第一章汽輪機(jī)級(jí)的工作原理

1、第一章第一章 汽輪機(jī)級(jí)的工作原理汽輪機(jī)級(jí)的工作原理華北電力大學(xué)動(dòng)力教研室陳海平陳海平本本 章章 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 級(jí)的輪軸功率和輪軸效率級(jí)的輪軸功率和輪軸效率 第三節(jié)第三節(jié) 級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率第四節(jié)第四節(jié) 扭葉片級(jí)扭葉片級(jí)l級(jí)的概念是什么？我廠級(jí)的概念是什么？我廠N300-16.7/537/537型汽輪機(jī)有多少級(jí)？型汽輪機(jī)有多少級(jí)？l何為隔板？何為隔板？l何為熱力級(jí)？何為結(jié)構(gòu)級(jí)？我廠汽輪機(jī)有多少個(gè)熱力級(jí)和多少個(gè)何為熱力級(jí)？何為結(jié)構(gòu)級(jí)？我廠汽輪機(jī)有多少個(gè)熱力級(jí)和多少個(gè)結(jié)構(gòu)級(jí)？結(jié)構(gòu)級(jí)？l何為調(diào)節(jié)級(jí)？何為壓力級(jí)？有什么異同點(diǎn)？何為

2、調(diào)節(jié)級(jí)？何為壓力級(jí)？有什么異同點(diǎn)？l何為部分進(jìn)汽度？我廠汽輪機(jī)是全周進(jìn)汽還是部分進(jìn)汽？何為部分進(jìn)汽度？我廠汽輪機(jī)是全周進(jìn)汽還是部分進(jìn)汽？l可壓縮流體的基本方程？可壓縮流體的基本方程？l沖動(dòng)作用原理和反動(dòng)作用原理（簡(jiǎn)單介紹）沖動(dòng)作用原理和反動(dòng)作用原理（簡(jiǎn)單介紹）l何為反動(dòng)度？何為反動(dòng)度？l何為沖動(dòng)級(jí)？何為反動(dòng)級(jí)？何為沖動(dòng)級(jí)？何為反動(dòng)級(jí)？l為什么沖動(dòng)式汽輪機(jī)葉片帶有反動(dòng)度？為什么沖動(dòng)式汽輪機(jī)葉片帶有反動(dòng)度？l何為級(jí)效率？何為級(jí)效率？本本 章章 要要 點(diǎn)點(diǎn)第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述華北電力大學(xué)動(dòng)力教研室陳海平陳海平1. 1. 組成組成 靜止部分靜止部分( (靜子靜子) )：包括汽缸、噴嘴室、隔板、：包

3、括汽缸、噴嘴室、隔板、隔板套隔板套( (靜葉持環(huán)靜葉持環(huán)) )、靜葉柵、汽封、軸承、軸承、靜葉柵、汽封、軸承、軸承座、機(jī)座、滑銷系統(tǒng)及相關(guān)緊固件等；座、機(jī)座、滑銷系統(tǒng)及相關(guān)緊固件等； 轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)部分( (轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子) )：包括主軸、葉輪：包括主軸、葉輪( (或轉(zhuǎn)鼓或轉(zhuǎn)鼓) )、動(dòng)葉柵、圍帶、拉筋、聯(lián)軸器及相關(guān)緊固件等；動(dòng)葉柵、圍帶、拉筋、聯(lián)軸器及相關(guān)緊固件等； 控制部分：由調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)裝置和油系統(tǒng)等。控制部分：由調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)裝置和油系統(tǒng)等。一、一、 汽輪機(jī)本體簡(jiǎn)介汽輪機(jī)本體簡(jiǎn)介2 2 基本概念基本概念通流部分通流部分：汽輪機(jī)本體中：汽輪機(jī)本體中作功汽流的通道作功汽流的通道稱為稱為汽輪機(jī)的通

4、流部分，包括主汽門、調(diào)節(jié)汽門、汽輪機(jī)的通流部分，包括主汽門、調(diào)節(jié)汽門、進(jìn)汽導(dǎo)管、進(jìn)汽室、各級(jí)噴嘴和動(dòng)葉及汽輪機(jī)進(jìn)汽導(dǎo)管、進(jìn)汽室、各級(jí)噴嘴和動(dòng)葉及汽輪機(jī)的排汽管。的排汽管。汽輪機(jī)的級(jí)汽輪機(jī)的級(jí)：由一列噴嘴葉柵和其后：由一列噴嘴葉柵和其后緊鄰緊鄰的一的一列動(dòng)葉柵構(gòu)成的基本工作單元。列動(dòng)葉柵構(gòu)成的基本工作單元。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。動(dòng)葉裝在轉(zhuǎn)軸上，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。動(dòng)葉裝在轉(zhuǎn)軸上，與葉輪及轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。與葉輪及轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。噴嘴噴嘴：由固定不動(dòng)的靜葉柵構(gòu)成的蒸汽通道由固定不動(dòng)的靜葉柵構(gòu)成的蒸汽通道。 汽輪機(jī)是將蒸汽的汽輪機(jī)是將蒸汽的熱能熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機(jī)械能

