电厂热力设备及运行 汽轮机级的工作原理

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1、电厂热力设备及运行电厂热力设备及运行参考教材:汽轮机原理第二章第二章 汽轮机级的工作原理汽轮机级的工作原理n第一节第一节 级的概述级的概述n第二节第二节 蒸汽在级内的流动蒸汽在级内的流动 n第三节第三节 级的轮周效率和最佳速度比级的轮周效率和最佳速度比 n第四节第四节 叶栅的气动特性叶栅的气动特性n第五节第五节 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定 n第六节第六节 级内各项损失和级效率级内各项损失和级效率 n第七节第七节 扭叶片级扭叶片级第一节第一节 级的概述级的概述 本节具体内容本节具体内容:1、级的工作过程2、级的反动度3、级的类型4、级的一元流动简化模型和基本方程

2、一、级的工作过程级：级：由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工作单元。1、蒸汽在级中的流动过程、蒸汽在级中的流动过程（1）蒸汽在喷嘴中的流动特点：压力下降，速度上升，轮周方向 速度分量提高。（2）蒸汽在动叶中的流动特点：汽流转向，产生轮周方向冲击力； 汽流膨胀，产生轮周方向反击力； 轮周力为F，u为圆周速度， 其作功为 P=Fu（3）分析动叶栅中蒸汽流动过程基本工具速度三角形内容：用级中一条流线上动叶段的进出口速度大小和方向刻画级的热功转换过程的基本特征。 c1为喷嘴出口的绝对速度，w1为其相应的相对速度； c2为动叶出口气流的绝对速度， w2为其相应的相对速度；uwc为三个方向：轮周方

3、向、轴向、径向绘制速度三角形的基本步骤绘制速度三角形的基本步骤p根据c1的大小和进汽角a1画出c1；p计算u，n为每分钟多少转；p由矢量合成计算w1；p计算w2；p矢量合成计算c2。60ndub112211cos2aucucw222222cos2uwuwc2、蒸汽在级中的热力过程、蒸汽在级中的热力过程（1）蒸汽在喷嘴中的热力过程np0、 p1分别是喷嘴进出口压力；n理想热力过程从01 ；n实际热力过程是01；n00点是0的滞止参数点。sh1p11 1h1thnhc00p0p0000h0h00h特点：热能减少，动能增加，特点：热能减少，动能增加， 热能转化为动能。热能转化为动能。22211200

4、chch22211200ttchch（2）蒸汽在动叶中的热力过程22222211whwh22222211ttwhwh22121222cchhWsh00021p00p0p1p2hn0ht0hbhb212（3）蒸汽在级中的热力过程p级的理想滞止焓降p级的轮周损失：喷嘴损失动叶损失余速损失p级的轮周有效比焓降二、级的反动度n定义：动叶内理想比焓降hb与级滞止理想比焓降ht0之比，表示蒸汽在动叶内的膨胀程度。n说明：表示级中热功转换膨胀中，动叶片占的比例；最大为0.5，最小为0。0tbmhhm=0 时称为纯冲动级m=0.5 时称为典型反动级三、级的类型n冲动级与反动级（1）纯冲动级 特点：m=0 ，蒸

5、汽只在喷嘴中膨胀，在动叶栅中不膨胀，只改变其流动方向；做功能力大，效率低。 结构：动叶叶型对称弯曲。0021; 0;tnbhhhpp（2）带反动度的冲动级 特点：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一少部分在动叶栅中进行，做功能力比反动级大，效率比纯冲动级高。（3）反动级 特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同。 结构：喷嘴和动叶叶型相同。bnmhhpp; 2 . 005. 021tbnmhhh5 . 0; 5 . 0n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。（2）速度级蒸汽的动能转换为转子机械能的过程在级内进行一次以上的级。如双列速度级（复速级）复速

