ch1级工作原理

1、12叶栅内的流动叶栅内的流动34第一节第一节 蒸汽在级内的流动蒸汽在级内的流动级的定义：级的定义： 汽轮机的基本作功单元汽轮机的基本作功单元级的组成：级的组成： 动叶栅动叶栅+静叶栅静叶栅级的功能：级的功能： 热能热能动能动能机械能机械能5基本假设：基本假设：1、定常、定常2、一维、一维3、绝热、绝热基本方程：基本方程：1、状态、过程方程、状态、过程方程一、基本假设和基本方程一、基本假设和基本方程constpvRTpvRTpk,62、连续性方程、连续性方程3、能量守恒方程、能量守恒方程vAcGAcG/constcpkkconstch212227二、喷嘴中的膨胀过程二、喷嘴中的膨胀过程1、喷嘴出

2、口速度、喷嘴出口速度初始参数初始参数0，出口参数，出口参数1t代入比焓公式，代入比焓公式，用滞止参数表示，用滞止参数表示，22211200ttchch21220110021cvpvpkkcttttttvpvpkkc11*0*021128代入等熵关系式，得喷嘴出口理想速度代入等熵关系式，得喷嘴出口理想速度定义压力比定义压力比2、喷嘴速度系数、喷嘴速度系数图图1-2：喷嘴速度系数：喷嘴速度系数kktppvpkkc1*01*0*01112*01ppntcc11910也可以从能量方程得到实际速度也可以从能量方程得到实际速度喷嘴的动能损失喷嘴的动能损失3、临界参数、临界参数由流体力学，临界音速由流体力学

3、，临界音速压力比与马赫数关系压力比与马赫数关系201012chhc*2212212112122nttnhccch*0*0112vpkkcc11当马赫数为当马赫数为1，可得临界压力比：，可得临界压力比：12211kknMak577. 0135. 11 . 0035. 1546. 030. 1ncnckxkk干饱和蒸汽：饱和蒸汽：过热蒸汽：1211kknck水蒸汽的临界压比：水蒸汽的临界压比：124、喷嘴流量、喷嘴流量理论流量：理论流量：*0*0121112vpkkAvcAGkknknnttnnt最大流量：最大流量：*0*01112vpkkAGkknnct定义流量比（彭台门系数）：定义流量比（彭台

4、门系数）：nctntGG13流量比的近似公式（椭圆公式）流量比的近似公式（椭圆公式）211ncncn理论流量：理论流量：nctntGG实际流量：实际流量：*0*0648. 0vpAGGGnnctnntnn14155、斜切部分的膨胀、斜切部分的膨胀当压比小于临界压比时，斜切部分的汽流超音速，并当压比小于临界压比时，斜切部分的汽流超音速，并发生偏转发生偏转在喉部在喉部在出口面在出口面因流量相等，所以因流量相等，所以ccnnccncncvctlvcAG11111sin11111sinvctlvcAGnnnn111111sinsincvcvcc16三、蒸汽在动叶中的流动三、蒸汽在动叶中的流动1、反动度

5、、反动度bnbtbmhhhhh*反动式、冲动式汽轮机的区别反动式、冲动式汽轮机的区别2、热力过程、热力过程3、动叶的通流能力、动叶的通流能力1718四、级内流动基本公式四、级内流动基本公式用反动度和级滞止理想比焓降来表示用反动度和级滞止理想比焓降来表示*tmbhh*1tmnhh*12nthc*21nnhh2122whwbt21212whhbb19第二节第二节 级的轮周效率和最佳速比级的轮周效率和最佳速比上一节分别讲述了静叶和动叶内的流动，给出了级内上一节分别讲述了静叶和动叶内的流动，给出了级内流动的基本公式。流动的基本公式。在第二节，将给出在第二节，将给出速度三角形速度三角形、轮周功率轮周功率

6、、轮周功轮周功、轮周效率轮周效率、速比速比等概念。等概念。速度三角形用图形方式描绘动叶进口和出口的速度，速度三角形用图形方式描绘动叶进口和出口的速度，蒸汽推动动叶发生旋转运动，产生力矩和轮周功率。蒸汽推动动叶发生旋转运动，产生力矩和轮周功率。级的理想可用能的一部分转换为轮周功（机械能），级的理想可用能的一部分转换为轮周功（机械能），这部分的比例称为轮周效率。这部分的比例称为轮周效率。速比是圆周速度与喷嘴出口速度之比，当速比达最佳速比是圆周速度与喷嘴出口速度之比，当速比达最佳值时轮周效率达最大值。值时轮周效率达最大值。20一、速度三角形和轮周功率一、速度三角形和轮周功率1、速度三角形、速度三角形

