汽轮机原理电子教案

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电厂汽轮机设备及运行-1-教学目标:使学生掌握汽轮机的发展、分类、作用课时分配:2学时教学内容:绪论教学重点:汽轮机的发展、分类、作用教学难点:汽轮机的发展、分类、作用教学资源:多媒体课件教学步骤:绪论汽轮机——汽轮机又名蒸汽透平,是将蒸汽的热能转换成机械能的一种旋转式原动机。一、汽轮机的分类1.按工作原理冲动式汽轮机——由冲动级组成,蒸汽主要在喷嘴中膨胀,在动叶中只有少数膨胀。反动式汽轮机——由反动级组成,蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同。由于反动级不能做成部分进汽,故调节机采用单列冲动机或复速级。2.按热力特性凝汽式汽轮机——排汽在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水,有些小汽轮机没有回热系统,成为纯凝汽式汽轮机。背压式汽轮机——排汽直接用于供热,没有凝汽器。当排汽作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时,称为前制式汽轮机。调节抽汽式汽轮机——从汽轮机某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热,其余排汽仍进入凝汽器。由于热用户对供热压力有一定的要求,需要对抽汽压力进行自动调节,故称为调节抽汽。根据用户需要,有一次调节抽汽和两次调节抽汽。抽汽背压式汽轮机——具有调节抽汽的背压式汽轮机。中间再热式汽轮机——进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后,被全被抽出送往-2-锅炉的再热器进性再热,再返回汽轮机继续膨胀做功。混压式汽轮机——利用其他来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级,与原来的蒸汽一起工作同常用于工业生产的流程中,作为蒸汽热能的综合利用。3.按汽流方向轴流式汽轮机——组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列,汽流方向的总趋势是轴向的,绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机。辐流式汽轮机——组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列,汽流方向的总趋势试验半径方向的。4.按用途电站汽轮机——用于拖动发电机,汽轮发电机组需按供电频率定转速运行,故也称为定转速汽轮机,主要采用凝汽式汽轮机。也采用同时供热的供电的汽轮机,通常称为热电汽轮机或供热式汽轮机。工业汽轮机——用于拖动风机,水泵等转动机械,其运行速度经常是变化的,也称为变转速汽轮机。凝汽式供暖汽轮机——在中低压缸连通管上加装蝶阀来调节供暖抽汽量,抽汽压力不像调节抽汽式汽轮机那样维持规定的数值,而是随流量大小基本上按直线规律变化。5.按进汽参数低压汽轮机新蒸汽压力小于1.5MPa中压汽轮机新蒸汽压力为2.0--4.0MPa高压汽轮机新蒸汽压力为6.0--10.0MPa超高压汽轮机新蒸汽压力为12.0--14.0MPa亚临界汽轮机新蒸汽压力为16.0--18.0MPa超临界汽轮机新蒸汽压力大于22.2MPa6.按功率大功率汽轮机大于200MW小功率汽轮机小于200MW二、国产汽轮机的型号1.国产汽轮机类型的代号N:凝汽式C:一次调节抽汽式CC:两次调节抽汽式-3-B:背压式CB:抽汽背压式H:船用Y:移动式k:空冷式2.国产汽轮机的型号表示方法△××——××——×变型设计序数蒸汽参数额定功率(MW)汽轮机型式(代号)3.