汽輪機(jī)級(jí)工作原理(1)

1、東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院楊 建 明汽輪機(jī)原理教學(xué)內(nèi)容與安排 以電站汽輪機(jī)為教學(xué)對(duì)象，計(jì)算汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽熱能與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的轉(zhuǎn)換及結(jié)構(gòu)參數(shù)，研究實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換的影響因素與途徑；分析汽輪機(jī)非設(shè)計(jì)工況下的運(yùn)行特性、討論影響凝汽器傳熱性能的因素和主要部件的強(qiáng)度；介紹汽輪機(jī)的控制原理和控制系統(tǒng)組成及特性。已知級(jí)初、終參數(shù)計(jì)算級(jí)產(chǎn)生的功率及所需的流量與葉片高度分配級(jí)的初、終參數(shù)，級(jí)以外的損失及軸向力平衡與汽封系統(tǒng)偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)基于壓力的流量、功率估算及安全經(jīng)濟(jì)性分析汽輪機(jī)乏汽的凝結(jié)與低背壓的產(chǎn)生及其影響因素電站汽輪機(jī)的控制原理及控制系統(tǒng)汽輪機(jī)零部件的強(qiáng)度安全分析汽輪機(jī)原理教學(xué)內(nèi)容與安排q難學(xué)嗎？知識(shí)面廣而分散

2、。定性、定量分析相結(jié)合，且定性分析為主。學(xué)時(shí)短，內(nèi)容多。q能學(xué)好嗎？世上無(wú)難事，只要肯努力。米盧名言：態(tài)度決定一切。q抓幾個(gè)？由同學(xué)自己定！為消除不及格而團(tuán)結(jié)奮斗!汽輪機(jī)原理教學(xué)內(nèi)容與安排q參考書(shū)沈士一、莊賀慶、康松、龐立云合編 汽輪機(jī)原理，水利電力出版社，1992 康松主編汽輪機(jī)原理習(xí)題集，水利電力出版社，1988q考核作業(yè) 8%報(bào)告 3%課堂測(cè)驗(yàn) 4%期中 20% (2008年11月10 16日)期末 65% 創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)第一章汽輪機(jī)級(jí)的工作原理q研究?jī)?nèi)容已知級(jí)初、終參數(shù)時(shí)的能量轉(zhuǎn)換和影響因素，以及實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換所需的結(jié)構(gòu)參數(shù)與最佳參數(shù)匹配。q研究方法先研究理想級(jí)的能量轉(zhuǎn)換，然后考慮實(shí)際因素對(duì)理想級(jí)

3、作修正，得到實(shí)際級(jí)的能量轉(zhuǎn)換。q教學(xué)內(nèi)容第一講 級(jí)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出；第二講 輪周效率與最佳速比； 第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)；第四講 級(jí)內(nèi)損失與級(jí)相對(duì)內(nèi)效率及其影響因素；第五講 長(zhǎng)扭葉片原理與現(xiàn)代設(shè)計(jì)。1.1 級(jí)工作的熱力、流動(dòng)分析與計(jì)算1.1.1 工作過(guò)程分析工作過(guò)程分析q汽輪機(jī)的級(jí)由一列噴嘴葉柵和與之配合工作的動(dòng)葉柵所組成。動(dòng)葉柵可為單列，也可為多列。第一講 級(jí)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出0h2102c2h2122c22002211() ()22uWhchcq工作過(guò)程蒸汽在噴嘴(nozzle)中降壓增速，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)槠鲃?dòng)能；動(dòng)葉(blade)中繼續(xù)降壓增速，由動(dòng)量改變轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的旋

4、轉(zhuǎn)機(jī)械能。0c00,p t2c1c1p2p輪周功 單位質(zhì)量蒸汽在單位時(shí)間內(nèi)所做的功uW第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出2102cnhnhbhbhth0th2122cuW1p2p10p02t2hs1t1.1.2 級(jí)的熱力過(guò)程線級(jí)的熱力過(guò)程線蒸汽在動(dòng)、靜葉柵中膨脹過(guò)程在h-S圖上的表示v滯止參數(shù)汽流相對(duì)于葉柵通道速度為零的熱力參數(shù)。v余速損失動(dòng)葉排汽余速動(dòng)能2122()c00第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出1.1.3 蒸汽膨脹與出口汽流速度蒸汽膨脹與出口汽流速度q計(jì)算方法熱力學(xué)第一定律，先計(jì)算理想過(guò)程，后作實(shí)際修正。 q分析模型 一元流動(dòng)平面葉柵模型 基本假設(shè)：基本假設(shè)：定物性、穩(wěn)定、絕熱、理

