能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)課件

兩點(diǎn)

要求：能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)(1-0)厚基礎(chǔ)、寬口徑、重實(shí)踐聽課（包括實(shí)習(xí)）：學(xué)習(xí)知識(shí)，掌握方法捷徑培養(yǎng)習(xí)慣，磨煉意志

是成績(jī)的一部分筆記（包括實(shí)習(xí)筆記和報(bào)告）：

記重點(diǎn)，是理解和工作能力的培養(yǎng)有助于注意力集中，提高效率第一節(jié)緒論專業(yè)內(nèi)容：熱能、化學(xué)能、機(jī)械能、電能等之間轉(zhuǎn)換原理及其裝置（機(jī)械、設(shè)備）專業(yè)背景：能源、動(dòng)力

裝置的現(xiàn)代設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行——數(shù)值化；創(chuàng)新，如7μm渦輪機(jī)；增加信息技術(shù)，如電噴發(fā)動(dòng)機(jī)能源是三大支柱之一，持續(xù)發(fā)展的源泉兩個(gè)標(biāo)志：當(dāng)時(shí)社會(huì)與科學(xué)技術(shù)水平；國(guó)家綜合國(guó)力。

※本課程內(nèi)容安排體現(xiàn)了知識(shí)的系統(tǒng)性、共同基礎(chǔ)和內(nèi)容的融合：（工作原理的整合）第一章是復(fù)習(xí)和總結(jié)；在二到九章討論單個(gè)機(jī)器、設(shè)備，主要針對(duì)某種過程；

在十、十一章裝置系統(tǒng)，主要是針對(duì)循環(huán)。第一、二章基礎(chǔ)部分有難度，面廣、第一次接觸專業(yè)※本課程的內(nèi)容

討論能源動(dòng)力部門（包括工藝過程與裝備）的機(jī)械、設(shè)備、裝置的組成、結(jié)構(gòu)、工作原理和性能流體機(jī)械+換熱設(shè)備+其它…=能源動(dòng)力裝置圖1-1火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程圖能源動(dòng)力裝置之一：電廠系統(tǒng)汽輪機(jī)，二種風(fēng)機(jī)，五種泵，11種熱交換設(shè)備(水冷壁)，還有煤粉系統(tǒng)(包括風(fēng)機(jī))，發(fā)電輸送系統(tǒng)汽輪機(jī)送風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)循環(huán)水泵凝結(jié)水泵省煤器給水泵鍋爐過熱器凝汽器低壓加熱器高壓加熱器除氧器預(yù)熱器煙氣煙囪給水鍋爐過熱蒸汽除塵器預(yù)熱器大氣-煙氣-大氣；水-蒸汽-水；冷卻水循環(huán)水在鍋爐中變蒸汽Q1Q2W能源動(dòng)力裝置之二：制冷(熱)循環(huán)(冷凝器)(蒸發(fā)器)（膨脹機(jī)）可以看到：機(jī)械、設(shè)備與裝置的關(guān)系四通閥第二節(jié)分類和應(yīng)用流體機(jī)械：表1.1裝置和系統(tǒng)——流體機(jī)械和換熱設(shè)備組成：圖1.1,1.2,1.5等電廠系統(tǒng)：正循環(huán)，動(dòng)力循環(huán)(過程組成)制冷系統(tǒng)：逆循環(huán)換熱設(shè)備：表1.2一、分類(一)流體機(jī)械以流體（液體和氣體）為工質(zhì)，與外界進(jìn)行傳遞能量和質(zhì)量的機(jī)械被稱為流體機(jī)械;根據(jù)流體是液體還是氣體分為水力機(jī)械和氣體機(jī)械；根據(jù)能量是輸出還是輸入機(jī)械功可分為動(dòng)力機(jī)械(或原動(dòng)機(jī))和工作機(jī)械。按工作原理又常分為速度式、容積式(往復(fù)、回轉(zhuǎn))和其它形式的流體機(jī)械(如射流泵等),本書主要討論前兩大類的流體機(jī)械。根據(jù)結(jié)構(gòu)型式流體機(jī)械還可以細(xì)分，見表1-1。1.速度式：流體在流道中連續(xù)流動(dòng)

(1)軸流式(2)徑流(3)混流(斜流)式

(4)橫流式2.容積式：流體在流道中間斷流動(dòng)

(1)

往復(fù)式：活塞式

(2)

回轉(zhuǎn)式：螺桿式，羅茨式，渦旋式，齒輪式，滾動(dòng)活塞式，滑片式……3.噴射式：旋轉(zhuǎn)軸(1)軸流、(2)徑流(離心)壓縮機(jī)軸流離心1

速度式(3)混流(斜流)式

照片子午面(軸面)(2)螺桿式式積容2不連續(xù)流動(dòng)(1)活塞式3噴射式(二)換熱設(shè)備（質(zhì)量交換）換熱設(shè)備是動(dòng)力工程中常見的能量(熱能)交換裝備。包括各種的熱交換器和鍋爐、燃燒器等，例如制冷裝置中的蒸發(fā)器、冷凝器；火力發(fā)電裝置中的省煤器、預(yù)熱器、過熱器、再熱器、凝汽器、加熱器等；燃?xì)廨啓C(jī)裝置內(nèi)的中冷器、回?zé)崞?、等。這些熱交換器一般是固體兩邊壁面的流體通過對(duì)流進(jìn)行熱交換，也有通過輻射、兩流體直接接觸等方式進(jìn)行熱交換的。按結(jié)構(gòu)分類，表1-2：對(duì)于兩流體進(jìn)行換熱的熱交換器，按熱、冷流體的流動(dòng)方向可以分為順流式（兩流體同向平行流動(dòng)），逆流式（兩流體反向平行流動(dòng)），錯(cuò)流式（兩流體垂直交叉流動(dòng)）和混流式（順流逆流兩種形式同時(shí)存在）。1.間壁式：(1)管式(2)板式(3)(熱)管式2.混合式3.蓄熱式1.間壁式：(1)管式(2)板式(3)(熱)管式2.混合式3.蓄熱式二、應(yīng)用2010年有生產(chǎn)1000萬(wàn)輛汽車的能力，艦船、飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈發(fā)電裝機(jī)容量96年2.5億KW，2000年3億KW，2004年4億KW，2020年到9億Kw風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)的用電量占全國(guó)發(fā)電量1/3左右制冷、空調(diào)1~2000萬(wàn)臺(tái)/年、低溫、冷藏鏈能源動(dòng)力、電力、冶金、航空航天、石油、化工、藥業(yè)、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、天然氣、激光、衛(wèi)星、芯片與國(guó)外有差距，需要研究和發(fā)展基地總體參觀了解流體機(jī)械和換熱設(shè)備的分類、動(dòng)力裝置與這些機(jī)械設(shè)備的關(guān)系。(一)實(shí)習(xí)的目的(二)實(shí)習(xí)思考題1．將表1．1中的各種機(jī)械的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖與實(shí)物模型對(duì)比，重點(diǎn)了解其中幾種，建立一些實(shí)物模型的概念，例如徑流式、活塞式、．．．．．．

2．將表1．2中的各種熱交換器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖與實(shí)物模型對(duì)比，重點(diǎn)了解其中幾種，建立一些實(shí)物模型的概念，例如管式、板式、．．．．．．

3．根據(jù)流體流動(dòng)方向，觀察并說(shuō)明所見到機(jī)器設(shè)備中面積（速度、壓力）是如何變化？4．觀察所見到的系統(tǒng)裝置，了解其中有幾種流體流動(dòng)，每種流體經(jīng)過的部件分別是哪些機(jī)械和設(shè)備。(三)實(shí)習(xí)要求5．根據(jù)參觀和了解，寫出第一次的報(bào)告：時(shí)間、地點(diǎn)、內(nèi)容（記述）、小結(jié)．單獨(dú)計(jì)算學(xué)分工程熱力學(xué)和流體力學(xué)基礎(chǔ)▲工質(zhì)狀態(tài)：固、液氣第三節(jié)制冷劑；水；凝結(jié)

