《船舶动力系统》课件3-2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,船 舶 动 力 系 统,第三章 船舶蒸汽轮机,汽轮机,汽轮机是用蒸汽做功的一种旋转式热力原动机,蒸汽在汽轮中把热能转换成动能，再转换成机械能,动能转换成机械能的方式不同，有不同工作原理的汽轮机,汽轮机的分类,按照基本工作原理分,冲动式：蒸汽主要在喷嘴叶栅内膨胀,反动式：蒸汽在静叶栅与动叶栅内膨胀,按照按所具的级数分,单级汽轮机 ：通流部分只有一个级,多级汽轮机 ：通流部分有两个以上的级,按用途分,电站汽轮机：用于发电,工业汽轮机：用于带动泵、压缩机泵,船用汽轮机：作为船舶的动力装置,按汽轮机进汽压力分,低压汽轮机：,1.21.5MPa,中压汽轮机：,24,MPa,次高压汽轮机：,56,MPa,高压汽轮机：,612,MPa,超高压汽轮机：,1214,MPa,按转速分,低速汽轮机：,n,3000,转,/,分,中速汽轮机：,n,3000,转,/,分,高速汽轮机：,n,3000,转,/,分,汽轮机的主要做功单元被称为级，由喷嘴（也称静叶）与动叶（也称叶片）两个部件组成,喷嘴固定在,汽缸,机壳,or,隔板上,动叶固定在,叶轮的轮缘上。叶轮与轴紧配合并用键固定,汽轮机的基本工作原理,冲动式汽轮机,冲动作用：物体,A,在运动过程中，碰到静止,or,运动速度较低的物体,B,，,A,的运动速度会改变，同时给物体,B,一个作用力，这个作用力称为冲动力,If,物体,B,在冲动力的作用下速度变化,运动物体,A,做了机械功,冲动力的大小，取决于运动物体,A,的质量和速度变化,质量越大，冲动力越大；,速度变化越大，冲动力也越大,基本工作原理,具有一定压力和温度的蒸汽流过喷嘴,4,蒸汽膨胀,，,压力,、速度,（部分热能转变正蒸汽动能）,高速,蒸汽从喷嘴,4,出，冲击叶片,3,上,带动叶轮,2+,轴,1,转动,蒸汽的热能,轴转动的机械能,最简单的冲动式汽轮机简图,1,轴；,2.,叶轮,3,动叶片；,4,.,喷嘴,一列喷嘴（静叶栅）和与之对应的一列叶片（动叶栅）共同组成汽轮机的基本做功单元，称为级,只有一级的汽轮机叫做单级汽轮机,蒸汽流过喷嘴时，蒸汽膨胀，压力由,p,0,降至,p,1,，流速,c,0,由增至,c,1,，,蒸汽热能转换成动能,蒸汽进入工作叶片流道，给叶片,作用力，使叶轮和轴转动并输出机械功，蒸汽动能转换成叶轮的机械能,蒸汽在动叶栅中只改变流动方向、压力保持不变，由于对外做功，流出叶片时速度降至,c,2,单级冲动式汽轮机,汽轮机的整个工作过程可以分为两段：,在喷嘴中蒸汽的热能转变为动能。在此过程中蒸汽膨胀、压力降低、比容增大、速度增加,在叶片流道中蒸汽的动能转变为机械能，蒸汽的速度降低,在单级汽轮机中，,if,喷嘴中比焓降较大，喷嘴出口的蒸汽速度很高，蒸汽离开动叶栅的速度,c,2,仍很大,损失产生很大，降低了汽轮机的经济性,为保证经济性，单级冲动式汽轮机的功率一般较小，在船上只用于带动小型水泵、鼓风机等设备,为有效利用较大的焓降，提高效率,多列速度级汽轮机,在第一列动叶栅后安装一列导向叶栅,7,，蒸汽在导向叶栅内改变流动方向,进入装在同一叶轮上的第二列动叶栅,6,中继续作功,第一列动叶栅流出的汽流所具有的动能,在第二列动叶栅中加以利用,动能损失减小,如果流出第二列动叶的汽流还具有较大的动能，还可以再装第二列导向叶栅和第三列动叶栅,蒸汽在动叶栅中和导向叶栅中都不发生膨胀,第二列动叶栅后的压力等于喷嘴