雪慕冰--汽轮机原理及运行(十八) 汽轮机工作原理

汽轮机原理及运行（十八）雪慕冰汽轮机工作原理热力过程分析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。热力过程分析理想过程----可逆的等熵过程。实际过程----不可逆绝热膨胀过程（耗散效应，转换效率低于理想过程）1.部分动能转变为热能（能量贬值）---热能被蒸汽重新吸收2.实际过程喷嘴和动叶出口汽流的焓与熵相对理想过程增加0p0ths动叶进口喷嘴进口000p000ch1pnh'1nh20012cCh入口初速动能12p'22112w0101pbh1th1h2thbh22h2ch2222cch余速动能uh0thth喷嘴损失11nthhh动叶损失22bthhhnh喷嘴理想比焓降0h2012C+=00h动叶理想比焓降bh01h1h2112w轮周损失喷嘴损失、动叶损失、余速损失统称为级的轮周损失。喷嘴损失喷嘴出口汽流的实际比焓值与理想比焓值之差即是喷嘴中的能量损失动叶损失动叶出口汽流的实际比焓值与理想比焓值之差即是动叶中的能量损失余速损失汽流离开动叶通道时具有一定的速度，这个速度对应的动能在该级内已不能转换成机械能，因而对该级而言就是一种能量损失，称为余速损失001001nthhhh喷嘴(或动叶)效率----实际焓降与理想焓降之比00tncbhhhh1kg蒸汽在级的理想过程中输出给动叶栅的机械功称为级的滞止理想比焓降20utnbchhhhh1kg蒸汽实际转换为动叶栅上机械功的有效焓降称为轮周有效比焓降反动度又称为反动率,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,级的平均直径(1/2叶高)处的反动度用Ωm来表示。即00bbmtnbhhhhh0bmthh00(1)nmthh级的分类纯冲动级反动级冲动级复速级纯冲动级热力特点:汽流在动叶通道中不膨胀动叶受力特点：冲动力，无膨胀加速的反动力结构特点:动叶叶型几乎为对称弯曲，即动叶内各流通截面近似相同流动特点:动叶进出口处压力P1=P2和汽流的相对速度w1=w2相等性能特点：做功能力大，但效率较低，损失大，故现已不在采用。反动级热力特点:动静叶中蒸汽膨胀程度相等动叶受力特点：既受冲动力和汽流在动叶中转向的反动力，又受膨胀加速的反动力结构特点:动、静叶通道的截面基本相同；动静叶型相同。流动特点:动、静叶中增速相等.性能特点：做功能力最小，流动效率最高，动叶顶部漏汽大。反动级热力特点:动静叶中蒸汽膨胀程度相等动叶受力特点：既受冲动力和汽流在动叶中转向的反动力，又受膨胀加速的反动力结构特点:动、静叶通道的截面基本相同；动静叶型相同。流动特点:动、静叶中增速相等.性能特点：做功能力最小，流动效率最高，动叶顶部漏汽大。冲动级热力特点:膨胀主要发生于喷嘴中,为提高流动效率动叶中也有少量膨胀动叶受力特点：既受冲动力和汽流在动叶中转向的反动力，又受膨胀加速的反动力结构特点:动叶通道的弯曲程度小于静叶；流动特点:动叶中增速小于静叶性能特点：相同几何尺寸下，做功能力比反动级大，流动效率较纯冲动级高复速级（速度级）定义：蒸汽动能转变为转子机械能的过程在级内进行一次以上的级目前常用的是进行两次转换的级，故又称为双列速度级或复速级，即由固定的喷嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅所组成的级复速级通常在一级内要求承担很大焓降时采用。如单级汽轮机或作为中、小型多级冲动式汽轮机和多级反动式汽轮机的第一级（调节级）复速级热力特点:汽流在导叶和动叶通道中不膨胀。动叶受力特点：冲动力，无膨胀加速的反动力结构特点:导叶和动叶为等截面通道；流动特点:导叶中汽流只转向不加速，动叶中也不增速.性能特点：做功能力最大，流动效率最低。复速级的结构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隔板叶轮型最高最低调节级随负荷变化，级内通流面积也发生变化的级为调节级。采用喷嘴调节的汽轮机的第一级都是调节级。调节级随负荷变化，级内通流面积也发生变化的级为调节级。