7、因动叶旋转，蒸汽的绝对速度应为相对速度与牵连速因动叶旋转，蒸汽的绝对速度应为相对速度与牵连速度的矢量和。度的矢量和。速度三角形就是三个速度矢量的关系图。速度三角形就是三个速度矢量的关系图。首先确定动叶进口的速度三角形：首先确定动叶进口的速度三角形：静叶出口速度静叶出口速度c1为绝对速度，可根据级内流动基本公为绝对速度，可根据级内流动基本公式求出式求出圆周速度圆周速度u为牵连速度，可根据直径转速求出为牵连速度，可根据直径转速求出21在动叶出口，可先求相对速度，再求绝对速度在动叶出口，可先求相对速度，再求绝对速度c2如果级内出现超音速，则需要考虑偏转角的影响如果级内出现超音速，则需要考虑偏转角的影

8、响问题：速度三角形图中的四个角度各指的是什么？问题：速度三角形图中的四个角度各指的是什么？112211cos2ucucw22余速损失余速损失余速被下一级利用的比例系数余速被下一级利用的比例系数余速利用系数的取值讨论余速利用系数的取值讨论2、轮周功率、轮周功率根据动量矩定理根据动量矩定理考虑考虑c1、c2方向方向2222chc1uuurGcrGcMP121122coscosccGuPu23利用余弦定理，单位质量蒸汽的轮周功率利用余弦定理，单位质量蒸汽的轮周功率轮周功轮周功物理意义：物理意义： 动叶进口动能的减少动叶进口动能的减少 + 由膨胀得到的动能由膨胀得到的动能根据能量平衡，轮周功也可写成：

9、根据能量平衡，轮周功也可写成：需要说明：上式并未考虑余速利用需要说明：上式并未考虑余速利用2122222121wwccGPWuu2*cbntuhhhhW24二、轮周效率与速比的关系二、轮周效率与速比的关系1、轮周效率、轮周效率定义：轮周功与理想可用能之比。定义：轮周功与理想可用能之比。喷嘴、动叶、余速损失系数：喷嘴、动叶、余速损失系数：2221*0chWEWtuuu02200EhEhEhccbbnn252、轮周效率与速比的关系、轮周效率与速比的关系当级的工况变化时，在三项损失中，静叶和动叶的损当级的工况变化时，在三项损失中，静叶和动叶的损失变化不大，而余速损失变化幅度最大。失变化不大，而余速损

10、失变化幅度最大。提出速比这一参数，可以用来分析余速损失对轮周效提出速比这一参数，可以用来分析余速损失对轮周效率的影响率的影响速比：速比：从轮周效率公式出发，得纯冲动级的轮周效率与速比从轮周效率公式出发，得纯冲动级的轮周效率与速比关系式关系式作图分析（图作图分析（图1-11）纯冲动级的最佳速比为纯冲动级的最佳速比为11cux 111122coscoscos12xxu1cos212627从速度三角形看，要使余速损失最小，就是要使从速度三角形看，要使余速损失最小，就是要使c2与与旋转平面垂直旋转平面垂直因因c1不易知道，故定义假想速比，可代替速比不易知道，故定义假想速比，可代替速比当考虑余速利用，轮

11、周效率将增大（图当考虑余速利用，轮周效率将增大（图1-13）再看反动级：再看反动级：图图1-14分析分析反动级的最佳速比为反动级的最佳速比为*2taaahccux1cos2829同样，要使余速损失最小，就是要使同样，要使余速损失最小，就是要使c2与旋转平面垂与旋转平面垂直直当当 且且 时，最佳速比为时，最佳速比为上式为一通用式上式为一通用式再看一下影响轮周效率的其它因素再看一下影响轮周效率的其它因素1）喷嘴出口角）喷嘴出口角2）动叶出口角）动叶出口角3）动叶进口角）动叶进口角121 mopx12cos1130轮周效率与速比、反动度关系轮周效率与速比、反动度关系下面，给出用解析方法推导出的轮周效