后的压力,将蒸汽在喷嘴中膨胀产生的动能分几次在动叶栅中利用的级，称为,速度级,通常把蒸汽动能在两列动叶栅中加以利用的级称为二列速度级,在三列动叶栅中加以利用的级称为三列速度级,速度分级的汽轮机与单级冲动式汽轮机比较,性能稍优,结构简单，尺寸小,应用：作为独立原动机做成小功率汽轮机，还可用于多级汽轮机的第一级,船舶上，带动辅机，,or,作倒车汽轮机,多级冲动式汽轮机,由若干个冲动级依次串联而成的多级汽轮机,多级汽轮机的功率是各级功率之和，因此多级汽轮机的功率可以按需要做得很大,具有三个冲动级,整个汽轮机的比焓降分别由三个冲动级加以利用,流经各级后的蒸汽压力逐渐降低，比容逐渐增大,蒸汽的体积流量逐渐增大,为,使蒸汽顺利流过，汽轮机的通流面积逐渐增加,喷嘴、动叶的高度、级的直径都逐渐增大,初始压力到背压的压力降在若干级中完成,每级中的压力降和焓降不大,每级均可设计在最佳速度比附近工作,级效率高,多级汽轮机前一级的余波可被后一级不同程度地加以利用，所以全机效率得以提高,多级汽轮机总体比,焓降可以很大，进气参数大,输出功率大,单位功率造价、单位功率占地面积、单位材料消耗量，随着机组容量增大而大大减小,反动式汽轮机,反动力：反作用力。牛顿第二定律可知，一个物体对另一个物体施加作用力时，也受到与作用力大小相等、方向相反的反作用力,反动式汽轮机：,蒸汽不仅在喷嘴中产生膨胀，压力降低速度增加，高速气流对动叶产生冲动力，而且在流经动叶片时产生很大的膨胀，在动叶片中加速流出，对动叶片产生一反作用力，推动叶片旋转做功,蒸汽在喷嘴膨胀，压力由,p,0,降至,p,1,，速度由,c,0,增至,c,1,，对动叶产生冲动力；,蒸汽在动叶栅中也膨胀，压力由,p,1,降至,p,2,，速度由动叶进口相对速度,w,1,增至动叶出口相对速度,w,2,对动叶产生反动力,冲动力,+,反动力共同作用,静叶直接装在气缸上，动叶片直接装在轮鼓上，动叶片和静叶片的断面形状基本相同,平衡力,反动式汽轮机每一级动叶前后也都存在压力差，则整个转子会产生很大的轴向推力（向右）,为减小轴向推力，反动式汽轮机在转子前部装设平衡活塞来抵消轴向推力,活塞前的空间用联通管和排汽管联通，使活塞上产生一个向左的轴向推力平衡转子轴向推力,反动级的最佳速比,u/c1,是同等条件下冲动级最佳速比的两倍,相同轮周速度时，反动式汽轮机的每级焓降,=,冲动式汽轮机每级焓降*,0.5,当蒸汽的总焓降相等时，反动式汽轮机级数将,=,冲动式汽轮机级数*,2,由于反动式汽轮机直径较小,实际级数更多,由于反动式汽轮机级数太多、制造工艺要求较高、造价昂贵、漏汽损失严重,纯反动式汽轮机已不再生产,现代大、中型汽轮机几乎全做成冲动式的基本结构,第一级是冲动级（,or,速度级），以消耗较大焓降，减少总级数,其余各级动叶带有一定的反动度的冲动级，且反动度逐级增大 ，以减小喷嘴损失和动叶损失,反动度：表明蒸汽在动叶中的膨胀程度,=,动叶内理想比焓降,/,级内理想比焓降,级的分类（按不同的反动度分）,纯冲动级：反动度,=0,，级内蒸汽只在喷嘴中发生膨胀，在动叶中不膨胀，只改变流动方向,典型反动级：反动度,=0.5,。蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度近似相等，各占,50%,。结构特点，喷嘴与动叶形状相近，流道尺寸小,带反动度的冲动级，反动度,=0.05-0.3,，广泛用于冲动式汽轮机中，高压级,小，低压级,大,反动级：反动度,=0.4- 0.6,