ch1級的工作原理

1、2葉柵內(nèi)的流動葉柵內(nèi)的流動34第一節(jié)第一節(jié) 蒸汽在級內(nèi)的流動蒸汽在級內(nèi)的流動級的定義：級的定義： 汽輪機的基本作功單元汽輪機的基本作功單元級的組成：級的組成： 動葉柵動葉柵+靜葉柵靜葉柵級的功能：級的功能： 熱能熱能動能動能機械能機械能5基本假設(shè)：基本假設(shè)：1、定常、定常2、一維、一維3、絕熱、絕熱基本方程：基本方程：1、狀態(tài)、過程方程、狀態(tài)、過程方程一、基本假設(shè)和基本方程一、基本假設(shè)和基本方程constpvRTpvRTpk,62、連續(xù)性方程、連續(xù)性方程3、能量守恒方程、能量守恒方程vAcGAcG/constcpkkconstch212227二、噴嘴中的膨脹過程二、噴嘴中的膨脹過程1、噴嘴出口

2、速度、噴嘴出口速度初始參數(shù)初始參數(shù)0，出口參數(shù)，出口參數(shù)1t代入比焓公式，代入比焓公式，用滯止參數(shù)表示，用滯止參數(shù)表示，22211200ttchch21220110021cvpvpkkcttttttvpvpkkc11*0*021128代入等熵關(guān)系式，得噴嘴出口理想速度代入等熵關(guān)系式，得噴嘴出口理想速度定義壓力比定義壓力比2、噴嘴速度系數(shù)、噴嘴速度系數(shù)圖圖1-2：噴嘴速度系數(shù)：噴嘴速度系數(shù)kktppvpkkc1*01*0*01112*01ppntcc11910也可以從能量方程得到實際速度也可以從能量方程得到實際速度噴嘴的動能損失噴嘴的動能損失3、臨界參數(shù)、臨界參數(shù)由流體力學，臨界音速由流體力學，

3、臨界音速壓力比與馬赫數(shù)關(guān)系壓力比與馬赫數(shù)關(guān)系201012chhc*2212212112122nttnhccch*0*0112vpkkcc11當馬赫數(shù)為當馬赫數(shù)為1，可得臨界壓力比：，可得臨界壓力比：12211kknMak577. 0135. 11 . 0035. 1546. 030. 1ncnckxkk干飽和蒸汽：飽和蒸汽：過熱蒸汽：1211kknck水蒸汽的臨界壓比：水蒸汽的臨界壓比：124、噴嘴流量、噴嘴流量理論流量：理論流量：*0*0121112vpkkAvcAGkknknnttnnt最大流量：最大流量：*0*01112vpkkAGkknnct定義流量比（彭臺門系數(shù)）：定義流量比（彭臺門

4、系數(shù)）：nctntGG13流量比的近似公式（橢圓公式）流量比的近似公式（橢圓公式）211ncncn理論流量：理論流量：nctntGG實際流量：實際流量：*0*0648. 0vpAGGGnnctnntnn14155、斜切部分的膨脹、斜切部分的膨脹當壓比小于臨界壓比時，斜切部分的汽流超音速，并當壓比小于臨界壓比時，斜切部分的汽流超音速，并發(fā)生偏轉(zhuǎn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)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、蒸汽在動葉中的流動三、蒸汽在動葉中的流動1、反動度、

5、反動度bnbtbmhhhhh*反動式、沖動式汽輪機的區(qū)別反動式、沖動式汽輪機的區(qū)別2、熱力過程、熱力過程3、動葉的通流能力、動葉的通流能力1718四、級內(nèi)流動基本公式四、級內(nèi)流動基本公式用反動度和級滯止理想比焓降來表示用反動度和級滯止理想比焓降來表示*tmbhh*1tmnhh*12nthc*21nnhh2122whwbt21212whhbb19第二節(jié)第二節(jié) 級的輪周效率和最佳速比級的輪周效率和最佳速比上一節(jié)分別講述了靜葉和動葉內(nèi)的流動，給出了級內(nèi)上一節(jié)分別講述了靜葉和動葉內(nèi)的流動，給出了級內(nèi)流動的基本公式。流動的基本公式。在第二節(jié)，將給出在第二節(jié)，將給出速度三角形速度三角形、輪周功率輪周功率、

