【正文】 1 汽輪機原理 Principle of Steam Turbine 重慶大學本科課程 授課教師：陳艷容 2 級 —— 由一列噴嘴葉柵 （ 靜葉柵 ） 和其后的一列動葉柵構(gòu)成的汽輪機基本做功單元 。 概 述 一、汽輪機的級 1. 什么是級 ? 級的結(jié)構(gòu)簡圖 3 4 級 =噴嘴葉柵 +動葉柵 概 述 一、汽輪機的級 2. 級的結(jié)構(gòu) 編號和下標： 0,1,2； nnozzle噴嘴， bblade動葉。 截面： 00 特征截面或計算截面： 噴嘴前： 00； 噴嘴后（動葉前）： 11； 動葉后： 22。 5 ? 通流部分 ：汽輪機本體中作功汽流的通道 稱為汽輪機的通流部分，包括主汽門、調(diào)節(jié)汽門、進汽導管、進汽室、各級噴嘴和動葉及汽輪機的排汽管。 1—軸 2—葉輪 3—動葉片 4—噴嘴 幾個基本概念 ? 噴嘴 ： 由固定不動的靜葉柵構(gòu)成的蒸汽通道 。 ? 轉(zhuǎn)子 ： 汽輪機的轉(zhuǎn)動部分。動葉裝在轉(zhuǎn)軸上，與葉輪及轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成汽輪機的轉(zhuǎn)動部分。 6 概 述 一、汽輪機的級 3. 級內(nèi)工作過程 （ 1）功能：推動葉輪和軸轉(zhuǎn)動，以帶動發(fā)電機發(fā)電。 （ 2）蒸汽的流動路線：進入噴嘴 → 離開噴嘴 → 進入動葉 → 離開動葉。 7 概 述 一、汽輪機的級 3. 級內(nèi)工作過程 （ 3）能量轉(zhuǎn)換：在噴嘴中將熱能轉(zhuǎn)換為動能，在動葉中將動能轉(zhuǎn)換為機械能。 兩次能量轉(zhuǎn)換： Ⅰ 噴嘴： 蒸汽在噴嘴通道內(nèi)膨脹，把蒸汽部分熱能轉(zhuǎn)換為出口蒸汽動能 Ⅱ 動葉： 沖動力和反動力聯(lián)合做功， 推動葉輪旋轉(zhuǎn)，將高速汽流的動能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機械能。 8 概 述 一、汽輪機的級 3. 級內(nèi)工作過程 （ 4）工質(zhì)性質(zhì)的變化： 蒸汽通過噴嘴和動葉后，其壓力、速度的變化趨勢如圖右圖所示。（沖動式汽輪機） w2 w1 特征截面或計算截面： 噴嘴前： 00； 噴嘴后（動葉前）： 11； 動葉后： 22。 0 0 2 2 1 1 9 概 述 一、汽輪機的級 4. 熱力過程線 反應級的做功過程和工質(zhì)的變化特性的 hs曲線。 （ 1）四個狀態(tài)： 1）滯止狀態(tài)（ 0*狀態(tài)）。 2）噴嘴進口狀態(tài)（ 0狀態(tài)）。 3）噴嘴出口狀態(tài)（動葉進口狀態(tài)， 1狀態(tài)）。 4）動葉出口狀態(tài)（ 2狀態(tài)）。 10 ? 滯止狀態(tài)： 假設噴嘴進口初速滯止為零的狀態(tài) ； ? 滯止參數(shù)： 滯止狀態(tài)下的汽流熱力參數(shù)，用上標“ 0” 或“ *”來表示； *0*0*0 hvp 、舉例： 200 21 chc ??滯止焓值： 噴嘴前汽流速度 c0所具有的動能： 0000*0 21chhchh ????? 概 述 一、汽輪機的級 4. 熱力過程線 11 概 述 一、汽輪機的級 4. 熱力過程線 ?理想過程： 無不可逆損失的等熵過程； ?實際過程： 存在著不可逆摩擦損失，動能損失轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋? 12 （ 2）三類參數(shù)： 1）焓降 —— 物理意義：做功能力 ? 級的滯止理想比焓降 ?級的理想比焓降 ? 噴嘴的滯止理想比焓降 ?噴嘴的理想比焓降 ? 動葉的理想比焓降 概 述 一、汽輪機的級 4. 熱力過程線 0th?th?