汽轮机设备及运行

An
2k k 1
p0*
* 0
2
k n
k 1
n k
实际流量： Gn n Gnt
n 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。
（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：
Gnct An
k( k
2
k 1
) k 1
1
p0
六、本书的内容：
➢原理（第一章）
内容
本体（第二章）
➢结构
调节保护（第三章） 辅机 凝汽设备（第四章）
➢运行（第五、六章）
第一章 汽轮机级的工作原理
• 级是汽轮机中最基本的 工作单位
• 级由静叶栅（喷嘴栅） 和动叶栅组成
• 本章着重阐述单级汽轮 机的工作原理
第一节概述
一、汽轮机通流部分结构 2叶轮
（二）反动作用原理
❖ 反动力定义：蒸汽在动 叶汽道内膨胀时对动叶 的作用力。根据动量守 恒定律，当气体从容器 中加速流出时，要对容 器产生—个与流动方向 相反的力。
❖ 基本特点：蒸汽在动叶 流道中不仅要改变方向， 而且还要膨胀加速，从 结构上看动叶通道是逐 渐收缩的。
从作用力方面分析原理
❖ 蒸汽流经级时先在喷嘴中膨胀压力 降低，速度增加一方面通过速度方 向的改变，产生冲动力F1
h
c p T
k RT k 1
k k 1
p
c12
c02 2
h0
h1
k p0
k 1 0
1
k 1
p1 p0
k
c12 2
h0*
h1
k p0*
k
1
* 0
1
k 1
p1 p0*
k
喷嘴出口汽流速度的计算
喷嘴出口的理想速度c1t为：
c1t 2 h0 h1t c02 2hn c02
❖ 影响速度系数的因素有：喷嘴高度、叶型、 汽道形状、表面粗糙度、前后压力等。
❖
速度系数与叶高的关系曲线如下图：
❖ （二）喷嘴截面积的变化规律
dA M 2 1dc
A
c
❖ 当喷嘴内流动为亚音速流动时，M<1，汽 道的截面积随着汽流加速而逐渐减小，称为 渐缩喷嘴
❖ 当喷嘴内流动为超音速流动时，M>1， 汽道的截面积随着汽流加速而逐渐增大，称 为渐扩喷嘴
❖ 特点：蒸汽仅把从喷嘴中获得的动能 转变为机械功，蒸汽在动叶通道中不 膨胀，动叶通道不收缩
（一）冲动作用原理
❖ 喷嘴出口处：蒸汽以 相对速度w1进入动叶 通道，由于受到动叶 的阻碍，汽流方向不 断改变，最后以相对 速度w2流出动叶通道，
❖ 在流道中蒸汽对动叶 产生一个轮周方向的 冲动力F1，该力对动 叶作功使动叶转动
➢ 世界第一台汽轮机诞生
a.1883年，拉瓦尔（瑞典） 这是一台单机功率仅为 3.7kw的汽轮机。
b.多级汽轮机、辐流式汽轮机、背压汽轮机
➢ 国外汽轮机制造企业
a.美国通用电气公司——冲动式 b.美国西屋公司——反动式 c.法国阿尔斯通-大西洋公司——反动式、冲动式
二、汽轮机的发展概述
➢ 国内汽轮机制造企业
例：N300-16.7/538/538
300MW凝汽式汽轮机,主蒸汽压力为16.7MPa，温度为 538ºC,再热蒸汽温度538ºC。
汽轮机型式代号见下表：
代号 N B C CC
型式 凝汽式 背压式 一次调整抽汽式 两次调整抽汽式
代号 CB CY Y HN
型式 抽汽背压式 船用 移动式 核电汽轮机
四、汽轮机有关功率的定义
0
实际临界流量： Gnc n Gnct
对于过热蒸汽，k 1.3, n 0.97, Gnc 0.6473An
p0
0
对于饱和蒸汽，k 1.135, n 1.02, Gnc 0.6483An
p
0
0
由以上分析可知，通过喷嘴的最大蒸汽流量（即临界流 量），在喷嘴出口面积和蒸汽性质确定后，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即为 定值。
对于过热蒸汽： cr 0.546 对于干饱和蒸汽： cr 0.577
喷嘴中的蒸汽流量
（1）理想情况下，当喷嘴前后的压力比 n 大于临界压力比
时，由连续性方程
Gnt
1t
An c1t
有：
Gnt An 1t c1t An 1t
2k k 1
p0*
* 0
1
p1 p0*
k 1
k
∆hn
2
p1
h1
h1t
1
s
❖ 2. 临界速度和临界压力比
❖ 临界状态：汽流速度等于当地音速的状态
❖ 临界压力比：临界压力与滞止初压之比
❖即
cr
pcr p0*
3.喷嘴出口汽流实际速度：
c1=c1t ----喷嘴速度系数
喷嘴的动能损失:
hn 1 2 hn*
喷嘴的能量损失系数:
n hn hn* 1 2
➢ 电力行业对汽轮机发电机组功率的定义：
