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汽轮机原理总复习市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx
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1、第第1页页v绪 论Introduction第第2页页2、按热力特征分、按热力特征分凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机背压式汽轮机背压式汽轮机抽汽式汽轮机抽汽式汽轮机抽汽背压式汽轮机抽汽背压式汽轮机多压式汽轮机多压式汽轮机第第3页页1.低压汽轮机低压汽轮机 新蒸汽压力新蒸汽压力P0小于小于1.5MPa,新汽温度,新汽温度t0普普通小于通小于400,容量范围容量范围0.33MW2.中压汽轮机中压汽轮机 P0为为2.04.0MPa,t0=450,3MW12MW3.高压汽轮机高压汽轮机 P0为为6.010.0MPa,t0=540,25MW100MW4.超高压汽轮机超高压汽轮机 P0为为12.014.0MPa,t
2、0=540,125300MW5.亚临界汽轮机亚临界汽轮机 P0为为16.018.0MPa,经典参数经典参数16.7MPa/538/538。300600MW 6.超临界汽轮机超临界汽轮机 新蒸汽压力大于新蒸汽压力大于22.2MPa,P0 350MW经典参数为经典参数为24.2MPa/538/566和和24.2/566/5665.5.按进汽参数分:按进汽参数分:水临界参数:水临界参数:22.115MPa,374.15第第4页页7.7.超超临界汽轮机超超临界汽轮机超临界是物理概念(超临界是物理概念(22.13MPa22.13MPa,374.15)374.15)超超临界是(超超临界是(9090年代提出
3、)工程产品商业性概念,超超临界参数年代提出)工程产品商业性概念,超超临界参数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提升。实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提升。对超临界机组定义:对超临界机组定义:日本:压力日本:压力 24.2MPa24.2MPa,温度,温度 593593,丹麦:压力丹麦:压力 27.5MPa,27.5MPa,我国电力百科全书认为压力我国电力百科全书认为压力 27MPa.27MPa.“863”“超超临界燃煤发电技术超超临界燃煤发电技术”课题设定为:压力课题设定为:压力 25MPa,温度,温度 580。当前我国运行:江苏玉环当前我国运行:江苏玉环4 41000MW1000MW
4、,26.25MPa/600/60026.25MPa/600/600;外高桥;外高桥IIIIII期期2 21000MW,27MPa/600/6001000MW,27MPa/600/600第第5页页7.7.超超临界汽轮机超超临界汽轮机超临界是物理概念(超临界是物理概念(22.13MPa22.13MPa,374.15)374.15)超超临界是(超超临界是(9090年代提出)工程产品商业性概念,超超临界参数年代提出)工程产品商业性概念,超超临界参数实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提升。实际上是超临界参数向更高压力和更高温度提升。对超临界机组定义:对超临界机组定义:日本:压力日本:压力 24.2M
