PDF《《汽轮机原理》》

《汽轮机原理》 任课教师:胡丹梅 胡丹梅 上海电力学院动力系 绪论

1 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蒸汽的热能 汽轮机:将锅炉生产蒸汽热能转化为 转子旋转机械能 发电机:将旋转机械能转化为电能 B:锅炉 S:锅炉过热器 T:汽轮机 C:冷凝器 P:水泵 S T C P B 火力发电厂示意图 T S

1 2

3 4 1? 2? 3? 4?

2 2 汽论机分类: 汽论机分类: 汽轮机冲动式汽轮机 反动式汽轮机 凝汽式汽轮机 供热式汽轮机 背压式汽轮机 调节抽汽式汽轮机 低压汽轮机 中压汽轮机 高压汽轮机 超高压汽轮机 亚临界压力汽轮机 超临界压力汽轮机 按作功原理分 按作功原理分 按功能分 按功能分 按参数高低分 按参数高低分 ? 按热力特性分类(即汽轮机型式) Z 凝汽式、中间再热式 Z 背压式 Z 调整抽汽式 供热 Turbine Turbine 热用户 Turbine ? 按主蒸汽参数分类 Z低压汽轮机:小于1.

47 Mpa;

Z中压汽轮机:1.96 ~ 3.92 Mpa;

Z高压汽轮机:5.88 ~ 9.81 Mpa;

Z超高压汽轮机:为11.77 ~ 13.93 Mpa;

Z临界压力汽轮机:15.69 ~ 17.65 Mpa;

Z超临界压力汽轮机:大于22.15 Mpa;

Z超超临界压力汽轮机:大于32 Mpa 我国一次能源需求的情景预测 我国一次能源需求的情景预测(Mtce) 2.7

3048 1861

1355 343 总和 6.8

13 6

1 0 其它 3.5

77 41

27 4 水电 9.3

90 33

6 0 核电 5.5

216 81

43 4 天然气 3.0

826 480

337 61 石油 2.2

1826 1220

941 274 煤 年增长率 (%)

2030 2010

2000 1971 我国电力生产的情景预测 (TWh)

4813 2282

1387 144 总共

42 10

2 0 其它

622 333

222 30 水电

242 90

17 0 核电

349 74

19 0 天然气

54 51

46 16 石油

3503 1723

1081 98 煤2030

2010 2000

1971 3 汽轮机的主要技术发展 ? ? 采用大容量机组 采用大容量机组 ? ? 提高蒸汽初参数 提高蒸汽初参数 ? ? 采用联合循环系统提高效率 采用联合循环系统提高效率 ? ? 提高机组的运行水平 提高机组的运行水平

4 4 汽轮机制造工业 汽轮机制造工业 ? ? 美国 美国 通用电气公司、西屋电气公司 通用电气公司、西屋电气公司 ? ? 日本 日本 日立制作所、东芝电器会社、 日立制作所、东芝电器会社、 三菱重工株式会社 三菱重工株式会社 ? ? 瑞士 瑞士 BBC BBC公司 公司 ? ? 中国 中国 哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、东 哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机厂、东 方汽轮机厂、北京重型电机厂、青岛汽轮厂、 方汽轮机厂、北京重型电机厂、青岛汽轮厂、 武汉汽轮发电机厂、杭州汽轮机厂、南京汽 武汉汽轮发电机厂、杭州汽轮机厂、南京汽 轮发电机厂 轮发电机厂

第一章

第一章 汽轮机级的工作原理 汽轮机级的工作原理

第一节

第一节 概述 概述 一

一、、汽汽轮轮机机的的级级、级内能量转换过程 、级内能量转换过程

1 1,汽轮机的级 ,汽轮机的级:静叶栅 :静叶栅 动叶栅 动叶栅 是汽轮机 是汽轮机作功的最小单元 作功的最小单元. . 2,级内能量转换过程: 具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时,首先在静叶 栅通道中得到膨胀加速,将蒸汽的热能转化为高速汽流的动 能,然后进入动叶通道,在其中改变方向或者既改变方向同 时又膨胀加速,推动叶轮旋转,将高速汽流的动能转变为旋 转机械能. 3,冲动级:当汽流通过动叶通道时,由于受到动叶通道形状的限制 而弯曲被迫改变方向,因而产生离心力,离心力作用于叶片上,被称 为冲动力.这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、 流出动叶通道时其动能的变化量.而这种级称为冲动级. 4,反动级:当汽流通过动叶通道时,一方面要改变方向, 同时还要膨胀加速,前者会对叶片产生一个冲动力,后者会对叶片产生一个反作用力,即反动力.蒸汽通过这种级, 两种力同时作功.通常称这种级为反动级. 二二,,

