第19课时单元电厂热力设备及运行第09章汽轮机工作原理

华北电力大学环境科学与工程学院电厂热力设备及运行任课教师：杨官平二○一一年一月封面八、最佳速度比速度比：轮周速度u与喷嘴出口汽流速度c1之比。用x1表示，即x1=u/c1。最佳速度比：对应最高轮周效率的速度比。用(x1)op表示。实践证明，速度比是决定动叶出口绝对速度大小和方向的重要参数，因而研究速度比对轮周效率的大小具有重要的意义。不同类型的级出现最大轮周效率的速度比不同。下面将对不同级进行分别讨论。求最佳速度比方法：函数求极值法和速度三角形法。1.纯冲动级最佳速度比β2=β1w2=w1α2=90o图9-21纯冲动级最佳速比下速度三角形2.反动级最佳速度比β2=α1β1=α2=90ow2=c1w1=c2图9-22反动级最佳速比下速度三角形3.冲动级最佳速度比冲动级的反动度ρ一般在0.05-0.30之间。冲动级的最佳速度比介于纯冲动级和反动级之间。冲动级的最佳速度比计算经验公式：4.速度级最佳速度比β2=β1,w2=w1α2=α1’,c2=c1’β2’=β1’,w2’=w1’α2’=90o图9-23速度级最佳速度比速度三角形α2九、级的最佳能量转换能力定义：在最高轮周效率下级所转换的理想能量。计算过程：根据级的反动度和喷嘴出口几何角，计算最佳速度比x1。根据平均直径dm和转速n，计算叶栅圆周速度u。根据最佳速度比x1和叶栅圆周速度u，计算喷嘴出口绝对速度c1。根据叶栅圆周速度u、喷嘴出口绝对速度c1和喷嘴出口几何角，计算级的最佳能量转换能力。1.纯冲动级的最佳能量转换能力2.反动级的最佳能量转换能力3.速度级的最佳能量转换能力4.级的最佳能量转换能力的比较比较前提条件：u、α1相等。表9-1级的最佳能量转换能力的比较级比值纯冲动级反动级速度级最佳速度比0.510.25喷嘴叶栅出口速度214最佳能量转换能力218第六节汽轮机级内损失、效率和功率级内损失：凡是级内与流动时能量转换有直接联系的损失，称之为汽轮机级的内部损失。否则，则称为汽轮机的外部损失。级内损失类型：叶轮摩擦损失部分进汽损失撞击损失蒸汽泄漏损失蒸汽含水损失扇形损失一、叶轮摩擦损失定义：叶轮表面与两侧及外缘与空间内蒸汽发生摩擦而消耗的机械功。用Δhf表示。经验公式：一、叶轮摩擦损失影响因素：叶轮直径：叶轮直径越小，叶轮摩擦损失越小。转速：转速越小，叶轮摩擦损失越小。蒸汽比容：蒸汽比容越大，叶轮摩擦损失越小。叶轮表面光洁度：叶轮表面光洁度越高，叶轮摩擦损失越小。减小措施：减小叶轮与隔板间的轴向距离。尽可能降低叶轮表面的粗糙度。二、部分进汽损失部分进汽：喷管叶栅不是整圈布置，而是只占据部分圆周，这种布置叫部分进汽。部分进汽度：装有喷嘴的弧段长度与整个圆周长度的比值。部分进汽部位：小汽轮机高压级、调节级。二、部分进汽损失部分进汽损失：由于部分进汽而带来的能量损失。用Δhe表示。组成：鼓风损失：发生在没有喷嘴叶片的弧段内。动叶通过这一弧段时，要象鼓风机一样把滞留在这一弧段内的蒸汽鼓到出汽边而耗功。斥汽损失：发生在安装有喷嘴叶片的弧段内。动叶片由非工作区进入工作区弧段时，动叶通道中滞留的蒸汽要靠工作区弧段中喷嘴喷出的主流蒸汽将吹出，要消耗轮周功。二、部分进汽损失影响因素：部分进汽度越小，鼓风损失越大。喷嘴沿圆周分布的组数越多，斥汽损失越大。图12-2喷嘴调节示意图1-主汽阀；2-调节阀二、部分进汽损失减小措施：采用护罩把没有装喷管弧段内的动叶罩住。尽量减少喷嘴组数，以减小斥汽损失。图9-25部分进汽级护罩的示意图1-动叶片;2-护罩;3-叶轮;4-汽缸三、撞击损失定义：蒸汽在进入动叶栅通道前，碰到动叶片的前缘，引起气流紊乱而造成能量损失。用Δhsh表示。产生原因：动叶相对速度进汽角与几何进汽角相差较大时，汽流对动叶栅进口边产生撞击，从而引起动叶的附加损失，这就是撞击损失。减小措施：增大动叶进口圆角半径。图9-25撞击损失示意图1-动叶片;2-进口汽流四、蒸汽泄漏损失定义：由于动静之间泄漏蒸汽，使进入动叶栅的蒸汽量减少，从而使转换的机械功减少。用Δhp表示。产生原因：隔板内孔与转轴之间存在间隙。叶顶与汽缸之间存在间隙。喷嘴叶栅与转鼓之间存在间隙。组成：隔板漏汽损失。叶顶漏汽损失。图9-25冲动式汽轮机级漏汽示意图1.