5、機(jī)械能的一種的一種動(dòng)力機(jī)械，這種能量的轉(zhuǎn)變通常是通過動(dòng)力機(jī)械，這種能量的轉(zhuǎn)變通常是通過沖動(dòng)沖動(dòng)作用作用原理和原理和反動(dòng)反動(dòng)作用原理兩種方式來實(shí)現(xiàn)的。作用原理兩種方式來實(shí)現(xiàn)的。 沖動(dòng)力與沖動(dòng)力與反動(dòng)力反動(dòng)力 沖動(dòng)力沖動(dòng)力：當(dāng)一運(yùn)動(dòng)物體碰撞到另一靜止的或速度不同當(dāng)一運(yùn)動(dòng)物體碰撞到另一靜止的或速度不同的物體時(shí)，就會(huì)受到阻礙而改變其速度的大小和方向，同的物體時(shí)，就會(huì)受到阻礙而改變其速度的大小和方向，同時(shí)給阻礙它運(yùn)動(dòng)的物體一個(gè)作用力，這個(gè)力即為沖動(dòng)力。時(shí)給阻礙它運(yùn)動(dòng)的物體一個(gè)作用力，這個(gè)力即為沖動(dòng)力。 反動(dòng)力：反動(dòng)力：在汽輪機(jī)中，當(dāng)蒸汽流經(jīng)動(dòng)葉通道時(shí)，如在汽輪機(jī)中，當(dāng)蒸汽流經(jīng)動(dòng)葉通道時(shí)，如果蒸汽還繼續(xù)膨

6、脹加速，則在蒸汽離開動(dòng)葉通道時(shí)，會(huì)給果蒸汽還繼續(xù)膨脹加速，則在蒸汽離開動(dòng)葉通道時(shí)，會(huì)給動(dòng)葉一個(gè)與汽流運(yùn)動(dòng)方向相反的作用力，這個(gè)力即為反動(dòng)動(dòng)葉一個(gè)與汽流運(yùn)動(dòng)方向相反的作用力，這個(gè)力即為反動(dòng)力。力。二、 蒸汽的沖動(dòng)作用原理和反動(dòng)作用原理 從噴嘴流出的高速汽流沖擊在汽輪機(jī)的動(dòng)葉上，受到動(dòng)從噴嘴流出的高速汽流沖擊在汽輪機(jī)的動(dòng)葉上，受到動(dòng)葉的阻礙，而改變了其速度的大小和方向，同時(shí)葉的阻礙，而改變了其速度的大小和方向，同時(shí)汽流給動(dòng)汽流給動(dòng)葉施加了一個(gè)沖動(dòng)力。葉施加了一個(gè)沖動(dòng)力。 蒸汽在動(dòng)葉通道內(nèi)膨脹加速，離開動(dòng)葉通道時(shí)，給動(dòng)葉蒸汽在動(dòng)葉通道內(nèi)膨脹加速，離開動(dòng)葉通道時(shí)，給動(dòng)葉一個(gè)與汽流運(yùn)動(dòng)方向相反的作用力，

7、這個(gè)力即為一個(gè)與汽流運(yùn)動(dòng)方向相反的作用力，這個(gè)力即為反動(dòng)力。反動(dòng)力。 一般情況下，蒸汽在動(dòng)葉通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，一方面給動(dòng)葉一般情況下，蒸汽在動(dòng)葉通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，一方面給動(dòng)葉柵一個(gè)柵一個(gè)沖沖動(dòng)力動(dòng)力F Fi i的作用，另一方面，在動(dòng)葉通道內(nèi)繼續(xù)膨脹，的作用，另一方面，在動(dòng)葉通道內(nèi)繼續(xù)膨脹，給動(dòng)葉柵一個(gè)給動(dòng)葉柵一個(gè)反反動(dòng)力動(dòng)力F Fr r的作用，這兩個(gè)力的方向都不與輪周的作用，這兩個(gè)力的方向都不與輪周方向一致，兩個(gè)力的合力方向一致，兩個(gè)力的合力F F作用在動(dòng)葉柵上，其在輪周方向作用在動(dòng)葉柵上，其在輪周方向上的分力上的分力F Fu u使動(dòng)葉柵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生使動(dòng)葉柵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生機(jī)械功。機(jī)械功。 注意：沖動(dòng)力的大小

8、主要取決于單位時(shí)間內(nèi)通過動(dòng)葉通注意：沖動(dòng)力的大小主要取決于單位時(shí)間內(nèi)通過動(dòng)葉通道的蒸汽質(zhì)量及其速度的變化，蒸汽質(zhì)量越大，速度變化道的蒸汽質(zhì)量及其速度的變化，蒸汽質(zhì)量越大，速度變化越大，則沖動(dòng)力越大。越大，則沖動(dòng)力越大。 汽輪機(jī)級(jí)的受力分析汽輪機(jī)級(jí)的受力分析: : P7圖1.1.1-1.1.2所示三、 級(jí)的工作過程火電廠的能量轉(zhuǎn)換過程火電廠的能量轉(zhuǎn)換過程 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程：蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程：圖圖1.1.11.1.1所示所示 在噴嘴在噴嘴(nozzle)中：降壓增速，熱力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)槠鞯闹校航祲涸鏊?，熱力?shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)槠鞯膭?dòng)能動(dòng)能; 在動(dòng)葉在動(dòng)葉(blade)中：動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能中：動(dòng)能轉(zhuǎn)變