<

飽和溫度、壓力

<

汽化熱流體的知識(shí)熱力學(xué)是研究能量、能量轉(zhuǎn)換以及物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系，研究物質(zhì)系統(tǒng)的狀態(tài)、狀態(tài)變化及變化時(shí)系統(tǒng)間的相互作用；流體力學(xué)是研究流體在外力作用下平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律；臨界參數(shù)Tc、pc▲可壓縮性定義體積壓縮率κ=-(dV/dp)/V

彈性系數(shù)E=1/κ=ρdp/dρ；E是單位面積上彈性力

M2=慣性力/彈性力

馬赫數(shù)大<=>

彈性力小<=>

壓縮性大

M<0.2常常看成不可壓一、流體的性質(zhì)▲基本狀態(tài)參數(shù)：P,T,ρ可以測(cè)量的,由此可得其他參數(shù)，例如▲臨界參數(shù)：M=c/a=1時(shí)的參數(shù)如pcr、Tcr音速a=(dp/dρ)0.5=(kRT)0.5

▲粘性——流體抵抗變形的能力▲理想流體μ是損失、阻力的根源和內(nèi)因μ機(jī)理？——流體力學(xué)中粘性為0，熱力學(xué)中遵守pv=RT分子的內(nèi)聚力；流層之間動(dòng)量交換粘性切應(yīng)力τ=μdu/dy

適用牛頓流體uy流向二、狀態(tài)方程式

三、其它熱力關(guān)系式p=ZRTρ，基本狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系

比內(nèi)能u、比熵s、比熱容c、▲狀態(tài)方程式：▲其它熱力學(xué)參數(shù):比熱焓h、音速a狀態(tài)（點(diǎn)）}下面從熱力學(xué)角度討論工質(zhì)（流體）：工質(zhì)的狀態(tài)、過程、循環(huán)的表示和評(píng)價(jià)▲同一點(diǎn)上狀態(tài)參數(shù)之間關(guān)系Z=1是理想流體；真實(shí)流體Z不等于1φ、任一狀態(tài)參數(shù)是另兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)四、熱力過程▲過程方程式：pvn=constp2/p1=(T2/T1)n=1，0，∞，k是標(biāo)準(zhǔn)(理想？)過程，(k與氣體有關(guān))過程描述基本狀態(tài)參數(shù)關(guān)系實(shí)際過程的n與損失有關(guān)（偏離理想過程程度）——過程（線）二個(gè)任意點(diǎn)1、2之間關(guān)系：流體有效能量變化/輸入功（工作機(jī)）——損失評(píng)價(jià)（經(jīng)濟(jì)性）損失為分母與分子之差例如：輸出功/流體有效能量變化（原動(dòng)機(jī)）得到有效能量/消耗能量例:管1-2、2-3段的效率都為70%，速度c1=3c2=2c3，求1-3段效率？能量平衡(量)；質(zhì)？▲過程的評(píng)價(jià)

效率：70%1270%3解：(p2-p1)/ρ0.5(c12-c22)=0.7；0.5(c32-c22)ρ/(p2-p3)=0.7總效率=(p3-p1)/0.5ρ(c12-c32)p2=0.35*8ρc22+p1；p2=0.5ρ(1.25c22)/0.7+p3總效率=(1.9ρc22)/3.375ρ

c22=56.3%

考慮最大可用能q(1-T0/T)有用功的損失主要用于對(duì)熱能的評(píng)價(jià)冷凝器的熱效率低，排熱量大；但因溫度T低，能量質(zhì)量差而作功能力損失不大煙氣T=2000K，水蒸氣T=600K,T0=300K,兩種工質(zhì)的熱量相等煙氣最大可用能q(1-T0/T)=q17/20=0.85q,

水蒸氣最大可用能q(1-T0/T)=q3/6=0.5q;

效率：例：現(xiàn)代鍋爐熱效率>90%；效率50%

五、循環(huán)

功、能量發(fā)生轉(zhuǎn)換▲關(guān)系：不同過程組成（閉合線）例如理想卡諾循環(huán)：兩個(gè)等溫(吸熱、放熱)過程和兩個(gè)絕熱(膨脹、壓縮)過程▲特征：狀態(tài)參數(shù)變化為零冷、熱源溫度為T2,T1一定時(shí)，功最大（經(jīng)濟(jì)性與完善程度）※經(jīng)濟(jì)性效率η

=輸出功/消耗熱量=w/Q正循環(huán)制冷系數(shù)ε=制冷量/機(jī)械功=Q2/w制熱系數(shù)ε’=制熱量/機(jī)械功=Q1/wQ1=

Q2+w,ε’=ε+1>1,ε’>ε逆循環(huán)能量利用系數(shù)：η，ε

，ε’的統(tǒng)稱▲循環(huán)的評(píng)價(jià)※完善程度η

：能量利用系數(shù)的實(shí)際值與理想值之比

例如η=ε/εc,η’=ε’/εc’

最高能量利用系數(shù)ηc，εc，εc’ηc=w/Q=(T1-T2)/T1=1-T2/T1εc=Q2/w=T2/(T1-T2)εc’=Q1/w=T1/(T1-T2)是理想卡諾循環(huán)的值以上內(nèi)容除滿足上述關(guān)系外，還必須遵循基本規(guī)律連續(xù)性方程▲質(zhì)量守恒▲方程式▲討論：——三大守恒之一qm=ρA●c=const條件？1、速度與面積相互垂直、矢量點(diǎn)乘2、不可壓時(shí)與外界無(wú)質(zhì)量交換3、按截面速度不均勻計(jì)算時(shí)q

m=∫ρc

dA=const

qv=qm/ρ=A●c=const

P19例題1-1：▲應(yīng)用：求速度、面積（幾何尺寸）、流量已知水流在直徑d1=100mm的管中速度C1=10m/s，求出口為直徑d2=400mm的圓柱面上(圓環(huán)與園盤面組成通道)的流量和速度c2？解：進(jìn)口為圓面積、出口是圓柱面積。出口速度c2=qv2/(π*d2*b)=6.25m/s離心葉輪出口的面積如何表示？與其垂直的是什么速度？qv2=qv1=c1*π*d12/4=0.07854m3/s七、能量方程式能量守恒：系統(tǒng)內(nèi)能量變化=輸入能量-輸出能量

q=Δu+W

=Δu+∫p

dv

=cv(T2-T1)+∫p

dv

穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的輸入能量=輸出能量閉口系統(tǒng)開口系統(tǒng)：q±W+u1+p1v1+gz1+0.5c12=u2+p2v2+gz2+0.5c22

q±W=h2-h1+g(z2-z1)+0.5(c22-c12)

在q=0，并且忽略氣體位能的變化后有

討論±W=h2-h1+0.5(c22-c12)=h2*

-h1*

1、熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的一種形式；4、沒有回答能量損失了多少？能量如何分布？2、運(yùn)動(dòng)部件，如葉輪、活塞連桿等，與外界交換機(jī)械能；包括交換功部件的任意兩截面間，W不等于03、靜止部件，如管道、靜葉等，與外界沒有能量交換

h*=const或h1*=h2*；粘性引起的能量損失隱含在焓差或溫差項(xiàng)

