第三章涡轮机及喷气发动机ppt课件

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,*,第三章 涡轮机及喷气发动机,3-1,概述,涡轮机：蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机等旋转式叶片机械；,喷气式发动机：燃气轮机作为飞机的动力,1,特点,连续工作的旋转式机械；,工质的热能首先转换为其动能，然后在转换为机械能。,内燃机：直接,QW,；,第三章 涡轮机及喷气发动机 3-1 概述,所以，,1,）功率大：连续回转，大大提高进入的工质量；,2,）高速性：叶片的旋转速度与单位时间进入的工质量有关，所以，叶片速度与工质的流动速度呈正比；,3,）经济性高：热力循环的热效率与循环初始参数有关，,一般蒸汽机初压为：,160245bar,；初温：,560570,。,故用途广,所以，1）功率大：连续回转，大大提高进入的工质量；,2,用途,1,）蒸汽轮机：工质为蒸汽，将蒸汽的热能转换为机械能；,用途：,（,1,）中心电站、热电站、核电站的主要动力机,（,2,）给鼓风机、水泵、压缩机提供驱动动力,（,3,）化工、冶金、轻工等生产领域，作为动力源而广泛应用；,（,4,）蒸汽轮机的排汽，用于生产或生活的供热取暖,2用途,2,）燃气轮机：工质为燃气，将燃气的热能转换为机械能。,用途：,（,1,）地面机械,发电、船舶、机车等的动力源,（,2,）航空用飞机的动力,（,3,）涡轮喷气式发动机,用于高速飞机。因其喷射速度大。,2）燃气轮机：工质为燃气，将燃气的热能转换为机械能。,3,燃气轮机与蒸汽机的比较,缺点：单机容量小；效率低；,优点：设备简单、轻便；,用水量少；,便于自动控制、起动快,4,发展规模,美国：,1950,年，每台蒸汽机平均容量为,4MW,；,1962,年，为,13.5MW,；,1972,年，为,52MW,。,3燃气轮机与蒸汽机的比较,前苏联：,1960,初，仅有,5,台,16MW,的蒸汽机；,1970,年底，,15MW,以上的蒸汽机，达,235,台，其中，,30MW,的机组,69,台。,我国：,1955,年制造第一台蒸汽机，,6000,千瓦，,到,70,年代末，已生产,1.2,万千瓦、,2.5,万千瓦、,5MW,、,10MW,、,20MW,的蒸汽机。,目前运行中的最大机组容量为,1300MW,。,前苏联：1960初，仅有5台16MW的蒸汽机；,发展机组容量的原因：,1,）减小电站单位容量的造价；相对,20MW,机组电站单位造价，,50MW,机组电站的单位造价可降低,15%,；,100MW,的电站单位造价可降低,25%,；,2,）提高机组的效率,减小新建电站数目，加快电站建设速度。,发展机组容量的原因：,二、构造与分类,1,蒸汽轮机,简称汽轮机，工质为水蒸气，旋转式叶片机械；,1,）结构特点,由静子和转子两大部分组成；,静子：包括汽缸、隔板,3,、静叶栅,1,、,进排汽部分、端汽封以及轴承、,轴承座等；,转子：主轴,5,、叶轮,4,、动叶片,2,、,联轴器等。,二、构造与分类1蒸汽轮机,汽轮机的级：一列静叶栅和一列动叶栅构成汽轮机的级。,单级汽轮机：指只有一个级的汽轮机；,多级汽轮机：有若干级的汽轮机,由,一列静叶栅和一列动叶栅,组成基本的工作单元；,静叶栅：由若干喷管组成，各,喷管流通截面变化；,动叶栅：与叶轮安装为一体的,叶片组。,汽轮机的级：一列静叶栅和一列动叶栅构成汽轮机的级。由一列静叶,2,）基本工作原理,产生,过热,蒸汽：锅炉,送往喷管，,喷管截面变化，蒸汽的热能转变为动能,高速喷出,；射入动叶栅叶片的通道，推动叶轮旋转，对外作功。