汽轮机原理第一章课件

第一章汽轮机级的工作原理第一节概述第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程第三节级的轮轴功率和轮轴效率第四节叶栅的气动特性第五节级内损失和级的相对内效率第六节级的热力设计原理第七节级的热力计算示例第八节扭叶片级§1.概述一、汽轮机的结构简介汽轮机本体中做功气流的通道称为汽轮机的通流部分。级：由一列静叶栅和一列动叶栅组成，完成蒸汽的热能转换成转子的机械能的最基本单元。1-静叶栅（喷嘴）；2-动叶栅；3-隔板；4-叶轮；5-主轴返回一.级的工作过程

1.级的组成0－0截面：喷嘴进口截面；1－1截面：喷嘴与动叶之间截面(喷嘴出口、动叶进口)；2－2截面：动叶出口截面；

一.级的工作过程

2.喷嘴蒸汽在喷嘴内（静叶内）完成:热能动能一.级的工作过程——3.动叶在动叶内，把蒸汽具有的动能和热能机械功作用力：①由静叶出口的高速蒸汽冲击动叶产生冲动力Fi②动叶内蒸汽继续膨胀，产生一个反动力FrF一.级的工作过程——4.动叶进出口速度三角形

动叶进口速度三角形：动叶出口速度三角形：－动叶平均直径处的圆周速度

－喷嘴出口速度（动叶进口绝对速度）

－动叶进口的相对速度－动叶出口的相对速度－动叶出口绝对速度

5.级的热力过程线

喷嘴理想焓降动叶理想焓降级理想焓降喷嘴滞止理想焓降级滞止理想焓降初速能余速损失二.级的反动度

1、定义：

级反动度定义：等于蒸汽在动叶汽道内膨胀时所降落的理想焓降和整个级的滞止理想焓降之比。平均反动度：动叶平均直径截面上的理想焓降。2、意义：衡量在动叶中膨胀的程度。三.级的类型和特点

纯冲动级：反动度的级称纯冲动级冲动级

带反动度的冲动级（冲动级）：在冲动级中带少量反动度反动级：反动度的级称反动级复速级：由固定的喷嘴、导叶和安装在同一叶轮上的两列动叶组成的级称为复速级2、压力级和速度级（1）压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的级。（2）速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行一次以上的级。3、调节级和非调节级（1）调节级：通流面积能随负荷改变的级，如喷嘴调节的第一级。（2）非调节级：通流面积能不随负荷改变的级，可以全周进汽，也可以部分进汽。三.级的类型和特点

纯冲动级反动度级称纯冲动级特点：①只在喷嘴中膨胀，在动叶中不膨胀，只改变流动方向；②作用力：只有冲动力，没有反动力；③级的作功能力大，级所承担滞止理想焓降大，效率低；④喷嘴：渐缩喷嘴；动叶：近似对称弯曲，汽道横截面沿汽流方向不发生变化。

返回三.级的类型和特点

带反动度的冲动级（冲动级）在冲动级中带少量反动度特点：①蒸汽主要在喷嘴中膨胀，小部分在动叶中膨胀；②作用力：主要是冲动力；③作功能力大，级所承担的滞止理想焓降较大，效率有所提高；④喷嘴：渐缩喷嘴；动叶：汽道横截面沿汽流方向有所收缩；实际的冲动级汽轮机都是带反动度的冲动级，应用广泛。返回三.级的类型和特点反动级：反动度的级称反动级特点：①一半在喷嘴（静叶）中膨胀，一半在动叶中膨胀；②同时存在冲动力和反动力；③反动级效率高，级的作功能力较小（级的滞止理想焓降较小）；④喷嘴与动叶均为收缩型，由于膨胀量相同，喷嘴与动叶的叶型基本相同。Δht0Δhn0Δhb00012sh返回三.级的类型和特点

复速级

复速级由喷嘴、导叶和两列动叶组成。蒸汽在喷嘴膨胀后，进入第一列动叶作功，流出第一列动叶时速度还相当大。用一列导叶改变蒸汽流动方向后进入第二列动叶继续作功。特点：作功能力很大，但效率较低，常用作中小汽轮机调节级。喷嘴采用缩放喷嘴。引入一定的反动度。返回四.级的简化一元流动模型和基本方程式

