汽轮机原理Steam Turbine Theory  机械学院 热能与环境工程研究所 绪论 汽轮机是以蒸汽为工质的旋转式机械，主要用作发电原动机，也用来直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。 3、按主蒸汽压力分 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  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 喷嘴中的热力过程 P0,P1分别是喷嘴进出口压力。 理想热力过程从0→1。 实际热力过程是0→2。 0*点是0的滞止参数点。  蒸汽在动叶中的流动           蒸汽在喷嘴中从压力p0膨胀到出口压力 p1，以速度c1流向动叶栅。当蒸汽通过动叶时，一般还要继续膨胀，压力由p1降到p2.如图所示级的热力过程，则此时级的滞止理想比焓降Δht*为： 级的轮周效率和最佳速度比 第二章 多级汽轮机 三、轴封漏汽量的计算  1、最后一个齿隙的汽流速度低于临界速度  第三章  汽轮机在变工况下的工作 汽轮机喷嘴变工况 级变工况 机组变工况 调节级变工况 动叶进口的撞击损失 级内反动度的变化 轮周效率与速度比之间的关系 纯冲动级的最佳速度比 反动级的最佳速度比 所以： 则由                 可得： 速度级（复速级）的最佳速度比 为便于分析，对速度级做如下假设： （1）蒸汽只在喷嘴中膨胀 （2）在级中没有能量损失 （3）各个进出口角度相等 经过同样的分析可以得到： 最佳假想速度比为 叶栅几何特性（p49~50) 一、部分进汽度的定义    在确定喷嘴的尺寸之前，首先应根据喷嘴前后压力比的大小确定喷嘴的型式 二、流管的计算截面、叶高或宽度    1、?n  ?cr 2、 ?cr  ?n  ?1d 3、?n ?1d 三、长叶片级的设计 1、叶片径高比和相对节距的定义 ??8~10的叶片就成为长叶片，其特点为： （1）圆周速度沿叶高不同，气流冲击背弧或凹弧； （2）叶栅存在最佳相对节距，大于或小于（x1）op造成损失； （3）c1较c0、c2要大得多，受c1u离心力产生径向压力梯度的 影响，p1沿叶高是增加的，径向流动产生损失； 综合以上特点，可知长叶片要按二元或三元流进行设计 2、二元流设计（简单径向平衡法cr=0）  （1）理想等环量流型（cz=const→c1ur =const）  （2）等?1角流型(cos ?1=c1u/c1 =const→c1urcos ?1 =const） 3、完全径向平衡法  （1）三元流流型  （2）可控涡流型（反动度沿叶高可按需要进行控制） 第四节 级内各项损失和级效率 一、级内损失   1、喷嘴能量损失、动叶能量损失和余速损失     喷嘴能量损失和动叶能量损失又称为叶栅损失，叶栅损失又可分  （1）叶型边界层的磨擦损失  （2）边界层脱离引起的涡流损失  （3）尾迹损失  （4）流道中有超音速时可能存在激波损失   2、叶高损失 3、撞击损失 4、扇形损失 5、叶轮摩擦损失 6、部分进汽损失 （1）鼓风损失 （2）斥汽损失 7、湿汽损失?hx 8、漏汽损失?h? 二、级效率     级的有效焓降 本章主要讨论多级汽轮机中蒸汽的进、排汽损失，轴向推力以及轴封系统等问题 第一节 多级汽轮机的优越性及其特点 一、多级汽轮机的优缺点 1、多级汽轮机每级的焓降较小，有可能使速度比设计在最佳速度比附近，同时c1小、u也小，即直径小，叶高或部分进汽度相应大，这些都是效率增大； 2、各级余速动能可以部分的被利用； 3、多级汽轮机可以实现回热循环和中间再热循环； 4、由于重热现象，多级汽轮机前面级的损失部分的被后面各级所利用。 二、重热现象和重热系数  Δhmact Δht’1 Δht’2 Δht’3 Δht’4 Δht，2 Δht，3 Δht，4 Δhi，1 Δhi，2 Δhi，3 Δhi，4 Δhmaci    在h-s图上，等压线沿着比熵增大的方向是逐渐扩张的，所以，多级汽轮机中上一级损失的一部分可以在以后各级中得到利用的现象。     无损失和有损失时的理想焓降分别为：  重热系数为： 全机有效比焓降 则全机的相对内效率为： 各级平均的相对内效率：     从以上分析可知，重热现象使全机的相对内效率高于各级平均的相对内效率。但并不是说α越大，全机的效率就越高。因为重热现象的存在只不过是使多级汽轮机能回收其损失的一部分而已。 三、汽轮机装置的评价指标 蒸汽的热能 内功率Pi 电功率Pel 轴功率Pax 1、汽轮机的相对内效率 2、机械效率 3、发电机效率 则汽轮发电机组的相对和绝对电效率为： 4、汽耗率——机组每生产1KWh电能所消耗的蒸汽量 5、热耗率——机组每生产1 KWh电能所需的热量 第二节 汽轮机进汽、排汽损失和热力过程线 一、进汽损失     进汽速度40~60m/s，进汽压力损失?p0=0.03~0.05p0。      优化阀的型线，使其带扩压管，把部分蒸汽的动能转化为压力能。 二、排气损失    凝汽机组的cex 100~120m/s，背压机组cex 40~60m/s。     当进入排汽管的汽流速度较低，即M 0.3时，可以将蒸汽视为不可压缩流体，对其进出口建立能量平衡方程： 两边同除以       ，则有： 静压恢复系数 能量损失系数    当排汽管进口汽流M 0.3时，就必须考虑其压缩性，但仍然有： 三、多级汽轮机的热力过程线（p112~116) 第三节  多级汽轮机的轴向推力及其平衡    反动式汽轮机的轴向力有100~200T，冲动式汽轮机的轴向力有40~80T。 一、冲动式汽轮机的轴向推力    1、作用在动叶上的轴向推力 2、作用在叶轮轮面上的轴向推力 隔板轴封漏汽量为 通过平衡孔的漏汽量为 动叶根部轴向间隙处的漏汽量为 如动叶稍有漏气，其流量平衡为(?d → pd→Fz,2) 3、作用在轴封凸肩上的轴向推力 4、转子凸肩上的轴向力 二、轴向推力的平衡   1、设置平衡活塞p121   2、采用具有平衡孔的叶轮p117   3、利用汽轮机分缸的反向平衡p121   4、采用推力轴承 第四节  轴封及其系统 一、轴封类型    1、高低齿曲径轴封；2、平齿光轴轴封。 二、芬诺曲线     等流量曲线 芬诺曲线 2、最后一个齿隙的汽流速度等于临界速度 * 一、汽轮机的分类 1、按工作原理分 冲动式汽轮机 反动式汽轮机 2、按热力特性分 凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 抽汽式汽轮机 抽汽背压式汽轮机 多压式汽轮机  32 超超临界压力汽轮机  22.1 超临界压力汽轮机 16~18 亚临界压力汽轮机 12~14 超高压汽轮机 6~10 高压汽轮机 2~4 中压汽轮机 0.12~1.5 低压汽轮机 主蒸汽压力（MPa) 汽轮机类别 二、汽轮机型号的表示方法 汽轮机型号的组成为： Δ XX - XX - XX 变型设计次序 蒸汽参数 额定功率 型式 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： 核电汽轮机 HN 两次调整抽汽式 CC 移动式 Y 一次调整抽汽式 C 船用 CY 背压式 B 
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