（1）额定功率（TRL，铭牌功率）——额定蒸发量 （2）最大连续功率（TMCR）——额定蒸发量 （3）热耗率验收功率（THC） （4）阀门全开功率（VWO）——锅炉最大连续出 力 （5）最经济连续功率（ECR）
五、现代汽轮机的结构
1、转动部分：主轴、叶轮、动叶片、联轴器 2、静止部分：汽缸、隔板、静叶、轴承
汽轮机设备及 运行
机械与电力工程系
绪论
➢ 电力工业在国民经济中的地位：
是国民经济的一项基础产业，也是国民经济发展 的先行行业。
➢ 电力生产的形式： a：火力发电——汽轮发电机组 b：水利发电——水轮机 c：核能发电——汽轮发电机组 d：其 他——生物能、风能、潮汐能
绪论
➢ 火电厂基本概念 （一） 能量转换过程 燃料化学能→蒸汽热能→机械能→电能 （二）火电厂三大主机 锅 炉：将燃料的化学能转变为热能 汽轮机：将锅炉产生的蒸汽热能转变为转子 的旋转机械能 发电机：将旋转机械能转变为电能
1、通流部分：蒸汽流动做功的通 道
2、通流部分的结构： 级：是汽轮机中最基本的工作单 元。在结构上它是由静叶（喷 嘴）和对应的动叶所组成；一 列固定的喷嘴和与它配合的动 叶片构成了汽轮机的基本作功 单元，称为汽轮机的级。
1轴
3动叶栅 4喷嘴
二、冲动作用原理和反动作用原理
（一）冲动作用原理
❖ 冲动力的定义：根据力学知识，当 一运动物体碰到另一个静止的物体或 者运动速度低于它的物体时，就会受 到阻碍而改变其速度的大小或方向， 同时给阻碍它的物体的一个作用力
h0
c02 2
q
h1
c12 2
w
• 状态方程：
pv RT
pvk 常数
❖ 二、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
h0*
（一）喷嘴中的汽流速度
∆hc0
1.喷嘴出口汽流的理想速度： h0
可由能量方程求得
0* P0* p0
0
c1t 2 h0 h1t c02
2hn c02
2hn*
❖ 工作特点：蒸汽在喷嘴和动叶通道中的 膨胀程度相等，作功的力冲动力和反动 力各占一半
❖ 结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型完全相 同。反动级的效率高于冲动级，但整级 的理想焓降较小。
调节级
➢ 喷嘴调节：多数汽轮机采用改变第一级喷嘴面积 的方法调节进汽量，称之为喷嘴调节。
➢ 调节级：中、小容量汽轮机的调节级喷嘴调节汽 轮机的第一级称为调节级，一般采用复速级。大 容量汽轮机多采用单列冲动级。
3、按主蒸汽压力分
汽轮机类别
主蒸汽压力（MPa)
低压汽轮机
0.12~1.5
中压汽轮机
2~4
高压汽轮机
6~10
超高压汽轮机
12~14
亚临界压力汽轮机
16~18
超临界压力汽轮机
>22.1
超超临界压力汽轮机 >32
➢ 汽轮机型号的表示方法
汽轮机型号的组成为：
型式 额定功率
Δ XX - XX - XX
变型设计次序 蒸汽参数
❖ 蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低， 所产生的焓降转化为动能造成动叶 出口的相对速度w2大于进口相对速 度w1，使汽流产生了作用于动叶上 的与汽流方向相反的反动力Fr。
❖ 在蒸汽的冲动力和反动力合力作用 下推动动叶旋转作功。
动叶通道是逐渐收缩的
三、反动度和级的类型
基本概念
❖ 级滞止理想焓降：0点是级前
（二）汽轮机级的类型和特点
1.按反动度的大小进行分类 2.按通流面积是否随负荷而变分类 3.按蒸汽的动能转换为转子机械能的过程
分类
级的类型及特点
汽轮机的级可分为冲动级和反动级两大类
冲动级
冲动级又分：纯冲动级、带反动度的冲动级速度级 1) 纯冲动级：反动度为零的级称为纯冲动级 ❖ 工作特点：是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶通道中不膨胀 ❖ 结构特点：动叶叶型近似对称弯曲，作功能力大，但效率
比带反动度的冲动级低。
带反动度的冲动级
❖ 现代冲动式汽轮机中广泛采用具有一定 反动度的冲动级，简称为冲动级
❖ 工作特点:蒸汽的膨胀主要喷嘴中进行， 在动叶通道中仅有小部分膨胀，产生的 反动力较小，主要利用冲动力作功
❖ 结构特点：作功能力比反动级的大，效 率又比纯冲动级高。
反动级
❖ 定义：蒸汽在级中的理想焓降平均分配 在喷嘴和动叶通道中的级称为反动级
第二节 蒸汽在级内的流动
➢ 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