级轮周效率与速比复件课件

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,*,*,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,*,*,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,*,*,三、级的轮周功率和轮周效率,本 节 要 点,轮周功率,轮周效率,轮周效率与速比的关系,必须清楚的小知识,动叶栅发出的轮周功体现了全级的能量转换过程，衡量这个能量转换过程完善程度的指标是轮周效率。,减小轮周损失，提高轮周效率，是提高级乃至汽轮机整体效益的基础。,F,u,F,z,F,b,一、蒸汽作用在动叶栅的力和轮周功率,1.,蒸汽作用在动叶栅的力：,设 时间内流过动叶的蒸汽量为 ，动量变化为：,绝对坐标系：切向,轴向,相对坐标系：切向,轴向,作用在动叶上的汽流力,产生旋转机械功的切向力,不产生机械功的轴向力,汽流对动叶的作用力,Fu,（轮周力、周向力）,由动量定理求得,用速度三角形关系进行计算,圆周方向气流对,动叶的作用力,F,u,轴向,作用在动叶上的轴向力应是汽流轴向力和压差力的总和,设动叶压差作用有效面积为,Az,，则总的轴向力,轴向力使汽轮机转子轴向产生移动，故采用轴向推力轴承对转子作轴向定位。为减少推力轴承载荷，采用合理的汽缸布置或设置轴向力平衡装置。,说明：圆周向力,F,u,与汽轮机旋转方向一致，推动叶片作功，,轴向力,F,z,不作功，产生轴向推力。,2.,轮周功率,P,u,：,kW,kJ/kg,单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所作出的机械功称为轮周功率,.,1kg,蒸汽产生的轮周功,Wu,等于级的轮周有效比焓降,hu.,利用速度三角形的关系 ，得,轮周功的意义,：,由喷嘴带进动叶的蒸汽动,能 与动叶内热能转换的动能,之和，减去蒸汽离开动叶所带走的动能 。,对于冲动级，由于动叶转折较大，所以,1,和,2,较小，做功能力较大；而对于反动级，由于动叶转折较冲动级小，所以,1,和,2,较大，做功能力较小,二、轮周效率,u,定义,：,1kg,蒸汽所作出的轮周功,W,u,与蒸汽在该级所消耗的理想能量,E,0,之比称为级的轮周效率。,E,0,的计算,式中：,余速利用系数,0,表示本级利用上一级余速动能的份额,1,表示本级余速动能被下一级利用的份额,本级喷嘴进口的初动能,h,c0,=,0,(h,c2,),abv,(h,c2,),abv,上一级的余速动能,;,同理本级余速损失中,1,hc,2,部分是下一级喷嘴的进口初速动能，这部分能量将算到下一级，因此，如果不扣去,1,hc,2,，那么,1,hc,2,将既算在本级理想能量,E,0,内，又算在下级的,E,0,内，这就重复了。,一般地，调节级和排汽级的,为,0,抽汽级为,0.0,0.5,，,中间级为,1.0,余速利用系数,的大小将影响到下一级的滞止状态点。,轮周效率,u,计算公式的不同形式,定义式,速度式：,式中：,c,a,为级的假想理想速度，即假定级的滞止理想焓降全部在喷嘴中等比熵膨胀所获得的理想速度。,能量平衡方式,能损分析式：用来分析各种轮周损失所占比例较为方便,式中：,n,喷嘴损失系数，,n,=h,n,/E,0,b,动叶损失系数，,b,=h,b,/E,0,c2,余速损失系数，,c2,=h,c2,/E,0,结 论,以速度形式表示的,u,计算公式，一般用来分析级的轮周效率与速比之间的关系；而以损失系数表示的,u,计算公式，用来分析各种轮周损失所占比例时较为方便；在进行级的热力计算时，可用来互相校核。,轮周效率取决于三项损失系数,n,、,b,和,c2,，,在喷嘴和动叶叶型选定后，,和,就基本上确定了，影响轮周效率,u,的主要因素是余速损失系数,c2,，因此，应减少动叶出口的绝对速度,c,2,，同时提高余速利用系数。,三、轮周效率与速比的关系,级的速比,假想速比,-,即轮周速度与级假想速度之比,级假想速度,-,假想 在喷嘴中等熵膨胀时得到的出口速度,最佳速比,-,对应最高轮周效率的速比,.,即,以假想动能的形式表示整级滞止理想比焓降,最佳假想速比,-,对应最高轮周效率的假想速比,.,速比是汽轮机的重要指标，直接影响汽轮机组的轮周效率和作功能力。,1.,纯冲动级最佳速比,在纯冲动级中，,假设不利用上一级余速，本级余速也不被下一级利用，,于是,由速度三角形知,影响,u,的因素有,x,1,1,1,2,但在一般情况下，,1,1,2,的值只在很小范围内变化，所以对,u,影响最大的因素是,x,1,。