汽轮机设备课程教案.docx

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汽轮机设备课程教案

汽轮机设备课程教案

授课时间

第周

节次

课题

绪论

课型

理论课（√）、实践课（）、习题题（）、其它（）

教学

时数

2

教学

目的

1.了解汽轮机的用途。

基本原理

2.能识读汽轮机的型号

3.掌握不同汽轮机的工作特点

教学

方法

讲授、启发、做练习

教学

重点

难点：

汽轮机的原理

审批

教学内容

课堂组织（10min）

1.检查到课人数

2.说明本课程的重要性

新课内容（80min）

绪  论

一、汽轮机的用途：

汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。

二、汽轮机发展概述：

  自1883年第一台轴流式汽轮机诞生至今，汽轮机发展经历了两个阶段，第一阶段是各类型汽轮机全面问世阶段（1883~1925），第二阶段是向高参数、高效率、大容量方向发展阶段。

  1883年拉伐尔创造第一台轴流式汽轮机；

  1884～1894年巴森斯（英）轴流式多级反动式汽轮机、辐流式汽轮机、背压式汽轮机；

  1900年寇蒂斯造复速级汽轮机；造多级冲动式汽轮机；

  1920年造给水回热式汽轮机；

  1925年造出中间再热式汽轮机。

三：

汽轮机级的工作原理

（一）   冲动作用原理。

冲动力：

改变其速度的大小和方向则产生一冲动力或汽流改变流动方向对汽道产生一离心力，此力为冲动力。

此力的大小取决于单位时间内通过动叶通道的蒸汽质量及其速度的变化。

（二）   反动作用原理。

反动力：

因汽流膨胀产生一相反力（汽体压力变化），如火箭。

此力的大小取决于汽体压力的变化。

作用在动叶片上的里有：

冲动力，反动力

四、汽轮机分类和型号：

1.按工作原理：

冲动式、反动式；

2.按热力特性：

凝汽式、背压式、调整抽汽式、抽汽背压式、中间再热式、混压式；

3.按汽流方向；轴流式、辐流式；

4.按用途：

电站、工业汽轮机、船用、凝汽供暖式；

 5、按进汽参数：

低压、中压、高压、超高压、亚临界、超

临界；

  6、按容量：

大功率、小功率；

型号：

Δ**—**/**/**—*

Δ—汽轮机类型，用汉语拼音表示。

N—凝汽式汽轮机B—背压式汽轮机

C—一次调节抽汽式汽轮机CC—二次调节抽汽式汽轮机

CB—调节抽汽背压式汽轮机H—船用汽轮机Y—移动式汽轮机

**—额定功率**/**/**—蒸汽参数*—变型序号

内容小结（5min）汽轮机是将工质（蒸汽）的能量转变为汽轮机机械能的一个能量转换过程。

工质的热能在喷嘴栅中（也可以有部分在动叶栅中）首先转变为工质的动能，然后在动叶栅中再使这部分动能转变为机械能。

作业布置（5min）

第8页1.2.4.5.7

教学

后记

汽轮机设备课程教案

授课时间

第周

节次

课题

单元一：

汽轮机工作原理

课题一：

蒸汽在喷嘴中的流动

课型

理论课（√）、实践课（）、习题题（）、其它（）

教学

时数

2

教学

目的

1.掌握蒸汽在喷嘴里的能量转换过程

2.学会能量转换的计算方法

教学

方法

讲授、启发、做练习

教学

重点

难点

难点：

能量转换的计算方法

重点：

能量转换过程

审批

教学内容

课堂组织（10min）

1.检查到课人数

2.总结上课引出新课

新课内容（80min）

课题一：

蒸汽在喷嘴中的流动

级的简化一元流动模型和基本方程：

1.模型

（1）稳定的；

（2）、绝热的；（3）、一元的；（4）、工质是理想气体；

1.基本方程式：

  蒸汽在喷嘴里的热力过程

（一）蒸汽在喷嘴里的热力过程

（二）滞止参数

当用下角0与1分别表示喷嘴进出口处的状态时，上式表明，蒸汽在喷嘴出口处的动能是由喷嘴进口和出口的蒸汽参数决定的，并和喷嘴进口蒸汽的动能有关。