5、想氣體、一元流動(dòng)?；痉匠蹋夯痉匠蹋豪硐霘怏w狀態(tài)方程 絕熱等熵過(guò)程 氣體的焓 音速 pvRTkpvconst11kkhpvRTkkakpvkRT第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出q噴嘴中的膨脹與出口流速理想過(guò)程等熵過(guò)程。能量平衡噴嘴出口理想流速 由 查水蒸汽特性參數(shù)，由此求得出口理想速度。由代入焓的表達(dá)式，得以初參數(shù)及壓比為函數(shù)的出口理想流速202000111122tthchhc0000,p v010/ntpp100110000211kkttpkcp vkp00001,p tp00001,p tp2010010122tttcchhhh第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出實(shí)際過(guò)程 有損失的熵增。

6、工程中速度系數(shù)修正實(shí)際流速與等熵理想流速的偏差。定義： 噴嘴速度系數(shù)由此得噴嘴損失q速度三角形與動(dòng)葉進(jìn)口流速動(dòng)葉隨轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，故汽流在動(dòng)葉中是具有牽連運(yùn)動(dòng)的相對(duì)流動(dòng)。輪周速度動(dòng)葉平均直徑處的圓周速度11tcc2(1)nnhh1cu1wmd60md nu11cu w 1111第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出q動(dòng)葉中膨脹與出口流速理想過(guò)程等熵過(guò)程。能量平衡(采用相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度使動(dòng)葉片靜止,相當(dāng)于在噴管中流動(dòng))動(dòng)葉出口理想流速動(dòng)葉進(jìn)口滯止焓相對(duì)于動(dòng)葉通道速度為零的熱力參數(shù)實(shí)際過(guò)程有損失的熵增。定義動(dòng)葉速度系數(shù)動(dòng)葉出口速度三角形與絕對(duì)速度202111221122tthwhhw2011121222tt

7、twwhhhh22tww2c2wu2222cu w 12第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出q級(jí)速度三角形動(dòng)葉進(jìn)、出口速度三角形q輪周功1.1.4 蒸汽動(dòng)葉中的膨脹與級(jí)的分類蒸汽動(dòng)葉中的膨脹與級(jí)的分類蒸汽在動(dòng)葉中是否膨脹，決定于動(dòng)葉通道的型線，也也就決定著汽流對(duì)動(dòng)葉片是否產(chǎn)生反動(dòng)功。q反動(dòng)度描述蒸汽在動(dòng)葉中膨脹的相對(duì)大小。1cu1w112c2wu2202122utnbWhhhc 第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出定義：動(dòng)葉中的理想焓降與級(jí)的等熵絕熱焓降之比，即在計(jì)算中，反動(dòng)度建立起噴嘴與動(dòng)葉理想焓降間的關(guān)系。q級(jí)的分類純沖動(dòng)動(dòng)葉中不膨脹反動(dòng)級(jí)噴嘴、動(dòng)葉中焓降相等沖動(dòng)級(jí) 動(dòng)葉中膨脹小于噴嘴阻塞流變

8、工況時(shí)出現(xiàn)00bbmtnbhhhhh 0m 0.5m 0.050.3m 0m 14第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出2102cnhnhbhthuW12pp0p01(2 ) t21t2122c 動(dòng)、靜葉型線差異大 汽流進(jìn)、出轉(zhuǎn)角大1cu1w112c2w22u純沖動(dòng)級(jí)12pp0bh15第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出2102cnhnhbhbhth0th2122cuW1p2p10p02t21t1cu1w112c2wu22 動(dòng)、靜葉型線相似 汽流進(jìn)、出轉(zhuǎn)角小純反動(dòng)級(jí)16第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出1.1.5 速度系數(shù)的影響因素速度系數(shù)的影響因素q影響因素表面粗糙度表面越光潔，摩擦損失就越小型線

