第一章 第二节 汽轮机级的工作原理.ppt

简化与假设 蒸汽在汽轮机中的运动是非常复杂 蒸汽有黏性，运动时，密度发生变化，所以，汽轮机中的工质是黏性、可压缩流体。蒸汽在静叶栅和动叶栅流道中作三元非定常流动，也就是说：流道内任何一点的参数（压力、温度、速度、密度等），不仅是空间的函数，而且是时间的函数。 虽然，叶栅通道内蒸汽的流动是黏性可压缩流体在弯曲通道内的三元不稳定流动，流动情况非常复杂。但是为了揭示流动的内在规律，通常对蒸汽的流动做以下假设，并将其简化到一元情况下进行分析。 简化假设 蒸汽在级内的流动是定常流动（稳定），即任何一点蒸汽参数不随时间的变化。在稳定工况下运行（功率和蒸汽参数变化不大时），可近似认为是定常的； 蒸汽在级内流动是一元的，即在叶栅中气流参数只是沿流动方向变化，而在其垂直截面上是不变的。 蒸汽在级内流动过程是绝热的。即认为级内蒸汽与外界无热交换，由于蒸汽流过叶栅的时间极短，且叶栅一般是成组布置的，各个叶片中蒸汽参数相同，彼此之间没有热交换是可以实现的，这一条件在汽轮机稳定运行时是满足的； 工质为理想气体，这样可以使用理想气体状态方程，在提出实际实用计算公式时，再考虑蒸汽黏性的影响。 －－－简化的流动模型是一元稳定等比熵流流动的模型。 1、连续方程 在稳定流动的情况下，每单位时间流过流管任一截面的蒸汽流量不变，用公式表示为 能量方程 对于稳定绝热流动，汽流进入系统的能量必须等于离开系统的能量。若在流动系统中忽略摩擦力做功和势能等因素，则系统的能量方程式可以写为， 状态方程 在对水蒸汽进行分析计算时，可以近似的使用理想气体状态方程， p/ρ=RT＝pv p－气体绝对压力，Pa ρ－气体密度，kg/m3 R－蒸汽气体常数，R＝461.76J/(kg·K) T－热力学温度，K 在进行热力计算时，也可以近似地把蒸汽看作理想气体，则其状态方程，如蒸汽等等熵过程方程式可写成， 式中，k为绝热指数，他随气体常数尺值的变化而变化。对于过热蒸汽，k=1.3；对于湿蒸汽，k＝1.035＋0.1x(其中，x是膨胀过程初态的蒸汽干度。 多变过程 一、蒸气在喷嘴中的流动过程 （一）气流参数与喷嘴形状的关系 蒸汽在喷管中流动时，流速变化、状态变化和截面积变化的关系，可以从等熵流动的基本方程组中求得。 喷管截面的变化dA不仅决定于压力的变化dp，而且决定于所要得到的速度Ma，当蒸汽在喷管内膨胀时，须满足dp0的力学条件和以下的几何条件: (1)亚音速流动（Ma1），渐缩喷管 (2)超音速流动（Ma1），渐扩喷管 (3)临界截面(Ma=1)，喉部截面 (4)从亚音速到超音速，缩放喷管。 喷管中汽流的临界状态 (二)喷嘴出口的汽流速度 喷嘴的作用是让蒸汽在其通道中流动时得到膨胀加速，将热转变为动能。在焓熵图上，0－1t过程是无损失的理想过程，0－1过程是实际过程。即1t点是喷嘴理想出口状态点，1点为喷嘴出口实际状态点。利用一元流动无损失状态方程 和理想气体等熵过程方程 得到喷嘴出口理想速度： 则， 1、蒸汽在喷管斜切部分的膨胀特点 2、汽流偏转角的近似计算 3、斜切部分的膨胀极限与极限压力 蒸汽在喷管的斜切部分的膨胀是有限度的，其所能膨胀到的最低压力称为极限压力，对应的压比称为极限压比。 若喷管后的压比小于极限压比，则斜切部分出口截面处的压力始终维持在极限压力，并引起汽流在出口外膨胀，造成附加的能量损失。 二、蒸汽在动叶栅中的流动过程 动叶出口的汽流相对速度 动叶出口理想汽流速度 实际速度 动叶速度系数ψ查图 动叶流量 动叶流量系数 1、蒸汽对动叶上的作用力 从喷管出来的高速汽流进入动叶通道后，对动叶产生冲动力和反动力，二者之和为蒸汽对动叶片的作用力Fb。 Fb分解为圆周速度方向上的周向力Fu和沿汽轮机轴线方向上的轴向力Fz。 汽流在圆周方向上的动量方程为 2、轮周功率 汽轮机中，只有作用在叶片旋转的轮周方向的蒸汽作用力Fu才能做功，而轴向力Fz不做功。轮周功率：单位时间内周向力Fu在动叶上所做的功。 比功：G=1kg/s时，蒸汽所做的有效功。 轮周功率与动叶的进出口角有关。冲动级进、出汽角值均较小，所以做功能力较大;反动级动叶片进出口角较冲动级大，所以做功能力较小。 3、级的热力过程线 速度系数ψ与反动度Ωm和汽流相对速度w2t关系曲线。 动叶损失 Δhn Δhn* 0* 0 1 p0 t0 1t p1 P0* δhn Δhb Δhb* 1* 1 2 p1 t1 2t p2 P1* δhb 喷嘴 动叶 出口理想速度： 出口理想速度： 速度系数：