6、輪周功輪周功、輪周效率輪周效率、速比速比等概念。等概念。速度三角形用圖形方式描繪動葉進口和出口的速度，速度三角形用圖形方式描繪動葉進口和出口的速度，蒸汽推動動葉發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生力矩和輪周功率。蒸汽推動動葉發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生力矩和輪周功率。級的理想可用能的一部分轉(zhuǎn)換為輪周功（機械能），級的理想可用能的一部分轉(zhuǎn)換為輪周功（機械能），這部分的比例稱為輪周效率。這部分的比例稱為輪周效率。速比是圓周速度與噴嘴出口速度之比，當速比達最佳速比是圓周速度與噴嘴出口速度之比，當速比達最佳值時輪周效率達最大值。值時輪周效率達最大值。20一、速度三角形和輪周功率一、速度三角形和輪周功率1、速度三角形、速度三角形因

7、動葉旋轉(zhuǎn)，蒸汽的絕對速度應為相對速度與牽連速因動葉旋轉(zhuǎn)，蒸汽的絕對速度應為相對速度與牽連速度的矢量和。度的矢量和。速度三角形就是三個速度矢量的關(guān)系圖。速度三角形就是三個速度矢量的關(guān)系圖。首先確定動葉進口的速度三角形：首先確定動葉進口的速度三角形：靜葉出口速度靜葉出口速度c1為絕對速度，可根據(jù)級內(nèi)流動基本公為絕對速度，可根據(jù)級內(nèi)流動基本公式求出式求出圓周速度圓周速度u為牽連速度，可根據(jù)直徑轉(zhuǎn)速求出為牽連速度，可根據(jù)直徑轉(zhuǎn)速求出21在動葉出口，可先求相對速度，再求絕對速度在動葉出口，可先求相對速度，再求絕對速度c2如果級內(nèi)出現(xiàn)超音速，則需要考慮偏轉(zhuǎn)角的影響如果級內(nèi)出現(xiàn)超音速，則需要考慮偏轉(zhuǎn)角的影響

8、問題：速度三角形圖中的四個角度各指的是什么？問題：速度三角形圖中的四個角度各指的是什么？112211cos2ucucw22余速損失余速損失余速被下一級利用的比例系數(shù)余速被下一級利用的比例系數(shù)余速利用系數(shù)的取值討論余速利用系數(shù)的取值討論2、輪周功率、輪周功率根據(jù)動量矩定理根據(jù)動量矩定理考慮考慮c1、c2方向方向2222chc1uuurGcrGcMP121122coscosccGuPu23利用余弦定理，單位質(zhì)量蒸汽的輪周功率利用余弦定理，單位質(zhì)量蒸汽的輪周功率輪周功輪周功物理意義：物理意義： 動葉進口動能的減少動葉進口動能的減少 + 由膨脹得到的動能由膨脹得到的動能根據(jù)能量平衡，輪周功也可寫成：根

9、據(jù)能量平衡，輪周功也可寫成：需要說明：上式并未考慮余速利用需要說明：上式并未考慮余速利用2122222121wwccGPWuu2*cbntuhhhhW24二、輪周效率與速比的關(guān)系二、輪周效率與速比的關(guān)系1、輪周效率、輪周效率定義：輪周功與理想可用能之比。定義：輪周功與理想可用能之比。噴嘴、動葉、余速損失系數(shù)：噴嘴、動葉、余速損失系數(shù)：2221*0chWEWtuuu02200EhEhEhccbbnn252、輪周效率與速比的關(guān)系、輪周效率與速比的關(guān)系當級的工況變化時，在三項損失中，靜葉和動葉的損當級的工況變化時，在三項損失中，靜葉和動葉的損失變化不大，而余速損失變化幅度最大。失變化不大，而余速損失