應(yīng)用：用滯止焓降表示流體的總能量理想氣體常常用于求溫度，h=cpT

T*=const或T1*=T2*

八、伯努利方程式▲機(jī)械能守恒▲討論——能量守恒的另一形式包括與外界交換的機(jī)械能W和流體本身的機(jī)械能的變化： 壓力能∫v

dp+動(dòng)能0.5Δc2+勢(shì)能gΔz

W=∫12vdp+0.5（c22-c12）+g（z2-z1）+ΣδW

1、使用條件是符合穩(wěn)定流動(dòng)、緩變流截面；可壓縮流體應(yīng)與外界無(wú)熱傳遞；

2、技術(shù)功-∫12vdp在膨脹機(jī)械中稱為膨脹功；而壓縮機(jī)械中該功∫12vdp又簡(jiǎn)稱為壓縮功；

3、對(duì)于工質(zhì)為水的不可壓流體，常常引入總水頭（水輪機(jī)）或揚(yáng)程（泵裝置）H=W/g后,該式表示為：

±H=(p2-p1)/(ρg)+0.5（c22-c12）/g+（z2-z1）+ΣδH

氣體不可壓縮時(shí)？

動(dòng)量守恒在第二章討論4、損失ΣδW是各種機(jī)械能的損失,與W的表示有關(guān)；例

Wth=∫12vdp+0.5（c22-c12）+g（z2-z1）+ΣδWhyd

回答了流體能量的分布情況；±W=(p2-p1)/ρ+0.5（c22-c12）+g（z2-z1）+ΣδW

10m2m2m/s3.125m/s課內(nèi)題:例1-2中水面上漲1m，管道進(jìn)出口直徑相等；流量和流動(dòng)損失δWhyd與例1-2的相同,求水泵的理論功率?例1-2：p21解:由

Wth=∫12vdp+0.5（c22-c12）+g（z2-z1）+ΣδWhyd

壓力項(xiàng)∫12vdp=(p2-p1)/ρ=(1-1.2)105/1000速度項(xiàng)c2=3.125m/s,c1=2m/s第六節(jié)實(shí)際過程中常見的能量轉(zhuǎn)換流體能量與外界機(jī)械功的轉(zhuǎn)換；而熱量交換；化學(xué)能與熱能的轉(zhuǎn)換。在這些能量轉(zhuǎn)換中，工質(zhì)的參數(shù)發(fā)生了相應(yīng)的變化?；蛘哒f(shuō)通過工質(zhì)參數(shù)的變化來(lái)表示能量轉(zhuǎn)換的值。

由于密度ρ是常數(shù)，流體與外界交換的能量W僅僅與流體的機(jī)械能變化值(壓能差Δp/ρ、動(dòng)能差、勢(shì)能差)有關(guān)，由伯努利方程：

±Wth=Δp/ρ+0.5(c22-c12)+g(z2-z1)+δWhyd一、流體機(jī)械內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換1、

等容過程——機(jī)械功的轉(zhuǎn)換（不可壓流體）一般溫度T、密度ρ不變化壓縮過程——功轉(zhuǎn)換熱焓，壓縮機(jī)、工作機(jī)膨脹過程——熱焓轉(zhuǎn)換功，膨脹機(jī)、原動(dòng)機(jī)Wp=-∫21vdp=∫12vdpWy=∫21vdp等熵功=(hgy-hdy)s

=cp(

Tgy-Tdy)s2、壓縮過程和膨脹過程——功熱轉(zhuǎn)換（可壓流體）1進(jìn)口2出口（與過程有關(guān)）等溫壓縮功WT，y=RT1ln(p2/p1)

例1-3已知壓比為2.5，進(jìn)口溫度為27℃，計(jì)算氫氣、空氣、氟利昂-12三種不同R的氣體的等熵壓縮功Ws，y。若空氣多變指數(shù)n/(n-1)=2.8，計(jì)算空氣的多變壓縮功Wpol，y和等溫壓縮功WT，y。

工質(zhì)R[J.(kg.K)-1]分子量kWs，y(J.kg-1)Wpol，yWT，y氫氣4124.02.0161.411299013

空氣287.028.9661.40901839333378893氟利昂-1268.8120.921.1420017解：計(jì)算結(jié)果列于下表注：1、等熵壓縮功氫氣Ws，y>空氣Ws，y>氟利昂-12Ws，y2、空氣Wpol，y>

Ws，y>等溫壓縮功WT，y(見圖)Wpol，p

1<Ws，p1<等溫膨脹功WT，p

3、進(jìn)口溫度T的影響，壓縮時(shí)低有利減少功；膨脹時(shí)高有利增加功；R大(小)，分子量小(大)，輕(重)氣體，很難(容易)壓縮二、吸熱過程與放熱過程——熱量交換熱量在熱力學(xué)上為由高溫物體傳遞到低溫物體的能量吸熱放熱潛熱(T不變，分子內(nèi)部位能變化)顯熱(T變，分子內(nèi)部動(dòng)能變化)溶解,汽化凝固,冷凝蒸發(fā)器發(fā)生器省煤器鍋爐…..應(yīng)用例？冷凝器吸收器凝汽器冷卻器…1、定義：2、交換熱量的計(jì)算Q=KA△TA——面積△T——溫差K——傳熱系數(shù)，與導(dǎo)熱系數(shù)、放熱系數(shù)、輻射換熱系數(shù)等有關(guān)，常用實(shí)驗(yàn)圖表或經(jīng)驗(yàn)公式?jīng)Q定。強(qiáng)化換熱的主要手段是增大K能量守恒：放熱量=吸熱量3、熱交換量評(píng)價(jià)解：熱損失δQ=Q2-Q1=Q2*5%熱效率=Q1/Q2=1-δQ/Q2=1-5%=95%熱水的高品質(zhì)熱量變成清水(平均溫度低)的低品質(zhì)熱量熱量平衡效率=例1-4.

已知換熱器熱水平均溫度t2=300℃，清水平均溫度t1=100℃，熱損失是熱水放熱量Q2的5%，求該換熱器換熱的能源利用率和涌效率？(q取環(huán)境溫度為20℃)三、燃燒過程——化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能一定條件下著火燃燒放熱吸熱升溫燃燒三要素：燃料(氣液固)、氧(空氣)、著火的能量完全燃燒的條件：溫度維持在著火溫度以上；適當(dāng)空氣量；及時(shí)排除燃燒產(chǎn)物；保證必要的燃燒空間和時(shí)間。內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)？第四節(jié)典型流動(dòng)分析流動(dòng)和熱力參數(shù)、能量一、加速(膨脹)、減速(壓縮)流動(dòng)：加速(膨脹)噴嘴減速(壓縮)擴(kuò)壓器二、彎管中局部的加（減）速流動(dòng)：加速減速加速減速第五節(jié)阻力和損失1.研究意義：減少損失；節(jié)約能源；提高性能2.產(chǎn)生原因：內(nèi)因是流體粘性外因是流道形狀、來(lái)流狀況等3.工程上阻力分類：計(jì)算式：δWhyh=0.5ζici2損失系數(shù)ζi由圖表或經(jīng)驗(yàn)公式得到沿程損失和局部4.機(jī)理分析：將相互影響，不可分割的損失人為地分成摩擦、分離、二次流、沖擊、尾跡、沖波等，方便分析本書各章針對(duì)不同對(duì)象有不同的分類和計(jì)算公式

,如根據(jù)損失發(fā)生的位置分類；分類產(chǎn)生條件流道類型減損措施摩擦dc/dy>0，橫向速度梯度有固壁減少速度、摩擦系數(shù)分離dp/dx>0，逆壓梯度彎道，擴(kuò)壓,面積突變?cè)黾訌澢霃剑瑴p少突變擴(kuò)壓度w1/w2<1.8,擴(kuò)張角<8~120二次流dp/dy>0，橫向壓力梯度彎道增加彎曲半徑?jīng)_擊來(lái)流方向與固面切向不同有葉片等方向一致尾跡出口固壁厚度有葉片等減薄沖波馬赫數(shù)>1高速合理的速度分布1.與固壁速度分布有關(guān)；2.與來(lái)流紊流度、均勻度有關(guān)；3.都轉(zhuǎn)化為熱能，一般由流體吸收；4.粘性損失分析表葉片機(jī)械（透平機(jī)械）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（主體部件少）理論復(fù)雜用途廣泛目前單機(jī)水平最大流量：660000m3/min(風(fēng)機(jī))