蒸汽在汽轮机中的运动是非常复杂①蒸汽有黏性，运动时，密度发生变化，所以，汽轮机中的工质是黏性、可压缩流体；②蒸汽在静叶栅和动叶栅流道中作三元非定常流动，也就是说：流道内任何一点的参数（压力、温度、速度、密度等），不仅是空间的函数，而且是时间的函数。

(一)简化的一元流动模型——假设

蒸汽在级内的流动是定常流动（稳定），即任何一点参数（压力、温度、速度、密度等）不随时间的变化。在稳定工况下运行（功率和蒸汽参数变化不大时），可近似认为是定常的。蒸汽在级内流动是一元的。适用于叶片相对高度较短的叶片。蒸汽在级内流动过程是绝热的。即认为级内蒸汽与外界无热交换，这一条件在汽轮机稳定运行时是满足的。在考虑作用于流体上的力时，略去黏性力，但要考虑计算由于黏性力的存在所造成的速度下降。即：略去黏性力的当地影响，考虑其历史积累的影响。（二）.基本方程式

连续方程、能量方程、状态方程连续方程：在定常一元流动下，通过1-1截面的质量流量和通过2-2截面的质量流量相等。

连续方程的微分形式1122G1G2（二）.基本方程式能量方程：能量方程式能量守恒定律的数学表达式。对于绝热、定常流动、无热源流进系统的能量，必须等于离开系统的能量。式中:、－蒸汽进入和流出系统的焓值；、－蒸汽进入和流出系统时的速度；w－蒸汽通过系统时对外界所作的机械功。wh1c1h0c0（二）.基本方程式

状态方程理想气体的状态方程式：

式中：p－绝对压力；v－蒸汽比容；T－热力学温度；R－蒸汽气体常数，R＝461.5J/(kg.K)。蒸汽等熵膨胀过程方程式

k＝1.3（过热蒸汽）

k＝1.035＋0.1x（湿蒸汽），x是蒸汽的干度§1.概述总结第一章汽轮机级的工作原理

§2蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程

返回一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程蒸汽在喷嘴（静叶）中的膨胀过程的特点：(1)蒸汽在喷嘴中把热能转换成动能，并获得一定的方向；(2)喷嘴固定在汽缸上，是静止的，不对外做功。

一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程

（一）喷嘴出口汽流速度由能量方程：若把蒸汽作为理想气体，则（1）喷嘴理想出口速度：式中：喷嘴压比

ΔhnΔhn00001shp0t01tp1p00一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程

（一）喷嘴出口汽流速度（2）喷嘴实际出口速度：

在喷嘴中实际流动工质是蒸汽，有黏性，有阻力，要考虑由于黏性存在所造成的速度下降。引入喷嘴速度系数：实际喷嘴出口速度：喷嘴损失：一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程

（一）喷嘴出口汽流速度(3）影响速度系数因素分析：从上试验图得出：①

喷嘴速度系数在0.92～0.98之间，设计时，取，另考虑叶高损失。②ln<15mm时，φ值剧烈下降，所以保证ln>15mm；ln>

100

mm时，φ值基本上不随ln变化。③在强度允许条件下，尽量采用较窄的喷嘴。喷嘴宽度Bn＝55mm喷嘴宽度Bn＝80mm一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程

（二）喷嘴流动中汽流的临界状态

从流体力学得知，亚音速汽流在缩放喷嘴中膨胀流动时，汽流速度c上升，p下降，在某一截面上汽流速度c=a，Ma=1，此状态叫临界状态，此截面叫喉部。临界压力p1c，临界速度c1c。临界压力p1c与滞止压力p00之比，叫临界压比εnc。临界压比εnc只与蒸汽绝热指数k有关。对于过热蒸汽：k=1.3，εnc

