸汽所做的轮周功：,47,小结,1、汽轮机级内的能量转换,基本假设、基本方程,2、静叶（喷嘴）中的能量转换,喷嘴出口速度及,速度系数,、,喷嘴损失,喷嘴,临界状态,、喷嘴,截面积的变化规律,喷嘴流量计算：,临界流量理想流量实际流量,喷嘴的,平均出气角,、,汽流偏转角,3、动叶中的能量转换过程,速度三角形,c,1,-uw,1,+,h,t,w,2,+uc,2,轮周作用力速度投影,轮周功率,F,u,u,轮周功,动叶损失系数,余速损失,48,50,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、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,第四节,汽轮机级的轮周效率和最佳速度比,51,3，级的理想速度,：为了研究方便，这里引入级的理想速度的概念,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,。,52,5，速度比：,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。,通常定义轮周速度与喷管出口速度之比为速度比,简称速比。,使,c,2,达到轴向排汽的速度比称为最佳速度比，用 表示。,速比是汽轮机级的一个很重要的特性参数。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。,53,90余速损失不为最小,不同速比下纯冲动级速度三角形,w1=w2,54,55,二、轮周效率与速比的关系,（1）,对于不考虑余速利用的纯冲动级,：,其最佳速度比是：,或,一般来说，因此，,若取,=0.97，则,对于,反动度不为零的冲动级,，；,当,考虑余速利用的中间级,，左右。,（2）,对于复速级,，其最佳速度比为,：,通常，复速级的最佳速度比为：之间。,（3）,对于反动级,，其最佳速度比为：,若取 则,56,小结,1、,轮周效率,定义,2、,最佳速比,u/c,1,min(c,2,),3、轮周效率与速比之间的,关系,57,58,三,、,叶栅几何尺寸的确定,（一）,叶栅几何特性,1，,叶型、型线,：叶片截面的形状、周线分别称为叶型、型线；,2，,等截面叶片和变截面叶片,：叶型及面积沿叶高不变的叶片称为等截面叶片，反之为变截面叶片。,3，,亚音速叶栅、近音速叶栅、超音速叶栅,。,4，,叶栅几何参数,：,-平均直径；,叶高；,节距；,B,叶片宽度；,b,弦长；,59,出口边厚度；,、进出口宽度,。,5，,无因次几何特性,：,相对节距；,相对叶高；,径高比。,6，,汽流角度,：,、,喷嘴、动叶进口汽流角；,、喷嘴、动叶出口汽流角；,、喷嘴、动叶叶型进口角；,、喷嘴、动叶叶型出口角；,、喷嘴、动叶叶型安装角。,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。,度的存在，动叶前后有压差，,参数作为依据来进行设计，并采用等,不同速比下纯冲动级速度三角形,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。,1x，所以 随干度x变化.,圆周分力,动叶损失就是蒸汽通过动叶栅的能量损失，由于动叶损失的存在，使动叶出口的焓值由h2t升到h2，则动叶损失为：,叶高损失常用下面半经验公式计算：,动叶损失,2、当喷嘴出口压力（背压）小于临界压力时，汽流在AB截面上达临界状态，汽流在斜切部分要继续膨胀加速，蒸汽压力由临界压力 下降为 ，汽流速度由临界速度膨胀到大于音速，并且汽流方向,喷嘴临界状态、喷嘴截面积的变化规律,可以看到，扇形损失的大小与径高比的平方成反比，越小，扇形损失越大。,60,（二）叶栅形式的选择,已知条件：蒸汽流量G，参数 、；转速 ，初速 ，级的平均直径 ，反动度 。,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。即根据喷嘴前后压力比 来确定：,当需要得到小于或等于音速汽流时,，即 ，可选用渐缩喷嘴。,当喷嘴前后压力比还不大于0.30.4时,，即 ，,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0.3时,，则必须选用缩放喷嘴。,61,2，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。根据动叶栅的各参数，根据速度三角形，计算 ，查 ；再根据压力比,的值和临界压力比相比，是否超临界。,62,3.