第17课时单元_电厂热力设备及运行_第09章_汽轮机工作原理.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,*,华北电力大学环境科学与工程学院,电厂热力设备及运行,任课教师：杨官平,二一一年一月,封面,四、喷嘴叶栅的结构,.,喷嘴中汽流的临界状态,音速,：声波在,汽流,中传播的速度。也称声速，单位,m/s,。,超音速：汽流速度大于当地声速，称为超音速（或超声速）。,亚音速：汽流速度小于当地声速，称为亚音速（或亚声速）。,临界状态：汽流速度等于当地音速的状态。,临界参数：临界状态下的参数。,2.,喷嘴截面积的变化规律,喷嘴出口速度为亚音速：渐缩喷嘴。,喷嘴出口速度为超音速：缩放喷嘴。,3.,蒸汽在斜切喷嘴中的流动,在汽轮机中，由于结构方面的要求，喷嘴的轴线都是与动叶运动方向成一定的角度，因此喷嘴出口部分都做成斜切型，这种喷嘴称为斜切喷嘴。,斜切喷嘴包括：渐缩斜切喷嘴和缩放斜切喷嘴。,当能量条件具备时，按蒸汽在斜切部分膨胀特性，采用渐缩喷嘴叶栅也可以获得超音速汽流。,图,9-11,斜切喷嘴,(a),渐缩型斜切喷嘴；,(b),缩放型斜切喷嘴,五、例题,已知,:,喷嘴进口蒸汽压力,P,0,8.4MPa,，温度,t,0,=490,，速度,c,0,50m/s,，喷嘴后的蒸汽压力,P,1,5.8MPa,，喷嘴速度系数,为,0.97,。,求：,（,1,）,喷嘴出口的理想速度和实际速度；,（,2,）喷嘴损失。,五、例题,第四节 蒸汽在动叶栅中的能量转换,蒸汽在动叶栅中的速度,蒸汽在动叶栅中的进口速度三角形,蒸汽在动叶栅中的出口速度三角形,蒸汽在动叶栅中的能量转换,作用于动叶栅上的力与轮周功率,一、蒸汽在动叶栅中的速度,绝对速度,c,：蒸汽相对于喷嘴的速度。,相对速度,w,：蒸汽相对于动叶栅的速度。,圆周速度,u,：叶轮旋转的圆周速度。,相互关系：由运动学确定。,二、蒸汽在动叶栅中的进口速度三角形,图,9-12,动叶进口速度三角形,c,1,：喷嘴出口汽流速度，即动叶进口汽流绝对速度。,w,1,：动叶进口蒸汽相对于动叶的速度。,1,：,喷嘴,出,汽,角,。,1,：动叶栅进汽角。,三、蒸汽在动叶栅中的出口速度三角形,图,9-13,动叶出口速度三角形,c,2,：动叶出口汽流绝对速度。,w,2,：动叶出口蒸汽相对于动叶的速度。,2,：动叶绝对排,汽,角,。,2,：,动叶,相,对排汽角。,四、蒸汽在动叶栅中的能量转换,利用相对速度研究蒸汽在动叶栅中的流动，可以使问题大大简化，即可以把动叶栅看成相对静止，蒸汽以相对速度在其中流动，这样，就和蒸汽在喷嘴中以绝对速度流动和能量转换一样，前面研究喷嘴的结果就可用于动叶栅中，所不同的是，喷嘴中用绝对速度，动叶中用相对速度。,.,动叶栅中的热力过程,P,1,P,2,分别是动叶进出口压力。,理想热力过程,:12t,。,实际热力过程,:12,。,H,bt,：动叶中的理想焓降。,h,b,：,动叶中的,损失。,s,2t,2,h,2t,h,b,1,P,1,h,1,h,图,9-14,动叶中的热力过程,H,bt,.,动叶出口的汽流理想速度,3.,动叶出口的汽流实际速度,4.,动叶速度系数,定义：动叶实际相对速度与动叶理想相对流速的比值。也称速度系数，用,表示。,影响因素：动叶栅流道的几何形状。,范围：,0.88,0.95,。,5.,动叶损失,定义：蒸汽在喷嘴中流动由于摩擦而造成的损失。用,h,b,表示。,五、作用于动叶栅上的力与轮周功率,1.,动叶片的受力分析,从喷管流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，受到动叶的阻碍，而改变了其速度的大小和方向，同时汽流给动叶施加了一个,冲动力,。,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，这个力即为,反动力,。,图,9-15,蒸汽对动叶片的作用力,两个力的合力,F,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。,合力的,轴向分力,Fz,使汽轮机转子轴向产生移动趋势。,2.,动叶所受圆周力,设,t,时间内流过动叶的蒸汽量为,m,，以汽轮机的转动方向为正向，根据冲量定理，得：,3.,动叶所受轴向力,蒸汽在轴向上所受的总力：为动叶对蒸汽的轴向反作用力与动叶片前后压差所产生的力,A,z,(P,1,-P,2,),之和。,4.,轮周功率,定义,:,单位时间内蒸汽冲击动叶栅使其做出的机械功。,轮周功率,P,u,=F,u,u=Qu(c,1,cos,1,+c,2,cos,2,)(9-31),余速损失,:,蒸汽离开动叶栅时是以速度,c,2,排出的，它将带走部分动能而未能转换成汽轮机轴上的转动机械功，而变成损失。