6、级单级汽轮机n调节级和非调节级（1）调节级 通流面积能随负荷改变的级，如喷嘴调节汽轮机的第一级，调节抽汽汽轮机抽汽口后的旋转隔板。（2）非调节级 通流面积不随负荷改变的级，可全周进汽，也可以部分进汽。调节级四、级的简化的一元流动模型和基本方程基本假设基本假设（1）蒸汽在级内的流动是稳定流动（2）蒸汽在级内的流动是一元流动（3）蒸汽在级内的流动是绝热流动基本方程式基本方程式（1）状态方程 pv=RT（2）等熵过程方程pvk=常数k为定熵指数，R为气体常数（3）连续性方程 Gv=AcG为单位时间的质量流量，v是比容（4）能量守恒方程Wchch22211200第二节第二节 蒸汽在级内的流动蒸汽在级内

7、的流动n蒸汽在喷嘴中的膨胀n蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀n蒸汽在动叶中的流动过程和通流能力一、蒸汽在喷嘴中的膨胀1、蒸汽滞止和喷嘴出口参数计算kkppppkkhhccpkkTRkkTch1010010202111211kkpppkkhhc10010000100211122、喷嘴出口汽流速度的计算kknnttpppkkhchchhc1001000002020101112222喷嘴实际出口速度为：tcc11喷嘴速度系数喷嘴出口的理想速度c1t为：Bn=80mmBn=55mm喷嘴动能损失nh滞止理想比焓降00h喷嘴的能量损失系数 ：n21n与蒸汽之比。动能损失为：02212212112122nttnhc

8、cch喷嘴压比：001ppn3、喷嘴中蒸汽参数、流速、定熵焓降之间的关系4、喷嘴中的临界状态00001111112pkkpkccackRTpkddpacccc结论结论1 1： 临界速度为气流速度等于当地音速时的状态。它只与临界速度为气流速度等于当地音速时的状态。它只与滞止参数和蒸汽性质有关，与流动过滞止参数和蒸汽性质有关，与流动过 程无关（流动）。程无关（流动）。临界速度：当地音速：001100112ppkppnkkcnc结论结论2 2： 临界压比只与临界压比只与k k有关，与喷嘴结构无关。有关，与喷嘴结构无关。对于过热蒸汽：对于干饱和蒸汽：577. 0;135. 1546. 0; 3 . 1

9、ncnckk临界压比：5、喷嘴通流能力（1）理想情况下，当喷嘴前后的压力比 大于临界压力比时，由连续性方程 有：ntnntcAGt11ntnnGGkknknnkktnttnntpkkApppkkAcAG1200001001000011112112理想流量：实际流量：喷嘴流量系数 称为喷嘴流量系数，它主要与蒸汽状态及蒸汽在喷嘴中的膨胀程度有关。n（2）当喷嘴前后的压力比小于或等于临界压力比时，通过喷嘴的流量将保持不变，即为临界流量：000011)12(pkkAGkknntc实际临界流量：ntcnncGG对于过热蒸汽，对于饱和蒸汽，00006473. 0,97. 0, 3 . 1pAGknncn0

10、0006483. 0,02. 1,135. 1pAGknncn结论：结论：（1）通过喷嘴的最大蒸汽流量即为临界流量，对应的压比）通过喷嘴的最大蒸汽流量即为临界流量，对应的压比为临界压比；为临界压比；（2）在喷嘴出口面积和蒸汽性质确定后，临界流量只与蒸）在喷嘴出口面积和蒸汽性质确定后，临界流量只与蒸汽的初参数有关，只要初参数已知，则通过喷嘴的临界流量汽的初参数有关，只要初参数已知，则通过喷嘴的临界流量即为定值。即为定值。定义：彭台门系数 当喷嘴进出口压力比处于某个数值时，其相应的流量Gn与同一初状态下的临界流量Gnc之比值称为流量比，也称为彭台门系数，记为。6、喷嘴实际流量的统一计算公式2111

11、211)12()(12crcrnkkkknknncnkkGGnf结论：结论： 只与 和 k 有关； k确定后，亚临界 只与 有关；临界为1。 nn按上图曲线查得后，按下式计算实际流量：0000648. 0vpGGncn二、蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀1、条件和现象AB为渐缩喷嘴的出口截面，即孔口截面，ABC 即为斜切部分。当喷嘴出口压力p1大于临界压力p1c时，蒸汽在斜切部分不发生膨胀； 当p1dp10.546，可选用渐缩喷嘴。n当喷嘴前后压力比还不大于0.30.4时，即0.3 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。n当喷嘴前后压力比 0.3时，则