9、決定著流通內(nèi)壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)分布沖動(dòng)級(jí)動(dòng)葉中汽流轉(zhuǎn)角大、膨脹小，附面層易增厚和脫離反動(dòng)級(jí)動(dòng)葉中汽流轉(zhuǎn)角小、膨脹大，附面層不易增厚q常用數(shù)值噴嘴一般為0.920.98，常取0.97動(dòng)葉一般為0.850.95 ，正比于反動(dòng)度，常取0.95第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出例：一電站汽輪機(jī)中某級(jí)，反動(dòng)度為零，平均直徑為1500mm，噴嘴進(jìn)口蒸汽 ，噴嘴后 ，速度系數(shù) 。求（1）該級(jí)的速度三角形；（2）噴嘴損失、動(dòng)葉損失、余速損失和輪周功。解：1.求滯止參數(shù) 由初壓、初溫，在h-s圖確定噴嘴進(jìn)口狀態(tài)點(diǎn)“0”，得初焓 噴嘴進(jìn)口動(dòng)能噴嘴進(jìn)口處滯止焓0008.4,490,50/pMPa tC cm s15.8

10、,pMPa03369.3/hkJ kg022031501.25/22 10chckJ kg1212 ,200.97,0.95 00003369.3 1.253370.55/chhhkJ kg第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出在h-s圖上，由“0”垂直向上求得 2.求噴嘴出口汽流速度 在h-s圖上“0”等熵向下至 得噴嘴后理想焓值 則噴嘴中理想焓降 噴嘴出口理想速度 噴嘴出口實(shí)際速度噴嘴損失3. 求動(dòng)葉進(jìn)口相對(duì)速度輪周速度動(dòng)葉進(jìn)口相對(duì)速度4. 求動(dòng)葉出口速度008.433.pMPa15.8,pMPa13253.05/,thkJ kg00013370.553253.05117.5/nthhhkJ

11、kg03122 10117.5484.75/ ,tnchm s110.97 484.75470.21/ .tccm s2016.944/nnhhkJ kg1.5*30006060235.62/md nums2211112cos244.49 /wcucum s19第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出因級(jí)反動(dòng)度為零，動(dòng)葉出口相對(duì)速度動(dòng)葉損失動(dòng)葉出口絕對(duì)速度4.級(jí)速度三角形5.輪周功221232.27/twwwm s2222222cos81.32 /cwuw um s2211212.914/bthwkJ kg02122117.56.9442.9143.306104.336/utnbWhhhckJ kg

12、 第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出1.1.6 本講小結(jié)本講小結(jié) 本講所涉教材內(nèi)容：本講所涉教材內(nèi)容：PP6 9、PP13 19q基本概念 輪周功、滯止參數(shù)、反動(dòng)度、純沖動(dòng)級(jí)、沖動(dòng)級(jí)、輪周功、滯止參數(shù)、反動(dòng)度、純沖動(dòng)級(jí)、沖動(dòng)級(jí)、反動(dòng)級(jí)、速度系數(shù)、噴嘴損失、動(dòng)葉損失、余速損失、輪周速反動(dòng)級(jí)、速度系數(shù)、噴嘴損失、動(dòng)葉損失、余速損失、輪周速度度q基本方法 級(jí)熱力過(guò)程線、噴嘴級(jí)熱力過(guò)程線、噴嘴(動(dòng)葉動(dòng)葉)的能量平衡、速度三角形的能量平衡、速度三角形q強(qiáng)化掌握 級(jí)熱力過(guò)程線、速度三角形、出口汽流速度的計(jì)算級(jí)熱力過(guò)程線、速度三角形、出口汽流速度的計(jì)算PBL(基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)PROBLEM BASED LEA

13、RN) 1. 已知級(jí)初參數(shù) 、終參數(shù) 、反動(dòng)度和 、 、轉(zhuǎn)速、平均直徑計(jì)算余速損失、輪周功。 2. 沖動(dòng)級(jí)與反動(dòng)級(jí)在熱力過(guò)程線、葉柵通道形狀、速度三角形、動(dòng)靜葉的速度系數(shù)等有何差異。000, ,p t c2p121.2.1 動(dòng)量轉(zhuǎn)換與動(dòng)葉上的汽流力動(dòng)量轉(zhuǎn)換與動(dòng)葉上的汽流力q原理汽流在動(dòng)葉中動(dòng)量改變，等于作用在動(dòng)葉上的沖量，產(chǎn)生機(jī)械功輸出。q 汽流力 動(dòng)葉上的汽流力分為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械功的切向力(又稱輪周力)和不產(chǎn)生機(jī)械功的軸向力。設(shè) 內(nèi)流過(guò)動(dòng)葉的蒸汽量為 ，由速度三角形得切向和軸向的動(dòng)量變化：絕對(duì)坐標(biāo)系：切向 軸向相對(duì)坐標(biāo)系：切向 軸向第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出第二講 動(dòng)量轉(zhuǎn)換與最佳速比2