=0.546饱和蒸汽：k=1.135，εnc

=0.577空气：k=1.4，εnc

=0.528Y临界状态N亚临界状态p0c0喉部p1cc1cp1当Ma<1，为亚音速流动，，要使亚音速汽流在汽道中膨胀、加速、压力下降，汽道的截面积应逐渐收缩，渐缩型喷嘴当Ma>1，为超音速流动，，要使超音速汽流在汽道中膨胀、加速、压力下降，汽道的截面积应逐渐增大，渐扩型喷嘴综合以上的两种情况：如果要使汽流不断膨胀加速，在亚音速流动时，喷嘴截面必须逐渐收缩，而汽流速度达音速时，喷嘴截面必须逐渐增大，缩放型喷嘴一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程

（三）喷嘴截面积的变化规律

根据空气动力学公式：1.喷嘴的理想流量.(先讨论渐缩喷嘴)出口面积，理想速度，比容，则通过喷嘴的理想流量：一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程

（四）喷嘴的通流能力

当喷嘴参数一定时，流量是压比的函数。流过喷嘴的最大流量的条件满足极值，令，得：可见，当等于临界压比时，喷嘴流量最大，此时流量称为临界流量。过热蒸汽，，，；饱和蒸汽，，=0.6356，；一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程

（四）喷嘴的通流能力临界流量：式中：，仅与蒸汽性质有关。当，喷嘴前后压力相等，；一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程

（四）喷嘴的通流能力当时，流量始终保持临界流量不变。实际曲线是ABC，而不是OBC。当继续减小，逐渐减小；当，。但实验证明：只要喷嘴前后存在压力差，喷嘴流量是不会等于零的。压比减小，增加；当，最大，为；式中：为喷嘴流量系数，，一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程

（四）喷嘴的通流能力2、流过喷嘴的实际流量：过热蒸汽：

取：

湿蒸汽：取：（实际流量大于理想流量）一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程

（四）喷嘴的通流能力考虑流量系数后，实际临界流量为：过热蒸汽（）：饱和蒸汽（）：Y临界状态N亚临界状态喷嘴流量计算时，先判断一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程

（四）喷嘴的通流能力3、彭台门系数（流量比）βεn原点(εnc,0)，长轴1，短轴1-εnc椭圆方程：斜切部分不膨胀，只起导流作用，流速小于或等于音速。

1)，喷嘴喉部截面AB上，，二、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀

1、流动分析p11二、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀

1、流动分析

2)时，，在斜切部分，汽流从膨胀到背压，A点成为扰动源，发出一组特性线形成膨胀波区。汽流通过特性线后，速度增加，压力下降，直到压力为背压，此时汽流偏转δ1。已知喷嘴压比，绝热指数，喷嘴出汽角＝>偏转角通过AB截面流量：通过AC截面流量：

由于：二、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀

2、偏转角的近似计算（贝尔公式）

二、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀

3、膨胀极限及极限压力

喷嘴前压力不变，汽流偏转角随背压下降而增大，是否会无限制的增大呢？不会！极限情况，最后一条特性线与AC重合，喷嘴斜切部分膨胀能力就用完了。若喷嘴后压力继续降低，汽流将在斜切部分之外膨胀，是一种紊乱的膨胀，将导致流动损失。三、蒸汽在动叶通道中的流动过程和通流能力

ΔhnΔhn00001p0t01tp1p00δhnΔhbΔhb01012p1t12tp2p10δhb喷嘴动叶出口理想速度：出口理想速度：速度系数：

速度系数：

出口实际速度：

出口实际速度：

能量损失：

能量损失：

三、蒸汽在动叶通道中的流动过程和通流能力速度系数与反动度和汽流相对速度关系曲线：纯冲动级：=0，，，三、蒸汽在动叶通道中的流动过程和通流能力速度三角形分析比较：

带反动度的冲动级：一般较小30－100，值可以比大，也可以小，这主要取决于动叶中损失系数的大小和反动度的大小。反动级：，静叶和动叶的叶型式一样的。，出口速度三角形和进口速度三角形z轴对称，，，。三、蒸汽在动叶通道中的流动过程和通流能力