最高功率：8萬(wàn)Kw(風(fēng)機(jī))，

130萬(wàn)Kw(汽輪機(jī)組)

最大轉(zhuǎn)速：80萬(wàn)r/min(膨脹機(jī))特點(diǎn)：流量大、功率大、轉(zhuǎn)速高；連續(xù)流動(dòng)；易損件少概況第一節(jié)典型結(jié)構(gòu)和級(jí)一、典型結(jié)構(gòu)葉輪蝸殼進(jìn)口1、單級(jí)單吸懸臂離心泵轉(zhuǎn)軸軸承軸承2、單級(jí)雙吸水平中開式離心泵葉輪蝸殼進(jìn)口進(jìn)口轉(zhuǎn)軸軸承軸承3、多級(jí)（4級(jí)）離心泵轉(zhuǎn)軸鍵4、單級(jí)離心通風(fēng)機(jī)特點(diǎn)：板金結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸軸承軸承5、增壓器（單級(jí)壓縮機(jī)，單級(jí)渦輪機(jī)）

5-壓縮機(jī)葉輪(離心)6-擴(kuò)壓器7-空氣進(jìn)口8-出口離心壓縮機(jī)1-燃?xì)膺M(jìn)口2-噴嘴3-渦輪葉輪(軸流)4-出口軸流渦輪機(jī)6、空調(diào)用膨脹機(jī)

（單級(jí)壓縮機(jī)，單級(jí)膨脹機(jī)）

飛機(jī)上用兩個(gè)相同的徑流葉輪葉輪葉輪1-空氣入口2-壓氣機(jī)(17級(jí))3-燃油4-燃燒室

5-渦輪(3級(jí))6-噴管7、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)原理簡(jiǎn)圖靜葉動(dòng)葉靜葉動(dòng)葉二、級(jí)（定義和表示）一個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪+固定元件(擴(kuò)壓器或?qū)~或噴嘴、蝸殼等)或者動(dòng)葉柵+靜葉柵定義分類常用徑流級(jí)軸流級(jí)葉輪葉輪葉輪葉輪蝸殼蝸殼擴(kuò)壓器擴(kuò)壓器噴嘴噴嘴蝸殼徑向工作機(jī)徑向原動(dòng)機(jī)1、

徑流級(jí)（常用子午面和徑向面表示）◆子午面——通過旋轉(zhuǎn)軸的平面，也稱為軸面；面上葉片為旋轉(zhuǎn)投影。◆徑向面則是垂直于旋轉(zhuǎn)軸的平面。

2、軸流級(jí)（常用子午面和周向面表示）工作機(jī)級(jí)原動(dòng)機(jī)級(jí)葉輪噴嘴后導(dǎo)葉動(dòng)葉柵動(dòng)葉柵靜葉柵后導(dǎo)葉靜葉柵噴嘴子午面周向展開面原動(dòng)機(jī)級(jí)工作機(jī)級(jí)一.葉輪進(jìn)出口速度三角形1.

矢量定義：◆速度——絕對(duì)c、相對(duì)w、牽連u◆葉輪旋轉(zhuǎn)才有速度三角形2.

標(biāo)量關(guān)系：◆cu=c·cos(α)=u-cm·ctg(β)◆α—絕對(duì)速度c與周向速度u的夾角◆β—相對(duì)速度w與周向速度u的反(正)方向夾角αβ第二節(jié)葉輪中能量轉(zhuǎn)換歐美表示反向u

正向αβWucβ3、一般由下面三個(gè)條件畫出：底邊u:u=2πrn/60底邊u上的高cm:cm=qm/(ρF)某角度或線段：例如Wuc高cmαβcu進(jìn)口的α1(或β1):與葉輪前導(dǎo)葉出口α1b有關(guān)出口的β

2(或cu2):與葉輪出口葉片角β2b等參數(shù)有關(guān)cm=wm=哪個(gè)分量

?cu=cm·tg(α)=u-cm·ctg(β)離心葉輪速度三角形例1：葉輪的流量qv=56700m3/h,轉(zhuǎn)速n=2900rpm,出口直徑D2=0.88m,出口寬度b2=0.182m,出口角β2=β2b=50o,進(jìn)口直徑D1=0.6m,寬度b1=0.21m,進(jìn)口無(wú)預(yù)旋(c1u=0)，不可壓縮流體，請(qǐng)計(jì)算有關(guān)參數(shù)，并畫出進(jìn)出口速度三角形？(離心葉輪)解:⑴邊u1=πD1n/60=91.1m/s;u2=πD2n/60=133.6m/s;⑵u邊上的高c1m=c1r=qv/(πD1b1)=39.79m/sc2m=c2r=qv/(πD2b2)=32.06m/s⑶c1u=0

或α1=90o，進(jìn)口為直角速度三角形β2=β2b=50o，或W2u

=c2rctgβ2=27.35m/s或c2u=u2-c2rctgβ2=106.25m/s例1圖u1=91.1c1=c1r=39.79w1c2r=32.06u2=133.6w2c2w2uc2u=u2-w2u=27.35u的反方向β2=50o

動(dòng)葉柵原動(dòng)機(jī)動(dòng)葉柵工作機(jī)軸流葉輪速度三角形渦輪機(jī)進(jìn)、出口速度三角形例2、軸流葉輪的流量qv=38m3/s，葉片頂部直徑Dt=1.5m，根部直徑Dh=1.05m，轉(zhuǎn)速n=960rpm,氣流轉(zhuǎn)折角β2-β1=15o，進(jìn)口無(wú)預(yù)旋，不可壓縮流體，請(qǐng)計(jì)算葉片平均面上有關(guān)參數(shù)，并畫出進(jìn)出口速度三角形？解：在葉片平均面上，平均直徑為Dm=(Dt*Dh)0.5⑴邊u1=u2=πDmn/60=63.08m/s;⑵高c1z=c2z=qv/[π(Dt2-Dh2)]=42.14m/s⑶α1=90o，進(jìn)口為直角速度三角形；

由β1=arctg(c1r/u1)=33.745o得β2=β1+(β2-β1)=48.745o；或計(jì)算w2u=c2zctgβ2=36.96m/s

或計(jì)算c2u都是為定底邊上的一個(gè)點(diǎn)例2圖c1=c1r=c2rw1w2c2w2uc2u=u2-w2uw1u-w2uc2u-c1uu=u2u=u1等高、等底的進(jìn)出口速度三角形；w1u-w2u=c2u-c1u