9、為機(jī)械能（沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)有別級(jí)有別）。氣流流動(dòng)演示氣流流動(dòng)演示蒸汽動(dòng)葉和噴嘴中的流程蒸汽動(dòng)葉和噴嘴中的流程 對(duì)于沖動(dòng)式汽輪機(jī)，當(dāng)蒸汽通過噴嘴對(duì)于沖動(dòng)式汽輪機(jī)，當(dāng)蒸汽通過噴嘴和動(dòng)葉后，其壓力、速度的變化趨勢(shì)如和動(dòng)葉后，其壓力、速度的變化趨勢(shì)如右圖。右圖。特征截面或計(jì)算截面：特征截面或計(jì)算截面： 噴嘴前：噴嘴前：0-00-0； 噴嘴后（動(dòng)葉前）：噴嘴后（動(dòng)葉前）：1-11-1； 動(dòng)葉后：動(dòng)葉后：2-22-2。注意：注意：參數(shù)下角標(biāo)與截面號(hào)相同。參數(shù)下角標(biāo)與截面號(hào)相同。蒸汽膨脹增速的條件蒸汽膨脹增速的條件有壓差存在有壓差存在合理的汽流通道結(jié)構(gòu)合理的汽流通道結(jié)構(gòu)動(dòng)、靜葉柵幾何參數(shù)動(dòng)、靜葉柵

10、幾何參數(shù)：平均直徑平均直徑dmdm，葉片高度，葉片高度l l ，葉柵節(jié)，葉柵節(jié)距距t t，葉柵寬度，葉柵寬度B B，葉柵通道進(jìn)口寬度，葉柵通道進(jìn)口寬度a,a,出口寬度出口寬度a1a1和和a2a2，葉型弦長(zhǎng)葉型弦長(zhǎng)b b和出口邊厚度，出口汽流角。和出口邊厚度，出口汽流角。 動(dòng)葉進(jìn)出口汽流速度三角形動(dòng)葉進(jìn)出口汽流速度三角形：流體力學(xué)觀點(diǎn)流體力學(xué)觀點(diǎn) 噴嘴、動(dòng)葉及汽流流動(dòng)特性噴嘴、動(dòng)葉及汽流流動(dòng)特性動(dòng)葉以圓周速度動(dòng)葉以圓周速度u u旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)；從噴嘴中以絕對(duì)速度從噴嘴中以絕對(duì)速度c c1 1流出的汽流相對(duì)于動(dòng)葉有一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)流出的汽流相對(duì)于動(dòng)葉有一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)的相對(duì)速度和相應(yīng)的相對(duì)速度w w1

11、1；流入本級(jí)動(dòng)葉；流入本級(jí)動(dòng)葉；汽流以相對(duì)速度汽流以相對(duì)速度w w2 2離開動(dòng)葉，由于動(dòng)葉以圓周速度離開動(dòng)葉，由于動(dòng)葉以圓周速度u u旋轉(zhuǎn)，故其旋轉(zhuǎn)，故其出口絕對(duì)速度為出口絕對(duì)速度為c c2 2；流入下級(jí)靜葉（噴嘴）；流入下級(jí)靜葉（噴嘴）； 由由c c、w w、u u構(gòu)成速度三角形，如下圖。構(gòu)成速度三角形，如下圖。 速度三角形的構(gòu)成速度三角形的構(gòu)成 動(dòng)葉入口速度三角形： c1 1 、w1 1、 u 動(dòng)葉出口速度三角形： c2 2、w2 2、 u注意： u在進(jìn)出口速度三角形相同動(dòng)葉進(jìn)出口汽流速度三角形動(dòng)葉進(jìn)出口汽流速度三角形符號(hào)說明符號(hào)說明 C1：噴嘴出口汽流的絕對(duì)速度：噴嘴出口汽流的絕對(duì)速度

12、w1：噴嘴出口汽流的相對(duì)速度：噴嘴出口汽流的相對(duì)速度 C2：動(dòng)葉出口汽流的絕對(duì)速度：動(dòng)葉出口汽流的絕對(duì)速度 w2：動(dòng)葉出口汽流的相對(duì)速度：動(dòng)葉出口汽流的相對(duì)速度 u：圓周速度。：圓周速度。 一般情況下一般情況下：12121117(2 4 )20 30沖動(dòng)級(jí)：(a) (a) 動(dòng)靜葉柵汽道示意圖動(dòng)靜葉柵汽道示意圖(b)(b)頂點(diǎn)靠攏的速度三角頂點(diǎn)靠攏的速度三角形形 速度三角形（速度三角形（w w1 1、c c2 2 ）的計(jì)算）的計(jì)算22111111111111222222222222222cossinsinarcsinarccos2cossinsinarcsinarccoswcucucctgwcu