空冷式机组一例哈尔滨汽轮机厂生产的山西漳山电厂2台直冷300MW汽轮机主要技术规范及热力参数:型号NZK300-16.7/537/537型式亚临界中间再热、两缸两排汽、直接空冷凝汽式额定功率300MW主蒸汽额定参数16.7MPa/537℃最大进汽量1045t/h设计汽温17℃额定背压15Kpa满发最高背压29.41Kpa(TMCR工况)允许最高背压65Kpa转速3000r/min转向机头看为顺时针给水系统7级回热,给水泵由电动机驱动汽封系统自密封系统汽轮机通流级数高压1+12级、中压9级、低压2×6级,共34级-4-教学目标:使学生掌握汽轮机汽轮机的级定义、工作过程课时分配:2学时教学内容:第一节概述教学重点:汽轮机汽轮机的级定义教学难点:汽轮机汽轮机的级定义、工作过程可压塑教学资源:多媒体课件教学步骤:第一章汽轮机级的工作原理第一节概述一、概述通流部分——汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部分,它包括主汽门,导管,调节汽门,进汽室,各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。汽轮机的级——是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。工作过程——蒸汽在喷嘴(nozzle)中降压增速,热力势能转变为汽流的动能;在动叶(blade)中一方面继续降压增速,热力势能转变为汽流的动能,另一方面汽流在动叶中改变运动方向,将动能转换成转子的旋转机械能。前者属于反动能,后者属于冲动能。蒸汽膨胀增速的条件——一是有压差存在,另一是合理的汽流通道结构。动、静叶栅几何参数——平均直径dm,叶片高度l,叶栅节距t,叶栅宽度B,叶栅通道进口宽度a,出口宽度a1和a2,叶型弦长b和出口边厚度,出口汽流角。二、热力过程分析A.热力过程线——蒸汽在动、静叶栅中膨胀过程在h-s图上的表示。滞止参数——相对于叶栅通道速度为零的气流热力参数。用后上标为”0”来表示。喷嘴进口:0200021hch动叶进口:1210121hwh理想过程——无不可逆损失的等熵过程。实际过程——存在着不可逆摩擦损失,动能损失转变为热能。喷嘴(或动叶)效率——实际焓降与理想焓降之比-5-喷嘴损失动叶损失B.反动度——或反动率,表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度,定义为动叶中的理想焓降与级的等熵绝热焓降之比,用Ω来表示。即bnbtbmhhhhh00纯冲动级——Ω=0,汽流在动叶通道中不膨胀。结构特点:动叶为等截面通道;流动特点:动叶进出口处压力和汽流的相对速度相等.因压降主要发生在静叶栅通道中,故又称为压力级.反动级——Δhn=Δhb=Δht,动静叶中焓降相等.结构特点:动、静叶通道的截面基本相同;流动特点:动、静叶中增速相等.冲动级——膨胀主要发生于喷嘴中,一般Ω=0.05~0.30复速级——由固定的喷嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅所组成的级称为复速级,又称双列速度级。级的类型和特点反动度叶片类型做功能力(焓降)效率纯冲动级Ωm=0隔板叶轮型较高较低反动级Ωm=0.5转鼓型最低最高冲动级Ωm=0.05~0.3隔板叶轮型较低较高复速级Ωm=0.05~0.3隔板叶轮型最高最低三、级的简化一元流模型和基本方程式A.简化的一元流模型基本假设:①流动是稳定的②流动是绝热的③流动是一元的④工质是理想气体B.基本方程式基本方程:连续性方程Gv=Ac能量方程状态或过程方程pv=RT-6-教学目标:使学生掌握可压缩流体亿元流动的基本方程、蒸汽在喷嘴中能量转换、蒸汽在叶栅中能量转换课时分配:2学时教学内容:第二节汽轮机级的工作过程教学重点:可压缩流体亿元流动的基本方程、蒸汽在喷嘴中能量转换、蒸汽在叶栅中能量转换教学难点:蒸汽在喷嘴中能量转换、蒸汽在叶栅中能量转换教学资源:多媒体课件教学步骤:第二节汽轮机级的工作过程一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程喷嘴出口汽流速度:0201002010122)(2)(2nnttthchhhchhc喷嘴压比001ppn,即喷嘴后压力与喷嘴前滞止压力之比在喷嘴的实际流动过程中,蒸汽粘性所产生的摩擦等损失使蒸汽出口速度由c1t变为c1即0112nthcc称为喷嘴速度系数喷嘴损失022122121)1(2)1(22nttnhccch渐缩喷嘴速度系数Φ随叶片高度ln的变化曲线喷嘴中蒸汽参数.