喷嘴叶栅与动叶栅几个主要参数的选定,（一）叶栅出汽角 和 的选择,通常，高压冲动级喷嘴出汽角 ；反动级,中、低压冲动级 ；复速级 。,动叶栅出气角一般按下列关系选取：,冲动级：,复速级：,（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（e1），分47组。,（三）,盖度的选择,：通常要求动叶进口高度略大于喷嘴出口高度。,63,64,（四）,冲动级内反动度的合理选用,：,纯冲动级具有作功能力大的特点，但其效率较低。当适当地选用反动度之,后，就可以达到提高效率的目的。这是因为，采用适当的反动度，可以提高,动叶的速度系数,，以减小动叶损失；也可以减小动叶根部轴向间隙中由于,吸汽而产生的附加损失。,1，,当根部反动度较大时,，则平均反动度会更大，会造成叶顶和,平衡孔漏汽，因而产生损失，见下页图a；,2，,当根部反动度太小或者为负时,，会造成叶片根部吸汽，或者使级后蒸汽,通过平衡孔回到动叶前，造成损失，见下页图b；,3，,当根部反动度,=0.03,0.05,时可使动叶根部不发生吸汽和漏汽现象，,同时也可以使动叶前后压力差不至太大以至造成大的叶顶漏汽损失，见下页,图c。,65,在进行汽轮机热力设计时，通常是按级的平均直径处的,平均反动度,进行计算的。但级的,反动度沿叶高是变化,的，这样，根据选定的根部反动度，,平均反动度,为：,叶根反动度,为：,式中，为动叶栅的平均直径、叶高。,图1-36,66,确 定 某 一 级 的 反 动 度，除 了 合 理 选 用 动 静 叶 栅 之 叶 型 之 外，主 要 是 靠 通 过 一 定 的 动 静 叶 栅,出 口 面 积 比 f,来 实 现 的。即 一 定 的 反 动 度 对 应 一 定 的 动 静 叶 栅 出 口 面 积 比 。面 积 比 随 着 反 动 度 的 增 加 而 减 小。汽 轮 机 中 反 动 度 与 动 静 叶 栅 出 口 面 积 比 的 对 应 范 围 为：,1.直 叶 片压力 级,f=1.86 1.65 .,2.扭 叶 片 级,=0.2 0.4 ,f=1.7 1.4 .,3.复 速 级,67,前述喷嘴损失 、动叶损失 、余速损失 都是级内损失。除此之外，级内损失还包括：叶高损失 、扇形损失 、叶轮摩擦损失 、部分进汽损失 、漏汽损失 、湿汽损失 。,当然，不是每一级都同时具有这些损失，要根据具体情况进行分析。如只有在部分进汽的级才有部分进汽损失；叶片较长又不采用扭曲叶片的级中才存在扇形损失；工作在湿蒸汽区的级才有湿汽损失等等。,第五节 汽轮机级内损失和级效率,汽轮机级内损失,68,69,一、级内损失,1、叶高损失,将喷嘴和动叶中与叶高有关的损失称为级的,叶高损失，,或叫端部损失。当叶片较短（一般说叶高,l,12时，可采用,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,8时应采用,扭叶片,，这时虽然加工较困难，但可有效减小扇形损失。,71,3、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及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,。而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,。蒸汽的涡流运动也要消耗一部分轮周功。,克服摩擦阻力和涡流消耗的功叫叶轮摩擦损失,。,72,叶轮摩擦损失目前广泛采用斯托陀拉的经验公式计算,：,(kW),式中，,k,为经验系数，与蒸汽性质有关，对于过热蒸汽，,k,=1，对于饱和蒸汽，,k,=1.21.3；,d,m,、u ,级的平均直径、圆周速度；,v,汽室中蒸汽的平均比容。,叶轮摩擦损失也可用焓降来表示：,或用损失系数表示：,减小该项损失的措施是适当减小叶轮与隔板的轴向间隙,提高叶轮表面光洁度。,73,4、部分进气损失,采用部分进汽，产生,部分进汽损失，由“鼓风”,损失和“斥汽”损失两部,分所组成。,鼓风损失,发生在没有喷嘴的弧段内。动叶通过这一弧段，象风机一样把滞留在这一弧段内的蒸汽从一侧吹到另一侧，消耗一部分有用功，产生鼓风损失。,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，消耗轮周功。另外，由于叶轮高速旋转，在喷嘴出口端A点存在着,漏汽,(如上图)；而在B点又存在着,抽吸作用,，将一部分蒸汽吸入动叶通道，干扰主流引起损失。上述三方面统称为斥汽损失。