汽轮机级内能量转换过程

汽轮机级内能量转换过程第1页，共84页，2023年，2月20日，星期一

（二）基本方程：

1、状态及过程方程：

2、连续性方程：

3、能量守恒方程：二、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程：第2页，共84页，2023年，2月20日，星期一

（一）蒸汽的滞止状态：

第3页，共84页，2023年，2月20日，星期一

（二）喷嘴出口汽流速度：等比熵过程出口理想速度第4页，共84页，2023年，2月20日，星期一

（三）喷嘴速度系数及动能损失：

喷嘴速度系数的影响因素：喷嘴中的能量损失及能量损失系数：第5页，共84页，2023年，2月20日，星期一（四）喷嘴中的临界条件和喷嘴临界压力比：根据能量守恒的结论得:第6页，共84页，2023年，2月20日，星期一第7页，共84页，2023年，2月20日，星期一过热蒸汽K=1.3饱和蒸汽K=1.135第8页，共84页，2023年，2月20日，星期一

（五）通过喷嘴的蒸汽流量：理想流量：

实际流量：流量系数由实验曲线查取：第9页，共84页，2023年，2月20日，星期一(六)蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀：

当汽流在喷嘴斜切部分发生膨胀时，流速要大于当地音速，而且汽流方向也会发生偏转，角度不再沿着原出汽角ą1。第10页，共84页，2023年，2月20日，星期一第11页，共84页，2023年，2月20日，星期一汽流方向偏转角度角度计算：第12页，共84页，2023年，2月20日，星期一三、蒸汽在动叶中的流动：（一）反动度：

冲动级与反动级的区别：冲动级：=0.05~0.3

反动级：=0.4~0.6第13页，共84页，2023年，2月20日，星期一

（二）蒸汽在动叶中的热力过程：由于结构上的相似，导致蒸汽在动叶中的热力过程与喷嘴中的热力过程也相似。区别在于喷嘴是静止的，而动叶是转动的，如果以相对速度讨论，则动叶内就适用喷嘴的全部结论了。第14页，共84页，2023年，2月20日，星期一

（三）动叶的通流能力：四、蒸汽在级内流动的基本公式：第15页，共84页，2023年，2月20日，星期一第16页，共84页，2023年，2月20日，星期一第二节级的轮周效率和最佳速度比第17页，共84页，2023年，2月20日，星期一

第二节级的轮周效率和最佳速度比一、速度三角形和轮周效率：（一）速度三角形在描述蒸汽流经动叶的过程中，使用速度三角形。

1、动叶进口速度三角形：

2、动叶出口速度三角形：第18页，共84页，2023年，2月20日，星期一

（二）轮周功率：

单位质量蒸汽流经一级所作轮周功Wu包括三部分：根据级的能量平衡计算轮周功：第19页，共84页，2023年，2月20日，星期一二、轮周效率及其与速度比的关系（一）轮周效率：本级轮周功：本级理想可用能量：轮周效率的物理意义：（二）轮周效率与速度比的关系：

1、纯冲动级的轮周效率与速度比的关系：

第20页，共84页，2023年，2月20日，星期一轮周效率与速度比关系的物理意义：

纯冲动级轮周效率第21页，共84页，2023年，2月20日，星期一余速利用对最佳速度比的影响：第22页，共84页，2023年，2月20日，星期一2、反动级的轮周效率和速度比的关系第23页，共84页，2023年，2月20日，星期一3、带反动度的冲动级：第24页，共84页，2023年，2月20日，星期一冲动级与反动级的速度三角的区别：第25页，共84页，2023年，2月20日，星期一3、影响轮周效率的其它因素：（1）喷嘴出汽角：（2）动叶出口角：（3）动叶进口角：三、速度级及其轮周功率、轮周效率：（一）速度级的作用及特点：（二）轮周功率、效率和最佳速比：第26页，共84页，2023年，2月20日，星期一第27页，共84页，2023年，2月20日，星期一

（三）速度级的热力过程：第28页，共84页，2023年，2月20日，星期一第四节叶栅几何尺寸的确定第29页，共84页，2023年，2月20日，星期一一、叶栅的几何特性尺寸参数：平均直径、叶片高度、叶栅节距、叶栅宽度、叶型玄长、出口边厚度、进口边宽度；与汽道形状和汽流方向有关的角度：进、出口汽流角度，叶栅安装角、叶型进汽角、叶型出口角、汽流冲角第30页，共84页，2023年，2月20日，星期一二、叶栅及叶型参数的选择（一）、叶栅类型的选择第31页，共84页，2023年，2月20日，星期一第32页，共84页，2023年，2月20日，星期一（二）、汽流出口角α1和β2的选择（三）、叶片个数和高度的选择（四）、叶片宽度的选择三、反动度的选择第33页，共84页，2023年，2月20日，星期一四、喷嘴栅尺寸的确定：

(一)喷嘴型式的确定:

根据喷嘴前后压力比大小:

(二)喷嘴栅尺寸与流量关系方程式:

当汽流作亚音速流动时:第34页，共84页，2023年，2月20日，星期一第35页，共84页，2023年，2月20日，星期一第36页，共84页，2023年，2月20日，星期一第37页，共84页，2023年，2月20日，星期一