12、率与速比、反下面，给出用解析方法推导出的轮周效率与速比、反动度的统一表达式：动度的统一表达式：假定其它参数，忽略角度假定其它参数，忽略角度2变化，可以得到速比与轮变化，可以得到速比与轮周效率关系曲线：周效率关系曲线：112222221211cos121cos21coscos12xxxxxxxxmaamammaaamau313233三、速度级三、速度级34速度级速度级，也称作复速级，也称作复速级特点：单级的比焓降较大，叶轮尺寸较小，同时轮周特点：单级的比焓降较大，叶轮尺寸较小，同时轮周效率较高效率较高速比偏离最佳值引起轮周效率下降，主要原因是余速速比偏离最佳值引起轮周效率下降，主要原因是余速损失

13、的增大损失的增大增加一组静叶与动叶，利用余速，可提高效率增加一组静叶与动叶，利用余速，可提高效率速度级轮周效率的分析方法与前面相似速度级轮周效率的分析方法与前面相似速度级的最佳速比较小速度级的最佳速比较小由于喷嘴出口流速高，摩擦损失较大，目前，大型电由于喷嘴出口流速高，摩擦损失较大，目前，大型电站汽轮机已较少使用站汽轮机已较少使用35第三节第三节 叶栅尺寸的确定叶栅尺寸的确定叶栅尺寸主要有下列几个参数：叶片高度，叶栅节距，叶栅尺寸主要有下列几个参数：叶片高度，叶栅节距，进、出口气流角进、出口气流角静叶栅与动叶栅的流量基本相等，静叶栅与动叶栅的流量基本相等，静叶栅与动叶栅的叶高相差较小静叶栅与动

14、叶栅的叶高相差较小36一、静叶栅尺寸一、静叶栅尺寸当压比当压比0.45，推荐使用渐缩型喷嘴，推荐使用渐缩型喷嘴压比较小时，采用缩放型喷嘴压比较小时，采用缩放型喷嘴喷嘴流量喷嘴流量喷嘴出口面积喷嘴出口面积叶片高度叶片高度静叶栅的部分进汽度静叶栅的部分进汽度ettnnnvcAG11/1sinnnnnltzA 111sintnnntnnctzvGl 37叶高与部分进汽度的关系叶高与部分进汽度的关系当容积流量较小时，可以通过减小当容积流量较小时，可以通过减小e，来适当增大叶高，来适当增大叶高，减小叶高损失减小叶高损失如果喷嘴出口汽流超音速，则修正出口汽流角即可如果喷嘴出口汽流超音速，则修正出口汽流角即

15、可从流量的近似公式出发，可导出另一叶高公式从流量的近似公式出发，可导出另一叶高公式nnndtze111sintnntnncdevGl 1*0*0sin648. 0nnnnndeAlvpGA38二、动叶栅尺寸二、动叶栅尺寸与静叶栅相似与静叶栅相似对于冲动级，因反动度小，出口汽流一般不会超音速，对于冲动级，因反动度小，出口汽流一般不会超音速，所以出口汽流角不须修正所以出口汽流角不须修正动叶的动叶的盖度盖度动叶的动叶的围带围带问题：已知某反动级的直径和喷嘴出口角，试估计该问题：已知某反动级的直径和喷嘴出口角，试估计该级的理想比焓降。级的理想比焓降。222222sinsin/tbbtbbbbbttbb

16、bwdevGlldeAvwAG39三、面积比与反动度三、面积比与反动度面积比：动叶出口面积面积比：动叶出口面积/ /静叶出口面积静叶出口面积面积比决定汽流膨胀程度，实现反动度面积比决定汽流膨胀程度，实现反动度冲动级：动叶前后状态参数变化小，因动叶静叶流量冲动级：动叶前后状态参数变化小，因动叶静叶流量相同，相同，w w2 2c11，约为，约为1.41.4反动级：汽流在动叶内膨胀，反动级：汽流在动叶内膨胀，w w2 2与与c c1 1接近，动叶后密度接近，动叶后密度略小，故面积比接近略小，故面积比接近1 1；随压力下降，动叶后密度显著；随压力下降，动叶后密度显著减小，故面积比逐渐增大减小，故面积比