,将以上关系代入，得：,越大，轮周效率越高，因此应尽量改善叶栅的气动,特性以提高速度系数,适当减小 和 也可以提高轮周效率，但过分减小 和 ，由于汽道的弯曲程度增大，流动恶化，使轮周效率降低。,叶型一经选定,便基本确定,轮周效率只随速比的变化而变化,当,x,1,=0,，,u=0,，说明叶轮不动，没有做功，故,u,=0,。,当,x,1,=cos,1,时，,u=c,1,cos,1,，此时,1,=90,=,2,，说明,w,1,和,w,2,在轮周方向的分速度为,0,，即作用在动叶栅的轮周力,为,0,，故此时也未做功，,u,=0,。,1.,纯冲动级最佳速比,当,0,x,1,cos,1,时，函数是连续的，且,u,0,；则在此区间必存,在一个速比,x,1,使轮周效率达最大，该速比即为最佳速比。,最佳速比可通过函数式求极值的方法得到,于是最佳速比,为了实用上的方便，常用,代替,对纯冲动级,通用式：,1.,纯冲动级最佳速比,几何法分析最佳速比,(x,1,),op,的物理意义,2,=90,即轴向排汽时,，余速损失最小，轮周效率最大。,一般情况下,1,=10-16,，最末几级可增大到,20,，故,(x,1,)op=0.47-0.49,c,2,c,1,w,1,=w,2,u,u,1,2,u,2,w,1,=w,2,c,2,1,c,1,u,1,c,2,c,1,w,1,=w,2,u,u,2,若,1,=10-16,，,=0.97,，则,(x,a,)op=0.456-0.476,轴向排汽，效率最高,纯冲动级轮周效率曲线,余速利用对最佳速比的影响,余速利用时，纯冲动级的轮周效率表示为：,利用速度三角形经代换得：,令：,例：当,=0.96,、,=0.90,及,1,=14,时，对 的纯冲动级，,时，,c),使速比 向增大方向移动。,a),增大了轮周效率；,b),最佳速比附近轮周效率敏感度下降，提高了适应工况变化的能力；设计时略微降低点效率可换取更大的作功能力,(,焓降,),d),使轮周效率失去了相对于最高点的基本对称性,。,反动级叶栅汽道与速度三角形,2.,反动级最佳速比,反动级的特征,对于典型反动级，喷嘴与动叶中的比焓降相等，即反动度约为,0.5,。,为了制造方便，喷嘴与动叶采用同一叶型即,1,=,2,，,=,。,反动级余速一般全部利用，即,0,=,1,=1,，在这些条件下,则有,1,=,2,，,=,c,1,=w,2,，,c,0,=w,1,=c,2,，,1,=,2,。,反动级进出口速度三角形为全等三角形,用解析法可求反动级的轮周效率与速比的关系,:,从而求得余速全部利用时,反动级的最佳速比为,:,反动级的最佳假想速比：,反动级中，喷嘴动叶焓降相等，,典型反动级最佳速比,喷嘴动叶几何相似，,速度三角形相似，当 时 最小，余速损失最小,轴向排汽，效率最高,反动级轮周效率与速比,x,1,和,x,a,的关系,1,）反动级的轮周效率在,最大值附近变化平稳，速,比变化不易引起效率明显,下降。,2,）反动级最佳速比大于,纯冲动级，在,u,相同时,比,纯冲动级作功能力小，故,级数要多。,3.,冲动级的最佳速比,冲动级的反动度一般在,0.05-0.30,之间,对于余速可被利用的的冲动级,根据速度三角形和这种级的特点,可推导出它轮周效率的表达式,:,由图可见,冲动级的最佳速比和反动度同向变化,且与余速的利用程度有关,余速利用系数越小,最佳速比随反动度而变化的程度越剧烈。,最佳速比与反动度和余速利用系数之间的关系,4.,复速,级的最佳速比,右图为复度级的速度三角形，,其上部为第一列动叶的进口、,出口速度三角形，下部则为第,二列动叶的进口、出口速度三,角形。,复速级的轮周功等于两列动叶,栅轮周功之和,:,为了分析复速级的最佳速比,特,做如下简化,:,因为复速级常单独做成,单级汽轮机或多级汽轮机的调节级,故余速利用系数,1,=0,复速级的速度三角形,复速级的轮周效率则为,为便于分析，假定复速级各列动叶和导向叶片进出汽角相等，,速度系数,典型复速级最佳速比,轴向排汽，效率最高,具有反动度的复速级的热力过程线,为提高流动效率，复速级动叶和导叶都采用少量反动度，但复速级一般作调节级是部分进汽，反动度过大会增大漏汽损失，反动度应适当。,最佳速比与级的焓降（作功能力）,由速比定义,可知，在轮周速度一定时，速比越大，级的焓降就越小。由此表明：,在大致相等轮周速度下，反动级的焓降小于冲动级。这样，反动式机组的整机级数明显多于冲动式机组。,在相同的圆周速度,u,，喷嘴速度系数和喷嘴出口汽流角的条件下，各自的最佳速比下：,最佳速比的基本特征,1.,轮周功率、轮周效率的表达式及意义？余速利用系数、理想能量及轮周效率之间的关系？,2.,速比、最佳速比、假想速比的定义？在何种情况下纯冲动级、反动级、复速级轮周效率最高？,3.,喷嘴流量与压比的关系？,4.,分析极限膨胀压力与喷嘴入口压力、临界压力、喷嘴出口压力之间的关系。,思考题,