華北電力大學(xué)汽輪機(jī)課件1

1、第一章 汽輪機(jī)級(jí)的工作原理 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng) 第三節(jié) 級(jí)的輪軸功率和輪軸效率 第四節(jié) 葉柵的汽動(dòng)特性 第五節(jié) 級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率 第六節(jié) 級(jí)的熱力設(shè)計(jì)原理 第七節(jié) 級(jí)的熱力計(jì)算示例 第八節(jié) 扭葉片級(jí)基本工作單元：基本工作單元： 汽輪機(jī)的級(jí)汽輪機(jī)的級(jí)一、概述一、概述第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述將蒸汽的熱能將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械功轉(zhuǎn)化成機(jī)械功1.1.汽輪機(jī)作用：汽輪機(jī)作用：通流部分通流部分-汽輪機(jī)本體汽輪機(jī)本體做功汽流通道做功汽流通道稱為汽輪機(jī)的通流部稱為汽輪機(jī)的通流部分，它包括主汽門，導(dǎo)管，調(diào)節(jié)汽門，進(jìn)汽室，各級(jí)噴嘴和分，它包括主汽門，導(dǎo)管，調(diào)節(jié)汽門，進(jìn)汽室，

2、各級(jí)噴嘴和動(dòng)葉及汽輪機(jī)的排汽管。動(dòng)葉及汽輪機(jī)的排汽管。-由由一列噴嘴葉柵一列噴嘴葉柵和其后緊鄰的和其后緊鄰的一列動(dòng)葉柵一列動(dòng)葉柵構(gòu)成的工構(gòu)成的工作單元。工作過程作單元。工作過程第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述2222( (), )c wp t蒸汽熱能蒸汽熱能噴嘴噴嘴(nozzle)(nozzle)降壓增速降壓增速汽流的動(dòng)能汽流的動(dòng)能動(dòng)葉動(dòng)葉(blade)(blade)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能2. 2.級(jí)的工作過程級(jí)的工作過程000(, )cp t 噴嘴1111( (), )c wp t 動(dòng)葉汽流改變速度和方向汽流改變速度和方向 ( (沖動(dòng)原理沖動(dòng)原理) )汽流降壓增速汽流降壓增速( (反動(dòng)原理

3、反動(dòng)原理) )特征截面或計(jì)算截面：噴嘴前：特征截面或計(jì)算截面：噴嘴前：0-00-0；噴嘴；噴嘴后（動(dòng)葉前）后（動(dòng)葉前） ：1-11-1；動(dòng)葉后：；動(dòng)葉后：2-22-2。 注意：參數(shù)下角標(biāo)與截面號(hào)相同。注意：參數(shù)下角標(biāo)與截面號(hào)相同。001122第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述3.3.動(dòng)葉受力分析動(dòng)葉受力分析 從噴嘴流出的高速汽流沖擊在汽輪機(jī)的動(dòng)葉上，汽流給動(dòng)葉從噴嘴流出的高速汽流沖擊在汽輪機(jī)的動(dòng)葉上，汽流給動(dòng)葉施加了一個(gè)施加了一個(gè)沖動(dòng)力沖動(dòng)力Fi 。 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，稱為個(gè)與汽流運(yùn)動(dòng)方向相反

4、的作用力，稱為反動(dòng)力反動(dòng)力Fr 。 一般情況下，蒸汽在動(dòng)葉通道一般情況下，蒸汽在動(dòng)葉通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，一方面給動(dòng)葉柵一內(nèi)流動(dòng)時(shí)，一方面給動(dòng)葉柵一個(gè)個(gè)沖動(dòng)力沖動(dòng)力F Fi i的作用，另一方面，的作用，另一方面，在動(dòng)葉通道內(nèi)繼續(xù)膨脹，給動(dòng)在動(dòng)葉通道內(nèi)繼續(xù)膨脹，給動(dòng)葉柵一個(gè)葉柵一個(gè)反動(dòng)力反動(dòng)力F Fr r的作用，這的作用，這兩個(gè)力的方向都不與輪周方向兩個(gè)力的方向都不與輪周方向一致，兩個(gè)力的合力一致，兩個(gè)力的合力F F作用在作用在動(dòng)葉柵上，其在輪周方向上的動(dòng)葉柵上，其在輪周方向上的分力分力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。 FzFz為軸向力為軸向力Fz第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述蒸汽膨脹增速