13、cwuw uwwtgcwu3 蒸汽在級(jí)內(nèi)的熱力過程分析：熱力學(xué)觀點(diǎn)熱力學(xué)觀點(diǎn) 幾個(gè)概念幾個(gè)概念l熱力過程線熱力過程線：蒸汽在動(dòng)、靜葉柵中膨脹過程在：蒸汽在動(dòng)、靜葉柵中膨脹過程在h-s圖圖上的表示；上的表示；l滯止?fàn)顟B(tài)：滯止?fàn)顟B(tài)：相對(duì)于葉柵通道速度為零的相對(duì)于葉柵通道速度為零的狀態(tài)；狀態(tài)；l滯止參數(shù)：滯止參數(shù)：相對(duì)于葉柵通道速度為零的汽流熱力參數(shù)，相對(duì)于葉柵通道速度為零的汽流熱力參數(shù)，用上標(biāo)用上標(biāo)“0”0”來表示；來表示；l理想過程：理想過程：無不可逆損失的等熵過程；無不可逆損失的等熵過程；l實(shí)際過程實(shí)際過程：存在著不可逆摩擦損失，動(dòng)能損失轉(zhuǎn)變?yōu)椋捍嬖谥豢赡婺Σ翐p失，動(dòng)能損失轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。熱能?/p>

14、 噴嘴及動(dòng)葉的熱力過程噴嘴及動(dòng)葉的熱力過程動(dòng)葉理想比焓降：動(dòng)葉理想比焓降：0202cch01nthhh11nthhh01nnhhhh12bthhh 滯止比焓差滯止比焓差： 噴嘴理想比焓降：噴嘴理想比焓降： 噴嘴損失：噴嘴損失： 噴嘴實(shí)際比焓降：噴嘴實(shí)際比焓降：22bthhh12bbhhhh2222cch02ttnbhhhhh 00ttchhh 動(dòng)葉損失：動(dòng)葉損失： 動(dòng)葉實(shí)際比焓降：動(dòng)葉實(shí)際比焓降： 余速損失：余速損失： 級(jí)的理想比焓降：級(jí)的理想比焓降： 級(jí)滯止理想比焓降：級(jí)滯止理想比焓降：噴嘴滯止理想比焓降：噴嘴滯止理想比焓降：2unbchhhh20utnbchhhhh00nnchhh 輪周損

15、失：輪周損失： 輪周有效比焓降：輪周有效比焓降：四、四、 級(jí)的反動(dòng)度級(jí)的反動(dòng)度（反動(dòng)率）反動(dòng)率） 定義：定義：表征蒸汽在動(dòng)葉通道中的膨脹程度表征蒸汽在動(dòng)葉通道中的膨脹程度, ,定義定義為蒸汽在動(dòng)葉中膨脹時(shí)的理想比焓降與級(jí)的滯止為蒸汽在動(dòng)葉中膨脹時(shí)的理想比焓降與級(jí)的滯止理想比焓降之比理想比焓降之比, ,用用mm來表示來表示. .00bbmtnbhhhhh 計(jì)算表達(dá)式：計(jì)算表達(dá)式： 討論 由于由于h-sh-s圖上等壓線沿比熵增方向發(fā)散圖上等壓線沿比熵增方向發(fā)散, ,故嚴(yán)格說故嚴(yán)格說, , 但由于噴嘴損失很小，因此在使用中常認(rèn)為但由于噴嘴損失很小，因此在使用中常認(rèn)為 m m越大，越大，hbhb越大，

16、則蒸汽對(duì)動(dòng)葉柵的反動(dòng)力也越越大，則蒸汽對(duì)動(dòng)葉柵的反動(dòng)力也越大；大； 反動(dòng)度反動(dòng)度沿動(dòng)葉高度是不相同的沿動(dòng)葉高度是不相同的 對(duì)于較短的直葉片級(jí)，用平均反動(dòng)度對(duì)于較短的直葉片級(jí)，用平均反動(dòng)度mm表示，可表示，可不計(jì)反動(dòng)度沿動(dòng)葉高度的變化；不計(jì)反動(dòng)度沿動(dòng)葉高度的變化； 對(duì)于長(zhǎng)葉片級(jí)，在計(jì)算不同截面時(shí)，必須用相應(yīng)對(duì)于長(zhǎng)葉片級(jí)，在計(jì)算不同截面時(shí)，必須用相應(yīng)截面的反動(dòng)度。截面的反動(dòng)度。00nbthhh 00nbthhh 五、 級(jí)的類型和特點(diǎn)：軸流式 沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)：按蒸汽在動(dòng)葉通道中的膨脹程度（及反：按蒸汽在動(dòng)葉通道中的膨脹程度（及反動(dòng)度）大小劃分。動(dòng)度）大小劃分。 純沖動(dòng)級(jí)純沖動(dòng)級(jí)：m0

17、特點(diǎn)：特點(diǎn)： 蒸汽只在噴嘴內(nèi)膨脹，在動(dòng)葉中不膨脹而只改變方向；蒸汽只在噴嘴內(nèi)膨脹，在動(dòng)葉中不膨脹而只改變方向； 蒸汽在動(dòng)葉進(jìn)、出口處壓力和汽流的相對(duì)速度相等，即蒸汽在動(dòng)葉進(jìn)、出口處壓力和汽流的相對(duì)速度相等，即P1=P2，hb=0， hn= ht ，w1=w2。 動(dòng)葉葉型幾乎為對(duì)稱彎曲，即動(dòng)葉內(nèi)各流通截面近似相同；動(dòng)葉葉型幾乎為對(duì)稱彎曲，即動(dòng)葉內(nèi)各流通截面近似相同； 動(dòng)葉只受到入口汽流的沖動(dòng)力和出口汽流的反動(dòng)力，但無蒸汽膨脹動(dòng)葉只受到入口汽流的沖動(dòng)力和出口汽流的反動(dòng)力，但無蒸汽膨脹加速對(duì)動(dòng)葉的反動(dòng)力；加速對(duì)動(dòng)葉的反動(dòng)力； 做功能力大，但效率較低，損失大，故現(xiàn)已不在采用。做功能力大，但效率較低，損

