能源與動力裝置基礎渦輪機演示文稿

能源與動力裝置基礎渦輪機演示文稿目前一頁\總數(shù)五十二頁\編于十點（優(yōu)選）能源與動力裝置基礎渦輪機目前二頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》第一節(jié)概述火電廠（汽輪機）1、能量轉(zhuǎn)換過程燃料化學能→蒸汽熱能→機械能→電能2、三大主機鍋輪爐：將燃料的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮芷啓C：將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機械能發(fā)電機：將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)化為電能

目前三頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》3、汽輪機的分類按汽輪機功能（熱力特性）分類（即汽輪機型式）

凝汽式、供熱式按蒸汽參數(shù)分類中壓汽輪機：1.96~3.92Mpa；高壓汽輪機：5.88~9.81Mpa；超高壓汽輪機：為11.77~13.93Mpa；臨界壓力汽輪機：15.69~17.65Mpa；超臨界壓力汽輪機：大于22.15Mpa；超超臨界壓力汽輪機：大于32Mpa目前四頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》一、汽輪機級的工作原理1、級的組成

靜葉柵動葉柵2、級的工作原理

目前五頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》目前六頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》3、級的通流部分熱力過程曲線0*0'

1sh2p2p1p0*p0

Δht*Δhn*Δh’bΔhb4、級的反動度目前七頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》5、蒸汽對動葉片產(chǎn)生的作用力

沖動力、反動力沖動級、反動級6、沖動級和反動級

純沖動級

Ωm=0沖動級

帶反動度的沖動級

Ωm

=0.05~0.20

復速級反動級

Ωm=0.5

目前八頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》第二節(jié)級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程及效率假設

蒸汽在葉柵通道的流動是穩(wěn)定的蒸汽在葉柵通道的流動是一元流動

蒸汽在葉柵通道的流動是絕熱流動

主要內(nèi)容蒸汽在靜葉柵通道中的膨脹過程蒸汽在動葉柵中的流動與能量轉(zhuǎn)換過程級的輪周效率和速度比級內(nèi)其他損失和級效率目前九頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》一、蒸汽在靜葉柵通道中的膨脹過程過程特點噴嘴固定不動蒸汽不對外作功與外界無熱交換

能量方程式

h1

0*02shp1p0*p0

Δhn*Δhn

ΔhC0

h0*

h1t

1h0

目前十頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》1、噴嘴出口汽流速度計算

噴嘴出口的汽流理想速度噴嘴出口的汽流實際速度

0*02p1p0*p0

h1

Δhn*Δhn

ΔhC0

h0*

h1t

1h0噴嘴損失

目前十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》2、噴嘴中汽流的臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)：汽流速度等于當?shù)匾羲贂r的流動狀態(tài)

能量方程式

理想氣體音速公式目前十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》臨界速度

臨界壓力

臨界壓力比:臨界壓力與初壓之比

目前十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》3、噴嘴截面積的變化規(guī)律

噴嘴截面積與汽流速度c和馬赫數(shù)Ma有關：汽流能夠在噴嘴中加速的條件：（1）Ma<1：漸縮噴嘴（2）Ma>1：漸擴噴嘴（3）Ma=1：縮放噴嘴目前十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》4、噴嘴流量計算噴嘴理想流量kg/s噴嘴流量曲線噴嘴前后壓力比目前十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》噴嘴實際流量噴嘴流量系數(shù):qmthqmcrεn=εcr

εn=1ACB臨界流量目前十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》5、蒸汽在噴嘴斜切部分的流動ABDECFABCDEα1

δ1

p0p1(1)p1=p1b,p1>pcr斜切部分：導向(2)p1<pcr斜切部分：膨脹加速，汽流發(fā)生偏轉(zhuǎn)

目前十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》二、蒸汽在動葉柵中的流動與能量轉(zhuǎn)換過程1、動葉進出口速度三角形進口相對速度：進汽角：α1