流速与等比熵比焓降的关系喷嘴中的气流的临界状态临界速度0000112vpkkct临界压力100112kkckkpp-7-临界压比12001kppcnc喷嘴的通流能力ttnntvcAG11彭台门系数ncnGG(喷嘴的实际流量与喷嘴临界流量之比)二、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀三、蒸汽在动叶通道中的通流能力动叶出口汽流的理想相对速度0210212222btmbthwhwhw实际相对速度0222bthww动叶能量损失为022222222)1(2)1(22bttbh-8-教学目标:使学生掌握蒸汽作用在动叶栅上的力、轮周功率、轮周效率与速比的关系课时分配:2学时教学内容:第三节级的轮周功率和轮周效率教学重点:蒸汽作用在动叶栅上的力、轮周功率教学难点:蒸汽作用在动叶栅上的力、轮周功率教学资源:多媒体课件教学步骤:第三节级的轮周功率和轮周效率一、蒸汽作用在动叶栅上的力、轮周功率汽流对动叶的作用力Fu(轮周力)为Fu=G(W1COSβ1+W2COSβ2)=G(c1cosα1+c2cosα2)轮周功率Pu—单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所作出的机械功称为轮周功率.Pu=Fuu=Gu(W1COSβ1+W2COSβ2)=Gu(c1cosα1+c2cosα2)1kg蒸汽产生的轮周功Wu等于级的轮周有效比焓降Δhu)coscos()coscos(22112211ccuwwuGpWuu对于冲动级,由于动叶转折较大,所以β1和β2较小,做功能力较大;而对于反动级,由于动叶转折较冲动级小,所以β1和β2较大,做功能力较小。二、轮周效率轮周效率ηu——1kg蒸汽所作出的轮周功Wu与蒸汽在该级所消耗的理想能量E0之比称为级的轮周效率。在多级汽轮机中,本级余速动能可被下一级部分或全部利用,其利用程度用余速利用系数μ表示,μ0表示本级利用上一级的余速动能的份额,本级喷嘴进口的初速动能δhc0=μ0(δhc2)abv,(δhc2)abv是上一级的余速动能;μ1表示本级余速动能被下一级所利用的份额。考虑余速利用后,本级理想能量E0应是本级滞止理想比焓降Δht0减去被下一级利用的余速动能μ1δhc2,因为μ1δhc2成了下一级喷嘴的喷嘴的进口初速动能,并没有在本级消耗掉.因此,E0=δhc0+Δht0-μ1δhc2=Δht0-μ1δhc2-9-以能量平衡方式表示的轮周效率:0002EhhhhEWcbntUu喷嘴损失系数:0Ehnn动叶损失系数:0Ehnn余速损失系数:022Ehcc轮周效率的各损失系数的表示:])1([121cbnu-10-教学目标:使学生掌握蒸轮周效率与速比的关系课时分配:2学时教学内容:第四节速比与轮轴效率之间的关系教学重点:轮周效率与速比的关系教学难点:轮周效率与速比的关系教学资源:多媒体课件教学步骤:轮周效率与速比的关系速比11cux假想速比——即轮周速度与级假想速度之比,aacux最佳速比——对应与最高轮周效率的速比。1.纯冲动级在纯冲动级中,Ωm=0,所以w2t=w1,即w2=ψw2t=ψw1,ca=c1t假设不利用上一级余速,本级余速也不被下一级利用,μ0=μ1=0,于是)coscos1(cos2)coscos(2)coscos(2121121212211212111wCuCwwuCccutttu由速度三角形知11111111,;coscoscuxccucwt另外将以上关系代入,得:121112coscos1)((cos2xxu由上式可知,速度系数和越大,轮周效率越高,因此应尽量改善叶栅的气动特性以提高速度系数和。适当减小α1和β2也可以提高轮周效率,但过分减小α1和β2,由于汽道的弯曲程度增大,流动恶化,使轮周效率降低。叶型一经选定,和,α1和β2的数值也基本选定,这样,轮周效率只随速比的变化而变化,所以最佳速比可通过函数式求极值的方法得到,即0)2(coscoscos12111221xxu-11-于是最佳速比2cos)(11opx为了实用上的方便,常用aacux代替x1,02tahc2cos)()(11opopaxx2.反动级对于典型反动级,喷嘴与动叶中的比焓降相等,即反动度为0.5。为了制造方便,喷嘴与动叶采用同一叶型.即α1=β2,w2=c1。此时喷嘴与动叶的速度系数大致相等,即φ=ψ。假设余速动能全部为下一级所利用,即μ1=1。在这些条件下,则有α1=β2,w2=c1,φ=ψ,w1

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