速度三角形分析比较：

c1w1c2w2uuα1β1α2

β2c1uuw1w2c2β1α1α2

β2三、蒸汽在动叶通道中的流动过程和通流能力

若动叶根部不吸汽、不漏汽，且忽略动叶顶部漏汽，则动叶的通流能力与喷嘴的通流能力相等。引入动叶流量系数：动叶出口面积：汽轮机原理

第一章汽轮机级的工作原理

§3级的轮周功率与轮周效率主讲：张利平返回轮周功率：单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所做出的机械功级的轮周效率：1千克蒸汽所作的轮周功与蒸汽在该级所消耗的理想能量之比称为级的轮周效率。假想速度：假想级的理想比焓降都在喷嘴中等比熵膨胀的出口速度。速比：圆周速度与进口汽流绝对速度之比，速比是决定出口汽流绝对速度大小和方向的重要参数，对轮轴效率的大小也有影响，对应于最高轮轴效率的速比称为最佳速比。h-s图中的汽轮机的热力过程（纯冲动级）纯冲动级最佳速比，反动级最佳速比，冲动级最佳速比，复速级最佳速比余速利用的优点。单列级与复速级轮轴效率-速比关系曲线各自的最佳速比下，复速级的轮轴效率一定比单列级的轮轴效率小，因为它不但增加了导叶和第二列动叶中的能量，而且是第一列动叶中的损失增大。复速级的优点是，在圆周速度相同时，能承担比单列及大的多的理想比焓降，采用复速级，使汽轮机的级数减少；当他作为多级汽轮机的调节级时，蒸汽压力，温度在这一级下降较多，缩小了汽轮机在高温高压下工作的区域，节省高温材料，降低制造成本，有利于改善汽轮机的变工况特性。本节要点一、蒸汽作用在动叶上的力和轮周功率圆周u方向的动量方程：单位蒸汽流量，令蒸汽作用于叶片的周向力：

c1uuw1w2c2β1α1α2

β2一、蒸汽作用在动叶上的力和轮周功率轴向z方向的动量方程：蒸汽作用于叶片的轴向力:蒸汽作用叶片的总作用力：级的作功能力Wu：单位蒸汽产生的轮周功率级的作功能力：①喷嘴出口进入动叶带入的动能

②动叶内热能转换的动能③离开动叶带走的动能(余速损失)利用速度三角形00012Δhu10一、蒸汽作用在动叶上的力和轮周功率轮周功率Pu：单位时间内蒸汽对动叶片所作的有效功率汽轮机级的热力过程线（冲动式）

级的有效焓降：

级的滞止理想焓降：喷嘴滞止理想焓降：喷嘴能量损失：动叶理想焓降：动叶滞止理想焓降：动叶能量损失：余速损失：初速动能：余速利用系数汽轮机级的热力过程线（纯冲动式）

级的有效焓降：

级的滞止理想焓降：喷嘴滞止理想焓降：喷嘴能量损失：动叶理想焓降：动叶滞止理想焓降：动叶能量损失：余速损失：初速动能：轮周效率是衡量汽轮机级的工作经济性的重要指标。二、轮周效率

轮周效率定义：

二、轮周效率写成能量平衡形式（焓降）喷嘴损失系数：动叶损失系数：余速损失系数：影响轮周效率主要因素有三项：喷嘴损失系数、动叶损失系数、余速损失系数。当叶型选定后，轮周效率主要影响是余速损失。

三、轮周效率与速比的关系速比：或速比：引入一个参数：(∵纯冲动级)三、轮周效率与速比的关系

1、纯冲动级——不考虑余速利用从上式可知：i）和越高，高；ii）小，也高，但过小，↓，↓。一般；iii）↓，↑，但过小，↓，↓。一般；iv）对的影响是按抛物线变化。(∵,)三、轮周效率与速比的关系

1、纯冲动级——不考虑余速利用纯冲动级最佳速比与轮周效率关系轮周效率一般，，末级最大200，纯冲动级的最佳速比：三、轮周效率与速比的关系

1、纯冲动级——不考虑余速利用对于纯冲动级，，若，则三、轮周效率与速比的关系

1、纯冲动级——不考虑余速利用速比：三、轮周效率与速比的关系

1、纯冲动级——考虑余速利用ηuxa当，，其中:对于:对于:三、轮周效率与速比的关系

2、冲动级不考虑余速利用:式中：设计中，常取Ωm(X1)optμ1

=1μ1

=0.8μ1

=0当，，时三、轮周效率与速比的关系

1、反动级三、轮周效率与速比的关系

1、反动级——轮周效率与速比关系x1,xaηu三、轮周效率与速比的关系

1、反动级——轮周效率与速比关系①反动级轮周效率与速比的变化曲线，在最佳速比附近变化平坦，所以在一定范围内偏离最佳值时，不会导致轮周效率的明显下降。适用工况变化较频繁机组，如调峰机组、工业汽轮机组等。②反动级最佳速比大：相同轮周速度前提下，反动级能承担的焓降比冲动级小，也即在相同功率的汽轮机，反动式汽轮机的级数要比冲动式汽轮机的级数要多。