18、失大，故現(xiàn)已不在采用。 特點(diǎn)： P1P2，hbhn0.5ht ； 噴嘴、動(dòng)葉的葉型相同； 動(dòng)葉既受到入口汽流的沖動(dòng)力，也受到蒸汽在動(dòng)葉通道中膨脹加速及其轉(zhuǎn)向后流出時(shí)的反動(dòng)力； 做功能力較小，效率較純沖動(dòng)級(jí)純沖動(dòng)級(jí)高，頂部漏汽大。 反動(dòng)級(jí)反動(dòng)級(jí)：mm0.50.5特點(diǎn)：特點(diǎn)： P1P2，hn hb ； 蒸汽作用在動(dòng)葉上的主要是沖動(dòng)力，小部分是反動(dòng)力； 在最佳速比下，做功能力比反動(dòng)級(jí)反動(dòng)級(jí)大，效率較純沖動(dòng)級(jí)純沖動(dòng)級(jí)高，在汽輪機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。 沖動(dòng)級(jí)沖動(dòng)級(jí)：m0.05-0.3（0.2翦） 壓力級(jí)和速度級(jí)：壓力級(jí)和速度級(jí)：按蒸汽動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子按蒸汽動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機(jī)械能的過程來劃分機(jī)械能的過程來劃分

19、壓力級(jí)：蒸汽動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機(jī)械能的過程在級(jí)內(nèi)只進(jìn)行一次的級(jí)。特點(diǎn)： 這種級(jí)在葉輪上只裝一列動(dòng)葉柵，故又稱為單列級(jí)； 壓力級(jí)可以是沖動(dòng)級(jí)，也可以是反動(dòng)級(jí)。說明：說明：目前常用的是進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)換的級(jí)，故又稱目前常用的是進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)換的級(jí)，故又稱為雙列速度級(jí)為雙列速度級(jí)或復(fù)速級(jí)，即或復(fù)速級(jí)，即由固定的噴嘴葉柵、由固定的噴嘴葉柵、導(dǎo)向葉柵和安裝在同一葉輪上的兩列動(dòng)葉柵所導(dǎo)向葉柵和安裝在同一葉輪上的兩列動(dòng)葉柵所組成的級(jí)組成的級(jí)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：復(fù)速級(jí)都是沖動(dòng)式的；復(fù)速級(jí)都是沖動(dòng)式的； 做功能力大（較單列級(jí)而言）：通常在一級(jí)內(nèi)要求做功能力大（較單列級(jí)而言）：通常在一級(jí)內(nèi)要求承擔(dān)很大焓降時(shí)采用之。承擔(dān)很大焓降時(shí)采用

20、之。 為提高復(fù)速級(jí)效率，其設(shè)計(jì)時(shí)帶有一定的反動(dòng)度。為提高復(fù)速級(jí)效率，其設(shè)計(jì)時(shí)帶有一定的反動(dòng)度。 速度級(jí)速度級(jí)( (復(fù)速級(jí)復(fù)速級(jí)) )：蒸汽動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子蒸汽動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機(jī)械能的過程在級(jí)內(nèi)進(jìn)行一次以上的級(jí)。機(jī)械能的過程在級(jí)內(nèi)進(jìn)行一次以上的級(jí)。 調(diào)節(jié)級(jí)和非調(diào)節(jié)級(jí)：按級(jí)的通流面積是調(diào)節(jié)級(jí)和非調(diào)節(jié)級(jí)：按級(jí)的通流面積是否隨負(fù)荷大小而變來劃分。否隨負(fù)荷大小而變來劃分。 調(diào)節(jié)級(jí)調(diào)節(jié)級(jí)：通流面積隨負(fù)荷變化而改變的級(jí)（如：通流面積隨負(fù)荷變化而改變的級(jí)（如噴嘴調(diào)節(jié)的第一級(jí)）。噴嘴調(diào)節(jié)的第一級(jí)）。l單列級(jí)：能承擔(dān)的理想焓降小，一般在單列級(jí)：能承擔(dān)的理想焓降小，一般在80-80-130kJ/kg130kJ/kg之間

21、；效率高。宜用于帶基本負(fù)荷的之間；效率高。宜用于帶基本負(fù)荷的大機(jī)組上。大機(jī)組上。l雙列級(jí)：能承擔(dān)較大的理想焓降，一般在雙列級(jí)：能承擔(dān)較大的理想焓降，一般在195-195-250kJ/kg250kJ/kg之間。效率較低。宜用于帶尖峰負(fù)荷之間。效率較低。宜用于帶尖峰負(fù)荷的機(jī)組上。的機(jī)組上。這種級(jí)在運(yùn)行時(shí)，可通過改變其這種級(jí)在運(yùn)行時(shí)，可通過改變其通流面積來控制通流面積來控制進(jìn)汽量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)汽輪機(jī)負(fù)荷的目的；進(jìn)汽量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)汽輪機(jī)負(fù)荷的目的；中小汽輪機(jī)用中小汽輪機(jī)用復(fù)速級(jí)作復(fù)速級(jí)作調(diào)節(jié)級(jí)調(diào)節(jié)級(jí)；大型汽輪機(jī)常用單列沖動(dòng)級(jí)作大型汽輪機(jī)常用單列沖動(dòng)級(jí)作調(diào)節(jié)級(jí)；調(diào)節(jié)級(jí)；總是做成總是做成部分進(jìn)汽部分進(jìn)汽