決定如下情況的機(jī)器形式，畫出各葉輪進(jìn)出口速度三角形，分析其特點(diǎn)。①u1=u2=100m/s，w1=115m/s，α1=90°，w2=60m/s，軸向分速為常數(shù)，β2<90°。③

n=32000rpm，r1=200mm，r2=80mm，c1=387m/s，c2=200m/s，α2=95°，β1=90°。例2-1.解：①u1=u2

是軸流式機(jī)械，w1>w2為擴(kuò)壓的工作機(jī)。由圖u=-w1u+c1u=-w2u+c2u

所以w2u-w1u=c2u-

c1u=

△cu；

w2z=w1z=c2z=

c1z=

c1m

③n=32000rpm，r1=200mm，r2=80mm，

u1=лd1n/60=335.1m/s,u2=(d2/d1)u1=134.04m/s；

u1>u2

是徑流式機(jī)械，一般為膨脹的原動(dòng)機(jī)。c1=387m/s，c2=200m/s，α2=95°，β1=90°。4.絕對(duì)速度分量：cm=cr?cm=cz?一元流動(dòng)分析一元：以流道中心線為坐標(biāo)，垂直該線的截面上參數(shù)取平均值討論：級(jí)中流動(dòng)參數(shù)變化；級(jí)或機(jī)器的性能；一、級(jí)中流體參數(shù)的變化（級(jí)工作原理概述）1、單級(jí)離心壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)(泵)=cp(T2-T1)+0.5(c22-c12)=

h2*-h1*=cp(T2*-T1*

)由能量方程式：W

=∫dp/ρ+0.5(c22-c12)+g(z2-z1)+∑δW滯止壓力p*=p+ρc2/2

加速加減接近等速功速2、單級(jí)軸流水輪機(jī)（原動(dòng)機(jī)）：活動(dòng)導(dǎo)葉葉輪擴(kuò)壓器固定導(dǎo)葉速度總水頭靜水頭δHhyh等速加速減速減速3、反動(dòng)式汽輪機(jī)

(9級(jí))工質(zhì)的絕對(duì)速度c有9次增加后又降低的過程（進(jìn)入導(dǎo)葉噴嘴速度增大，葉輪中速度下降），而靜焓、壓力隨流動(dòng)方向逐步下降。動(dòng)葉靜焓h壓力p速度C轉(zhuǎn)軸機(jī)殼靜葉二.級(jí)和機(jī)器的性能參數(shù)性能參數(shù)流量:質(zhì)量qm

(kg/s),容積qv(m3/s,m3/M,m3/h)

能量頭有關(guān)量:h(J/kg)，焓差，壓力(膨脹)比等經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)量:效率η等總能量:

功率P(J/s)有時(shí)還有噪聲、轉(zhuǎn)速等量關(guān)聯(lián)式：P=hqm/η(工作機(jī))P=hqm*η

(原動(dòng)機(jī))能量頭h的表示、分類！1.能量頭有關(guān)量:能量頭h(J/kg)，功w(J/kg)，焓差Δh(J/kg),揚(yáng)程H（m）,壓力差Δp(N/m2),

壓力(或膨脹)比，J/kg=Nm/kg=kg

(m/s2)m/kg=(m/s2)m;h=gHJ/kg=Nm/kg=

(N/m2)/(kg/m3);h=Δp/ρ

H=h/gΔp=ρ

h

◆工作機(jī)：多變能量頭hpol=∫12dp/ρ（氣體有效能）級(jí)或機(jī)器進(jìn)出口的Δc2/2≈0，僅考慮h=hth則：◆原動(dòng)機(jī)：等熵能量頭hs=–(∫12dp/ρ)s(氣體等熵焓降）

輪周功hu=hth=hs

–δhhyh◆理論能量頭±

hth=∫12dp/ρ+

δhhyh

hth=hpol+δhhyh葉輪內(nèi)表面作功hth(hu)由伯努利方程±

w=±h

=∫12dp/ρ+Δc2/2+

Σδh

工作機(jī)取+原動(dòng)機(jī)取-hth=氣體有效能變化±δhhyh

兩種過程效率?輪盤摩擦損失輪盤摩擦損失內(nèi)泄露損失δhrδhv◆內(nèi)總能量頭

htot(hi)

=hth±

非流道損失(如δhv+δhr)汽輪機(jī)的非流道損失為講義p88的級(jí)內(nèi)損失（已除了流道損失后介紹了6項(xiàng)）=有效能變化±δhhyh

±

非流道損失(如δhv+δhr)是否為與外界交換的總能量頭？hs原動(dòng)機(jī)he工作機(jī)流動(dòng)損失δhhyh

外泄露損失δhvo

內(nèi)泄露損失δhv

輪盤摩擦損失δhr

軸承摩擦損失δhm

原動(dòng)機(jī)hehpolhthhtot用圖表示各種能量頭和損失的關(guān)系<

hth<htot<he

he<hu<hi<huhi、◆與外界交換的總能量頭

he=htot(hi)

±

外部損失能量頭：多變能量頭hpol、等熵能量頭hs

理論能量頭hth、輪周功hu

總能量頭htot(

hi)、he等注：用焓差表示能量頭：等熵焓降Δhs=等熵能量頭hs

有效焓降Δ

hn=輪周功hu

總焓降Δ

ht等=總能量頭htot(

hi)、he等流體有效理論實(shí)際交換能(機(jī)械功)=流體有效能變化±有關(guān)損失

=不同定義的能量頭;原動(dòng)機(jī)取-，工作機(jī)取+損失分類損失內(nèi)容有效能變化交換能效率總

損

失

δht內(nèi)部損失

δhi

流道損失

水力損失δhhyh

原動(dòng)機(jī)

hs工作機(jī)hpol

huhth輪周效率ηu流動(dòng)效率ηhyh

內(nèi)效率ηi多變效率ηpol

外部效率ηe

非流道損失級(jí)內(nèi)露損失δhv

輪阻損失δhr等hihtot外部損失δhe

外露損失

δhvohehe機(jī)械損失

軸承等摩擦損失δhm

2.

效率和損失的分類效率η=得到能量/消耗能量；原動(dòng)機(jī)得到機(jī)械功，工作機(jī)消耗機(jī)械功習(xí)題12．

離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速3000rpm，葉輪內(nèi)外半徑分為25、40cm，葉片進(jìn)口寬度為8cm，出口流體相對(duì)流動(dòng)角為90?，葉輪進(jìn)口絕對(duì)速度是徑向的并等于出口徑向速度100m/s，流動(dòng)效率70%，空氣密度不變，等于1.2kg/m3。求機(jī)器產(chǎn)生的壓力和所需要的內(nèi)功率？(δhv+δhr=0.03hth)解：壓力與能量頭有關(guān)，用歐拉方程計(jì)算hth（歐拉功）出口：u2=nπD2/60=30002π0.4/60=125.66m/s

因β2=90°,所以cu2=u2進(jìn)口：cu1=0;hth=125.662=15790J/kghth0.7=11053J/kg=Δp/ρΔp=110531.2=13264Pahtot=hth+δhv+δhr=1.03hthqm=ρc1r2πr1b1=15.08kg/sP=qm

htot=245244W=245kw習(xí)題13．

由如下參數(shù)確定級(jí)中流體有效能量的變化值、無(wú)限多葉片時(shí)的毆拉功hth∞和有限多葉片時(shí)的毆拉功hth：a)徑向向心透平轉(zhuǎn)速24000rpm,葉輪內(nèi)外直徑分為15、30cm，葉片進(jìn)出口幾何角分為70?、-25?，進(jìn)出口流體相對(duì)流動(dòng)角分為75?、-35?，葉輪進(jìn)出口徑向速度100m/s，流動(dòng)效率91%。b)軸流風(fēng)機(jī)周向速度100m/s,葉片進(jìn)出口幾何角分為45?、80?，進(jìn)出口流體相對(duì)流動(dòng)角分為40?、75?，葉輪進(jìn)出口軸向速度100m/s，流動(dòng)效率82%。解：歐拉方程中u、cu最好通過速度Δ先找到計(jì)算關(guān)系a)進(jìn)口：u1=nπD1/60=24000π0.3/60=377m/sa)進(jìn)、出口：u1=377m/s；u2=377D2/D1=188.5m/s葉片進(jìn)出口幾何角分為70?、-25?，進(jìn)出口流體相對(duì)流動(dòng)角分為75?、-35?，葉輪進(jìn)出口徑向速度100m/s，Cu1=u1+C1r/tg70=413.4m/su1u2w2w1c1u1w1c1c2u2w2c2c2rc1r=10070°-25°Cu2=u2-c2r/tg25=-