当喷嘴进口蒸汽动能很小，并可忽略不计时，喷嘴出口的蒸汽流速仅是热力学参数的函数。

若喷嘴进口蒸汽的动能不能忽略不计，那么我们可以假定这一动能是由于蒸汽从某一假想状态0*等比熵膨胀到喷嘴进口状态0时所产生的，在这一假想状态下，蒸汽的初速为零。

换言之，参数p0*、v0*是以初速c0从p0、v0等比熵滞止到速度为零时的状态，我们称p0*、v0*、h0*等为滞止参数。

滞止参数在h-s图上的表示如图所示。

二、蒸汽在喷嘴中的流动速度

（一）蒸汽在喷嘴出口的理想速度

或

（二）蒸汽在喷嘴出口的实际速度

（1）喷嘴的速度系数

实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。

通常用喷嘴速度系数ϕ来考查两者之间的差别（通常取ϕ=0.97）。

这样，喷嘴出口的汽流实际速度为：

（2）喷嘴出口实际速度

（3）喷嘴损失

实际流动过程中的喷嘴动能损失，即喷嘴损失

三、蒸汽在斜切喷嘴里的膨胀过程

（一）蒸汽在斜切喷嘴里的膨胀特点

（1）渐缩喷斜切嘴

（2）缩放喷嘴，其现象也相似。

当喷嘴背压低于出口截面AB的设计压力

时，蒸汽在斜切部分ABC内就要发生膨胀和偏转。

（二）气流偏转角的计算

由上式可见，若已知喷嘴压比

蒸汽定摘指数

及喷嘴出口角

就可算出偏转角

。

（三）喷嘴斜切部分的膨胀极限内容小结（5min）

具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，在此过程中流量和速度都有损失，其实际流量和速度的计算都是建立在理想基础之上的。

作业布置（5min）

第37页4

教学

后记

汽轮机设备课程教案

授课时间

第周

节次

课题

单元一：

汽轮机工作原理

课题二：

蒸汽在动叶中的流动

课型

理论课（√）、实践课（）、习题题（）、其它（）

教学

时数

2

教学

目的

1.掌握蒸汽在动叶里的能量转换过程

2.学会能量转换的计算方法

教学

方法

讲授、启发、做练习

教学

重点

难点

难点：

能量转换的计算方法

重点：

能量转换过程

审批

教学内容

课堂组织（10min）

1.检查到课人数

2.总结上课引出新课

新课内容（80min）

课题二：

蒸汽在动叶中的流动

一、蒸汽在动叶里的热力过程

动叶片实际是“旋转的喷嘴”将C转换成W，则一切运算规律与蒸汽在喷嘴中的情况一样。

二、动叶的速度三角形

（一）  动叶栅进出口速度三角形

（二） 动叶栅进出口速度三角形

1.动叶出口蒸汽的相对速度

（1）理想相对速度

（2）动叶速度系数

动叶速度系数ψ：

动叶出口实际相对速度与动叶出口理想相对速度之比。

（3）实际相对速度

（4）动叶损失：

动叶能量损失系数：

Ψ的大小与叶型、叶高、反动度、表面光洁度等有关，通常取Ψ＝0.85~0.95

2.动叶出口蒸汽的绝对速度

3.余速损失：

中间级：

余速可被下一级利用；

孤立级：

余速不被下一级利用。

用μ＝０～１来表示余速利用的程度。

三、蒸汽对动叶的轮周功率

（一）蒸汽对动叶的作用力

作用在动叶上的汽流力可归结为产生旋转机械功的切向力（又称轮周力）和不产生机械功的轴向力。

由动量定律求得。

利用速度三角形关系进行计算。

1.轮周力Fu：

是对动叶做功的力

2.轴向力：

产生轴向推力不做功

式中：

全周进汽：

Az=πdmlb

部分进汽：

Az=πdmlbe

蒸汽对动叶总作用力Fb

（二）轮周功率和轮周功

1.轮周功率

概念：

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。

计算式；

2.轮周功

1kg蒸汽产生的轮周功Wu等于级的轮周有效比焓降Δhu。

内容小结（5min）

动叶栅可以看作旋转的喷嘴，引入相对速度的概念和冬夜速度三角形后，喷嘴的计算方法同样适用于动叶，蒸汽在动叶中膨胀做功，冲动力和反动力共同作用，将蒸汽的动能进一步转换为机械能，其转换过程有轮周功率和轮周功公式定量计算而得。