22、。 非非調(diào)節(jié)級(jí)調(diào)節(jié)級(jí)：通流面積不隨負(fù)荷變化而改變的：通流面積不隨負(fù)荷變化而改變的級(jí)級(jí)。 特點(diǎn)特點(diǎn)：可以是：可以是全周進(jìn)汽，也可以是全周進(jìn)汽，也可以是部分進(jìn)汽。部分進(jìn)汽。調(diào)節(jié)級(jí)特點(diǎn)調(diào)節(jié)級(jí)特點(diǎn)熱力級(jí)與結(jié)構(gòu)級(jí)熱力級(jí)與結(jié)構(gòu)級(jí)l熱力級(jí)l結(jié)構(gòu)級(jí)級(jí)的類型和特點(diǎn)小結(jié)級(jí)的類型和特點(diǎn)小結(jié)反動(dòng)度結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做功能力（焓降）效率純沖動(dòng)級(jí)m=0隔板葉輪型較高較低反動(dòng)級(jí)m=0.5轉(zhuǎn)鼓型最低最高沖動(dòng)級(jí)m=0.050.3隔板葉輪型較低較高復(fù)速級(jí)m=0.050.3隔板葉輪型最高最低六、級(jí)的簡(jiǎn)化一元流模型和基本方程式六、級(jí)的簡(jiǎn)化一元流模型和基本方程式 簡(jiǎn)化的一元流模型簡(jiǎn)化的一元流模型 基本假設(shè)：基本假設(shè)： 流動(dòng)是穩(wěn)定的流動(dòng)是穩(wěn)定的

23、流動(dòng)是絕熱的流動(dòng)是絕熱的 流動(dòng)是一元的流動(dòng)是一元的 工質(zhì)是理想氣體工質(zhì)是理想氣體 基本方程式基本方程式 對(duì)連續(xù)性方程取對(duì)數(shù)值并微分，可得連續(xù)性方程式的對(duì)連續(xù)性方程取對(duì)數(shù)值并微分，可得連續(xù)性方程式的另一形式另一形式 1 11AcAcGconstvv 連續(xù)性方程連續(xù)性方程：流體質(zhì)量守恒。：流體質(zhì)量守恒。 Gv=cA式中：q每kg質(zhì)量蒸汽流過系統(tǒng)時(shí)從外界吸收的熱量，J/kg；絕熱時(shí)為零。 w每kg質(zhì)量蒸汽流過系統(tǒng)時(shí)對(duì)外界做出的機(jī)械功，J/kg。22010122ccqhhw 能量方程能量方程：能量守恒定律：能量守恒定律l 狀態(tài)方程：蒸汽在某一截面上的各種狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系由狀態(tài)方程式來確定，對(duì)于理想氣

24、體： pv=RT 式中：p 氣體的絕對(duì)壓力，Pa； v 氣體的比容，m3/kg； T 熱力學(xué)溫度，K； R 通用氣體常數(shù)， R =461.5J/kgK。 狀態(tài)或過程方程狀態(tài)或過程方程等比熵過程方程： 式中：k 為定熵指數(shù)； 過熱蒸汽：k=1.3； 飽和蒸汽：k=1.135； 濕蒸汽： k=1.035+0.1x（x為過程初態(tài)干度） 多變過程方程：式中：n 多變過程指數(shù)；kpvconstnpvconstl 過程方程：蒸汽從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)的過程由過程方程式來確定，對(duì)于理想氣體： 說明：式中負(fù)號(hào)說明流動(dòng)過程中，壓力和速度是相反方向變化的。cdcvdp 運(yùn)動(dòng)（動(dòng)量）方程運(yùn)動(dòng)（動(dòng)量）方程反映作用

25、于汽流上的力與汽流速度變化反映作用于汽流上的力與汽流速度變化之間的關(guān)系式。之間的關(guān)系式。 氣體的另一重要特性是壓力波傳播速度即音速。氣體的另一重要特性是壓力波傳播速度即音速。音速的計(jì)算公式：音速的計(jì)算公式：結(jié)論：音速取決于汽流當(dāng)?shù)販囟?，與壓力無關(guān)結(jié)論：音速取決于汽流當(dāng)?shù)販囟龋c壓力無關(guān)。 馬赫數(shù)馬赫數(shù)M M：M=1M=1時(shí)為臨界狀態(tài)時(shí)為臨界狀態(tài)akpvkRTcMa 氣動(dòng)方程式氣動(dòng)方程式第二節(jié)第二節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率級(jí)的輪周功率和輪周效率華北電力大學(xué)動(dòng)力教研室陳海平陳海平本本 節(jié)節(jié) 要要 點(diǎn)點(diǎn)l 輪周功率輪周功率l 輪周效率輪周效率l 輪周效率與速比的關(guān)系輪周效率與速比的關(guān)系l 必須清楚的小