采用喷嘴调节的汽轮机的第一级都是调节级。按照汽轮机的能量转换特点，还可以把级分为速度级和压力级。速度级以利用汽流速度为主，复速级是一列，还有多列速度级。压力级以利用汽轮机内分配给该级的压力降或焓降为主，单列冲动级和反动级均属于压力级。轮周损失相对内效率Δhu轮周效率Δhi1.喷嘴损失δhn2.动叶损失δhb3.余速损失δhc2汽轮机的级内损失⒐湿气损失δhx4.叶高损失δhl5.扇形损失δhθ6.叶轮摩擦损失δhf⒎部分进汽损失δhe⒏漏汽损失δhδ级内损失九项叶高损失δhl本质：叶片的端部损失，本质上仍是喷嘴和动叶的流动损失。工程上为了方便，把它单独分出来计算。叶高损失主要决定于叶高，当叶片很高时可以忽略不计。21lulanaahhorxll扇形损失δhθ形成原因：叶栅的相对节距t/b不是常数,而是从内径向外径成正比例增加的，这样除了平均直径处的相对节距为最佳外，其他各截面偏离最佳值，这就带来了流动损失。叶栅出口汽流在轴向间隙中存在着压力梯度，即由内径向外径静压力逐渐增加，所以会产生径向流动损失。采用扭叶片较直叶片该损失要小。叶轮摩擦损失δhf组成：叶轮两侧及围带表面粗糙度引起的摩擦损失；叶轮和隔板间的涡流运动引起的损失减小叶轮与隔板间的腔室容积，降低粗糙度，可减少叶轮摩擦损失部分进汽损失δhe定义：喷嘴叶栅不是整圈布置，而是只占据部分圆周，这种布置叫部分进汽。如小汽机高压级和喷嘴调节汽轮机的调节级部分进汽损失δhe的组成1鼓风损失：发生在不装喷嘴的弧段内。当动叶片蒸汽进入到没有喷嘴段的空间中，对周围不工作的蒸汽起鼓风作用，经蒸汽从叶片的一侧移向另一侧所耗机械功的损失部分进汽度越小，鼓风损失越大。部分进汽损失δhe的组成2斥汽损失：发生在装有喷嘴的工作弧段内。当动叶由非工作弧段进入工作弧段时，从喷嘴喷出的高速汽流，要排斥并加速停滞在动叶汽道中的蒸汽，消耗了工作蒸汽的一部分动能动叶每经过一组喷嘴弧段就产生一次斥汽损失，所以在相同的部分进汽度下，喷嘴沿圆周分布的组数越多，斥汽损失越大。调节级的喷嘴组数不超过6组。漏汽损失δhδ组成：隔板漏汽损失δhp，叶顶漏汽损失δht在汽轮机通流部分中，隔板和转轴之间、动叶顶部和汽缸之间，在转鼓结构的反动级中静叶与转鼓之间都存在着间隙，并且各间隙前后的蒸汽都存在压差，因此都会发生不同程度的漏汽，造成漏汽损失。漏汽量正比于间隙面积和间隙两侧压差，为了减少漏汽损失，应从减少间隙面积和间隙两侧压差着手隔板的汽封装置动叶顶部汽封示意图(a)隔板漏汽和叶顶漏汽(b)高低齿汽封反动级漏汽损失较冲动级大的原因反动级内径汽封的漏汽量比冲动级的隔板漏汽量大，主要是因为内径汽封的直径比隔板汽封大，而汽封齿数又比较少反动级动叶前后的压差较大，其叶顶漏汽量相当可观。湿气损失δhx饱和蒸汽轮机的各级和普通凝汽式汽轮机的最后几级都工作于湿蒸汽区。⑴湿蒸汽的过饱和现象对级的能量转换所产生的影响表现为理想比焓降的减少，形成过冷损失。(2)湿蒸汽在膨胀过程中析出水珠，在汽水两相流动中，低速的水珠被高速的蒸汽挟带着流动，从而消耗了汽流的一部分动能，称之为挟带损失。⑶水珠的速度小于汽相的速度，偏离动叶入口方向的水珠撞在动叶进口处的背弧上，产生了阻止叶轮旋转的制动作用，克服它就要消耗一部分有用功，称之为制动损失⑷水珠撞在喷嘴进口处的壁面上，扰乱了主汽流，造成损失，称之为扰流损失。⑸采用捕水装置，当从级内排除部分液相的同时，都不可避免的伴随着一部分蒸汽同时被抽出汽轮机，造成工质损失。*除三项轮周损失外，一个级的内部不会存在所有这些损失。一般讲，喷嘴、动叶、余速、漏汽、摩擦损失级内都存在；部分进汽的级存在部分进汽损失；当压力级的叶片较长，而又不扭曲时，将会有扇形损失；在湿蒸汽区工作时，还会有湿汽损失等;因此，在具体进行级的热力分析计算时，一定要根据该级的实际情况来确定具有哪些损失。当制造不良，或运行工况变化时，会有摩擦损失；级的相对内效率级的有效比焓降Δhi与级的理想可用能量E0之比称为级的相对内效率，简称级效率，用ηi表示，可用来衡量级内能量转换的效果20001tiitchhhEhh级的内功率式中：D、G为级的进汽量，其单位分别是t/h和kg/s。扭叶片扭叶片扭叶片扭叶片隔板隔板套叶轮