,74,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,c,护罩弧长与整周弧长之比，e,c,=1-e;,E,0,级的理想能量；,B,e,系数，单列级,B,e,=0.15,双列级,B,e,=0.55;,Z,ng,喷嘴组数；,C,s,经验系数，单列级,C,s,=0.012,复速级,C,s,=0.016。,式 中，-蒸 汽 密 度；,喷嘴斜切部分的蒸汽流动,蒸汽在动叶栅通道中要改变方向、或者还要,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。,现代设计计算方法已经可以直接数值求解长叶片级的三维气动方程。,即根据喷嘴前后压力比 来确定：,（二）蒸汽作用在动叶片上的力及轮周功,第四节 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比,如在动叶片进汽边背弧加焊硬质合金、电火花处理等。,15,双列级Be=0.,而从叶顶间隙漏到级后。,(1-185),小型机采用部分进汽（e1）；,2，调节级采用部分进汽（e812的短叶片级,，可以获得满意的工程效果，计算简便，物理概念清晰。,但是随着汽轮机单级功率增大，蒸汽容积流量必然增大，特别是末几级，需要更大的通流面积，因此径高比较小，叶片很长。如仍按等截面直叶片进行设计，将产生很大的附加损失，使级效率显著降低。附加损失表现在：,（,1）沿叶高圆周速度不同所引起的损失,（,2）沿叶高相对节距不同所引起的损失,（,3）轴向间隙中汽流径向流动所引起的损失,现代汽轮机对长叶片级普遍采用三维流动设计理论。,第六节,级的二维和三维热力设计,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2000mm,叶高为665mm,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）。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，从而造成能量损失。,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,。而每一种叶型构成的叶栅都有一个,最佳相对节距,，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。,92,93,94,因此，对于长叶片级来说，就不能采用,短叶片级,的设计方法来进行设计。必须把长叶片级设计成型线沿叶高变化的,变截面叶片,。考虑到气动特性，绝大多数情况下设计成,扭叶片,。扭叶片加工困难，制造成本高。,长叶片级设计普遍采用,径向平衡法,，方法的,核心问题,是确定动、静叶栅轴向间隙汽流的平衡条件。建立径向平衡条件和径向平衡方程式，求解得出汽流参数沿叶高的变化规律。,现代设计计算方法已经可以,直接数值求解长叶片级的三维气动方程,。,95,因此，对于长叶片级来说，就不能采用,短叶片级,的设计方法来进行设计。必须把长叶片级设计成型线沿叶高变化的,变截面叶片,。考虑到气动特性，绝大多数情况下设计成,扭叶片,。扭叶片加工困难，制造成本高。,长叶片级设计普遍采用,径向平衡法,，方法的,核心问题,是确定动、静叶栅轴向间隙汽流的平衡条件。建立径向平衡条件和径向平衡方程式，求解得出汽流参数沿叶高的变化规律。,现代设计计算方法已经可以,直接数值求解长叶片级的三维气动方程,。,96,一，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。,97,二，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。,98,三、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。,下面的改造实例表明：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。,通流部分优化方向,叶型：弯曲叶型（三元流设计）、斜切过渡等,例：100MW汽轮机通流部分改造,99,（1）通流部分优化方向叶型,（主要改进举例）,100,101,通流部分优化方向,叶片长度：提高末叶长度（最长叶片已达1360mm）降低真空,日本技术：1321mm末叶(1800rpm),1219mm末叶(3000rpm)，导致600MW机组只有一个低压缸，1000MW机组只有二个低压缸，正在研究300MW单缸机组。,102,长叶片,103,通流部分优化方向,通流通道优化,排汽缸优化,104,GE汽轮机,105,演讲完毕，谢谢观看！,