5、的條件蒸汽膨脹增速的條件 有合理的汽流通道結(jié)構(gòu)有合理的汽流通道結(jié)構(gòu)且有一定壓差存在且有一定壓差存在動(dòng)、靜葉柵幾何參數(shù)動(dòng)、靜葉柵幾何參數(shù)葉柵節(jié)距葉柵節(jié)距t t葉柵通道進(jìn)口寬度葉柵通道進(jìn)口寬度a a葉型弦長葉型弦長b b出口寬度出口寬度a a1 1和和a a2 2葉柵寬度葉柵寬度B B出口邊厚度出口邊厚度前緣點(diǎn)前緣點(diǎn)前額線前額線后緣點(diǎn)后緣點(diǎn)后額線后額線中弧線中弧線幾何進(jìn)口角幾何進(jìn)口角汽流進(jìn)口角汽流進(jìn)口角幾何出口角幾何出口角汽流出口角汽流出口角葉片安裝角葉片安裝角靜葉靜葉動(dòng)葉動(dòng)葉平均直徑平均直徑d dm m，葉片高度葉片高度l l葉片高度葉片高度l ldmt動(dòng)葉進(jìn)出口汽流速度三角動(dòng)葉進(jìn)出口汽流速度三

6、角形形(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)靠攏的速度三角形頂點(diǎn)靠攏的速度三角形汽流的絕對(duì)速度汽流的絕對(duì)速度60bd nu圓周速度圓周速度 動(dòng)葉進(jìn)口速度三角形動(dòng)葉進(jìn)口速度三角形 汽流相對(duì)速度汽流相對(duì)速度 動(dòng)葉出口速度三角形動(dòng)葉出口速度三角形1 1表示動(dòng)葉進(jìn)口表示動(dòng)葉進(jìn)口2 2表示動(dòng)葉出口表示動(dòng)葉出口22cwu 11wcu cuw 速度三角形速度三角形w 旋轉(zhuǎn)平面與旋轉(zhuǎn)平面與 的夾角的夾角 旋轉(zhuǎn)平面與旋轉(zhuǎn)平面與 的夾角的夾角c1c11,p h22,p hu1w11u2c2w22(a)(a)速度三角形的參數(shù)關(guān)系速度三角形的參數(shù)關(guān)系22111111111111222222

7、222222222cossinsinarcsinarccos2cossinsinarcsinarccoswcucucctgwcucwuw uwwtgcwu01h0p0t1.1.熱力過程線熱力過程線-蒸汽在動(dòng)、靜葉柵蒸汽在動(dòng)、靜葉柵中膨脹過程在中膨脹過程在h-sh-s圖上的表示。圖上的表示。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述h hs s滯止參數(shù)滯止參數(shù)-相對(duì)于葉柵通道速度相對(duì)于葉柵通道速度為零的氣流熱力參數(shù)為零的氣流熱力參數(shù)( (假想汽流絕熱假想汽流絕熱等比熵滯止到速度為等比熵滯止到速度為0 0的狀態(tài)）。用的狀態(tài)）。用后上標(biāo)為后上標(biāo)為”0”0”來表示。來表示。動(dòng)葉進(jìn)口動(dòng)葉進(jìn)口噴嘴進(jìn)口噴嘴進(jìn)口0 00h20

8、12C+ += =00h00p000ch1pnh1nh20012cCh入口初速動(dòng)能入口初速動(dòng)能nh噴嘴損失噴嘴損失1 12p21h2112w2112w0101pbh1th1h2thbh2 22h動(dòng)葉損失動(dòng)葉損失bh2ch2222cch余速動(dòng)能余速動(dòng)能uh0thth二、熱力過程分析二、熱力過程分析第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述2222cch11nthhh22bthhh001001nthhhhnh理想過程理想過程-可逆的等熵過程?？赡娴牡褥剡^程。實(shí)際過程實(shí)際過程-不可逆絕熱膨脹過程不可逆絕熱膨脹過程-耗散效應(yīng)，轉(zhuǎn)換效率低耗散效應(yīng)，轉(zhuǎn)換效率低于理想過程。于理想過程。部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽芰抠H值）部分動(dòng)能轉(zhuǎn)

