沖動級與反動級之比較

1、沖動級與反動級之比較摘要： 通過分析汽輪機的原理，從熱力過程、結(jié)構(gòu)、最佳速比以及各項損失四個方面分析比較了反動級與沖動級的不同，總結(jié)了兩者的長處與不足。前言： 自1883年首臺單級沖動式汽輪機發(fā)電組投運以來，汽輪機已經(jīng)有了一百多年的歷史。目前，在發(fā)電汽輪機中已經(jīng)有瑞士制造的雙軸1300MW、前蘇聯(lián)制造的單軸1200MW火電汽輪機和法國制造的1500MW核電汽輪機等。汽輪機是在高壓、高溫、高轉(zhuǎn)速下工作的一種大型精密動力機械，它的制造與發(fā)展涉及到許多工業(yè)部門和學(xué)科領(lǐng)域，汽輪機的制造水平是一個國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志之一。隨著電力需求的迅速增長和電網(wǎng)容量的不斷擴大，汽輪機在向著高參數(shù)、大容量

2、方向發(fā)展的同時，提高汽輪機的經(jīng)濟性、安全可靠性、負(fù)荷適應(yīng)性和自動化水平始終是汽輪機發(fā)展的中心。在汽輪機發(fā)展的過程中關(guān)于沖動式汽輪機和反動式汽輪機優(yōu)劣性的比較一直在進行著?，F(xiàn)在主要經(jīng)營沖動式汽輪機的企業(yè)有：美國通用電氣公司、蘇聯(lián)的列寧格勒金屬工廠等企業(yè)；主要經(jīng)營反動式汽輪機的企業(yè)有：美國的西屋電氣公司、瑞士的勃朗·鮑維利公司、日本的東芝重工業(yè)等公司。法國的阿爾斯通·大西洋公司則是兩者皆生產(chǎn)，壟斷了法國大型發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)。一個世紀(jì)以來的實踐證明，沖動式和反動式汽輪機沒有相互取代的可能性，而是沿著各自的道路在發(fā)展。如何通過分析比較促進兩者的發(fā)展，則是我們現(xiàn)在工作的重心。一、基本原

3、理根據(jù)蒸汽在汽輪機內(nèi)的碰撞，我們將汽輪機分為兩類。一類是沖動級，即蒸汽只在靜葉柵中膨脹加速，而在動葉柵中不再膨脹的級，但一般應(yīng)用的沖動級都帶有少量反動度；一類是反動級，同沖動級相反，是指蒸汽在靜葉柵和動葉柵中都膨脹加速的級。為了表明在一級中，蒸汽在動葉內(nèi)膨脹程度的大小，引入反動度的概念。反動度為動葉內(nèi)理想比焓降與級的理想比焓降之比。習(xí)慣上將具有不大反動度值，即=0.050.3的級，仍稱為沖動級；而當(dāng)反動度較大，即=0.40.6時，才稱為反動級。2、 區(qū)別1、 熱力過程：純沖動級：=0，即=0。=，如圖所示，點為以初速從等比熵滯止到相對于噴嘴速度為零時的狀態(tài)，0點為噴嘴進口前的狀態(tài)。在噴嘴內(nèi)，蒸

4、汽膨脹到，速度由初速度增加到。1點為噴嘴出口狀態(tài)，也是動葉進口狀態(tài)。因為=0，所以蒸汽進入動葉后不發(fā)生膨脹，只改變氣流轉(zhuǎn)角。由于沖動級焓降全都分布在噴嘴里，所以噴嘴出口處、相對較大。而由于在動葉內(nèi)部發(fā)生膨脹，=。純反動級：=0.5，此時=，如圖所示，同樣，點為以初速從等比熵滯止到相對于噴嘴速度為零時的狀態(tài)，0點為噴嘴進口前的狀態(tài)，1點為噴嘴出口狀態(tài)，也是動葉進口狀態(tài)。蒸汽在噴嘴內(nèi)膨脹到后進入動葉，在動葉內(nèi)仍進行膨脹，同時發(fā)生氣流轉(zhuǎn)角的變化。由于在動葉內(nèi)發(fā)生膨脹，故相對速度>。2、 結(jié)構(gòu)：純沖動級：由于焓降全部分布在在噴嘴內(nèi)，所以、=相對較大，=相對較小。為動葉的幾何參數(shù)，不隨運行工況改變

5、，故相對于反動級而言，氣流進出轉(zhuǎn)角較大，導(dǎo)致其葉柵損失較大。由于一定流量時，蒸汽膨脹決定于流道的形狀，而沖動級在噴嘴內(nèi)膨脹，而在動葉內(nèi)不膨脹，故其動靜葉型線差異很大。因為速度系數(shù)取決于型線，而沖動級動葉中汽流轉(zhuǎn)角大、膨脹小，附面層易增厚和脫離，故其動葉速度系數(shù)小。對于沖動級，噴嘴、動葉出口參數(shù)相近，因為，故1.4，動葉出口截面積比噴嘴出口截面積大。沖動式汽輪機多采用隔板式，每一級由一個隔板和一個葉輪組成，噴嘴安裝在隔板上，而動葉片安裝在輪盤外緣。純反動級：純反動級由于在噴嘴內(nèi)和在動葉內(nèi)的焓降相同，故、相對較小，相對較大，相對于沖動式汽輪機而言，氣流進出轉(zhuǎn)角較小，而在動葉柵中為增速流，故其葉柵損