14、211(sinsin)m cc2211(coscos)m ww2211(sinsin)m ww2211(coscos)m cctm1cu1w112c2wu22uz第一講 級(jí)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換與輪周功輸出第二講 動(dòng)量轉(zhuǎn)換與最佳速比切向力軸向力 q動(dòng)葉上總軸向力汽流軸向力與壓差力的總和。 動(dòng)葉有效作用面積q輪周功率 蒸汽單位時(shí)間推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)所作的機(jī)械功 即輪周力與速度的乘積q輪周功率與輪周功關(guān)系 決定于膨脹，決定于流量22112211(sinsin)(sinsin)szmmFwwccttzA12()szzzFFAppuP22112211(coscos)(coscos)uuPuFuG wwuG cc221

15、12211(coscos)(coscos)ummFwwccttuPuW/uuWPG第二講 動(dòng)量轉(zhuǎn)換與最佳速比1.2.2 輪周效率輪周效率q能量轉(zhuǎn)換目標(biāo) 本級(jí)可用能量最大地轉(zhuǎn)變?yōu)檩喼芄敵?。因本?jí)排汽的余速動(dòng)能有可能部分或全部被下級(jí)利用，本級(jí)可用能量應(yīng)是級(jí)理想滯止焓降中扣除余速動(dòng)能被下級(jí)所利用的部分余速利用系數(shù) 本級(jí)余速動(dòng)能被下級(jí)所利用的份額調(diào)節(jié)級(jí)和排汽級(jí)為0.0抽汽級(jí)為0.00.5中間級(jí)為1.0。 級(jí)理想能量 級(jí)理想滯止焓降減去被下級(jí)所利用的余速動(dòng)能，即2001tcEhh 0E124第二講 動(dòng)量轉(zhuǎn)換與最佳速比q輪周效率 輪周功與該級(jí)理想能量的比噴嘴損失系數(shù)：動(dòng)葉損失系數(shù)：余速損失系數(shù)：q輪周效

16、率的影響因素噴嘴、動(dòng)葉損失速度系數(shù)、反動(dòng)度、輪周速度余速損失反動(dòng)度、輪周速度2000utnbcuWhhhhEE0nhnE0bhbE220chcEu211(1)unbcu改變反動(dòng)度變大第二講 動(dòng)量轉(zhuǎn)換與最佳速比反動(dòng)度一定時(shí)，動(dòng)葉出口相對(duì)和絕對(duì)速度很大程度上決定于輪周速度，并由此決定于輪周效率q最佳速比最佳速比速比 輪周速度與噴嘴出口汽流速度之比，即最佳速比使輪周效率達(dá)到最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的速比假想速度假想級(jí)理想焓降全部在噴嘴中膨脹的噴嘴出口速度，即假想速比輪周速度與級(jí)假想速度之比，即11uxc02atchaauxc11amcc11amxx第二講 動(dòng)量轉(zhuǎn)換與最佳速比最佳速比求取通過(guò)求取上式在反動(dòng)度等一定

17、時(shí)關(guān)于 的最大值，即求。最佳速比的數(shù)值求解速比與輪周效率.xls12222122(1coscos)1(2cos)amauaaxxxx ax1()()1aopopmxx 2221(1)21costmmaamawxxc 0uax27第二講 動(dòng)量轉(zhuǎn)換與最佳速比00.4940.88814923.9120.88754726.72480.88548730.96102.430.30.5840.88145338.81130.87495240.86456977.7788.890.60.6860.849353123.978