5、Pa24.2MPa,温度,温度 593593,丹麦:压力丹麦:压力 27.5MPa,27.5MPa,我国电力百科全书认为压力我国电力百科全书认为压力 27MPa.27MPa.“863”“超超临界燃煤发电技术超超临界燃煤发电技术”课题设定为:压力课题设定为:压力 25MPa,温度,温度 580。当前我国运行:江苏玉环当前我国运行:江苏玉环4 41000MW1000MW,26.25MPa/600/60026.25MPa/600/600;外高桥;外高桥IIIIII期期2 21000MW,27MPa/600/6001000MW,27MPa/600/600第第6页页N300-16.7/537/537-N
6、300-16.7/537/537-亚临界一次中间再热、凝汽式汽轮机,额定功率亚临界一次中间再热、凝汽式汽轮机,额定功率300MW300MW,主蒸,主蒸汽额定参数汽额定参数16.7MPa/53716.7MPa/537,再热,再热537537。CB25-8.83/1.47/0.49CB25-8.83/1.47/0.49抽汽背压式汽轮机,额定功率抽汽背压式汽轮机,额定功率25MW25MW,初压,初压8.83MPa8.83MPa,抽汽压力,抽汽压力1.47MPa1.47MPa,背压,背压0.49MPa0.49MPa。第第7页页第第8页页基本工作单元:基本工作单元:汽轮机级汽轮机级一、汽轮机级概念及工作
7、原理一、汽轮机级概念及工作原理第一节第一节 汽轮机级分类汽轮机级分类将蒸汽热能将蒸汽热能转化成机械功转化成机械功1.1.汽轮机作用:汽轮机作用:通流部分通流部分-汽轮机本体汽轮机本体做功汽流通道做功汽流通道称为汽轮机通流部称为汽轮机通流部分,它包含主汽门,导管,调整汽门,进汽室,各级喷嘴和分,它包含主汽门,导管,调整汽门,进汽室,各级喷嘴和动叶及汽轮机排汽管。动叶及汽轮机排汽管。-由由一列喷嘴叶栅一列喷嘴叶栅和其后紧邻和其后紧邻一列动叶栅一列动叶栅组成基本做组成基本做功单元。功单元。第第9页页v蒸汽热能蒸汽热能动能动能机械能机械能电能电能v(锅炉)(锅炉)(喷嘴)(动叶)(喷嘴)(动叶)(发电
8、机)(发电机)v喷嘴是静止部分:作用是将蒸汽热能转变成蒸汽动喷嘴是静止部分:作用是将蒸汽热能转变成蒸汽动能。能。v动叶栅是运动部分:作用是将蒸汽动能转变成轴旋动叶栅是运动部分:作用是将蒸汽动能转变成轴旋转机械能。转机械能。含有一定压力和温度蒸汽流经喷嘴,并在其中膨胀含有一定压力和温度蒸汽流经喷嘴,并在其中膨胀,蒸汽压力、蒸汽压力、温度不停降低,速度不停升高,使蒸汽热能转化为动能,喷嘴温度不停降低,速度不停升高,使蒸汽热能转化为动能,喷嘴出口高速汽流以一定方向进入装在叶轮上通道中,汽流给动叶出口高速汽流以一定方向进入装在叶轮上通道中,汽流给动叶片一作用力,推进叶轮旋转,即蒸汽在汽轮机中将热能转化
9、为片一作用力,推进叶轮旋转,即蒸汽在汽轮机中将热能转化为了机械功。了机械功。蒸汽在汽轮机工作过程蒸汽在汽轮机工作过程 第第10页页蒸汽热力学能蒸汽热力学能喷嘴喷嘴(nozzle)(nozzle)降压增速降压增速汽流动能汽流动能动叶动叶(blade)(blade)转子旋转机械能转子旋转机械能级工作过程级工作过程汽流改变方向汽流改变方向(冲动原理冲动原理)汽流降压增速汽流降压增速(反动原理反动原理)机械能主要利用蒸汽经过动叶栅时,发生动量改变对机械能主要利用蒸汽经过动叶栅时,发生动量改变对该叶栅产生冲力,使动叶栅转动而取得。该叶栅产生冲力,使动叶栅转动而取得。机械能数量取决于:机械能数量取决于:1
10、 1)质量流量)质量流量kg/h;2 2)速度改变)速度改变量。量。第第11页页基本概念基本概念v级滞止理想焓降:级滞止理想焓降:0点是级前点是级前蒸汽状态点,蒸汽状态点,0*点是汽流被等熵点是汽流被等熵滞止到初速等于零状态,滞止到初速等于零状态,p1、p2分别为喷嘴出口压力和动叶出口分别为喷嘴出口压力和动叶出口压力,蒸汽在级内从滞止状态压力,蒸汽在级内从滞止状态0*等熵膨胀到等熵膨胀到p2时焓降称为级滞止时焓降称为级滞止理想焓降理想焓降v级理想焓降:级理想焓降:蒸汽在级内从蒸汽在级内从0点点等熵膨胀到等熵膨胀到p2时焓降时焓降 称为级理称为级理想焓降。想焓降。二、反动度和级类型二、反动度和级