当汽流作音速或超音速流动时:

第38页，共84页，2023年，2月20日，星期一五、动叶栅尺寸的确定：

（一）动叶栅出口连续性方程：第39页，共84页，2023年，2月20日，星期一（二）盖度：对于短叶栅，不应大于１００～１２０对于长叶栅，不应大于２５０～３５０第40页，共84页，2023年，2月20日，星期一第41页，共84页，2023年，2月20日，星期一六、其他结构因素的确定：（一）级的动、静叶栅的面积比：对于直叶片级对于扭叶片级第42页，共84页，2023年，2月20日，星期一（二）级内间隙：对于复速级第43页，共84页，2023年，2月20日，星期一第五节叶栅气动特性及叶栅损失第44页，共84页，2023年，2月20日，星期一一、叶栅气动特性：二、叶栅损失：（一）、叶型损失：1、附面层中的磨檫损失：第45页，共84页，2023年，2月20日，星期一2、附面层分离引起的涡流损失：3、出口边的尾迹损失：4、冲波损失：第46页，共84页，2023年，2月20日，星期一（二）、端部损失：1、端部附面层磨檫损失：2、二次流损失：第47页，共84页，2023年，2月20日，星期一三、影响叶栅损失的因素：（一）、影响叶型损失的因素：1、相对节距的影响：2、安装角的影响：3、汽流角和冲角的影响：4、马赫数的影响：5、雷诺数的影响：6、叶型几何参数的影响：第48页，共84页，2023年，2月20日，星期一（二）、影响端部损失的因素：1、相对叶高的影响：2、叶型型式的影响：3、汽流进口角的影响：4、相对节距的影响：5、马赫数的影响：6、盖度的影响：第49页，共84页，2023年，2月20日，星期一四、环形叶栅的特性：（一）、汽流特性：（二）、损失特性：式中为能量损失系数，

第50页，共84页，2023年，2月20日，星期一五、减少叶栅损失的方法：（一）、采用后加载叶型：（二）、采用弯扭叶片：第51页，共84页，2023年，2月20日，星期一（三）、采用子午面型线喷嘴：第52页，共84页，2023年，2月20日，星期一（四）、降低叶片表面的粗糙度：（五）、减少端部二次流的方法：第53页，共84页，2023年，2月20日，星期一第七节级的二维和三维热力设计第54页，共84页，2023年，2月20日，星期一一、汽轮机级热力设计面临的问题：1、沿叶高圆周速度不同引起的损失：2）速度比：1）第55页，共84页，2023年，2月20日，星期一2、沿叶高节距不同引起的损失：3、轴向间隙中径向流动引起的损失：1）栅距不同：

2）离心力场的存在：第56页，共84页，2023年，2月20日，星期一扭叶片级研究的主要问题：

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基元级：在级的某一直径上截取一个微元叶高dr的级根据直叶片理论，只要合理选择Ωm、xa、α2、β2、及φ、ψ，在已知p0、t0、p2的情况下，就可计算中径基元级的速度三角第57页，共84页，2023年，2月20日，星期一二、级的蒸汽流动方程式：蒸汽微元体完全径向平衡方程式：第58页，共84页，2023年，2月20日，星期一基元级示意图第59页，共84页，2023年，2月20日，星期一分速及分速之间的关系示意图第60页，共84页，2023年，2月20日，星期一微元体受力示意图第61页，共84页，2023年，2月20日，星期一微元体所受径向力有：1、径向静压差：2、Cu产生的离心力：3、Cl产生的离心力的径向分量：4、子午向加速度产生的惯性力的径向分量：第62页，共84页，2023年，2月20日，星期一单位质量流体径向静压差为：第63页，共84页，2023年，2月20日，星期一三、简单径向平衡法：（一）、理想等环量流型：1、流型特点：对上式积分，得常数第64页，共84页，2023年，2月20日，星期一常数流型特点：2、参数沿径向的变化规律：（1）喷嘴出汽角变化规律的：（2）动叶进汽角变化规律的：第65页，共84页，2023年，2月20日，星期一（3）动叶出汽角变化规律的：（4）动叶出口方向角变化规律的：（5）反动度变化规律的：第66页，共84页，2023年，2月20日，星期一汽流速度与压力变化关系示意图各项参数变化规律第67页，共84页，2023年，2月20日，星期一3、等环量级的特点：（二）、等α1角流型：常数常数常数第68页，共84页，2023年，2月20日，星期一（三）、等密流流型：常数，即常数，即第69页，共84页，2023年，2月20日，星期一四、完全径向平衡法：（一）、问题的提出：（二）、完全径向平衡的设计方案：第70页，共84页，2023年，2月20日，星期一1、流线计算：2、径向平衡计算：3、逐次逼近计算：4、级后参数计算：第71页，共84页，2023年，2月20日，星期一（三）、可控涡流型：1、子午流线型对反动度的影响：2、可控涡流型的特点：第72页，共84页，2023年，2月20日，星期一五、叶栅的全三维设计：第73页，共84页，2023年，2月20日，星期一第五节级内各项损失和级效率第74页，共8