18、5.76m()uop()aopx12余速不用時(shí)反動(dòng)度與最佳速比及汽流角關(guān)系120.97,0.95,12 ,20 ,0.0 第二講 動(dòng)量轉(zhuǎn)換與最佳速比最佳速比隨反動(dòng)度增大而增大，沖動(dòng)級(jí)的最佳速比小于反動(dòng)級(jí)最佳速比時(shí)，動(dòng)葉中汽流轉(zhuǎn)角隨反動(dòng)度增大而減小最佳速比時(shí)，動(dòng)葉絕對(duì)出口角在90度附近隨反動(dòng)度增大而減小在相同輪周速度下，純沖動(dòng)級(jí)的理想焓降約為反動(dòng)級(jí)的1.68倍.(0.494 ,0.64)則相同焓降的級(jí)組,沖動(dòng)式的級(jí)數(shù)小于反動(dòng)式隨反動(dòng)度的增加,輪周效率降低 即沖動(dòng)級(jí)的效率大于反動(dòng)級(jí)29第二講 動(dòng)量轉(zhuǎn)換與最佳速比00.6070.91930.51530.10.6370.920736147.50.20.

19、6570.921243.31390.30.6660.920552.85126.620.40.6660.918566.18110.880.50.6590.91585.63450.9099109.577.64m()uop()aopx12余速利用時(shí)反動(dòng)度與最佳速比及汽流角關(guān)系120.97,0.95,12 ,20 ,1.0 30第二講 動(dòng)量轉(zhuǎn)換與最佳速比余速利用，提高了輪周效率，且曲線平坦最佳速比增大，增幅隨反動(dòng)度增大而減小低反動(dòng)度時(shí)，最佳速比對(duì)應(yīng)的動(dòng)葉排汽角過(guò)大，余速不利于被后級(jí)使用1.2.3 最佳速比與汽輪機(jī)的級(jí)的焓降分配最佳速比與汽輪機(jī)的級(jí)的焓降分配q最佳速比與級(jí)焓降2012

20、taopuhx第二講 輪周效率與最佳速比最佳速比隨反動(dòng)度增大，在大致相等輪周速度下，反動(dòng)級(jí)的焓降小于沖動(dòng)級(jí)，同初、終參數(shù)的機(jī)組，反動(dòng)式級(jí)數(shù)多于沖動(dòng)式。大容量機(jī)組的平均直徑大于小機(jī)組，同初、終參數(shù)的大機(jī)組級(jí)數(shù)少于小機(jī)組。高壓級(jí)的平均直徑小于低壓級(jí)，即低壓級(jí)v變化大,故低壓級(jí)的焓降大于高壓級(jí)。高壓缸的級(jí)數(shù)多于低壓缸第二講 輪周效率與最佳速比1.2.4 本講小結(jié)本講小結(jié) 本講所涉教材內(nèi)容 PP19 27q基本概念 輪周效率、理想能量、噴嘴損失系數(shù)、動(dòng)葉損失系數(shù)、余速損失系數(shù)、速比、假想速比、最佳速比q基本公式 理想能量、輪周效率q強(qiáng)化掌握 最佳速比的影響因素、反動(dòng)與沖動(dòng)級(jí)的最佳速比、最佳速比與汽輪機(jī)

21、設(shè)計(jì)PBL基于問(wèn)題的學(xué)習(xí) 1. 基于速度三角形和噴嘴、動(dòng)葉及余速損失的關(guān)系，分析速比是影響輪周效率的重要因素和存在著使輪周效率達(dá)到最大的速比。 2. 對(duì)比分析沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)在輪周效率與速比變化關(guān)系和最佳速比的特征。第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)1.3.1 葉柵通道的流量計(jì)算葉柵通道的流量計(jì)算q原理 焓降決定流速和輪周功，流量決定級(jí)的功率，噴嘴、動(dòng)葉出口面積是實(shí)現(xiàn)膨脹和通過(guò)流量的基本條件。q流量計(jì)算方法理想流量加實(shí)際修正 對(duì)出口面積為 的噴嘴，其理想質(zhì)量流量為對(duì)出口面積為 的動(dòng)葉nA102/100102()()1kkntkntnnntA cpkGAvkv102/210212()()1kkbt

22、kbtbbbtA wkpGAvkvbA第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì) 流量系數(shù)與實(shí)際流量 q流量系數(shù)流量系數(shù)與速度系數(shù)理論上，因故 。實(shí)際中，分別由動(dòng)能損失與流動(dòng)試驗(yàn)求取，前者是流場(chǎng)速度分布的均方平均，后者是流場(chǎng)速度分布的算術(shù)平均，通常實(shí)測(cè)流量系數(shù)大于速度系數(shù)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，速度系數(shù)和流量系數(shù)可取同值。nnntGGbbbtGGnnbbbtG = G G = G或11111111ntnttnntnnttA cvA cvGGGvvvv11tnvv11/1tvv nn35第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)濕蒸汽的流量系數(shù)大于1 濕蒸汽在降壓膨脹過(guò)程中部分蒸汽釋放汽化潛熱凝結(jié)為水、濕度增大，但因流速