11、类型第第12页页二、反动度和级类型二、反动度和级类型 级平直径处(即级平直径处(即1/21/2叶高处)反动叶高处)反动度用度用m m表示表示 蒸汽在动叶通道内膨胀时理想焓蒸汽在动叶通道内膨胀时理想焓降降 h hb b,和在整个级滞止理想焓降和在整个级滞止理想焓降 h ht t*之比,即之比,即反动度:反动度:表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小指标。表示蒸汽在动叶通道内膨胀程度大小指标。第第13页页第第14页页级类型及特点级类型及特点汽轮机级可分为冲动级和反动级两大类汽轮机级可分为冲动级和反动级两大类冲动级冲动级冲动级又分:冲动级又分:纯冲动级、带反动度冲动级速度级纯冲动级、带反动度冲动级速度级
12、1)纯冲动级:纯冲动级:反动度为零级称为纯冲动级反动度为零级称为纯冲动级 m0级,hb0,h*n=h*t,v工作特点:工作特点:是蒸汽只在喷嘴中膨胀,在动叶是蒸汽只在喷嘴中膨胀,在动叶通道中不膨胀通道中不膨胀v结构特点:结构特点:动叶叶型近似对称弯曲,作功效动叶叶型近似对称弯曲,作功效力大,但效率比带反动度冲动级低。力大,但效率比带反动度冲动级低。第第15页页v当代冲动式汽轮机中广泛采取含有一定当代冲动式汽轮机中广泛采取含有一定反动度冲动级,简称为冲动级反动度冲动级,简称为冲动级 m m0.050.050.200.20级,级,hbhb0,0,但但hbhbhnhn,做功效力和效率介于纯冲,做功效
13、力和效率介于纯冲动级和反动级之间。动级和反动级之间。v工作特点工作特点:蒸汽膨胀主要喷嘴中进行,在蒸汽膨胀主要喷嘴中进行,在动叶通道中仅有小部分膨胀,产生反动动叶通道中仅有小部分膨胀,产生反动力较小,主要利用冲动力作功力较小,主要利用冲动力作功v结构特点:结构特点:作功效力比反动级大,效率作功效力比反动级大,效率又比纯冲动级高。又比纯冲动级高。带反动度冲动级带反动度冲动级第第16页页v定义:定义:蒸汽在级中理想焓降平均分配在蒸汽在级中理想焓降平均分配在喷嘴和动叶通道中级称为反动级喷嘴和动叶通道中级称为反动级v工作特点:工作特点:蒸汽在喷嘴和动叶通道中膨蒸汽在喷嘴和动叶通道中膨胀程度相等,作功力
14、冲动力和反动力各胀程度相等,作功力冲动力和反动力各占二分之一占二分之一v结构特点:结构特点:动叶叶型与喷嘴叶型完全相动叶叶型与喷嘴叶型完全相同。反动级效率高于冲动级,但整级理同。反动级效率高于冲动级,但整级理想焓降较小。想焓降较小。反动级反动级第第17页页喷嘴中膨胀热力过程线喷嘴中膨胀热力过程线vP0,P1分别是喷嘴进出口压力分别是喷嘴进出口压力。v理想热力过程从理想热力过程从01t。v实际热力过程是实际热力过程是01。v0*点是点是0滞止参数点。滞止参数点。第二节第二节 蒸汽在喷嘴中流动过程蒸汽在喷嘴中流动过程一、蒸汽在喷嘴中膨胀过程一、蒸汽在喷嘴中膨胀过程第第18页页能量转换:能量转换:热
15、力势能热力势能汽流动能汽流动能计算分析方法:计算分析方法:先算理想过程,然后用系数修正到实际过程先算理想过程,然后用系数修正到实际过程 喷嘴能量方程:喷嘴能量方程:理想过程理想过程第二节第二节 蒸汽在喷嘴中流动蒸汽在喷嘴中流动第第19页页实际过程实际过程蒸汽为粘性流体,流过叶栅通道时产生摩擦,造成动能损失,蒸汽为粘性流体,流过叶栅通道时产生摩擦,造成动能损失,使蒸汽出口速度由使蒸汽出口速度由c c1t1t减小为减小为c c1 1,即即喷嘴速度系数喷嘴速度系数工程中,通常采取对等熵绝热流动作修正方法来处理实际工程中,通常采取对等熵绝热流动作修正方法来处理实际流动,即用实际汽流速度与理想速度比值表
