第8章船舶汽轮机和燃气轮机..doc

第章汽轮机燃气轮机涡轮 图8-1涡轮机三种型式 研究船用涡轮机的热力设计和工作特性，它的主要理论依据是热力学和气体动力学。所运用的基本定律是质量守恒定律、动力学定律、能量守恒定律等基本定律，这些定律与气体的特定性质无关，适用于任何气体，是揭示涡轮机中工质流动及其能量转换的基本方程。具体的研究包括： 1）阐述涡轮机中能量转换以及工质流动所遵循的基本规律； 2) 分析通流部分中的能量损失以及各种气动热力参数、几何参数对效率的影响； 3) 气动热力设计和试验研究的理论和方法； 4）分析非设计工况的工作特性。 但是，涡轮机通流部分中气体的运动是一种性质极为复杂的，同时又伴随能量传递和热交换的高温可压缩粘性气体的，三元不定常的流动过程。在实际工程设计计算和试验研究中，通常假定气体在涡轮机中的流动，包括在静叶片内的绝对运动和动叶片内的相对运动，都是定常流动，在附面层外的主流区可以忽略粘性力的，与外界绝热的，轴对称流动。在流道横截面变化不大，流线曲率甚小的涡轮短叶片中，气体的运动常常采用一元流动近似。实践证明，以上的近似和简化对于涡轮机中的气体流动的计算，基本上能获得足够的精确度。 涡轮机一般由一列固定于静子上的静叶片和—列装在转子上与转子一起转动的动叶片所组成的级串联起来，加上进、排气装置组成。因此涡轮级是将高温高压的工质所具有的热能转换为机械功的基本单元。涡轮机是由若干个工作条件和结构相类似的独立的涡轮级依次排列而沟成，涡轮机的工作以级的工作为基础，进而形成整个涡轮机的工作原理。所以，人们总是在研究涡轮级的工作原理的基础上进而讨论整个涡轮机的工作原理。 8.1.1涡轮级的 图8-2涡轮级的纵剖面图 图8-3涡轮级中流体参数的变化 气体通过静叶栅时，从压力P。膨胀到P1,伴随有—定的加速(C1C0)。动叶栅以转速n运动。其进、出口圆周速度为u,分别用u1、u2表示。相对速度为W1的气流通过动叶栅时，从压力p1膨胀到p2，同时对外输出机械功。其出口相对速度为W2，绝对速度为C2。通常希望绝对速度C2接近轴线方向Z，即绝对出口气流角接接近90°，以减小绝对出口速度C2相应的动能／2。 2.速度三角形 涡轮级中气流速度大小及其方向的变化，或者说是动量的变化，可以清楚地用图8-5所示的速度三角形来表示。除了反映涡轮级中气流的运动情况以外，速度三角形还大致给出了叶栅的形状以及叶栅和涡轮级的某些重要特征，因而也就规定了涡轮级工作过程的特点。各级以及某一级沿叶高各个截面上速度三角形的选择和确定是涡轮机气动设计的重要内容。各 图8-5 涡轮级速度三角形 级动叶栅前后的绝对速度为相对速度和牵连速度的矢量和： （8-1） 式中： （m/s） 其中n是转子转动的转速(转／分)，di是动叶栅前或后的某一直径(米)，ui是与di相应的圆周速度(米／秒)。式(8-1)指出三个速度矢量组成封闭的三角形，称为速度三角形。气流角如图8-5所示。气体在静叶栅中膨胀，以绝对速度C1喷离静叶栅，与叶轮旋转平面的夹角为，此为静叶出口气流方向角，气流角度见图8-5所示。当气体进入动叶栅时，由于动叶栅是以圆周速度为u在转动，当以旋转叶轮为参照物时，进入动叶栅的气体速度就不是C1,而是气体与动叶栅的相对速度。与叶轮旋转的夹角为，为动叶进口气流的方向角。由三角形的余弦定理、正弦定理可以得到速度与气流角之间的相互关系。动叶进口气流的相对速度及其方向角为： （8-2） （8-3） 同理，可得动叶出口气流的绝对速度及其方向角为： （8-4） （8-5） 8.1.2涡轮机图为小型单级汽轮机的简图，其主要零件包括喷嘴和装在上的动叶（图a）。流过喷嘴和动叶流道（图b）。喷嘴膨胀，压力降低，速度增将所含能转换成动能。然后高速流动的再动叶流道，压力继续再降低，并在动叶上产生作用力，推动转动蒸汽的动能转换成主轴输出的机械功。单级汽轮机的简图 图8-7 反动式涡轮机 1静叶，2汽缸，3动叶，4转子 8.2 船舶汽轮机现代汽轮机的结构较复杂，往往由若干级组成，每一级包括一列静叶（或喷嘴）和一列动叶。 图8-8 船舶主汽轮机机组 1-高压汽轮机 2-低压汽轮机 3-冷凝器 4 -齿轮减速器 5-主推力轴承 6-支承轴承 8.2.1船舶汽轮机分类汽轮机种类很多，并有不同的分类方法。按结构形式分