10、變化幅度最大。提出速比這一參數(shù)，可以用來分析余速損失對輪周效提出速比這一參數(shù)，可以用來分析余速損失對輪周效率的影響率的影響速比：速比：從輪周效率公式出發(fā)，得純沖動級的輪周效率與速比從輪周效率公式出發(fā)，得純沖動級的輪周效率與速比關(guān)系式關(guān)系式作圖分析（圖作圖分析（圖1-11）純沖動級的最佳速比為純沖動級的最佳速比為11cux 111122coscoscos12xxu1cos212627從速度三角形看，要使余速損失最小，就是要使從速度三角形看，要使余速損失最小，就是要使c2與與旋轉(zhuǎn)平面垂直旋轉(zhuǎn)平面垂直因因c1不易知道，故定義假想速比，可代替速比不易知道，故定義假想速比，可代替速比當考慮余速利用，輪周

11、效率將增大（圖當考慮余速利用，輪周效率將增大（圖1-13）再看反動級：再看反動級：圖圖1-14分析分析反動級的最佳速比為反動級的最佳速比為*2taaahccux1cos2829同樣，要使余速損失最小，就是要使同樣，要使余速損失最小，就是要使c2與旋轉(zhuǎn)平面垂與旋轉(zhuǎn)平面垂直直當當 且且 時，最佳速比為時，最佳速比為上式為一通用式上式為一通用式再看一下影響輪周效率的其它因素再看一下影響輪周效率的其它因素1）噴嘴出口角）噴嘴出口角2）動葉出口角）動葉出口角3）動葉進口角）動葉進口角121 mopx12cos1130輪周效率與速比、反動度關(guān)系輪周效率與速比、反動度關(guān)系下面，給出用解析方法推導出的輪周效率

12、與速比、反下面，給出用解析方法推導出的輪周效率與速比、反動度的統(tǒng)一表達式：動度的統(tǒng)一表達式：假定其它參數(shù)，忽略角度假定其它參數(shù)，忽略角度2變化，可以得到速比與輪變化，可以得到速比與輪周效率關(guān)系曲線：周效率關(guān)系曲線：112222221211cos121cos21coscos12xxxxxxxxmaamammaaamau313233三、速度級三、速度級34速度級速度級，也稱作復速級，也稱作復速級特點：單級的比焓降較大，葉輪尺寸較小，同時輪周特點：單級的比焓降較大，葉輪尺寸較小，同時輪周效率較高效率較高速比偏離最佳值引起輪周效率下降，主要原因是余速速比偏離最佳值引起輪周效率下降，主要原因是余速損失的

13、增大損失的增大增加一組靜葉與動葉，利用余速，可提高效率增加一組靜葉與動葉，利用余速，可提高效率速度級輪周效率的分析方法與前面相似速度級輪周效率的分析方法與前面相似速度級的最佳速比較小速度級的最佳速比較小由于噴嘴出口流速高，摩擦損失較大，目前，大型電由于噴嘴出口流速高，摩擦損失較大，目前，大型電站汽輪機已較少使用站汽輪機已較少使用35第三節(jié)第三節(jié) 葉柵尺寸的確定葉柵尺寸的確定葉柵尺寸主要有下列幾個參數(shù)：葉片高度，葉柵節(jié)距，葉柵尺寸主要有下列幾個參數(shù)：葉片高度，葉柵節(jié)距，進、出口氣流角進、出口氣流角靜葉柵與動葉柵的流量基本相等，靜葉柵與動葉柵的流量基本相等，靜葉柵與動葉柵的葉高相差較小靜葉柵與動葉