β*2

α*2

β1

c2uuc1w1w2β2

α2

目前十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》出口絕對速度：出口方向角：α1

β*2

α*2

β1

c2uuc1w1w2β2

α2

目前十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》2、動葉柵出口汽流相對理想速度

p21*12shp1*p1

Δhb*Δhb

h1*

h2t

2‘

h1

3、動葉出口相對實際速度

動葉速度系數(shù)ψ：

經(jīng)驗系數(shù)，目前二十頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》4、動葉損失動葉柵的能量損失系數(shù)余速利用系數(shù)

(=0~1)5、余速損失目前二十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》6、輪周功和輪周功率輪周功:蒸汽通過級在動葉片上所作的有效機械功,wu

輪周功率:單位時間內(nèi)作出的輪周功,Pu

1kg蒸汽的輪周功：目前二十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》7、級的熱力過程曲線級的輪周有效焓降0*01sh2p2p1p0*p0

Δht

ΔhbδhbΣδhc2δhnΔh′u目前二十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》三、級的輪周效率和速度比1、級的輪周效率級的理想能量E0級的理想速度ca定義輪周功Wu

或

目前二十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》提高ηu的關鍵:減少余速損失，即減小c2

α1

c2uc1w1=w2α2

uc2α1

uc1w1=w2α2

uc2α1

uc1w1=w2α2

u目前二十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》2、級的速度比

定義

或

不同級的最佳速度比:純沖動級復速級反動級

最佳速度比:

使c2達到軸向排汽的速度比,目前二十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》四、級內(nèi)其它損失和效率1、級內(nèi)損失

（1）葉高損失（端部損失）

定義

噴嘴和動葉中與葉高有關的損失產(chǎn)生原因

由汽道上下端面附面層內(nèi)的摩擦損失和端部的二次流渦流所引起。（2）扇形損失

產(chǎn)生原因：設計時以平均直徑處參數(shù)為依據(jù)，而

各種參數(shù)沿葉高是變化的。目前二十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》（3）葉輪摩擦損失

產(chǎn)生原因：

摩擦；

葉輪兩側(cè)汽室中的渦流運動。

（4）部分進汽損失

‘鼓風’損失：無噴嘴弧段（摩擦引起）‘斥汽’損失：有噴嘴弧段（高速汽流排斥并加速停滯蒸汽引起）

減少部分進汽度目前二十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》（5）漏汽損失

隔板漏汽損失：

隔板間隙葉頂漏汽損失：

葉頂間隙

產(chǎn)生原因：

壓力差和間隙存在。（6）濕汽損失部分蒸汽凝結成水滴，減少作功蒸汽量水滴不作功，被高速汽流夾帶前進，消耗輪周功水滴前進速度低于蒸汽速度，擊打動葉及噴嘴背弧去濕措施

齒形軸封目前二十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》2、級的相對內(nèi)效率和內(nèi)功率實際熱力過程曲線

相對內(nèi)效率內(nèi)功率目前三十頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》0*0'

1sh2p2p1p0*p0

Δht*Δhn

Δh’bΔhbδhbΣδh

Σδhc2

δhnΔhi級的有效焓降目前三十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十點1、根據(jù)級的熱力過程曲線圖（下圖），回答以下問題：圖中的0，1，2點分別對應汽輪機中的哪個部位？與理想流動過程相比，實際流動過程0--3存在哪些損失？為什么3點焓值比2點的高？若0點的焓值h0=3132kJ/kg，蒸汽初速度c0=70m/s，蒸汽等熵過程膨脹時噴嘴出口焓值h1t=3071.7kJ/kg，噴嘴速度系數(shù)φ=0.95，動葉出口汽流絕對速度c2=124m/s，求滯止點的焓值，噴嘴出口的汽流實際速度，噴嘴損失和余速損失。0*01sh2p2p1p0*p0