25.95m/shth

=377×413.4–188.5×(-25.95)=160743J/kghth=377×404.5–188.5×(45.69)=143884J/kghs=hth/ηhyd=143884/0.91=158114J/kgb)進(jìn)、出口：u1=u2=100m/s;cz=100m/s40°c1u1w1cz=10080°u2w2c2hth

=100×(100–100/tg80)=100×82.37=8237J/kghth=100[(100–100/tg75)+19.2]=100[73.2+19.2]=9240J/kgcu1=-wu1+u1=u1-wu1cz1/tg40=100-119.2=-19.2c1hpol=hth

×

ηhyd=9240×0.82=7577J/kg

葉片式工作機(jī)以不可壓流體為主，即研究泵與通風(fēng)機(jī)為主應(yīng)用范圍ф=q/nD3ψ=gH/n2D2ψ=0.04~0.06ψ=0.07~0.4ψ=0.006~0.09過流（通流）部件:吸入室（集風(fēng)器、進(jìn)風(fēng)口）葉輪擴(kuò)壓器（導(dǎo)葉），彎道回流器（反導(dǎo)葉），蝸殼第一節(jié)葉片式工作機(jī)的結(jié)構(gòu)形式一、葉輪功能：將機(jī)械功傳遞給流體結(jié)構(gòu)：離心、軸流、斜流（混流）、橫流離心又分前彎、后彎、徑向；多葉；單吸、雙吸；閉式、半開式三種不同出口角βb2的葉輪比較歐拉方程hth=u2c2u-u1c1u=1-πsinβ2b/z-φ2rctgβ2b二、吸入室（集風(fēng)器、進(jìn)風(fēng)口）功能：為葉輪進(jìn)口組織所要求的均勻流場(chǎng)（速度大小和方向）型式：圖3-2a）最好，流動(dòng)沒有轉(zhuǎn)彎,懸臂葉輪采用;其他型式流場(chǎng)不容易均勻，損失也比較大特點(diǎn)：加速流動(dòng)，與外界沒有能量交換——葉輪前部件三、擴(kuò)壓器(導(dǎo)葉)等——葉輪后部件無(wú)葉擴(kuò)壓器葉片擴(kuò)壓器無(wú)葉擴(kuò)壓器葉片擴(kuò)壓器彎道彎道回流器回流器蝸殼蝸殼導(dǎo)葉導(dǎo)葉三、擴(kuò)壓器(導(dǎo)葉),彎道回流器(反導(dǎo)葉),蝸殼擴(kuò)壓器(導(dǎo)葉):減速、提高壓力無(wú)葉cr=常數(shù)有葉彎道回流器(反導(dǎo)葉)：為下一級(jí)進(jìn)口引導(dǎo)組織所要求的流場(chǎng)回流器一定有葉片？；速度變化不大蝸殼：收集沿葉輪或擴(kuò)壓器圓周的流體并送到機(jī)器的出口非軸對(duì)稱；稍有加速主要性能參數(shù)和特性曲線一、主要性能參數(shù)1、流量:2、揚(yáng)程H、壓力升Δp（與能量頭hx有關(guān)）泵為不可壓縮介質(zhì),有效能量頭h揚(yáng)程H為單位重力流體獲得的有效能量，常用液體的高度m表示；通風(fēng)機(jī)全壓ptF：定義為其進(jìn)出口的全壓差ΔptF，對(duì)于氣體，位能差可以忽略；h=gH（泵）

=ptF/ρ（通風(fēng)機(jī)）

ptF=

ΔptF=Δp*=p2-p1+0.5ρ(c22-c12)=ρh有效能量頭h

=gH(泵)=pf/ρ(通風(fēng)機(jī))=(壓縮機(jī))壓縮機(jī)工質(zhì)是氣體，進(jìn)出口動(dòng)能、位能差可以忽略；有效能量頭h=4、功率P:P=qmh/η

5、轉(zhuǎn)速n——r.p.m;參變量理論功率Pth=qmh/ηhyd內(nèi)(軸)功率Pi=qmh/ηi=ρqvgH/ηi=qvptF/ηi整機(jī)功率Pe=qmh/ηe3、效率（第2章的內(nèi)容）

流動(dòng)(水力)效率ηhyd=有效能量頭h/（h+δhhyd

）=h/hth

內(nèi)(全壓、多變)效率ηi=h/(hth+非流道損失)

整機(jī)(總)效率ηe=h/(hth+非流道損失+軸承等損失)

例3-1

已知葉輪直徑D2=0.88m，出口寬b2=0.182m，流量系數(shù)r2=0.24，葉片數(shù)z=16，葉片出口角β2b=50o，轉(zhuǎn)速2900rpm，通風(fēng)機(jī)的流動(dòng)效率=0.85，假設(shè)泄露和輪阻損失為3%hth，求標(biāo)準(zhǔn)空氣的理論壓力升和實(shí)際壓力升，容積流量，實(shí)際輸入功率。解：由例2-3計(jì)算該葉輪的理論能量頭hth=11574J/kg，這也是空氣得到的能量。容積流量qv=φr2u2b2πD2

=0.24×133.6×0.182×π×0.88=16.133m3/s理論壓力升pth=ρhth=1.2×11574=13889Pa實(shí)際壓力升ptF=pth=0.85×13889=11806Pa實(shí)際輸入功率P=ρqvhth(1+3%)=1.2×16.133×11574×1.03=230791J/s=231Kw理論功率Pth=ρqvhth

=1.2*3.8*11574J/kg=52777w=52.81Kw解：理論全壓pth=

ρ

hth=1.2*11574=13889Pa=0.134大氣壓力例3-2：已知

hth=11574J/kg,流量qv=3.8m3/s

，如果流動(dòng)效率ηhyd=0.85，求實(shí)際的全壓和理論功率Pth？如果還已知風(fēng)機(jī)全壓效率為80%，求內(nèi)功率？機(jī)械等外部損失3%，求整機(jī)功率？配用多少電機(jī)功率？理論功率Pth〈內(nèi)功率Pi〈整機(jī)功率Pe〈配用電機(jī)功率=ρhthηhyd=13889*0.85=11806Pa=0.118大氣壓力實(shí)際全壓ptF內(nèi)功率Pi=ρqvhi=ρqvh

/ηi=ρqvhthηhyd

/ηi

=1.2*3.8*11574*0.85/0.8=54708w=54.7Kw相同能量頭，工質(zhì)不同，壓力提高和功率差別很大！

密度引起理論功率Pth=ρqvhth=1000qvhth=43981000w=43981Kw實(shí)際揚(yáng)程H=hth

ηhyd

/g=

11574*0.85/9.807=1003m相當(dāng)100.3個(gè)大氣壓力例3-2-1：例3-2中，如果工質(zhì)是清水，求實(shí)際的揚(yáng)程和理論功率Pth？0.118個(gè)大氣壓力空氣54.81Kw空氣例3-3已知原葉輪hth=11574J/kg，φm2=c2m/u2=0.24，u2=133.6

，流動(dòng)效率ηhyd=0.85，如果要求風(fēng)機(jī)流量不變，全壓p=13000Pa，此時(shí)，該葉輪是否滿足要求，如果不滿足，葉輪的幾何參數(shù)應(yīng)該如何變化？試畫改變后的葉輪出口速度三角形？u2cm2c2w2解：hth=pth/

ρ=p

/ηhyd/ρ=10000/0.85/1.2=12745Pac2m=

u2*φm2

=133.6*0.24=74m/s由hth=(σ-φm2ctgβ2b)u22=(1–πsinβ2b/z-φm2ctgβ2b)u22>已有的hth=11574J/kg,不滿足要求增加葉輪的β2b或z或u2增加葉片的β2b或z，即流動(dòng)角β2增加u2，即葉輪直徑或轉(zhuǎn)速，？？二、工況與變工況時(shí)機(jī)器的工作

工況——機(jī)器的工作狀況與介質(zhì)進(jìn)口狀態(tài)（例如R、

和機(jī)器進(jìn)口處的p、T等）和機(jī)器工作參數(shù)（qV、H(pf)、n等）有關(guān)；（實(shí)際工況還與系統(tǒng)有關(guān)）設(shè)計(jì)工況（名義工況、額定工況）——各工作參數(shù)都為設(shè)計(jì)值。設(shè)計(jì)工況葉片進(jìn)口由速度三角形,葉片進(jìn)口處的相對(duì)速度的方向與葉片的方向一致，即沖角i=

b1-

1

=0

，沒有沖擊損失，效率高非設(shè)計(jì)工況——變工況葉片進(jìn)口葉片出口設(shè)計(jì)工況

沖角i=

b1-

1

<0，紅色虛線，c1m?c2m?