*nh?nh?2）熵增過程 —— 物理意義：不可逆過程 3）損失 a. 噴嘴損失 b. 動葉損失 在實際研究中常認為 bh? 39。bh?= bh?*0* ,0 tp2pnh?bh?13 （ 2）三類參數(shù)： 1）焓降 —— 物理意義：做功能力 ? 級的滯止理想比焓降 ?級的理想比焓降 ? 噴嘴的滯止理想比焓降 ?噴嘴的理想比焓降 ? 動葉的理想比焓降 概 述 一、汽輪機的級 4. 熱力過程線 0th?th?*nh?nh?2）熵增過程 —— 物理意義：不可逆過程 3）損失 a. 噴嘴損失 b. 動葉損失 在實際研究中常認為 bh? 39。bh?= bh?00,tp2pnh?bh?39。bh?14 （ 2）三類參數(shù)： 1）焓降 —— 物理意義：做功能力 ? 級的滯止理想比焓降 ?級的理想比焓降 ? 噴嘴的滯止理想比焓降 ?噴嘴的理想比焓降 ? 動葉的理想比焓降 概 述 一、汽輪機的級 4. 熱力過程線 0th?th?*nh?nh?2）熵增過程 —— 物理意義：不可逆過程 3）損失 a. 噴嘴損失 b. 動葉損失 在實際研究中常認為 bh? 39。bh?= bh?1p*0* ,0 tp*nh?39。bh?nh?bh?15 （ 2）三類參數(shù)： 1）焓降 —— 物理意義：做功能力 ? 級的滯止理想比焓降 ?級的理想比焓降 ? 噴嘴的滯止理想比焓降 ?噴嘴的理想比焓降 ? 動葉的理想比焓降 概 述 一、汽輪機的級 4. 熱力過程線 0th?th?*nh?nh?2）熵增過程 —— 物理意義：不可逆過程 3）損失 a. 噴嘴損失 b. 動葉損失 在實際研究中常認為 bh? 39。bh?= bh?00,tp1pnh?bh?16 （ 2）三類參數(shù)： 1）焓降 —— 物理意義：做功能力 ? 級的滯止理想比焓降 ?級的理想比焓降 ? 噴嘴的滯止理想比焓降 ?噴嘴的理想比焓降 ? 動葉的理想比焓降 概 述 一、汽輪機的級 4. 熱力過程線 0th?th?*nh?nh?2）熵增過程 —— 物理意義：不可逆過程 3）損失 a. 噴嘴損失 b. 動葉損失 在實際研究中常認為 bh? 39。bh?= bh?11,tp2pnh?bh?17 概 述 一、汽輪機的級 4. 熱力過程線 2）熵增過程 —— 物理意義：不可逆過程 3）損失 a. 噴嘴損失 b. 動葉損失 在實際研究中常認為 bh? 39。bh?= 11,tp2pnh?bh?39。bh?18 余速損失 概述 一、級的工作過程 4. 熱力過程線 2）熵增過程 —— 物理意義：不可逆過程 3）損失 a. 噴嘴損失 b. 動葉損失 噴嘴中的能量損失 210t1t2 動葉中的能量損失 19 ? 動葉理想比焓降： 0202cch? ?01nth h h? ? ?11nth h h? ??01nnh h h h?? ? ? ?12bth h h? ? ?? 滯止比焓差 ： ? 噴嘴理想比焓降： ? 噴嘴損失： ? 噴嘴實際比焓降： 噴嘴及動葉的熱力過程線 22bth h h? ??12bbh h h h?? ? ? ?? 動葉損失： ? 動葉實際比焓降： 2222cch? ?? 余速損失： 概述 20 02t t n bh h h h h?? ? ? ? ? ? ?00t t ch h h?? ? ? ?? 級的理想比焓降： ? 級滯止理想比焓降： 汽輪機的級的熱力過程線 ? 噴嘴滯止理想比焓降： 2u n b ch h h h? ? ? ?? ? ?20u t n b ch h h h h? ? ?? ? ? ? ? ?00n n ch h h?? ? ? ?? 輪周損失： ? 輪周有效比焓降： 概述 21 0 nh?01 1pnh?bh?2 bh?th?0th?02uh?2ch?2p00h0ch?h s hs圖中汽輪機級的熱力過程 概述 22 ⑴ 沖動力（ Fi） ： 從噴嘴流出的高速汽流沖擊在汽輪機的動葉上，給動葉施加的力。 ⑵ 反動力（ Fr ）： 蒸汽在動葉通道內(nèi)膨脹加速，離開動葉通道時，給動葉一個與汽流運動方向相反的作用力。 ⑶ 級的受力： 沖動力和反動力的合力 F作用在動葉柵上，其在輪周方向上的分力 Fu使動葉柵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生機械功。 汽輪機級的受力分析 A B C D E Fi Fr w1 w2 u 蒸汽在動葉流道內(nèi)膨脹時對動葉的作用力 噴嘴 動葉 P0 , h0 c0 α1 u c1 c2 汽輪機的級 動葉通道 F Fu 二、級的反動度 概述 23 概述 （ 1）反動度的定義 二、級的反動度 2. 反動度 蒸汽在動葉通道內(nèi)膨脹時的理想焓降 ?hb， 和在整個級的滯止理想焓降 ?ht* 之比，即 bnbbnbm hhhhhh????????????***tmb hh ????? ? ** 1 tmn hh ??????—— 噴嘴的滯止理想焓降 24 概述 （ 1）反動度的定義 二、級的反動度 2. 反動度 bnbtbhhhhh?????????**r?m?t?tmr ????? 定義式： （ 2）特征截面 1）由于環(huán)行葉柵的使用，沿著葉高的方向流動特性不同。 2）葉根截面（ root）， 平均截面（ middle）， 頂部截面（ top）， 3） 25 概述 三、級的分類 1. 分類依據(jù)：反動度 —— 直接影響葉片形狀的設計、運行的安全性和經(jīng)濟性。 沖動級 —— 靠沖動力做功的級 ， 反動度小的級 。 級的分類 反動級 —— 靠反動力做功的級 ， 反動度大的級 。 26 概述 三、級的分類 2. 沖動級 （ 1）純沖動級 1） Ω=0，蒸汽只在噴嘴中膨脹，而在動葉中不膨脹，只改變流動方向。 2）結(jié)構(gòu)特點： 動葉為等截面通道 3）流動特點： p1=p2 ，△ hb=0, △ ht*=△ hn*， w1=w2 4）效率較低，很少使用。 27 概述 三、級的分類 2. 沖動級 （ 2）帶反動度的沖動級 1） Ω∈ (0,)，一般而言 Ω ∈ [,] 2）結(jié)構(gòu)特點： a. 動葉柵截面形狀近似對稱； b. 噴嘴前后壓差大，為了減少泄漏常用隔板結(jié)構(gòu)和隔板汽封； c. 動葉柵前后壓差小，軸向受力不大，采用葉輪式。 28 概述 三、級的分類 3. 反動級 1） Ω= 2） p1p2 ，△ hb=△ ht*=△ hn*。 3）效率比沖動級高，但是工作能力較小。 4）結(jié)構(gòu)特點： a. 噴嘴葉柵和動葉葉柵可采用相同的葉型； b. 動葉前后壓差大，常用轉(zhuǎn)鼓式結(jié)構(gòu)，不用葉輪式； c. 熱慣性大，還需設置平衡活塞以平衡軸向推力； d. 采用全周進汽。 29 概述 壓力及流速變化曲線 三、級的分類 30 概述 三、級的分類 熱力過程線 31 調(diào)節(jié)級和非調(diào)節(jié)級：按級的通流面積是否隨負荷大小而變來劃分。 ⑴ 調(diào)節(jié)級：通流面積隨負荷變化而改變的級（如噴嘴調(diào)節(jié)的第一級）。 ? 可通過改變其通流面積來控制進汽量 ? 中小汽輪機用復速級作調(diào)節(jié)級； ? 大型汽輪機常用單列沖動級作調(diào)節(jié)級； ? 總是做成部分進汽。 ⑵ 非調(diào)節(jié)級：通流面積不隨負荷變化而改變的級。 ? 不通過改變進汽面積控制其進汽量 ? 可以是全周進汽，也可以是部分進汽 概述 四、級的其他分類方法 32 ⒉ 壓力級和速度級：按蒸汽動能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機械能的過程來劃分 ⑴ 壓力級： 蒸汽動能轉(zhuǎn)換為機械能只在一列動葉柵中完成 ? 特點： ? 這種級在葉輪上只裝一列動葉柵，故又稱為單列級； ? 壓力級可以是 沖動級，也 可以是