四、复速级

——结构图

缩放喷嘴转向导叶第一列动叶第二列动叶四、复速级—速度三角形第一列动叶的速度三角形与单列级一样第二列动叶的速度三角形中各量加上标“’”表示转向导叶以下标“gb”表示四、复速级—轮周功率假定：纯冲动级，Ω=0，β1=β2，α2=α’1

，β’1=β’2，μ1=0，

ψ=ψgb=ψ’=1轮周功:

∵轮周效率：四、复速级—能量平衡复速级的轮周功可用能量平衡条件求得：

式中：－喷嘴损失－第一列动叶损失－导叶损失－第二列动叶损失－余速损失复速级轮周效率：（对于复速级，余速不利用，μ0=μ1=0）四、复速级—轮周效率与速比关系ζnζbζgbζ’bζ’c2ηu0.25ηux10.5单列级ηu0.650.80四、复速级—出口速度通常复速级也不是纯冲动式的，而采用少量的反动度，即汽流在动叶和导叶中均有一定的膨胀，改善流动，提高复速级的效率。但过大的反动度会增加级内漏汽损失。第一列动叶的反动度：导叶的反动度：第二列动叶的反动度：复速级总反动度：焓降出口速度损失喷嘴第一列动叶导叶第二列动叶四、复速级—焓熵图小结纯冲动级反动级复速级汽轮机原理

第一章汽轮机级的工作原理

§4叶栅的气动特性

主讲：张利平返回叶栅的型式一、叶栅的型式静叶栅：静叶动叶栅：动叶环形叶栅：汽轮机采用直列叶栅：渐缩：缩放：εn≤0.3时采用喷嘴叶栅的几何特性有：平均直径叶高叶栅节距t叶型弦长b

叶型宽度B相对叶高相对节距出口边厚度一、叶栅的几何参数和汽流参数—喷嘴

喷嘴进汽角叶型进口角喷嘴出汽角叶型出口角叶栅安装角一、叶栅的几何参数和汽流参数—动叶

动叶叶栅的几何特性有：平均直径叶高叶栅节距t叶型弦长b

叶型宽度B相对叶高相对节距径高比出口边厚度动叶进汽角叶型进口角动叶出汽角叶型出口角叶栅安装角二、叶型损失—叶型损失的机理

定义：叶型损失是指平面气流绕流叶栅时产生的能量损失。1、边界层（附面层）摩擦损失边界层摩擦损失的大小i）叶型ii）表面光洁度iii）叶型表面压力分布边界层二、叶型损失—叶型损失的机理2、边界层脱离引起的涡流损失无边界层脱离边界层脱离边界层脱离点（a）无涡流（b）有涡流二、叶型损失—叶型损失的机理3、尾迹损失

4、冲波损失在强度和工艺条件许可的情况下，应尽量减小出口边的厚度，以减小尾迹损失。①进汽角的影响：定义：冲角=叶型进口角－汽流进口角

喷嘴：动叶：为正时，正冲角为负时，负冲角1）冲角等于零时，叶栅损失最小；2）正冲角的叶栅损失大于负冲角的叶栅损失。设计工况时，汽流进口角和叶型进口角相等，叶栅损失最小二、叶型损失—主要影响因素②相对节距影响：

当节距增大时，汽道中的汽流受腹面的约束随之减弱，背面出口段的扩压范围和扩压程度都将明显增大，于是叶型背面出口段的流动恶化，使叶型损失增加。

反之，相对节距过小，不仅使单位流量的摩擦面增加，而且出口边的相对厚度增大，使尾迹损失增加，即叶型损失增加，故只有在最佳节距下，叶型损失才最小。二、叶型损失—主要影响因素三、端部损失