23、很快、傳熱速度相對(duì)滯后，汽化潛熱來(lái)不及傳給蒸汽，使蒸汽產(chǎn)生過(guò)冷，比容減小，從而導(dǎo)致實(shí)際流量大于理想流量的局面。在濕蒸汽區(qū)，流量系數(shù)通常按 計(jì)算。1.3.2 臨界與最大流量臨界與最大流量q流動(dòng)臨界流動(dòng)臨界壓力波在蒸汽中以音速傳播，當(dāng)漸縮噴嘴出口汽流速度達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲贂r(shí)，背壓的擾動(dòng)無(wú)法向前傳播，故最大出口流速僅為當(dāng)?shù)匾羲?。?x過(guò) 熱濕第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)q臨界壓比將喉部截面達(dá)到音速時(shí)為臨界狀態(tài)。對(duì)應(yīng)流道的進(jìn)、出口壓力比稱為臨界壓比(Critical pressure ratio) 。絕熱等熵臨界壓比過(guò)熱蒸汽 飽和蒸汽臨界速度僅與進(jìn)口的初參數(shù)有關(guān)q最大流量最大流量當(dāng)喉部達(dá)到臨界時(shí)，蒸汽

24、參數(shù)也不再改變，汽流速度不再增加，其流量達(dá)到最大。121kkcrk000021nckcp vk0.546cr0.577cr第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)記住！最大流量?jī)H與初參數(shù)有關(guān)。實(shí)際最大流量為理想最大流量乘流量系數(shù)，即 q流量比系數(shù)與橢圓公式流量比系數(shù)又稱彭臺(tái)門系數(shù)，通過(guò)流道的流量與其最大流量的比，用表示。即10010000max0000000.6673/過(guò)熱2/10.6356/飽和kknntnnApvGAkpvkApv(,1)crmaxmaxnnntGG2/(1)/max112()1/21kkkkkkG Gk第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)速比與輪周效率.xls橢圓公式 彭臺(tái)門系數(shù)

25、曲線近似于橢圓曲線，簡(jiǎn)化計(jì)算，用橢圓公式近似。即流量計(jì)算方法先由初參數(shù)求得最大流量 ，然后由前后壓比計(jì)算彭臺(tái)門系數(shù)，最后友情提醒！因存在著臨界和最大流量，計(jì)算流量時(shí)必須先計(jì)算壓比，并判定是否臨界211ntnncnctncGGmaxtGmaxtGG第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)1.3.3 斜切部分膨脹與超音速斜切部分膨脹與超音速q斜切部分膨脹 當(dāng)背壓低于臨界壓力時(shí)，A點(diǎn)的壓力擾動(dòng)以音速向BC邊傳播，其前鋒到達(dá)D點(diǎn)，形成壓力為背壓的等壓線AD。蒸汽在AB與AD間壓差作用下在ABD所構(gòu)的漸擴(kuò)流道中偏轉(zhuǎn)繼續(xù)膨脹增速，使之達(dá)到超音速。第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)q極限膨脹當(dāng)特性線的前鋒與AC重

26、合時(shí)，斜切部分的壓力分布再也不受噴嘴后壓力進(jìn)一步降低的影響，即斜切部分的膨脹能力全部用完。對(duì)應(yīng)壓力稱為極限膨脹壓力極限膨脹壓比斜切部分膨脹的大小決定于，故極限膨脹也決定于。q汽流偏轉(zhuǎn)角斜切部分膨脹使蒸汽比容增大，汽流只有改變流動(dòng)方向才可增大通流面積維持正常流動(dòng)211sinkkndnc11111111sin()sinccv Cv C第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)1.3.4 葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)q噴嘴尺寸設(shè)計(jì)功率決定流量，而流量決定葉柵高度 最小噴嘴高度 葉高過(guò)小，葉頂和葉根的邊界層和漏汽影響很大，效率很低，通常要求噴嘴高度不小于1115mm 。增大葉高措施 減小噴嘴出口角、降低噴