14、柵的葉高相差較小36一、靜葉柵尺寸一、靜葉柵尺寸當壓比當壓比0.45，推薦使用漸縮型噴嘴，推薦使用漸縮型噴嘴壓比較小時，采用縮放型噴嘴壓比較小時，采用縮放型噴嘴噴嘴流量噴嘴流量噴嘴出口面積噴嘴出口面積葉片高度葉片高度靜葉柵的部分進汽度靜葉柵的部分進汽度ettnnnvcAG11/1sinnnnnltzA 111sintnnntnnctzvGl 37葉高與部分進汽度的關(guān)系葉高與部分進汽度的關(guān)系當容積流量較小時，可以通過減小當容積流量較小時，可以通過減小e，來適當增大葉高，來適當增大葉高，減小葉高損失減小葉高損失如果噴嘴出口汽流超音速，則修正出口汽流角即可如果噴嘴出口汽流超音速，則修正出口汽流角即可

15、從流量的近似公式出發(fā)，可導出另一葉高公式從流量的近似公式出發(fā)，可導出另一葉高公式nnndtze111sintnntnncdevGl 1*0*0sin648. 0nnnnndeAlvpGA38二、動葉柵尺寸二、動葉柵尺寸與靜葉柵相似與靜葉柵相似對于沖動級，因反動度小，出口汽流一般不會超音速，對于沖動級，因反動度小，出口汽流一般不會超音速，所以出口汽流角不須修正所以出口汽流角不須修正動葉的動葉的蓋度蓋度動葉的動葉的圍帶圍帶問題：已知某反動級的直徑和噴嘴出口角，試估計該問題：已知某反動級的直徑和噴嘴出口角，試估計該級的理想比焓降。級的理想比焓降。222222sinsin/tbbtbbbbbttbbb

16、wdevGlldeAvwAG39三、面積比與反動度三、面積比與反動度面積比：動葉出口面積面積比：動葉出口面積/ /靜葉出口面積靜葉出口面積面積比決定汽流膨脹程度，實現(xiàn)反動度面積比決定汽流膨脹程度，實現(xiàn)反動度沖動級：動葉前后狀態(tài)參數(shù)變化小，因動葉靜葉流量沖動級：動葉前后狀態(tài)參數(shù)變化小，因動葉靜葉流量相同，相同，w w2 2c11，約為，約為1.41.4反動級：汽流在動葉內(nèi)膨脹，反動級：汽流在動葉內(nèi)膨脹，w w2 2與與c c1 1接近，動葉后密度接近，動葉后密度略小，故面積比接近略小，故面積比接近1 1；隨壓力下降，動葉后密度顯著；隨壓力下降，動葉后密度顯著減小，故面積比逐漸增大減小，故面積比逐

17、漸增大40第四節(jié)第四節(jié) 扭葉片級的基本概念扭葉片級的基本概念當葉片高度較小時，葉片的頂部、中點、根部的圓周當葉片高度較小時，葉片的頂部、中點、根部的圓周速度速度u近似相等近似相等這時，做成等截面的直葉片，汽流參數(shù)沿著葉高基本這時，做成等截面的直葉片，汽流參數(shù)沿著葉高基本一致一致汽流由于膨脹，容積流量增大，葉片高度必須隨著增汽流由于膨脹，容積流量增大，葉片高度必須隨著增大，這時，葉片頂部、根部的大，這時，葉片頂部、根部的u差異增大，速度三角形差異增大，速度三角形差異也增大差異也增大可以利用徑高比描述葉片的相對長短可以利用徑高比描述葉片的相對長短當徑高比小于當徑高比小于8時，使用直葉片將嚴重降低輪

18、周效率時，使用直葉片將嚴重降低輪周效率ld41長葉片級的工作特點長葉片級的工作特點1、沿葉高、沿葉高u不同不同例如例如N125汽輪機的末級，徑高比汽輪機的末級，徑高比2.9，u在葉頂、葉根在葉頂、葉根處相差一倍，兩處的速度三角形差異明顯。處相差一倍，兩處的速度三角形差異明顯。2、環(huán)形葉柵、環(huán)形葉柵使用直葉片的不良后果：使用直葉片的不良后果：（1）徑高比較小時，葉頂、葉根處的節(jié)距相差很大，）徑高比較小時，葉頂、葉根處的節(jié)距相差很大，而每種葉柵都有一最佳節(jié)距而每種葉柵都有一最佳節(jié)距（2）噴嘴出口有圓周分速度，產(chǎn)生離心力場，沿著葉）噴嘴出口有圓周分速度，產(chǎn)生離心力場，沿著葉高壓力上升，造成葉頂、葉根