26、知識(shí)必須清楚的小知識(shí)動(dòng)葉柵發(fā)出的輪周功體現(xiàn)了全級(jí)的能量轉(zhuǎn)換過程，衡動(dòng)葉柵發(fā)出的輪周功體現(xiàn)了全級(jí)的能量轉(zhuǎn)換過程，衡量這個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程完善程度的指標(biāo)是輪周效率。量這個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程完善程度的指標(biāo)是輪周效率。減小輪周損失，提高輪周效率，是提高級(jí)乃至汽輪機(jī)減小輪周損失，提高輪周效率，是提高級(jí)乃至汽輪機(jī)整體效益的基礎(chǔ)。整體效益的基礎(chǔ)。一、蒸汽作用在動(dòng)葉柵上的力和輪周功率一、蒸汽作用在動(dòng)葉柵上的力和輪周功率 汽流作用在動(dòng)葉上的力汽流作用在動(dòng)葉上的力 作用在動(dòng)葉上的汽流力可歸結(jié)為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械功的切作用在動(dòng)葉上的汽流力可歸結(jié)為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械功的切向力向力( (又稱輪周力又稱輪周力) )和不產(chǎn)生機(jī)械功的軸向力。由動(dòng)

27、量和不產(chǎn)生機(jī)械功的軸向力。由動(dòng)量定律求得。利用速度三角形關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。定律求得。利用速度三角形關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。F Fu uF Fz zF Fb b 輪周力Fu：是對(duì)動(dòng)葉做功的力11221122(coscos)( coscos)uFG wwG cc設(shè)設(shè)tt時(shí)間內(nèi)流過動(dòng)葉的蒸汽量為時(shí)間內(nèi)流過動(dòng)葉的蒸汽量為mm，切向和軸向的動(dòng)量，切向和軸向的動(dòng)量變化為：變化為：絕對(duì)坐標(biāo)系：絕對(duì)坐標(biāo)系： 相對(duì)坐標(biāo)系：相對(duì)坐標(biāo)系：切向切向 切向切向軸向軸向 軸向軸向2211(coscos)m cc2211(sinsin)m cc2211(coscos)m ww2211(sinsin)m ww令令G=G=m/tm/t為單位

28、時(shí)間內(nèi)通過動(dòng)葉通道的蒸汽質(zhì)量，由為單位時(shí)間內(nèi)通過動(dòng)葉通道的蒸汽質(zhì)量，由速度三角形可得到：速度三角形可得到： 軸向作用力Fz：產(chǎn)生軸向推力不做功式中：全周進(jìn)汽：式中：全周進(jìn)汽：A Az z=d=dm ml lb b 部分進(jìn)汽：部分進(jìn)汽：A Az z=d=dm ml lb be e 蒸汽對(duì)動(dòng)葉總作用力F Fb b112212112212(sinsin)()( sinsin)()zzzFG wwA ppG ccA pp22buzFFF 輪周功率Pul概念概念：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)蒸汽推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)所作出的單位時(shí)間內(nèi)蒸汽推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)所作出的機(jī)械功稱為輪周功率。機(jī)械功稱為輪周功率。 注意點(diǎn)：注意點(diǎn)：1kg蒸汽產(chǎn)生的

29、輪周功蒸汽產(chǎn)生的輪周功Wu等于級(jí)的等于級(jí)的輪周有效比焓降輪周有效比焓降hu。l 計(jì)算式計(jì)算式11221122200(coscos)(coscos)/uuunbcPWu wwu cckJkgGhhhhhkJkg 11221122(coscos)( coscos)uuPF uGu wwGu cckW分析分析l輪周功的意義：由噴嘴帶進(jìn)動(dòng)葉的蒸汽動(dòng)能與輪周功的意義：由噴嘴帶進(jìn)動(dòng)葉的蒸汽動(dòng)能與動(dòng)葉獲得的蒸汽動(dòng)能之和，減去蒸汽離開動(dòng)葉動(dòng)葉獲得的蒸汽動(dòng)能之和，減去蒸汽離開動(dòng)葉所帶走的動(dòng)能。所帶走的動(dòng)能。2122cuuWh2112c2122c221212()wwuuWhl 利用速度三角形得利用速度三角形得 2

30、222122112uWccww結(jié)論結(jié)論l 級(jí)的做功能力，即輪周功的大小與動(dòng)葉級(jí)的做功能力，即輪周功的大小與動(dòng)葉進(jìn)出口汽流角進(jìn)出口汽流角1和和2有關(guān)，一般而言有有關(guān)，一般而言有 沖動(dòng)級(jí)：由于動(dòng)葉轉(zhuǎn)折較大，所以沖動(dòng)級(jí)：由于動(dòng)葉轉(zhuǎn)折較大，所以1和和2較小，做功能力較小，做功能力較大較大；反動(dòng)級(jí)：由于動(dòng)葉轉(zhuǎn)折較沖動(dòng)級(jí)小，所以反動(dòng)級(jí)：由于動(dòng)葉轉(zhuǎn)折較沖動(dòng)級(jí)小，所以1和和2較大，做功能力較大，做功能力較小較?。欢?、輪周效率二、輪周效率u u 定義定義：1kg蒸汽所作出的輪周功蒸汽所作出的輪周功Wu與蒸汽在該級(jí)所與蒸汽在該級(jí)所消耗的理想能量消耗的理想能量E0之比稱為級(jí)的輪周效率。之比稱為級(jí)的輪周效率。2000