27、嘴出口速度和采用部分進(jìn)汽。部分進(jìn)汽度e 工作噴嘴所占的圓周長(zhǎng)度與全圓周長(zhǎng)度之比，即 111111sinsinntntnntn nntnG vG vlc z tcd1sinnn n nAz t ln nnz ted111sinntnntnG vlc e d第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)q動(dòng)葉尺寸設(shè)計(jì)保證噴嘴出口蒸汽全部進(jìn)入動(dòng)葉蓋度 動(dòng)葉與噴嘴的高度差。葉頂蓋度和葉根蓋度1.3.5 反動(dòng)度的實(shí)現(xiàn)反動(dòng)度的實(shí)現(xiàn)q原理膨脹的大小決定于流道的形狀，面積縮小、膨脹增大。動(dòng)、靜葉出口面積比 是實(shí)現(xiàn)反動(dòng)度的主要因素。沖動(dòng)級(jí)噴嘴、動(dòng)葉出口參數(shù)相近，因故2sinbb bAe d l222sinbtbbtbG v

28、lw e d/bnAA21wc/1/1.4bnbnAAAA，43第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)反動(dòng)級(jí)動(dòng)葉中膨脹，比容略大于噴嘴出口，故。隨壓力降低，比容增大較快，動(dòng)、靜面積比增大。面積比與反動(dòng)度21wc/1.0bnAA 1112221112cos111kkkmaammmmfxx 0220/,/aaxu cpp第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)q沖動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度確定沖動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度確定反動(dòng)度沿葉高的變化動(dòng)、靜葉間隙中汽流切向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力，使葉頂處的靜壓力高于葉根處，反動(dòng)度沿葉高增大。近似地動(dòng)葉平均直徑；h為自葉根的高度。沖動(dòng)級(jí)葉根處反動(dòng)度0.030.05 葉根處處于微漏汽狀態(tài)，防止隔板漏汽干

29、擾動(dòng)葉進(jìn)口的主流場(chǎng)沖動(dòng)級(jí)的平均反動(dòng)度隨葉高增大而增大22mbbbbdlhdlh bd45第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)部分進(jìn)汽級(jí)一定是沖動(dòng)級(jí)部分進(jìn)時(shí)動(dòng)葉前后壓差造成附加漏汽第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)1.3.6 蒸汽通過(guò)噴嘴時(shí)的流動(dòng)分析小結(jié)蒸汽通過(guò)噴嘴時(shí)的流動(dòng)分析小結(jié) 理 想 流 動(dòng) 實(shí) 際 流 動(dòng) 附 注 出口流速 出口流量 濕蒸汽 過(guò)熱蒸汽 臨界速度 000021crkCp vk 000021crkCp vk 僅與0000(,)pv有關(guān) 臨界壓比 121kksnctk 121nncnck ssncnct 最大流量 的壓力比 121kkfnctk 121nnfncn ffncnct

30、 01012()ttChh11tCC1.0111/tnttGACv11tGG1.01第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)當(dāng)初參數(shù)一定時(shí)，逐漸降低背壓，出口汽流速度和流量增大。在背壓降至臨界壓力時(shí)，其后流量不再增大，但出口汽流角偏轉(zhuǎn)而增大；在背壓降至極限膨脹壓力時(shí)，出口汽流速度和出口汽流角不再增大。在流量和出口汽流角計(jì)算時(shí)，特別要注意判別是否達(dá)到臨界。第三講 最大流量與葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)1.3.7 本講小結(jié)本講小結(jié) 本講所涉教材內(nèi)容 PP1013、PP27 30v基本概念 流量系數(shù)、臨界壓比、最大流量、流量比系數(shù)(即彭臺(tái)門系數(shù))、部分進(jìn)汽度、蓋度。v基本原理 最大流量、橢圓公式、斜切部分膨脹、反動(dòng)度的實(shí)現(xiàn)v基本公式 流量公式、最大流量、橢圓公式v強(qiáng)化掌握 流量計(jì)算、葉柵幾何參數(shù)設(shè)計(jì)、不同壓比下流速、流量和出口汽流角的變化規(guī)律。PBL基于問(wèn)題的學(xué)習(xí) 1.已知級(jí)初參數(shù) 、終參數(shù) 如何計(jì)算通過(guò)噴嘴或動(dòng)葉的蒸汽量。 2. 基于速度三角形分析動(dòng)、靜面積比與級(jí)反動(dòng)度間的關(guān)系。000