一般认为≮15mm；否则，端部损失占整个叶型损失的比重就大，速度系数就低。汽轮机原理

第一章汽轮机级的工作原理

§5级内损失和相对内效率主讲：张利平返回一、级内损失—叶高损失除喷嘴损失，动叶损失，余速损失外，还有：叶高损失，扇形损失，叶轮摩擦损失，部分进汽损失，漏汽损失，湿汽损失。1、叶高损失式中：－系数，单列级（未包括扇形损失）（包括扇形损失）复速级

l－叶高－轮周有效焓降一、级内损失—扇形损失

2、扇形损失讨论的是平面叶栅，实际是环形叶栅，其节距t、圆周速度u随叶高lb有所不同，会偏离最佳值。能量损失系数：式中：lb－动叶高度

db－动叶平均直径

E0－级理想能量焓降损失：采用直叶片采用扭叶片一、级内损失—叶轮摩擦损失3、叶轮摩擦损失叶轮以3000转/分旋转时，与两侧的蒸汽摩擦带来的损失

式中：－摩擦损失所消耗功率－经验系数1.0-1.3

u－圆周速度－级的平均直径

v－汽室中蒸汽平均比容

焓降损失：

能量损失系数：

一、级内损失—部分进汽损失

4、部分进汽损失

部分进汽度定义：目的：增加高压级的叶片高度。①鼓风损失；②斥汽损失整个圆周长度工作喷嘴所占弧长度一、级内损失—部分进汽损失

①鼓风损失，当时，只有当动叶通过喷嘴弧段时，才有工作蒸汽通过作功。当动叶通过无喷嘴弧段时，不但没有工作蒸汽作功，反而象鼓风机风扇一样，与充满停滞的蒸汽摩擦，产生损失。②斥汽损失由于动叶经过不装喷嘴弧段时，已充满停滞的蒸汽。当进入喷嘴段时，高速汽流要排斥并加速停滞在汽道内的蒸汽，产生损失。总的部分进汽损失系数：焓降损失：一、级内损失—漏汽损失

5、漏汽损失①冲动级（隔板漏汽损失、动叶顶部的漏汽损失）式中：—不含漏汽损失时级的有效焓降式中：—汽封齿数；—汽封流量系数；—汽封间隙面积，

v1t—喷嘴出口处比容。焓降损失：一、级内损失—漏汽损失(i)隔板漏汽损失一、级内损失—漏汽损失(ii)动叶顶部的漏汽损失式中：—动叶顶部间隙的流量系数—动叶顶部反动度—动叶顶部的当量间隙焓降损失：

总的漏汽损失：损失系数：dbδzδr一、级内损失—漏汽损失②反动级反动级漏汽量要比冲动级漏汽量大。(i)内径汽封直径比隔板汽封直径大，使内径处漏汽量大；(ii)动叶前后压差较大，使叶顶漏汽量大。一、级内损失—湿汽损失6、湿汽损失损失产生原因：①过饱和损失（过冷损失）②夹带损失③制动损失④扰流损失⑤工质损失一、级内损失—湿汽损失焓降损失：损失系数：式中：—级内平均干度，，x1、x2—级进、出口处干度

—未考虑湿汽损失时级的有效焓降经济性湿蒸汽的影响安全性末级湿度限制在12％～14％一、级内损失

—湿汽损失常用去湿方法：捕水装置

空心喷嘴

镀硬质合金二、级的相对内效率和内功率

式中：D、G——级的进汽流量，二、级的相对内效率和内功率级的相对内效率（级效率）：级内功率：

三、级内损失对最佳速比的影响

第一章汽轮机级的工作原理

§6.级的热力设计原理

主讲：张利平返回一、叶型的选择通流部分：汽轮机本体中做功汽流通道，主要是由喷嘴和动叶组成。等截面叶片（直叶片）叶片分为：变截面叶片（扭叶片）渐缩喷嘴，如HQ－2、TC－1A渐缩喷嘴，斜切部分膨胀喷嘴叶型：缩放喷嘴，如TC－2A动叶叶型：与喷嘴叶型匹配，如HG－1，TP－0A1、叶栅类型的选择（叶型）一、叶型的选择表1.6.1国产机组常用喷嘴叶栅的基本几何特性项目