19、處反動度變化高壓力上升，造成葉頂、葉根處反動度變化（3）動葉出口汽流方向變化劇烈，級后汽流不均勻）動葉出口汽流方向變化劇烈，級后汽流不均勻42彎扭葉片彎扭葉片葉片周向彎曲后，在葉片表面尤葉片周向彎曲后，在葉片表面尤其是吸力面上形成了兩端壓力高其是吸力面上形成了兩端壓力高中間壓力低的靜壓分布，即中間壓力低的靜壓分布，即”C”型壓力分布型壓力分布兩端部的低能流體被吸入主流區(qū)兩端部的低能流體被吸入主流區(qū)被主氣流帶走，這樣就減少了低被主氣流帶走，這樣就減少了低能流體在兩端壁與吸力面組成的能流體在兩端壁與吸力面組成的角隅處的堆積，避免了分離的發(fā)角隅處的堆積，避免了分離的發(fā)生，減少了能量損失生，減少了能量

20、損失實驗結(jié)果表明，葉片彎曲以后還實驗結(jié)果表明，葉片彎曲以后還可以減小壓力面與吸力面的兩端可以減小壓力面與吸力面的兩端的壓差，從而減弱了兩端的橫向的壓差，從而減弱了兩端的橫向二次流動二次流動43為了揭示葉片彎曲降低流動損失的機理，應進行彎曲為了揭示葉片彎曲降低流動損失的機理，應進行彎曲葉片的詳細測量和流動顯示，揭示各種渦系結(jié)構(gòu)及尺葉片的詳細測量和流動顯示，揭示各種渦系結(jié)構(gòu)及尺度的變化，從而能更自覺地控制邊界層和各種渦系的度的變化，從而能更自覺地控制邊界層和各種渦系的發(fā)展。發(fā)展。王仲奇王仲奇44第五節(jié)第五節(jié) 級內(nèi)損失和級效率級內(nèi)損失和級效率級內(nèi)損失級內(nèi)損失 因蒸汽流動和膨脹作功過程，引起理想比焓降

21、不因蒸汽流動和膨脹作功過程，引起理想比焓降不能轉(zhuǎn)變成機械功的那部分熱能，稱為內(nèi)部損失。能轉(zhuǎn)變成機械功的那部分熱能，稱為內(nèi)部損失。外部損失外部損失 其余的能量損失稱為外部損失，例如汽機軸承的其余的能量損失稱為外部損失，例如汽機軸承的摩擦損失。摩擦損失。 前面已指出三項級內(nèi)損失：噴嘴損失、動葉損失、前面已指出三項級內(nèi)損失：噴嘴損失、動葉損失、余速損失。在此基礎(chǔ)上，再扣除其它級內(nèi)損失，就能余速損失。在此基礎(chǔ)上，再扣除其它級內(nèi)損失，就能得到級的得到級的相對內(nèi)效率相對內(nèi)效率，簡稱，簡稱級效率級效率。45一、級內(nèi)損失一、級內(nèi)損失1、葉型損失（噴嘴損失、動葉損失）、余速損失、葉型損失（噴嘴損失、動葉損失）、

22、余速損失各種損失的原因、計算方法、減小措施？各種損失的原因、計算方法、減小措施？2、葉高損失、葉高損失(端部損失端部損失)蒸汽在葉片端部附近流動時，要產(chǎn)生附面層及旋渦，蒸汽在葉片端部附近流動時，要產(chǎn)生附面層及旋渦，損失部分有用功，由于葉片長度有限，這種損失的比損失部分有用功，由于葉片長度有限，這種損失的比例隨著葉高的減小而增加例隨著葉高的減小而增加當葉高小于當葉高小于15mm時，葉高損失急劇增加時，葉高損失急劇增加unlhlah46葉型損失1 1）邊界層內(nèi)的摩擦）邊界層內(nèi)的摩擦2 2）邊界層分離渦流）邊界層分離渦流3 3）尾跡損失）尾跡損失4 4）激波損失）激波損失47端部損失1 1）二次流摩