隔板漏汽损失产生原因：在隔板前后存在压差，又有隔板间隙。就必然有一部分蒸汽通过隔板间隙流到级后。这部分蒸汽不作功。漏汽不是从喷嘴中以正确方向流入动叶通道，它不但不做功，反而要干扰主流。减小措施：在隔板与转轴处采用梳齿型汽封。在动叶根部设置轴向汽封，减少漏汽进入动叶。在叶轮上开平衡孔：让隔板漏汽从平衡孔漏出，而不干扰主流。图9-26隔板汽封与平衡孔示意图1.隔板漏汽损失图9-27隔板汽封结构图2.叶顶漏汽损失产生原因：动叶前后有压力差。必然有一部分蒸汽不通过动叶通道而从叶顶间隙漏到级后。这部分蒸汽也不作功，形成了叶顶损失。减小措施：可在围带上安装径向汽封和轴向汽封。对无围带的动叶片，可将动叶顶部削薄以达到汽封的作用。尽量设法减少扭叶片顶部的反动度。图9-26隔板汽封、叶顶汽封与平衡孔示意图五、蒸汽含水损失定义：蒸汽由于含水引起的做功能力的损失。用Δhx表示。产生原因：挟带损失：湿蒸汽在膨胀过程中析出水滴，在汽水两相流动中，低速的水滴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。制动损失：水滴的速度小于汽相的速度，偏离动叶入口方向的水滴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。扰流损失：水滴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。工质损失：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，减少汽流的做功能力。五、蒸汽含水损失蒸汽含水对汽轮机安全的影响：引起动叶片的冲蚀损坏。冲蚀:水滴撞击叶栅而造成叶片入口边缘损伤，称为冲蚀。冲蚀现象在动叶进汽边的背弧上部最为严重。冲蚀的危害：冲蚀的后果使叶片表面变粗糙，又进一步增大蒸汽含水损失。长期冲蚀会造成叶片损伤而引起事故。为了安全起见，一般规定汽轮机末级叶片后排汽的最大可见湿度不超过12％～15％。五、蒸汽含水损失常用的去湿措施:采用由捕水口、捕水室和疏水通道组成的级内捕水装置(图)。采用具有吸水缝的空心喷嘴(图)。采用出汽边喷射蒸汽的空心喷嘴(图)。采用锅炉再热器对蒸汽再热。五、蒸汽含水损失工作原理：水滴受离心力的作用被抛向通流部分外缘。图9-28级内捕水装置示意图五、蒸汽含水损失图9-29具有吸水缝的空心喷嘴五、蒸汽含水损失图9-30出汽边喷汽的空心喷嘴五、蒸汽含水损失常用的提高动叶本身抗冲蚀能力采取的措施:采用耐冲蚀性能强的叶片材料（如钛合金）。在叶片进汽边背弧上镶焊硬质合金。对叶片表面镀铬，局部高频淬硬，电火花强化，氮化等。六、扇形损失定义：采用等截面叶片时，叶栅沿叶高各断面的节距、圆周速度和进汽角均偏离最佳值，即平均直径处的设计值，因此引起的流动损失。用Δhθ表示。径高比：动叶平均直径db与叶片高度lb的比值。用θ表示，即径高比θ=db/lb。影响因素：扇形损失的大小与径高比的平方成反比，径高比越小，扇形损失越大。减小措施：采用扭叶片。当θ>10～12时，级应该采用等截面直叶片。等截面直叶片的设计和加工都比较容易，但存在着扇形损失。当θ<10时，级应该采用扭叶片。六、扇形损失图9-31孤立扭叶片六、扇形损失图9-31安装好的扭叶片七、级的内功率级的净功：1kg蒸汽在级内所转换的理想能量(Δh0+Hst)减去级内可能产生的各项损失，便是级内转换的净功。用符号Wsi表示,单位为kj/kg。

Wsi=Δh0+Hst-∑Δh=Hsekj/kg(9-53)Hse-蒸汽在级内的有效焓降，kj/kg。级的内功率：单位时间内通过级的蒸汽所转换的净功。用符号Psi表示，单位为kw。

Psi=QsHsekw(9-54)Qs-流过级的蒸汽流量，kg/s。八、级的内效率定义：1kg蒸汽在级内所转换的净功与所消耗的理想能量之比为级的内效率。用符号ηsi表示,单位为%。

ηsi=Hse/(Δh0+Hst)%(9-55)级的内功率可以这样表示：

Psi=Qs(Δh0+Hst)ηsikw(9-56)九、例题已知某机组纯冲动级喷嘴出口汽流速度c1=766.8m/s。喷嘴出汽角α1=20o，动叶圆周速度u=365.76m/