反反动动度度bnbtbmhhhhhΔ+ΔΔ≈ΔΔ=Ω****)1(tmnhhΔΩ?=Δ*tmbhhΔΩ=Δ三三,,

冲冲动动级级和和反反动动级级?冲冲动动级级有有三三种种不不同同的的形形式式::11,纯冲动级 ,纯冲动级: : 通常把反动度 通常把反动度Ω Ω等于零的级称为纯冲动级 等于零的级称为纯冲动级.对于 .对于 纯冲动级来说, 纯冲动级来说, = = 、 、 =

0 =

0 、 、 = = ,蒸汽流出动叶的速 ,蒸汽流出动叶的速 度度C , C ,具有一定的动能 具有一定的动能 C C未被利用而损失,称这种损失为 未被利用而损失,称这种损失为余速 余速 损失 损失,用 ,用 表示. 表示.

2 2 , ,带反动度的冲动级 带反动度的冲动级 为了提高级的效率,通常,冲动级也带有一定的反动度( 为了提高级的效率,通常,冲动级也带有一定的反动度(Ω Ω = 0.05 = 0.05 ? ? 0.20 ) 0.20 ) ,这种级称为 ,这种级称为带反动度的冲动级 带反动度的冲动级,它具有作功 ,它具有作功 能力大、效率高的特点. 能力大、效率高的特点.

1 p

2 p b h Δ * n h Δ * t h Δ

2 c h δ 3. 3. 复复速速级级由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第 由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第

一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级,称

一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级,称 为复速级.第一列动叶栅通道流出汽流,其流速还相当大,为了 为复速级.第一列动叶栅通道流出汽流,其流速还相当大,为了 利用这一部分动能,在第一列动叶栅之后装上一列导向叶栅以改 利用这一部分动能,在第一列动叶栅之后装上一列导向叶栅以改 变汽流的方向,使之顺利进入第二列动叶栅通道继续作功.复速 变汽流的方向,使之顺利进入第二列动叶栅通道继续作功.复速 级也采用一定的反动度. 级也采用一定的反动度.复速级具有作功能力大的特点. 复速级具有作功能力大的特点.

4 .

4 . 反反动动级级通常把反动度 通常把反动度 Ω Ω = 0.5 = 0.5的级称为反动级.对于反动级来说,蒸汽 的级称为反动级.对于反动级来说,蒸汽 在静叶和动叶通道的膨胀程度相同,即是 在静叶和动叶通道的膨胀程度相同,即是 , , .反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功. .反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功. 反动级的效率比冲动级高,但作功能力小. 反动级的效率比冲动级高,但作功能力小. *

2 1 * t n b h h h Δ = Δ = Δ

2 1 p p >

第二节 汽轮机级内能量转换过程 一一,,

基基本本假假设设和和基基本本方方程程式式流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的三 流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的三 元流动的实际流体.为了研究方便,特作如下 元流动的实际流体.为了研究方便,特作如下假设 假设: :

1 .

1 . 蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的: 蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的:即在流动过程中,通道 即在流动过程中,通道 中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变. 中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变. 2. 2. 蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动 蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动: :即蒸汽在叶栅通道中流 即蒸汽在叶栅通道中流 动时,其参数只沿流动方向变化,而在与流动方向相垂直的截 动时,其参数只沿流动方向变化,而在与流动方向相垂直的截 面上不变化. 面上不变化. 3. 3. 蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动 蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动: :即蒸汽在叶栅通道中流 即蒸汽在叶栅通道中流 动时与外界没有热交换. 动时与外界没有热交换. 基本方程式: 基本方程式:

1 .

1 . 连连续续方方程程式式2.2.能能量量方方程程式式3.3.状状态态及及过过程程方方程程式式4.4.动动量量方方程程式式5.5.气气动动方方程程式式.const v........