16、示摩擦损失影响,其流动,即用实际汽流速度与理想速度比值表示摩擦损失影响,其比值称为速度系数。比值称为速度系数。喷嘴速度系数喷嘴速度系数蒸汽在叶栅通道中为绝热多变过程蒸汽在叶栅通道中为绝热多变过程 喷嘴效率喷嘴效率喷嘴损失喷嘴损失第第20页页二、蒸汽流过喷嘴流量二、蒸汽流过喷嘴流量经过喷嘴质量流量决定于流道出口面积、出口经过喷嘴质量流量决定于流道出口面积、出口流速和对于出口点蒸汽比容。流速和对于出口点蒸汽比容。焓降流量计算与焓降流速焓降流量计算与焓降流速方法相同,方法相同,先计算经过流道理想流量,然后由流量系数修正至实际流量。先计算经过流道理想流量,然后由流量系数修正至实际流量。对出口面积为对出
17、口面积为 喷嘴,其流过理想质量流量为喷嘴,其流过理想质量流量为定义:定义:流量系数流量系数 实际流量实际流量第第21页页不论过热蒸汽还是湿蒸汽都可用下式计算:不论过热蒸汽还是湿蒸汽都可用下式计算:第第22页页彭台门系数彭台门系数(亦称流量比系数亦称流量比系数)定义:定义:喷嘴实际流量与喷嘴临界流量之比喷嘴实际流量与喷嘴临界流量之比意义:意义:在流道结构和初参数确定情况下,不一样背压所对应流道在流道结构和初参数确定情况下,不一样背压所对应流道通流量可用相对于最大流量通流量可用相对于最大流量(临界流量临界流量)无量纲参数无量纲参数彭台门彭台门系数系数来表示。来表示。1 1时为亚临界流动,时为亚临界
18、流动,=1=1时为临时为临(超超)界流动界流动第第23页页计算表明:彭台门系数曲线段近似于椭圆曲线。故为计算方计算表明:彭台门系数曲线段近似于椭圆曲线。故为计算方便,惯用椭圆公式来近似。即便,惯用椭圆公式来近似。即喷嘴流量计算程序:喷嘴流量计算程序:流量计算时,先流量计算时,先由初参数求得最大流量由初参数求得最大流量,然后,然后由前后压比由前后压比 在计算、比较初参数相同、背压不等两种工况流量时,可先在计算、比较初参数相同、背压不等两种工况流量时,可先求出对应初参数下最大流量,再分别计算各自求出对应初参数下最大流量,再分别计算各自,求出两个不一,求出两个不一样背压工况流量。样背压工况流量。求得
19、求得系数系数由由第第24页页在汽轮机级中,为了确保喷嘴出口对汽流良好导在汽轮机级中,为了确保喷嘴出口对汽流良好导向作用,必须在出口截面之外有一段斜切部分,向作用,必须在出口截面之外有一段斜切部分,这种喷嘴称为斜切喷嘴,如图所表示。这种喷嘴称为斜切喷嘴,如图所表示。三、蒸汽在喷嘴斜切部分内膨胀三、蒸汽在喷嘴斜切部分内膨胀第第25页页确保汽流顺利地进入动叶做功,并获超音速汽流。确保汽流顺利地进入动叶做功,并获超音速汽流。()()当喷咀出口断面上压力比大于或等于临界压力当喷咀出口断面上压力比大于或等于临界压力比时比时,即,即时,蒸汽仅在渐缩部分膨胀,时,蒸汽仅在渐缩部分膨胀,.斜切部分作用斜切部分作
20、用.斜切部分膨胀特点斜切部分膨胀特点在斜切部分不膨胀,斜切部分仅起导流作用,此时在斜切部分不膨胀,斜切部分仅起导流作用,此时。()()当喷咀出口断面上压力小于临界压力比时当喷咀出口断面上压力小于临界压力比时,即,即时,蒸汽不但在渐缩部分膨胀,在斜切时,蒸汽不但在渐缩部分膨胀,在斜切也膨胀。蒸汽在渐缩部分达临界,在斜切部分继续膨胀,也膨胀。蒸汽在渐缩部分达临界,在斜切部分继续膨胀,出口获超音速汽流,且出口汽流方向发生偏转,出口获超音速汽流,且出口汽流方向发生偏转,此时此时第第26页页当初参数一定时,逐步降当初参数一定时,逐步降低背压,出口汽流速度和低背压,出口汽流速度和流量增大。在背压降至临流量
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