17、逐渐增大40第四节第四节 扭叶片级的基本概念扭叶片级的基本概念当叶片高度较小时，叶片的顶部、中点、根部的圆周当叶片高度较小时，叶片的顶部、中点、根部的圆周速度速度u近似相等近似相等这时，做成等截面的直叶片，汽流参数沿着叶高基本这时，做成等截面的直叶片，汽流参数沿着叶高基本一致一致汽流由于膨胀，容积流量增大，叶片高度必须随着增汽流由于膨胀，容积流量增大，叶片高度必须随着增大，这时，叶片顶部、根部的大，这时，叶片顶部、根部的u差异增大，速度三角形差异增大，速度三角形差异也增大差异也增大可以利用径高比描述叶片的相对长短可以利用径高比描述叶片的相对长短当径高比小于当径高比小于8时，使用直叶片将严重降低

18、轮周效率时，使用直叶片将严重降低轮周效率ld41长叶片级的工作特点长叶片级的工作特点1、沿叶高、沿叶高u不同不同例如例如N125汽轮机的末级，径高比汽轮机的末级，径高比2.9，u在叶顶、叶根在叶顶、叶根处相差一倍，两处的速度三角形差异明显。处相差一倍，两处的速度三角形差异明显。2、环形叶栅、环形叶栅使用直叶片的不良后果：使用直叶片的不良后果：（1）径高比较小时，叶顶、叶根处的节距相差很大，）径高比较小时，叶顶、叶根处的节距相差很大，而每种叶栅都有一最佳节距而每种叶栅都有一最佳节距（2）喷嘴出口有圆周分速度，产生离心力场，沿着叶）喷嘴出口有圆周分速度，产生离心力场，沿着叶高压力上升，造成叶顶、叶

19、根处反动度变化高压力上升，造成叶顶、叶根处反动度变化（3）动叶出口汽流方向变化剧烈，级后汽流不均匀）动叶出口汽流方向变化剧烈，级后汽流不均匀42弯扭叶片弯扭叶片叶片周向弯曲后，在叶片表面尤叶片周向弯曲后，在叶片表面尤其是吸力面上形成了两端压力高其是吸力面上形成了两端压力高中间压力低的静压分布，即中间压力低的静压分布，即”C”型压力分布型压力分布两端部的低能流体被吸入主流区两端部的低能流体被吸入主流区被主气流带走，这样就减少了低被主气流带走，这样就减少了低能流体在两端壁与吸力面组成的能流体在两端壁与吸力面组成的角隅处的堆积，避免了分离的发角隅处的堆积，避免了分离的发生，减少了能量损失生，减少了能

20、量损失实验结果表明，叶片弯曲以后还实验结果表明，叶片弯曲以后还可以减小压力面与吸力面的两端可以减小压力面与吸力面的两端的压差，从而减弱了两端的横向的压差，从而减弱了两端的横向二次流动二次流动43为了揭示叶片弯曲降低流动损失的机理，应进行弯曲为了揭示叶片弯曲降低流动损失的机理，应进行弯曲叶片的详细测量和流动显示，揭示各种涡系结构及尺叶片的详细测量和流动显示，揭示各种涡系结构及尺度的变化，从而能更自觉地控制边界层和各种涡系的度的变化，从而能更自觉地控制边界层和各种涡系的发展。发展。王仲奇王仲奇44第五节第五节 级内损失和级效率级内损失和级效率级内损失级内损失 因蒸汽流动和膨胀作功过程，引起理想比焓

21、降不因蒸汽流动和膨胀作功过程，引起理想比焓降不能转变成机械功的那部分热能，称为内部损失。能转变成机械功的那部分热能，称为内部损失。外部损失外部损失 其余的能量损失称为外部损失，例如汽机轴承的其余的能量损失称为外部损失，例如汽机轴承的摩擦损失。摩擦损失。 前面已指出三项级内损失：喷嘴损失、动叶损失、前面已指出三项级内损失：喷嘴损失、动叶损失、余速损失。在此基础上，再扣除其它级内损失，就能余速损失。在此基础上，再扣除其它级内损失，就能得到级的得到级的相对内效率相对内效率，简称，简称级效率级效率。45一、级内损失一、级内损失1、叶型损失（喷嘴损失、动叶损失）、余速损失、叶型损失（喷嘴损失、动叶损失）

