chapter 1 汽轮机的基本工作原理.ppt

汽轮机设备及运行 第一节 汽轮机的一般概念 汽轮机又称“蒸汽透平 Steam Turbine”, 是一种以水蒸气作为工质的叶轮式发动机。 优点： 转速高、运行平稳、工作可靠、单机功率大、热经济性高，便于与发电机直接连接等。 用途 现代火电厂、核电厂、大型船舶等。 作用 将蒸汽的热能转变为机轴上的机械能。 汽轮机内的能量转换 工作蒸汽先在喷管内进行膨胀，压力降低而速度增大，形成一股高速汽流，此高速汽流喷射到动叶上，推动转子转动，因而使蒸汽的热能转变为机械能。 第二节汽轮机的基本作功单元－“级” 能量转换的主要部件是一组喷管和一圈动叶，由它们组合而成的工作单元，称为汽轮机的一个“级”。 级内的汽流 一、蒸汽在喷管内的能量转换 蒸汽在喷管内的流动过程，理想情况下是等熵膨胀过程，实际是不可逆的绝热膨胀过程。 二、蒸汽在动叶内的能量转换 单级汽轮机速度三角形 动叶内的损失 由于摩擦等损失，动叶内的汽流速度会降低－动叶损失 轮周功率 根据动量定理 若蒸汽流量为 D kg/s，则汽流作用于动叶上的圆周力为 反动级 反动度为0.5的级。 反动级动叶出口的蒸汽理想相对速度 反动级的特点 在保持最高效率的前提下，反动级可以转换的蒸汽焓降约为冲动级的一半。因而，同等容量的反动式结构汽轮机总级数要比冲动式结构汽轮机的总级数大致多一倍。 反动式汽轮机的特点： 级数多、制造工艺要求高、造价高。 效率较高。 .蒸汽作用在动叶片上的力：可由牛顿第三定律和动量方程求得。如图所示。将汽流力分解为周向分力Fu 和轴向分力Fz 。则， 二、级的轮周效率 定义：蒸汽在轮周上所做之功与整个级所消耗的蒸汽理想能量（级的理想能量）之比，即 级的热力过程线 三、速度比及其与轮周效率的关系 速度比：轮周速度u与喷嘴出口汽流速度c1之比。用x1表示，即x1=u/c1 。 研究速度比与轮周效率关系的目的在于根据不同级的特点，分析速度比对轮周效率的影响，并确定最佳速度比。 （一）纯冲动级的速度比与轮周效率 1.余速不利用： 最佳速度比：轮周效率最高时的速度比。用(x1)op 表示。 求解方法：函数求极值法和速度三角形法。 函数求极值法：将?u 的表达式对x1求导，并令其为零即可得最佳速度比的值。即 2.余速利用： 最佳速度比： 余速利用对轮周效率的影响：如图1－26所示。 提高了级的轮周效率。 中间级效率曲线在最大值附近变化平稳。 使最佳速度比增大。 （二）反动级的速度比与轮周效率的关系 由于反动级的喷嘴叶型和动叶叶型相同，反动级的余速基本上都能得到利用，即? 0＝ ? 1＝1 根据最佳速度比的物理意义可得反动级在最佳速度比下的速度三角形如图1－27所示。由图可得最佳速度比为 第三节 多级汽轮机 汽轮机装置 现代汽轮机，由于采用越来越高的蒸汽初参数和很低的排汽压力，整机的理想焓降都很大，为了有效利用蒸汽的焓降，汽轮机大都采用多级形式（压力多级、速度多级）。 压力多级汽轮机的应用 所谓压力多级汽轮机，就是蒸汽从很高的初压膨胀到很低的终压，是在很多个压力级内分段依次进行的，也就是把蒸汽的总焓降分配给若干个压力级来进行，每个压力级都有自己的喷嘴和动叶，整台汽轮机就像由若干台单级汽轮机串联起来一样。 这种压力多级汽轮机的各项损失都比较小，其效率一般要比速度多级汽轮机高得多；因此，现代大、中型汽轮机几乎无所例外地都采用压力多级得结构型式，其级数可根据功率需要确定，一般以10级以上者较为多见。 多级汽轮机的剖面 第四节 汽轮机的效率和功率 一、汽轮机的级内损失 汽轮机运行时，在它的每个级内，都不可避免地有各种级内的能量损失。包括 喷管损失 动叶损失 余速损失 叶轮摩擦损失 叶片鼓风损失 级内漏汽损失 湿气损失，等 余速损失 中间级的余速可能被下一级加以利用。 叶轮摩擦及叶片鼓风损失 叶轮两侧表面与周围的蒸汽（非工作汽流）发生摩擦，消耗一部分机械功。 没有工作汽流的叶片，对周围非工作蒸汽鼓风作用，消耗掉的部分机械能。 级内漏汽损失 级的相对效率 通常用级的相对内效率表示蒸汽在某级内膨胀的完善程度 二 汽轮机的损失及其装置的效率和经济指标 汽轮机的内部功率 D — 汽轮机的总汽耗量，kg/h P0 — 汽轮机的理想功率 轴功率电功率 Pe — 轴功率 Pel — 电功率 多级汽轮机的损失 （一）多级汽轮机的外部损失 1．机械损失 2．外部漏汽损失 　　齿形汽封能够尽量地减小漏汽间隙，并能有效地降低漏汽速度 　　汽轮机各汽缸端部的轴封及其与之相连接的管道和附属设备，称为汽轮机的轴封系统。 　　在机组正常运行时，靠高中压缸两端轴封漏汽作为低压端轴封供汽，不需另供轴封用汽，这种系统称为自密封轴封系统。 （二）多级汽轮机的内部损失 1．汽轮机进汽机构的节流损失