Δht*Δhn

h1tΔhbδhbΣδh

Σδhc2

δhnΔhi級的有效焓降3h0目前三十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十點1、0點為汽輪機中的噴嘴入口；1點為噴嘴出口（動葉進口）；2點為動葉出口。存在噴嘴損失，動葉損失，余速損失，葉高損失，扇形損失，葉輪摩擦損失，部分進汽損失，漏汽損失和濕氣損失。由于級內(nèi)存在各種損失，損失又轉(zhuǎn)化為熱能，反過來加熱蒸汽本身，從而使動葉出口焓值升高。目前三十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十點滯止點焓值：噴嘴出口氣流的實際速度：=336.5m/s噴嘴損失：=6.12kJ/kg=7.69kJ/kg余速損失：目前三十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》五、長葉片級等截面直葉片：

一元流動模型長葉片（型線沿葉高變化的變截面葉片）

徑向平衡法

全三維設計‘彎扭葉片’

長葉片不能按等截面直葉片進行設計圓周速度相差很大造成的損失節(jié)距沿葉高變化很大造成的損失徑向流動造成損失目前三十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》長葉片1（末級葉片實例）目前三十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》第三節(jié)多級汽輪機一、多級汽輪機的特點內(nèi)效率高

每一級都能在最佳速度比附近工作單機功率大

可做成多排汽口，實現(xiàn)提高新蒸汽的參數(shù)，增加機組總進汽量。目前三十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》現(xiàn)代多級汽輪機二、多級汽輪機的工作過程目前三十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》三、多級汽輪機的損失1、前后端軸封的漏汽損失前后端軸封的采用：

減少漏汽損失齒形軸封結構齒形軸封工作原理

減少漏汽量的措施：減少齒隙面積A減少汽流速度C增大比容目前三十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》2、汽輪機進、排汽機構的壓力損失進汽機構中的節(jié)流損失

進汽機構中節(jié)流所引起的壓損

排汽機構中的壓力損失

目前四十頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》3、機械損失定義：

克服支持軸承、推力軸承的摩擦，帶動主油泵和調(diào)速系統(tǒng)工作，消耗的功率

機械效率：

機械損失目前四十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》四、汽輪機裝置的效率和功率1、汽輪機的內(nèi)效率2、汽輪機內(nèi)功率無回熱：有回熱：3、汽輪機的軸端功率目前四十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》第五節(jié)燃氣輪機一、燃氣輪機簡述構成：

進氣道、壓氣機、燃燒室、動力輸出機構

輔助系統(tǒng)燃氣發(fā)生器目前四十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》1、航空燃氣輪機動力輸出方式：尾噴管輸出方式（1）渦輪噴氣發(fā)動機

（2）渦輪風扇發(fā)動機（3）渦輪螺旋槳發(fā)動機渦輪沖壓發(fā)動機目前四十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》2、地面燃氣輪機動力輸出方式：渦輪軸功率輸出方式分類：單軸、雙軸用途：

發(fā)電、船舶、機車、汽車、坦克;

石油、天然氣加壓站的動力機械

直升飛機目前四十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》3、燃氣輪機的特點與內(nèi)燃機相比：優(yōu)點：單機功率較大重量輕、體積小；啟動快；排氣污染小；缺點：油耗高制造成本高

與汽輪機相比：優(yōu)點：裝置簡單、緊楱、重量輕、體積??；啟動快，帶負荷快；不需大量冷卻水缺點：單機功率較小效率較低運行壽命短。目前四十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》二、簡單燃氣輪機裝置和熱力循環(huán)等壓循環(huán)布雷頓循環(huán)12‘

3‘

4‘

234理想：1-2‘-3’-4‘-1實際：1-2-3-4-1目前四十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十點《能源與動力裝置基礎——渦輪機》整個理想循環(huán)單位質(zhì)量工質(zhì)所作的功

等熵膨脹功與等熵壓縮功之差簡單燃氣機循環(huán)熱效率ε=p2/p1

—增壓比K—等熵指數(shù)

1）ηs