叶型编号

相对节距进汽角

出汽角备注

喷嘴

HQ－20.74～0.9070~10011~13A：亚音速B：近音速T：汽轮机C：喷嘴TC－1A0.74～0.9070~10010～14TC－2A(B)0.70～0.9070~10013～17TC－3A0.65～0.8570~10016～22一、叶型的选择表1.6.2国产机组常用动叶栅的基本几何特性项目叶型编号进汽角出汽角安装角相对节距动叶HQ-122~2319~2176~790.60~0.69TP-0A14~2513~1576~790.60~0.75TP-1A(B)18~3316~1976~790.60~0.70TP-2A(B)25~4019~2276~790.58~0.65TP-3A28~4524~2877~800.56~0.64TP-4A35~5028~3274~780.55~0.64TP-5A40~5532~3676~790.52~0.60一、叶型的选择2、汽流出口角和的选择，的大小影响级的通流能力、做功能力及级效率。根据选定叶型规定的出汽角范围确定一般高压级选小些，＝11～14°；中低压级选大些，＝13～17°。3、叶片数和叶片宽度叶片数：由叶型定相对节距，先定级的平均直径，弦长b节距t，，取整。叶片宽度：在选择叶片宽度时，在满足强度条件下，尽量选择窄叶片，使叶片相对高度增加，减少端部损失。二、级的特性参数

1、速比的选择

复速级冲动级反动级2、反动度的合理确定1)根部反动度较大；2)根部反动度很小或为负值；3)一般取根部反动度为当选择根部反动度后，可计算平均反动度和顶部反动度动叶根部进口压力略高与出口压力，使根部处不吸不漏，宁可少漏些汽，而不可吸汽，吸汽损失更大（根部漏汽）（根部吸汽）二、级的特性参数3、级的动、静叶栅面积比级的反动度是靠动静叶出口面积比f来实现的。①用面积比来验证能否达到所设计的反动度要求。②由于制造、安装误差，运行中通流部分的结垢、磨损，面积比偏离设计值，会引起反动度的变化。2式中：ε2—级的压比，二、级的特性参数从图中可以看出：①面积比一定时，

↑，↓三、级的某些结构因素对效率的影响

1、盖度盖度：动叶进口高度与喷嘴出口高度之差根部盖度顶部盖度盖度盖度过大：产生停滞区，产生漩涡流，造成损失；盖度过小：产生叶顶漏汽。三、级的某些结构因素对效率的影响叶高与盖度之间的关系式中：—开式轴向间隙；—喷嘴闭式轴向间隙；—动叶闭式轴向间隙。三、级的某些结构因素对效率的影响2、轴向间隙经济上：轴向间隙小，减少漏汽损失，缩短机组的轴向长度；安全上：防止动、静相碰，希望轴向间隙大些。

喷嘴高度ln<5050～9050～90>50喷嘴闭式间隙1～21～21～21～2动叶闭式间隙2～32～32～32～3总轴向间隙3～43～43～43～4三、级的某些结构因素对效率的影响3、径向间隙经济上：减小径向间隙，装径向汽封，减少径向漏汽损失，提高效率；安全上，要考虑机组振动和热膨胀，不能太小。4、平衡孔目的：在叶轮上开设平衡孔是为了减少轴向推力。平衡孔的大小对级效率的影响，取决于隔板漏汽量无平衡孔有平衡孔三、级的某些结构因素对效率的影响5、拉筋 用拉筋把叶片连接成组，作用是叶片的调频手段。6、围带 有自带围带和铆接围带两种。作用：1）防止漏汽；2)叶片的调频。三、级的某些结构因素对效率的影响四、喷嘴和动叶高度的确定

—喷嘴根据连续方程：当有个喷嘴叶片组成的实际通道面积：喷嘴叶片高度：说明：，选择合理的和e，使叶高损失与部分进汽损失之和最小；如斜切部分发生膨胀和偏转，计算叶高时用。四、喷嘴和动叶高度的确定