22、、余速损失各种损失的原因、计算方法、减小措施？各种损失的原因、计算方法、减小措施？2、叶高损失、叶高损失(端部损失端部损失)蒸汽在叶片端部附近流动时，要产生附面层及旋涡，蒸汽在叶片端部附近流动时，要产生附面层及旋涡，损失部分有用功，由于叶片长度有限，这种损失的比损失部分有用功，由于叶片长度有限，这种损失的比例随着叶高的减小而增加例随着叶高的减小而增加当叶高小于当叶高小于15mm时，叶高损失急剧增加时，叶高损失急剧增加unlhlah46叶型损失1 1）边界层内的摩擦）边界层内的摩擦2 2）边界层分离涡流）边界层分离涡流3 3）尾迹损失）尾迹损失4 4）激波损失）激波损失47端部损失1 1）二次流

23、摩擦）二次流摩擦2 2）补偿流）补偿流3 3）对涡）对涡( (马蹄涡马蹄涡) )48493、撞击损失、撞击损失从速度三角形看，从速度三角形看，c1变化时，动叶进口汽流角将变化，变化时，动叶进口汽流角将变化，新的汽流角与设计工况下汽流角的差，称为冲角新的汽流角与设计工况下汽流角的差，称为冲角如图，当比焓降减小，如图，当比焓降减小， c1减小，汽流角增大减小，汽流角增大常用公式：常用公式：措施：措施：（1）合理选择叶型，保证设计工况下冲角为）合理选择叶型，保证设计工况下冲角为0（2）将进汽边做成弧形，减小冲角的影响）将进汽边做成弧形，减小冲角的影响c1c11w1w11u2sin11122111wh

24、504、扇形损失、扇形损失采用直叶片的级，因环形叶栅的缘故，存在扇形损失，采用直叶片的级，因环形叶栅的缘故，存在扇形损失，常用径高比描述其大小常用径高比描述其大小采用扭叶片的级无此项损失采用扭叶片的级无此项损失*27 . 0tbbhhdl515、叶轮摩擦损失、叶轮摩擦损失产生原因：产生原因：（1）叶轮旋转引起速度梯度）叶轮旋转引起速度梯度（2）离心作用产生径向涡流）离心作用产生径向涡流常用公式：常用公式：反动级无叶轮，故无此项损失反动级无叶轮，故无此项损失DPhvudPfff3600110007. 1232526、部分进汽损失、部分进汽损失当级的部分进汽度当级的部分进汽度e1时产生部分进汽损失

25、时产生部分进汽损失部分进汽损失由鼓风损失、斥汽损失组成部分进汽损失由鼓风损失、斥汽损失组成eh53鼓风损失鼓风损失动叶经过无进汽的弧段时，因叶片与蒸动叶经过无进汽的弧段时，因叶片与蒸汽的速度差异，产生摩擦，损失有用功汽的速度差异，产生摩擦，损失有用功措施：加装护罩可减小鼓风损失措施：加装护罩可减小鼓风损失常用公式：常用公式：上式与叶轮摩擦损失公式相似，故上式与叶轮摩擦损失公式相似，故2个公式常合并成一个公式常合并成一个公式个公式235 . 11110021)900480(vudleePhw54斥汽损失斥汽损失:（1）动叶刚进入进汽弧段时，喷嘴出口汽流对动叶内）动叶刚进入进汽弧段时，喷嘴出口汽流对动叶内呆滞蒸汽进行推动加速；呆滞蒸汽进行推动加速；（2）进汽弧段进出口处的汽流；）进汽弧段进出口处的汽流；措施：减小喷嘴组之间不进汽弧段的长度措施：减小喷嘴组之间不进汽弧段的长度常用公式：常用公式：An代表蒸汽流量的多少，流量大则损失的比例小代表蒸汽流量的多少，流量大则损失的比例小lb代表呆滞蒸汽的量代表呆滞蒸汽的量Bb代表被呆滞蒸汽推动的距离代表被呆滞蒸汽推动的距离斥汽损失与斥汽损失与u的一次方成正比的一次方成正比*42. 0tnanbbshmxAlBh557、湿汽损失、