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模块十四汽轮机基本知识
子模块一、热力循环原理
1.1工作过程
最简单的水蒸气动力循环装置由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵组成,如图a所示。其工作过程如下:水在锅炉和过热器中吸热,由饱和水变为过热蒸汽;过热蒸汽进入汽轮机中膨胀,对外作功;在汽轮机出口,工质为低压湿蒸汽状态(称为乏汽),此乏汽进入冷凝器向冷却水放热,凝结为饱和水(称为凝结水);水泵消耗外功,将凝结水升压并送回锅炉,完成动力循环。图b、c、d表示上述理想的简单蒸汽动力循环,称为朗肯循环:
1.2 循环分析
汽轮机中的膨胀过程1-2:可逆绝热过程,即定熵过程。应用开口系能量方程,过程中工质对外作功为 ;
冷凝器中的放热过程2-3:定压放热过程。过程中工质放热为 ;
水泵中的压缩过程3-4:定熵过程。过程中工质接受外功为 ;
锅炉中的吸热过程4-1:定压吸热过程。过程中工质吸热为 。
朗肯循环的热效率为
??????
功比 是反映动力循环经济性的另一指标,其定义是循环的净输出功量与汽轮机作功量之比值。朗肯循环的功比为
???????????????
由于水的不可压缩性(压缩过程中体积变化很小),故泵功常可按下式近似计算:
???????????????????????????????? ??????????????????????
水泵耗功远小于汽轮机作功(在T-s图和h-s图上点3和点4几乎重合,图上是夸大了的画法),因此在近似计算中又常可忽略泵功wP不计,此时循环热效率为
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评价蒸汽动力装置的另一个重要指标是汽耗率,其定义是装置每输出1kW?h(等于3 600 kJ)功量所耗费的蒸汽量,用d表示:
???????????????kg/(kW?h)???????????????????????????????
式中,循环净功量w的单位是kJ/kg;汽耗率d 的单位为kg/(kw·h)。
如果考虑汽轮机内的摩擦,即蒸汽在汽轮机中如图11-4所示由状态1不可逆绝热膨胀至状态2’,则汽轮机的实际作功量 将小于无摩擦时的理想作功量 ,即
常用汽轮机相对内效率 来表示汽轮机内膨胀过程的理想程度,其定义为
?????????????????????????????????????????? ???????????????????????????????
的数值一般在85~95%之间。
考虑汽轮机内摩擦时的简单蒸汽动力循环
应当指出,朗肯循环是最基本的蒸汽动力循环,它的结构简单而热效率较低,但是,现代大、中型蒸汽动力装置中所实际采用的较复杂的蒸汽动力循环,都是在其基础上加以改进后得到的。
子模块二、汽轮机基本概念
2.1汽轮机的基本概念
汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式原动机。蒸汽的热能转变为汽轮机转子旋转的机械功需要经过两次能量转换,即:蒸汽流过汽轮机喷嘴时,将热能转换成蒸汽高速流动的动能;高速汽流流过工作叶片时,将蒸汽动能转换成汽轮机转子旋转的机械功。这就是汽轮机能作功的原理。
2.2 汽轮机的分类
2.2.1按热力过程特性分类? 凝汽式汽轮机进入汽轮机的蒸汽,除很少一部分泄漏外,全部排入凝汽器,这种汽轮机称为纯凝汽式汽轮机。在现代汽轮机中,多数采用回热循环。此时,进入汽轮机的蒸汽,除大部分排入凝汽器外,尚有少部分蒸汽从汽轮机中分批抽出,用来回热加热锅炉给水。这种汽轮机称为有回热抽汽的凝汽式汽轮机,简称凝汽式汽轮机。? 背压式汽轮机排汽压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机。其排汽可供工业或采暖使用,当其排汽作为中、低压汽轮机的进汽时,称为前置式汽轮机调节抽汽式汽轮机在这种汽轮机中,部分蒸汽在一种或两种给定压力下抽出对外供热,其余蒸汽作功后仍排入凝汽器。由于用户对供汽压力和供热量有一定要求,需对抽汽压力进行调节(用于回热抽汽的压力无需调节)。因而汽轮机装备有抽汽压力调节机构,以维持抽汽压力恒定。?中间再热式汽轮机新蒸汽经汽轮机前几级作功后,全部引至加热装置再次加热到某一温度,然后再回到汽轮机继续作功。这种汽轮机称为中间再热式汽轮机按新蒸汽压力分 低压汽轮机 新蒸汽压力为1.2?MPa?~2MPa; 中压汽轮机 新蒸汽压力为2.1?MPa?~8MPa; 汽轮机 新蒸汽压力为8.1?MPa?~12.5MPa; 超高压汽轮机?新蒸汽压力为12.6?MPa?~15.1MPa; 亚临界汽轮机?新蒸汽压力为15.1?MPa?~22MPa; 超临界汽轮机?新蒸汽压力为22.12MPa以上。超临界汽轮机?新蒸汽压力为MPa以上。 锅炉的新蒸汽的压力大于临界压力(22.064MPa)小于25MPa的锅炉称为超临界锅炉,配套的汽轮机称为超临界汽轮机????锅炉的新蒸汽的压力介于25~31MPa的锅炉
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