6、失較小。反動級由于在噴嘴內(nèi)和在動葉內(nèi)的膨脹程度相差不大，故為了制造方便，其動、靜葉型線基本相同。反動級動葉中汽流轉(zhuǎn)角小、膨脹大，附面層不易增厚，其動葉系數(shù)較大。反動級在動葉中膨脹，比容略大于噴嘴出口，故，動靜面積近似相等。且隨壓力降低，比容增大較快，動、靜面積比增大。反動式汽輪機的動葉片大多直接裝在輪鼓上，在每列葉片之前，裝有靜葉片。動葉片和靜葉片的斷面形狀基本相同。由于反動式汽輪機每一級前后都存在壓力差，因而在整個轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生很大的軸向推力。為了減小這個軸向推力，反動式汽輪機不能象沖動式汽輪機那樣采用葉輪結(jié)構(gòu)，而是在轉(zhuǎn)子前部裝設(shè)平衡活塞來抵消軸向推力?；钊暗目臻g用聯(lián)通管和排汽管聯(lián)通，使活塞上

7、產(chǎn)生一個向左的軸向推力，以達(dá)到平衡轉(zhuǎn)子軸向推力的目的。3. 最佳速比：沖動級：對于純沖動級，級內(nèi)反動度為0，=。根據(jù)輪周效率一般公式可以得知，輪周效率的高低同噴嘴、動葉速度系數(shù)、反動度以及輪周速度有關(guān)。令輪周速度與級假想速度之比為假想速比，將公式轉(zhuǎn)化為，其中。假設(shè)上式中噴嘴的速度系數(shù)和動葉的速度系數(shù)以及、均為常數(shù)（，°，°可知，），則純沖動級的輪周效率和速度比之間的關(guān)系將具有如圖形狀：（余速完全未被利用）由圖可以看出，當(dāng)?shù)臅r候，輪周效率最大，大約為0.85。對于純沖動級而言，=，要是，即要求，則的方向角必定等于90°，此時最小。否則，余速損失將增大。余速完全被利用

8、：由圖可以看出，當(dāng)?shù)臅r候，輪周效率達(dá)到醉倒值，大約為0.90。純反動級：假設(shè)上式中噴嘴的速度系數(shù)和動葉的速度系數(shù)以及、均為常數(shù)（，°，°，可知，），則純反動動級的輪周效率和速度比之間的關(guān)系將具有如圖形狀：從圖中可以看出，當(dāng)時輪周效率達(dá)到最大值，大約為0.81。余速完全利用時：由圖可知，當(dāng)?shù)臅r候，輪周效率最大，大約為0.91同沖動級相比較可知，輪周效率達(dá)到最大值時所對應(yīng)的最佳速比純沖動級小于純反動級。而對于余速完全未被利用時，純沖動級的最大輪周效率大于純反動級的最大輪周效率，而對于余速完全被利用時則相差不大。4、 各項損失 汽輪機內(nèi)的各項損失主要包括噴嘴損失、動葉損失、余速損

9、失、葉高損失、撞擊損失、扇形損失、葉輪摩擦損失、部分進氣損失、濕汽損失以及漏氣損失1） 噴嘴損失：。由于純沖動級的焓降全都分配在噴嘴內(nèi)，當(dāng)噴嘴速度系數(shù)沖動級與反動級相同且汽輪機的理想焓降相同時，純沖動級的噴嘴損失遠(yuǎn)大于反動級的噴嘴損失；2） 動葉損失：。由于純沖動級在動葉內(nèi)部發(fā)生膨脹，沒有焓降，故其沒有動葉損失；3） 余速損失：=。4） 葉高損失：,。取決于汽輪機的初參數(shù)。5） 撞擊損失：，取決于汽輪機的初參數(shù)。6） 扇形損失：，取決于汽輪機的初參數(shù)。7） 葉輪摩擦損失：對于反動級，由于沒有葉輪，動葉是直接安裝在轉(zhuǎn)鼓上的，因此沒有這一項損失。8） 部分進氣損失：對于反動級，若采用部分進氣，將增大損失，故只有沖動級才能采用部分進氣，反動級沒有該項損失。9） 濕汽損失：為不考慮濕汽損失的級的有效焓降。10） 漏氣損失：。因為從安全角度考慮，葉頂間隙一般不小于0.4mm。由于反動級必須全周進汽，高壓部分的葉片高度也不可能大，因此反動級漏氣損失的影響較大。3、 優(yōu)缺點比較：沖動級：動葉中汽流轉(zhuǎn)角大、膨脹小，附面層易增厚和脫離，故其動葉速度系數(shù)?。蝗欢鴼饬鬟M出轉(zhuǎn)角較大，導(dǎo)致其葉柵損失較大對于反動級：由于沒有葉輪，動葉是直接安裝在轉(zhuǎn)鼓上的，因此沒有葉輪摩擦損失；然而若采用部分進氣，將