—动叶动叶出口面积：说明：部分进汽度e是与喷嘴部分进汽度相同的。动叶叶片高度：动叶进口高度lbAb已知：级前参数，，级后参数流量G，平均直径，转速选择：（计算或校验）计算：喷嘴压比选择：叶型（包括：节距、出汽角、）选定：速度系数，，可进行级的热力计算五、级的通流部分热力计算

热力计算的主要步骤：计算喷嘴、动叶出口汽流速度，作出速度三角形和热力过程线，计算轮周功率和轮周效率；计算喷嘴、动叶出口面积和叶高；分析计算级内其他各项损失；计算级的相对内效率和内功率。第一章汽轮机级的工作原理

§8.扭叶片级主讲：张利平返回一、概述

前几节讨论级的工作原理，认为汽流参数沿叶高和周向都不变，按级的平均直径处参数进行热力计算（一元流动），再引入一个扇形损失：可以看出，当叶片较长时，，就会很大。必须考虑汽流沿叶高的变化。如当时，仍不考虑汽流沿叶高变化，产生的损失有：

①沿叶高圆周速度u不同，造成的损失；

②沿叶高相对节距不同，造成的损失；③轴向间隙中汽流径向流动所引起的损失。

在平均直径处汽流进汽角与叶型进汽角相等，则在顶部，撞击动叶背部。在根部，撞击凹部，都将产生附加损失。一、概述平均直径处为最佳速比顶部和根部都严重偏离；例：200MW机组末叶片，，，叶顶圆周速度叶根圆周速度两者相差一倍。

①沿叶高圆周速度u不同速度三角形沿叶高的变化③轴向间隙中汽流径向流动所引起的损失，当蒸汽从静叶流出时，由于存在使蒸汽在静、动叶出口间隙中，受到离心力场作用，会使蒸汽径向方向流动，这种径向流动不推动叶轮旋转，不会变为轮周功，是一种损失。

一、概述②沿叶高相对节距不同，造成的损失叶顶节距74.75mm，叶根37.44mm平均直径处，如在平均直径处取的话，其顶部和根部大大偏离最佳值，产生叶栅损失。c1uc1r当，必须应用扭叶片。随着对机组性能要求的提高和扭叶片加工水平的提高，扭叶片的使用范围将有所扩大。一、概述zr基元级：在级的某一直径上截取一个微元叶高dr的级。中径基元级：在平均直径处的基元级本节的重点就是如何根据中径基元级的参数，来确定沿叶高其他基元级的各项参数，以及不同直径上各基元级之间的关系。

二、简化的空间流动模型和完全径向平衡方程

（一）简化的空间流动模型研究扭叶片级的汽流动力问题，只研究三个特征截面（0－0，1－1，2－2）上的气动计算，而不再研究静、动叶片汽道内的气动计算。

作如下假设：不考虑黏性对流体的影响；流动是稳定的；认为轴向间隙中的圆周流面是一个轴向对称的任意回转面

（二）完全径向平衡方程

汽流在子午面上的分速流面上任意一点的空间汽流速度c可以分解为子午面分速cl

和切向分速度cu（二）完全径向平衡方程

—受力分析微元体的径向力平衡条件，求完全径向平衡方程式取微元体，质量为图1.8.71、径向静压力：2、离心力：（1）产生的离心力：（2）产生的离心力的径向分量：

3、惯性力：汽流沿子午方向的加速度产生的惯性力，其径向分量在径向方向力平衡：（二）完全径向平衡方程（因为：）完全径向平衡方程：：单位质量流体，子午加速度所产生惯性力径向分量物理意义：：单位质量流体，因子午线弯曲产生离心力径向分量：汽流受到的静压力：单位质量流体圆周方向分速产生的离心力三、简单径向平衡法

（一）简单径向平衡方程

只考虑产生的离心力，而略去子午线弯曲的影响。即：，，

简单径向平衡方程，说明静、动出口间隙中，汽流压力沿叶高的变化只与汽流的圆周分速度沿叶高的分布有关，且压力沿叶高增加而增加。在求解简单径向平衡方程时，先给出一个特定的条件，求出的变化规律，然后求出在特定条件下，叶片扭曲规律，即轴向间隙中汽流参数沿叶高变化的规律。（二）理想等环量流型

给出的特定条