31、utnbcuWhhhhEE E0的計(jì)算的計(jì)算222002001122ttcccEhhh 式中：式中： 余速利用系數(shù)余速利用系數(shù) 0 0 表示本級(jí)利用上一級(jí)余速動(dòng)能的份額表示本級(jí)利用上一級(jí)余速動(dòng)能的份額 1 1 表示本級(jí)余速動(dòng)能被下一級(jí)利用的份額表示本級(jí)余速動(dòng)能被下一級(jí)利用的份額 輪周效率輪周效率u u計(jì)算公式的不同形式計(jì)算公式的不同形式 定義式定義式 速度式：用來分析速度式：用來分析u與速比之間的關(guān)系與速比之間的關(guān)系1122221 22 (coscos)uau cccc02atch式中：式中：ca為級(jí)的假想理想速度，即為級(jí)的假想理想速度，即假定級(jí)的滯止理想焓降假定級(jí)的滯止理想焓降全部在噴嘴中等

32、比熵膨脹所獲得的理想速度全部在噴嘴中等比熵膨脹所獲得的理想速度。0uuwE 能量平衡方式能量平衡方式 能損分析式：用來分析各種輪周損失所占比例較為方便能損分析式：用來分析各種輪周損失所占比例較為方便200tnbcuhhhhE22201101(1)cnbcunbcEhhhhE 式中：式中：n n噴嘴損失系數(shù)，噴嘴損失系數(shù)， n n=hhn n/E/E0 0 b b動(dòng)葉損失系數(shù)，動(dòng)葉損失系數(shù)， b b=hhb b/E/E0 0 c2c2余速損失系數(shù)，余速損失系數(shù)， c2c2=hhc2c2/E/E0 0結(jié)結(jié) 論論l 以速度形式表示的以速度形式表示的u u計(jì)算公式，一般用來分計(jì)算公式，一般用來分析級(jí)的

33、輪周效率與速比之間的關(guān)系；而以損失析級(jí)的輪周效率與速比之間的關(guān)系；而以損失系數(shù)表示的系數(shù)表示的u u計(jì)算公式，用來分析各種輪周計(jì)算公式，用來分析各種輪周損失所占比例時(shí)較為方便；在進(jìn)行級(jí)的熱力計(jì)損失所占比例時(shí)較為方便；在進(jìn)行級(jí)的熱力計(jì)算時(shí)，幾個(gè)公式都可用，也可用來互相校核。算時(shí)，幾個(gè)公式都可用，也可用來互相校核。l 在噴嘴和動(dòng)葉結(jié)構(gòu)一定時(shí)，影響輪周效率在噴嘴和動(dòng)葉結(jié)構(gòu)一定時(shí)，影響輪周效率u u的主要因素是余速損失系數(shù)的主要因素是余速損失系數(shù)c2c2 ，因此，應(yīng)一，因此，應(yīng)一方面減少動(dòng)葉出口的絕對(duì)速度方面減少動(dòng)葉出口的絕對(duì)速度c2，另一方面提另一方面提高余速利用系數(shù)，從而減少高余速利用系數(shù)，從而減

34、少c2c2。第三節(jié)第三節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率華北電力大學(xué)動(dòng)力教研室陳海平陳海平一、級(jí)內(nèi)損失l定義：通常指實(shí)際環(huán)形葉柵偏離平面葉柵模型所存在的定義：通常指實(shí)際環(huán)形葉柵偏離平面葉柵模型所存在的損失，以及汽流進(jìn)口角偏離葉柵幾何進(jìn)口角和濕蒸汽工損失，以及汽流進(jìn)口角偏離葉柵幾何進(jìn)口角和濕蒸汽工況下產(chǎn)生的附加損失。況下產(chǎn)生的附加損失。l特點(diǎn)特點(diǎn)理想情況下，汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的最大能量等于蒸理想情況下，汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的最大能量等于蒸汽在級(jí)內(nèi)的理想比焓降。汽在級(jí)內(nèi)的理想比焓降。實(shí)際上由于級(jí)內(nèi)存在著各種各樣的損失，蒸汽的理想比焓降不實(shí)際上由于級(jí)內(nèi)存在著各種各樣的損失，蒸汽的理想比焓降不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功?？赡苋哭D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功。l凡是級(jí)內(nèi)與流動(dòng)時(shí)能量轉(zhuǎn)換有直接聯(lián)系的損失，稱之為凡是級(jí)內(nèi)與流動(dòng)時(shí)能量轉(zhuǎn)換有直接聯(lián)系的損失，稱之為汽輪機(jī)級(jí)的汽輪機(jī)級(jí)的內(nèi)部損失內(nèi)部損失。否則，則稱為汽輪機(jī)的。否則，則稱為汽輪機(jī)的外部外部損失。損失。級(jí)內(nèi)損失 九項(xiàng)1.1.動(dòng)葉損失動(dòng)葉損失hhn n2.2.動(dòng)葉損失動(dòng)葉損失hhb b3.3.余速損失余速損失hhc2c24.4.葉高損失葉高損失hhl l5.5.扇形損失扇形損失hh6.6.葉輪摩擦損失葉輪摩擦損失hhf f部分進(jìn)汽損失部分進(jìn)汽損失hehe漏汽損失漏汽損失hh濕氣損失濕氣損失hxhx級(jí)內(nèi)損失的類