,能量转换：热能工质的动能叶轮的机械能,锅炉,一定,p,T,过热蒸汽,2）基本工作原理锅炉一定p,T过热蒸汽,分类的方法,4,种：,按工作原理,：冲动式,蒸汽仅在喷嘴中膨胀；,反动式,蒸汽在喷嘴和动叶栅中膨胀,按热力特性：,凝气式,排汽在真空状态下进入冷凝器结成水；,背压式,排汽压力大于大气压，排汽供热使用 抽汽式,调整抽汽供热用；,抽汽背压式,具有调整抽汽的背压式；,乏汽式,用其他设备的副产蒸汽作为工质；,3,）分类,分类的方法4种：3）分类,按气流方向：轴流式,蒸汽轴向流动；,径流式,蒸汽径向流动；,周流式,蒸汽周向流动；,按气流方向：轴流式蒸汽轴向流动；,按用途：电站用,工业用动力源,船用,2,燃气轮机,1,）结构特点,主要由进气道、压气机、燃烧室以及燃气涡轮等组成。,燃气涡轮：压气机,+,燃烧室,+,燃气涡轮,=,燃气发生器,按用途：电站用,第三章涡轮机及喷气发动机ppt课件,2,）工作原理,工质来源：燃气内部的燃烧产物,空气连续不断地吸入压气机，在压气机中被压缩增压后，进入燃烧室中与喷入的油混合燃烧成高温高压燃气，再进入透平中膨胀作功。,膨胀功,=,压气机压缩所消耗的功,+,对外输出功,（作为动力）,2）工作原理工质来源：燃气内部的燃烧产物,3,）分类,按用途分两大类：,作为地面机械用动力的,地面燃气轮机；主要产生,轴功,图,3-3b),飞机用动力的,航空燃气轮机；主要产生,推力和拉力,图,3-3a),。,3）分类按用途分两大类：,地面燃气轮机：要求提供轴功率，所以需要动力透平,;,单轴式,动力透平和燃气透平固定在同一根轴上；,分轴式,动力透平具有单独的旋转轴：,优点：燃气发生器转子和动力透平可有不同转速，使各部分具有较高的工作效率和较宽的运行范围。,地面燃气轮机：要求提供轴功率，所以需要动力透平;,航空燃气轮机分类：根据用燃气发生器的可用功产生推力的方法不同分为：,涡轮喷气发动机；,涡轮风扇发动机；,涡轮螺旋桨发动机；,涡轮轴发动机（直升飞机）,航空燃气轮机的共同要求：重量轻；用油少；工作可靠。,航空燃气轮机分类：根据用燃气发生器的可用功产生推力的方法不同,第二节 热力涡轮机级的基本理论,热力涡轮机,=,汽轮机,+,燃气轮机,一、透平级的概念,1,级的定义：一列静叶和一列动叶组成的最基本的工作单元，称为透平级。是透平机械能量转换的单元。,2,级内能量转换原理：,喷嘴：工质在喷嘴中膨胀使其温度、压力下降速度增加将热能转换为动能，获得高速汽流；,第二节 热力涡轮机级的基本理论 热力涡轮机=汽轮机+燃气轮机,动叶：喷嘴出口以很高的汽流喷入动叶，,经动叶汽道（叶片）改变流动方向，,此时，流体转向时，对动叶产生作用力，,其圆周分力推动叶轮旋转，对外输出机械功；,而动叶对汽流的反作用，使汽流转向。,由此完成动能机械能,动叶：喷嘴出口以很高的汽流喷入动叶，,3,反动度,：,当汽流在动叶汽道中不膨胀加速，只改变流动方向时，汽流对汽道产生的作用力（离心力），称为，,冲动力,；,当汽流在汽道内改变方向的同时，进行膨胀加速时，则加速的汽流流出流道时，对动叶栅产生与汽流流出方向相反的反作用力，此力称为,反动力,。,3反动度：,第三章涡轮机及喷气发动机ppt课件,表示动叶汽道内的汽流膨胀程度；,定义：,：动叶汽道内膨胀时,的理想焓降；,：整个级的滞止理想,焓降；,：喷嘴中的滞止理想,焓降。（对喷嘴进出口）。,表示动叶汽道内的汽流膨胀程度；,4,级的分类,按蒸汽在级内膨胀程度分为冲动级和反动级。,1,）冲动级,a,）纯冲动级：的级,特点：汽流只在喷嘴中膨胀。动叶栅中不膨胀，只改变流动方向；,动叶栅进出口压力相等,p1=p2,，,作功能力大，效率低,b,）带反动度的冲动级：，应用广泛。,特点：蒸汽大部分在喷嘴中膨胀,兼备冲动级作功能力大和反动级效率高的特点。,4级的分类按蒸汽在级内膨胀程度分为冲动级和反动级。,c,）复速级：由一列,静叶栅,，两列,动叶栅,，一列固定,导向叶栅,组成。,导向叶栅在两列动叶栅之间，将前一列动叶栅出口的汽流方向改变为第二列动叶栅的进汽方向，使工质继续作功；以充分利用工质的能量。,为提高复速级的效率，可采用一定的反动度。