23、擦）二次流摩擦2 2）補償流）補償流3 3）對渦）對渦( (馬蹄渦馬蹄渦) )48493、撞擊損失、撞擊損失從速度三角形看，從速度三角形看，c1變化時，動葉進口汽流角將變化，變化時，動葉進口汽流角將變化，新的汽流角與設(shè)計工況下汽流角的差，稱為沖角新的汽流角與設(shè)計工況下汽流角的差，稱為沖角如圖，當比焓降減小，如圖，當比焓降減小， c1減小，汽流角增大減小，汽流角增大常用公式：常用公式：措施：措施：（1）合理選擇葉型，保證設(shè)計工況下沖角為）合理選擇葉型，保證設(shè)計工況下沖角為0（2）將進汽邊做成弧形，減小沖角的影響）將進汽邊做成弧形，減小沖角的影響c1c11w1w11u2sin11122111wh5

24、04、扇形損失、扇形損失采用直葉片的級，因環(huán)形葉柵的緣故，存在扇形損失，采用直葉片的級，因環(huán)形葉柵的緣故，存在扇形損失，常用徑高比描述其大小常用徑高比描述其大小采用扭葉片的級無此項損失采用扭葉片的級無此項損失*27 . 0tbbhhdl515、葉輪摩擦損失、葉輪摩擦損失產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：（1）葉輪旋轉(zhuǎn)引起速度梯度）葉輪旋轉(zhuǎn)引起速度梯度（2）離心作用產(chǎn)生徑向渦流）離心作用產(chǎn)生徑向渦流常用公式：常用公式：反動級無葉輪，故無此項損失反動級無葉輪，故無此項損失DPhvudPfff3600110007. 1232526、部分進汽損失、部分進汽損失當級的部分進汽度當級的部分進汽度e1時產(chǎn)生部分進汽損失時

25、產(chǎn)生部分進汽損失部分進汽損失由鼓風損失、斥汽損失組成部分進汽損失由鼓風損失、斥汽損失組成eh53鼓風損失鼓風損失動葉經(jīng)過無進汽的弧段時，因葉片與蒸動葉經(jīng)過無進汽的弧段時，因葉片與蒸汽的速度差異，產(chǎn)生摩擦，損失有用功汽的速度差異，產(chǎn)生摩擦，損失有用功措施：加裝護罩可減小鼓風損失措施：加裝護罩可減小鼓風損失常用公式：常用公式：上式與葉輪摩擦損失公式相似，故上式與葉輪摩擦損失公式相似，故2個公式常合并成一個公式常合并成一個公式個公式235 . 11110021)900480(vudleePhw54斥汽損失斥汽損失:（1）動葉剛進入進汽弧段時，噴嘴出口汽流對動葉內(nèi)）動葉剛進入進汽弧段時，噴嘴出口汽流對動葉內(nèi)呆滯蒸汽進行推動加速；呆滯蒸汽進行推動加速；（2）進汽弧段進出口處的汽流；）進汽弧段進出口處的汽流；措施：減小噴嘴組之間不進汽弧段的長度措施：減小噴嘴組之間不進汽弧段的長度常用公式：常用公式：An代表蒸汽流量的多少，流量大則損失的比例小代表蒸汽流量的多少，流量大則損失的比例小lb代表呆滯蒸汽的量代表呆滯蒸汽的量Bb代表被呆滯蒸汽推動的距離代表被呆滯蒸汽推動的距離斥汽損失與斥汽損失與u的一次方成正比的一次方成正比*42. 0tnanbbshmxAlBh557、濕汽損失