作业布置（5min）

第37页5

教学

后记

汽轮机设备课程教案

授课时间

第周

节次

课题

单元一：

汽轮机工作原理

课题三：

级内损失级效率

课题四：

级的速比与级效率之间的关系

课型

理论课（√）、实践课（）、习题题（）、其它（）

教学

时数

2

教学

目的

1.了解级内损失有哪些

2.能分析级内损失产生的原因

教学

方法

讲授、启发、做练习

教学

重点

难点：

分析级内损失产生的原因

分析轮周功率与最佳速比之间的关系

审批

教学内容

课堂组织（10min）

1.检查到课人数

2.总结上课引出新课

新课内容（80min）

第三节：

级内损失与级效率

一：

级内损失

（一）  叶高损失

δhl叶栅损失：

叶型损失（包括喷嘴损失、动叶损失，由附面层中摩擦损失、附面层脱离引起的涡流损失、尾迹损失、冲波损失组成）

（二）  扇形损失δhθ

θ＞12时，采用直叶片

θ＜8时，采用扭叶片（变截面叶片）

（三）  叶轮摩擦损失δhf

蒸汽之间，蒸汽与叶轮之间都存在摩擦。

高压部分v2t小，δhf则增加；

低压部分v2t大，δhf则减少；

小汽轮机，D较小，δhf则增加；

（四）  部分进汽损失δhe（e＜1＝

1、鼓风损失δhw

2、斥汽损失δhs

（五）  漏汽损失δhleak

1、隔板漏汽损失δhp

2、叶顶漏汽损失δht

（六）  湿汽损失δhx

二、汽轮机级的相对内效率和内功率

（1）  级的相对内效率（级效率）

定义：

级的有效焓降与级的理想能量之比

级的相对内效率是衡量级内能量转换完善程度的最终指标，与所选用的叶型、速比、反动度、叶栅的高度等有密切关系，也与蒸汽的性质、级的结构有关。

（2）  级的内功率（有效功率）

第四节：

级的轮周功率与最佳速比

一、轮周效率与速比的关系

令

，

称为速比。

（一）纯冲动级

若级的理想滞止比焓降不变，对于纯冲动级来说也就是喷嘴滞止理想比焓降和

均不变，以改变圆周速度

达到改变速比

（二）反动级

为了得到轮周效率的最大值，必须使x1（2cosα1-x1）之值为最大

（三）.冲动级

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冲动级，根据速度三角形和这种级的特点，由式（1．3．20）可推导出它的轮周效率的表达式：

其中

（四）速度级

1.速度级的特点

其构造特点是在一个级的叶轮上安装有两列动叶栅，在两列动叶栅之间再加装一列转向导叶，以改变第一列动叶出口的汽流方向与喷嘴出口汽流的方向一致，如图1-16所示。

因此，应用速度级可在叶轮直径较小的条件下，利用较大的蒸汽比焓降，而仍能保持有较高的效率。

速度级一般是用于汽轮机的调节级，或制成单级汽轮机。

2.速度级的速度三角形

因为复速级常单独做成单级汽轮机或做成多级汽轮机的调节级，故余速利用系数

＝0。

速度三角形可以画成下图

3.速度级的轮周功率和轮周功

（1）轮周功率（

（2）轮周功

（3）速度级的损失及轮周功率

4.速度级的最佳速比

5.速度级与单列级的比较

（1）比焓降

（2）轮周功率

在最佳速比时上述级的最高轮周效率，反动级的最高，复速级的最低。

只有在中、小型机组上才采用复速级；

在x1=０～0.28之间，复速级的才高于单列级，因此在x1＜0.28时复