,c）复速级：由一列静叶栅，两列动叶栅，一列固定导向叶栅组成。,2,）反动级：的级。,特点：蒸汽的膨胀一半在喷嘴叶栅中进行。另一半在动叶栅中进行；,，；,效率比冲动级高，但作功能力较小。,2）反动级：的级。,二、级内的工作过程,（一）基本方程,汽轮机级的热力计算，可用可压缩流体一维流动方程。即,1,状态方程：当蒸汽处于过热状态，远离饱和线时，,对过热蒸汽状态：也可以表示为,当蒸汽从过热区膨胀过渡到湿蒸汽区时，采用水蒸气表或,hs,图；,二、级内的工作过程（一）基本方程,对等熵过程,：,过热蒸汽：,湿蒸汽：,x,：膨胀初期蒸汽干度；,空气：；燃气：,对等熵过程：,2,连续方程,稳定流动连续方程：（稳定工况）流量,q,m,一定，,即,微分形式：,表示一维流动时密度、速度、截面积之间的变化规律。,2连续方程稳定流动连续方程：（稳定工况）流量qm一定，,3,。能量方程,热一定律的应用，对稳定流动，忽略势能时，,对蒸汽进、出口状态，有能量转换关系,：,对静叶栅，绝热，不作功，所以,即沿流线总焓不变。,3。能量方程 热一定律的应用，对稳定流动，忽略势能时，,4,运动方程,表示速度与压力变化关系。,对一维等熵流动，由能量方程和热一定律,能量：,热一律（可逆）：有,由绝热条件：，代入后，积分得,4运动方程 表示速度与压力变化关系。,意义：已知进口截面状态参数，及出口截面背压，可求得出口截面汽流的理想速度。,（二）工质在喷嘴中的膨胀过程,1.,喷嘴中的汽流速度,1,）喷嘴出口处的汽流理想速度,喷嘴入口处蒸汽的状态：；喷嘴内等熵膨胀，则喷嘴出口处汽流理想速度为，由能量方程,：喷嘴的理想焓降。用滞止焓表示时：,意义：已知进口截面状态参数，及出口截面背压，可求得出口截面汽,2,）喷嘴出口的汽流实际速度,一般蒸汽有粘性，所以实际速度 ，即流动中有损失。,损失程度常用,速度系数,j,表示，即：,速度系数,j,与动能损失 之间的关系：,流动过程绝热，故损失的动能,热能加热蒸汽本身，使蒸汽出口实际比焓大于理想比焓。熵增加。,2）喷嘴出口的汽流实际速度,3),影响,j,的因数：,喷嘴高度、叶型、汽道形状、表面粗糙度、前后压力等。喷嘴高度影响最大，,一般取,l,0,75mm,时，,3)影响j的因数：,2,蒸汽在喷嘴斜切部分中的膨胀,由喷嘴结构特点和流动特点，在喷嘴出口处形成汽流斜切部分，直接,影响出口速度及方向,；即影响汽流进入动叶特性。,偏角,2蒸汽在喷嘴斜切部分中的膨胀由喷嘴结构特点和流动特点，在喷,当出口截面上的,压力比 临界压比,时：,喷嘴喉部断面,AB,上的,流速声速,；,此时出口断面无膨胀波，喷嘴出汽角,1,为：,当喷嘴出口断面上的,压力比,AD,面合力；使汽流绕,A,点偏转一个角度,。,斜切部形成以A点为中心的膨胀波区，通过A点射出等压线；,当已知喷嘴压力比 、蒸汽等熵指数,k,、喷嘴出汽角,1,，则由,计算求得偏转角,1,当已知喷嘴压力比 、蒸汽等熵指数k、喷嘴出汽角1,（三）工质在动叶栅中的流动和速度三角形,1,速度三角形,动叶栅的圆周速度：,;,d,m,:,平均直径；,汽流对动叶栅的相对速度：,w,1,进入动叶栅的汽流绝对速度：,c,1,则,此矢量关系用图表示，,就是速度三角形,:,c,u,w,（三）工质在动叶栅中的流动和速度三角形1速度三角形cuw,2,实际动叶栅相对速度,动叶栅实际入口相对三个速度：,动叶栅进汽角：,同理，由动叶栅实际出口速度三角形：,出口绝对速度：,出汽角：,叶栅出口角：,2实际动叶栅相对速度,第三章涡轮机及喷气发动机ppt课件,3,动叶栅出口汽流理想速度,动叶栅出口汽流理想速度：不考虑动叶损失时，,由于动叶栅内部流动损失，,一般，；,即,动叶栅速度损失系数,3动叶栅出口汽流理想速度动叶栅出口汽流理想速度：不考虑动叶,4,动叶栅速度系数与能量损失之间的关系,主要与叶型、反动度、表面粗糙度有关。,一般取,=0.850.95,。,4动叶栅速度系数与能量损失之间的关系,