流量變大；c2u?能量頭變??；效率？下降

沖角i=

b1-

1

>0，綠色點(diǎn)劃線，流量變小，能量頭變大，效率下降結(jié)論：

b2（

<90時(shí)？）

qV增大（減少）

H(pf)下降（上升）偏離設(shè)計(jì)工況，效率都下降功率隨流量增加而增加設(shè)計(jì)工況由葉輪進(jìn)出口速度三角形四、特性（性能）曲線各主要性能參數(shù)之間的關(guān)系用曲線表示由歐拉方程hth=u2c2u=u2(u2-c2mcotβ2)和c1u=0，則：=a-bqv直線Pth=ρ

qvhth=aqv–bqv2拋物線式中a>0；b<0β2>

90o=0β2=90o

>0β2<90o

理論性能曲線，β2=β2b，沒有考慮損失實(shí)際性能曲線(圖中藍(lán)線)理論值d

區(qū)約為一常量，是機(jī)械和圓盤磨擦功率δP等，與流量關(guān)系不大b區(qū)沖擊損失，在設(shè)計(jì)工況下，沒有沖擊損失。在非設(shè)計(jì)工況下，沖擊損失值與流量偏離值的平方（qV,d－qV,th）2成正比，其中qV,d為設(shè)計(jì)流量a區(qū)以磨擦損失為代表的與流量的平方成正比的損失

acbdc區(qū)表示泄漏損失等問題？有效能量頭h、H、ptF的定義和單位是什么？寫出三者之間的關(guān)系？試說(shuō)明葉片工作機(jī)的性能曲線中，一般壓力、功率、效率隨流量的變化趨勢(shì)？1131、概述（第一節(jié)）2、組成設(shè)備介紹（第三、四節(jié)） 制粉系統(tǒng) 燃燒相關(guān)設(shè)備 燃燒器 爐膛布置、類型 水冷壁 傳熱相關(guān)設(shè)備 過熱器和再熱器 （受熱面） 省煤器和空氣預(yù)熱器3、原理介紹（燃料、熱平衡等）（第二節(jié)）本章授課流程114第一節(jié)鍋爐概述一、鍋爐概念（一）鍋爐的功能和分類：

鍋爐是利用燃料等能源的熱能或工業(yè)生產(chǎn)中的余熱，將工質(zhì)(主要是水)加熱到一定溫度和壓力的換熱設(shè)備。通常意義的鍋爐中一般要實(shí)現(xiàn)下述過程燃燒熱交換

燃料的化學(xué)能煙氣的熱能蒸汽(或熱水)的熱能電站鍋爐:火電廠三大主機(jī)之一，火室燃燒。生產(chǎn)高溫高壓蒸氣，適用各種燃料，熱效率高、受熱面復(fù)雜，向大容量、高參數(shù)發(fā)展。

工業(yè)鍋爐:適于各行業(yè)，火床燃燒，熱效率低，容量較小。生產(chǎn)蒸汽（或熱水）供給工業(yè)和民用所需熱能，或通過蒸汽動(dòng)力機(jī)械轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

船用鍋爐:作為船舶動(dòng)力，體積小，重量輕，啟停方便，變負(fù)荷能力強(qiáng)。一般采用低中壓參數(shù)，爐膛容積熱負(fù)荷高，水循環(huán)高度小的燃油鍋爐。

生活鍋爐:居民生活所需的蒸汽或熱水之用。115116117118工業(yè)鍋爐型號(hào)

△△△╳╳―╳╳/╳╳―△╳

設(shè)計(jì)次序燃料代號(hào)額定蒸汽或熱水溫度額定蒸汽壓力額定蒸發(fā)量燃燒方式鍋爐型號(hào)例

SHL20-2.45/400-A

雙鍋筒橫置式鏈條爐排，額定蒸發(fā)為20t/h，蒸汽壓力為2.45MPa，過熱蒸汽溫度為400C0，燃用煙煤，原型設(shè)計(jì)的蒸汽鍋爐119工業(yè)鍋爐型號(hào)燃燒方式代號(hào)燃料代號(hào)120WNS燃油（氣）蒸汽鍋爐121122LSG系列立式雙層爐排蒸汽、熱水鍋爐LSG系列立式彎水管鍋爐123DZL（DZW）系列煙火管鍋殼式鍋爐124DZL系列水管鍋爐125DZL系列水火管鍋殼式鍋爐126127“馬蹄型”鍋爐128129130SHFx系列循環(huán)流化床鍋爐131132133134135電站鍋爐型號(hào)

△△―╳╳╳/╳╳╳―△╳

設(shè)計(jì)次序燃料代號(hào)額定蒸汽壓力額定蒸發(fā)量制造廠代號(hào)例

HG-670/13.72–M

哈爾濱鍋爐廠制造,額定蒸發(fā)量670t/h，額定蒸汽壓力13.7Mpa燃煤鍋爐

SG-1000/16.66-YM2

上海鍋爐廠制造,額定蒸發(fā)量1000t/h，額定蒸汽壓力16.66Mpa燃用煙煤鍋爐（第二次設(shè)計(jì)）136

小資料：

1、2004年底我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量提高到447GW（4.47億千瓦），年發(fā)電量達(dá)12500億KWH，火電占82.3％，屬于耗煤大戶。

2、我國(guó)火電廠主力200～300MW燃煤機(jī)組的供電煤耗超過進(jìn)口30％以上。

3、每年我國(guó)電站鍋爐、工業(yè)爐窯與工業(yè)鍋爐，耗煤占煤炭總消費(fèi)量的2／3左右，也是造成我國(guó)大氣污染的主要原因之一。因此，鍋爐是能源利用領(lǐng)域中的重要設(shè)備和環(huán)節(jié)，關(guān)系國(guó)計(jì)民生，擁有巨大節(jié)能潛力。137（二）電站煤粉鍋爐機(jī)組組成

現(xiàn)代電站鍋爐最為龐大、復(fù)雜，技術(shù)成套性強(qiáng)，是多學(xué)科、多門類工業(yè)產(chǎn)品綜合而成的蒸汽發(fā)生裝置?；鹆Πl(fā)電廠能量轉(zhuǎn)換的基本過程鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)

燃料的化學(xué)能蒸汽的熱能轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能電能138139燃燒效率：18％～36％熱效率：16％～40％熱效率：90～99％燃燒效率：97～99％（流化床）140141空氣燃料水蒸汽煙氣142143144鍋爐鍋爐本體輔助設(shè)備電站煤粉鍋爐機(jī)組鍋爐汽水系統(tǒng)由汽包、下降管、聯(lián)箱、導(dǎo)管及各換熱設(shè)備（水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器等）組成。完成由水變成蒸汽的吸熱過程。鍋爐燃燒系統(tǒng)由爐膛、燃燒器、煙道、爐墻構(gòu)架等部件組成，完成煤的燃燒過程。由送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、燃料供應(yīng)及制粉、除灰、除渣、測(cè)量控制等組成145（一）鍋爐參數(shù)230額定蒸發(fā)量在額定給水溫度、使用設(shè)計(jì)燃料和額定蒸汽參數(shù)，保證熱效率時(shí)所規(guī)定的蒸發(fā)量，單位為T/h（或Kg/s）