,第五节 级的分类与轮周效率,反动度,纯冲动级,冲动级,反动级,速度级,轮周功,轮周效率,最佳速度比,级的最佳能量转换能力,一、反动度,定义：蒸汽在动叶通道内膨胀时的,滞止,焓降和在整个级的理想焓降之比。用符号,来表示。,意义：蒸汽在动叶通道中的膨胀程度。,h,0,*,0,2,1,P,0,*,P,0,P,1,P,2,H,nt,H,st,H,bt,H,bt,2t,2t,图,9-16,级中的热力过程,s,h,0,二、纯冲动级,热力特点,:,反动度,=0,，汽流在动叶通道中不膨胀。,动叶受力特点：受冲动力，无膨胀加速的反动力。,结构特点：动叶叶型几乎为对称弯曲，即动叶内各流通截面近似相同，即近似为等截面通道。,流动特点：动叶进出口处压力,P,1,=P,2,和汽流的相对速度,w,1,=w,2,相等。,性能特点：做功能力大，但效率较低，损失大，故现已不在采用。,纯冲动级蒸汽压力和速度变化示意图,图,9-17,纯冲动级蒸汽压力和速度变化示意图,1-,喷嘴；,2-,动叶；,3-,隔板；,4-,叶轮,三、冲动级,热力特点：膨胀主要发生于喷嘴中,为提高流动效率动叶中也有少量膨胀，一般,反动度,0.05,0.30,。,动叶受力特点,:,既受冲动力,也受膨胀加速的反动力。,结构特点：动叶通道的弯曲程度小于静叶，动叶流道为收缩型。,流动特点：动叶中增速小于静叶。,性能特点：相同几何尺寸下，做功能力比反动级大，流动效率较纯冲动级高。,冲动级蒸汽压力和速度变化示意图,图,9-18,冲动级蒸汽压力和速度变化示意图,1-,喷嘴；,2-,动叶；,3-,隔板；,4-,叶轮；,5-,轴,四、反动级,热力特点：动静叶中蒸汽膨胀程度,(,焓降,),相等，,H,nt,=H,bt,，,反动度,0.5,。,动叶受力特点,:,既受冲动力,也受膨胀加速的反动力。,结构特点：动、静叶通道的截面基本相同；动静叶型相同；动叶流道为收缩型。,流动特点：动、静叶中增速相等。,性能特点：做功能力最小，流动效率最高，,动叶顶部漏汽大,。,反动级蒸汽压力和速度变化示意图,图,9-19,反动级蒸汽压力和速度变化示意图,1-,隔板；2,-,动叶；,3-,喷嘴；,4-,叶轮,五、速度级,按蒸汽动能转变为转子机械能的过程来划分，可以将级分为,压力级,和,速度级,。,压力级：蒸汽动能转变为转子机械能的过程在级内只进行一次的级。,压力级特点：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,(,复速级,),：蒸汽动能转变为转子机械能的过程在级内进行一次以上的级。,说明：目前常用的是进行两次转换的级，故又称为,双列速度级,或,复速级,，即由固定的喷嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅所组成的级。,五、速度级,热力特点：,反动度=0,汽流在导叶和动叶通道中不膨胀。,动叶受力特点,:,受冲动力，无膨胀加速的反动力。,结构特点：导叶和动叶为等截面通道。,流动特点,:,导叶中汽流只转向不加速,动叶中也不增速。,性能特点：做功能力最大，流动效率最低。,说明：速度级通常在一级内要求承担很大焓降时采用。如单级汽轮机或作为中、小型多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机的第一级（调节级）。,为了改善流动性能，现代速度级的各列动叶片和导向叶片也具有少量的反动度。,速度级蒸汽压力和速度变化示意图,图,9-20,速度级蒸汽压力和速度变化示意图,1-,喷嘴；2,-,第一列,动叶；,3-,导向叶栅；,4-,第二列动叶,六、轮周功,定义,:,单位时间内单位质量蒸汽冲击动叶栅使其做出的机械功。,冲动力作功,反动力作功,七、轮周效率,定义,:,蒸汽在动叶栅内所作的轮周功与在级内所具有的理想能量之比。用,u,表示。,七、轮周效率,轮周效率,的影响因素：,喷嘴速度系数,越大，,h,n,越小，,u,越大。,动叶,速度系数,越大，,h,b,越小，,u,越大。,排汽速度,c,2,越小，,h,2,越小，,u,越大。,由速度三角形知，只有当,2,=90,o,时，即轴向排气时，才能使,c,2,达到最小值。即“轴向排汽，效率最高”。,如何实现轴向排汽，选择速度比,(x,1,=u/c,1,),是关键。因为速度比的大小与,c,2,的方向，即,2,角的大小有内在的联系，恰当地选择不同的速度比，就有可能使,2,接近,90,o,。,八、作业,（,1,）什么是反动度？级按反动度划分为哪几种类型？,（,2,）简述在汽轮机的级中，蒸汽的热能是如何转化为机械能的,?,