最大連續(xù)蒸發(fā)量（對(duì)大型鍋爐）

在額定蒸汽參數(shù)，額定給水溫度和使用設(shè)計(jì)燃料，長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行時(shí)所能達(dá)到的最大蒸發(fā)量，單位為T/h（或Kg/s）

供熱量（工業(yè)熱水鍋爐）

單位為KW（或Kcal/h）。二、鍋爐的特性

蒸汽鍋爐的額定參數(shù)在規(guī)定負(fù)荷范圍內(nèi)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行應(yīng)能保證的出口蒸汽參數(shù)，包括額定蒸汽壓力（對(duì)應(yīng)規(guī)定的給水壓力），單位是MPa；額定蒸汽溫度（對(duì)應(yīng)額定蒸汽壓力和額定給水溫度)，單位是0C。

熱水鍋爐的額定參數(shù)鍋爐出口熱水的壓力和溫度，單位分別是MPa和0C

146（二）鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

連續(xù)運(yùn)行小時(shí)數(shù)兩次檢修之間的運(yùn)行小時(shí)數(shù)（>5000h）

可用率（總運(yùn)行小時(shí)數(shù)+總備用小時(shí)數(shù)）/統(tǒng)計(jì)期間總小時(shí)數(shù)（一年）（>90%）

事故率

總事故停爐小時(shí)數(shù)/（總運(yùn)行小時(shí)數(shù)+事故停爐小時(shí)數(shù)）（<2%）運(yùn)行安全性指標(biāo)：147經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：鍋爐熱效率

ηgl=（Q1/Q

r）×100，%

式中Q1—

鍋爐有效利用熱

Q

r—

鍋爐在單位時(shí)間內(nèi)所消耗燃料的輸入熱量（大容量電站鍋爐大于90%；工業(yè)鍋爐約60～80%）鍋爐有害物質(zhì)排放物：鍋爐燃燒產(chǎn)生的污染物主要有：煙霧、粉塵等148（三）鍋爐類型

按用途分：電站鍋爐：用于發(fā)電，參數(shù)高、容量大；工業(yè)鍋爐：用于工業(yè)生產(chǎn)和供熱，參數(shù)低、容量小。其中，又有蒸汽鍋爐和熱水鍋爐。

方式層燃爐室燃爐流化床爐旋風(fēng)爐燃料塊狀粉狀、霧狀、氣態(tài)固體顆粒固體顆粒

按鍋爐燃燒方式分：層燃爐、室燃爐、流化床爐、旋風(fēng)爐層燃爐：煤塊在爐排上燃燒，燃燒所需空氣從爐排低下送入。爐排在旋轉(zhuǎn)。旋風(fēng)爐：燃料和空氣在高溫旋風(fēng)筒內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，細(xì)小的燃料顆粒在其中懸浮燃燒，較大的顆粒被拋向筒壁液態(tài)渣膜上進(jìn)行燃燒。流化床爐：固體燃料在高速氣流作用下，在布風(fēng)板上的床料層上下翻滾，呈流化狀態(tài)燃燒。室燃爐：燃料以粉狀、霧狀或氣態(tài)隨空氣噴入爐膛，懸浮燃燒。149150

按鍋爐蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)流動(dòng)方式分：

自然循環(huán)汽包鍋爐

具有汽包，利用下降管和上升管（水冷壁）中工質(zhì)密度差產(chǎn)生工質(zhì)循環(huán)。循環(huán)倍率(?)約為4～10，是亞臨界壓力以下鍋爐的主要形式。

強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐

具有汽包和循環(huán)泵，利用循環(huán)回路中工質(zhì)密度差和循環(huán)泵壓頭使工質(zhì)循環(huán)。循環(huán)倍率約為3～5，只能在臨界壓力以下應(yīng)用。泵汽包聯(lián)箱下降管受熱面151直流鍋爐無(wú)汽包，給水靠給水泵壓頭一次通過各受熱面產(chǎn)生蒸汽，循環(huán)倍率約為1，可在高壓以上任何壓力下應(yīng)用

低倍率循環(huán)鍋爐無(wú)汽包，具有汽水分離器和再循環(huán)泵，靠再循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)工質(zhì)再循環(huán),循環(huán)倍率約為1.2～2，多用于亞臨界壓力泵汽包聯(lián)箱下降管受熱面152按鍋爐參數(shù)分：低壓（表壓≤2.4MPa）、中壓(表壓2.9~4.9MPa)、高壓(表壓7.84~10.8MPa)、超高壓(表壓11.8~14.7MPa)、亞臨界壓力(表壓15.7~19.6MPa)、超臨界壓力(超過臨界壓力22.1MPa)、超超臨界壓力鍋爐。22.1--15.7-19.611.8-14.77.84-10.82.94-4.9超臨界亞臨界超高壓高壓中壓自然循環(huán)強(qiáng)制循環(huán)直流低倍率--2.45低壓153

自然循環(huán)鍋爐的優(yōu)點(diǎn)是可以將汽包內(nèi)含雜質(zhì)濃度較高的水連續(xù)排去一部分(連續(xù)排污),還可以在水冷壁下部定期放水,除去沉淀的水渣(定期排污),對(duì)給水質(zhì)量要求稍低,自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)較簡(jiǎn)單.目前我國(guó)火電廠采用的鍋爐絕大部分是自然循環(huán)鍋爐.

鍋爐的汽壓越高,飽和蒸汽與飽和水的比重就越接近,使?fàn)t水自然循環(huán)的動(dòng)力也越小.如果設(shè)計(jì),運(yùn)行不當(dāng),就容易發(fā)生水循環(huán)不良,引發(fā)爆管事故.一般汽壓超過16.6MPa(170大氣壓)時(shí)不宜采用此種鍋爐.直流鍋爐的特點(diǎn)是沒有汽包,水在給水泵的下,一直流過鍋爐的蒸發(fā)部分,不往返循環(huán),如圖2-5所示.

直流鍋爐的優(yōu)點(diǎn)是沒有汽包,比較容易制造,鋼材耗量少,缺點(diǎn)是不能排污,對(duì)水質(zhì)要求高,自動(dòng)調(diào)節(jié)也比較復(fù)雜.直流鍋爐可用于任何蒸汽參數(shù),特別適用于超高壓以上的電廠.我國(guó)電站鍋爐參數(shù)、容量1543001025；1000250~280540/54016.7125；200420~670220~250540/54013.750；100220；410205~2255409.86；122535；65130145~155165~1754503.88201054002.5蒸汽溫度給水溫度蒸汽壓力發(fā)電功率MW容量（t/h)參數(shù)300；6001025；2008260~290540/54017.5

小資料：155工質(zhì)吸熱量分配比例補(bǔ)水率1.5%作業(yè)題與思考題1561、談?wù)勫仩t的類型。3、寫出鍋爐運(yùn)行的安全性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)及其計(jì)算公式。4、列出你能想到的相關(guān)概念知識(shí)。5、簡(jiǎn)述電站燃煤鍋爐的工作過程鍋爐2、鍋爐的參數(shù)有哪幾種。157空氣燃料水蒸汽煙氣158（一）燃料的燃燒原理

阿累尼烏斯定律：燃燒化學(xué)反應(yīng)速度主要取決于反應(yīng)過程的溫度及活化能的大小。