9、變?yōu)闊崮埽芰抠H值） -熱能被蒸汽重新吸收熱能被蒸汽重新吸收-實(shí)際過程噴嘴和動(dòng)葉出口汽流的焓與熵相對(duì)理想過程增加，實(shí)際過程噴嘴和動(dòng)葉出口汽流的焓與熵相對(duì)理想過程增加，能量轉(zhuǎn)換效率低于理想過程。能量轉(zhuǎn)換效率低于理想過程。噴嘴理想比焓降噴嘴理想比焓降-動(dòng)葉理想比焓降動(dòng)葉理想比焓降- - bh噴嘴噴嘴( (或動(dòng)葉或動(dòng)葉) )效率效率-實(shí)際焓降與理想焓降之比實(shí)際焓降與理想焓降之比噴嘴損失噴嘴損失-動(dòng)葉損失動(dòng)葉損失-余速損失余速損失-第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述20utnbchhhhh 00tncbhhhh 噴嘴損失、動(dòng)葉損失、余速損失統(tǒng)稱為級(jí)的輪周損失。噴嘴損失、動(dòng)葉損失、余速損失統(tǒng)稱為級(jí)的輪周損失。級(jí)的

10、滯止理想比焓降級(jí)的滯止理想比焓降1kg1kg蒸汽實(shí)際轉(zhuǎn)換為動(dòng)葉柵上機(jī)械功的有效焓降稱為蒸汽實(shí)際轉(zhuǎn)換為動(dòng)葉柵上機(jī)械功的有效焓降稱為輪周有效比焓降輪周有效比焓降表征蒸汽在動(dòng)葉通道中的膨脹程度。定義表征蒸汽在動(dòng)葉通道中的膨脹程度。定義為動(dòng)葉中的理想比焓降與級(jí)的滯止理想比為動(dòng)葉中的理想比焓降與級(jí)的滯止理想比焓降之比焓降之比, ,級(jí)的平均直徑處的反動(dòng)度用級(jí)的平均直徑處的反動(dòng)度用mm來表示。即來表示。即00bbmtnbhhhhh 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述2.2.級(jí)的反動(dòng)度級(jí)的反動(dòng)度討論說明討論說明 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

11、噴嘴損失很小，因此一般常認(rèn)為但由于噴嘴損失很小，因此一般常認(rèn)為00nbthhh 00nbthhh 反動(dòng)度反動(dòng)度 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mm表示，可不計(jì)反動(dòng)度沿動(dòng)葉高度的變化；對(duì)于長葉片級(jí)，在計(jì)算不同表示，可不計(jì)反動(dòng)度沿動(dòng)葉高度的變化；對(duì)于長葉片級(jí)，在計(jì)算不同截面時(shí)，必須用相應(yīng)截面的反動(dòng)度。截面時(shí)，必須用相應(yīng)截面的反動(dòng)度。3.3.級(jí)的類型和特點(diǎn)級(jí)的類型和特點(diǎn)0bhmm, ,汽流在動(dòng)葉通道中不膨脹。汽流在動(dòng)葉通道中不膨脹。（1 1）純沖動(dòng)級(jí)）純沖動(dòng)級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): :熱力特點(diǎn)熱力特點(diǎn): :動(dòng)葉葉型為對(duì)稱彎曲，

12、即動(dòng)葉內(nèi)各流通截面相同；動(dòng)葉葉型為對(duì)稱彎曲，即動(dòng)葉內(nèi)各流通截面相同；動(dòng)葉進(jìn)出口處壓力動(dòng)葉進(jìn)出口處壓力P P1 1=P=P2 2和汽流的相對(duì)速度和汽流的相對(duì)速度w w1 1=w=w2 2相等相等流動(dòng)特點(diǎn)流動(dòng)特點(diǎn): :性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：做功能力大，但效率較低，損失大。故現(xiàn)已不在做功能力大，但效率較低，損失大。故現(xiàn)已不在采用。采用。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述0.5tnbhhh （2 2）反動(dòng)級(jí)）反動(dòng)級(jí)熱力特點(diǎn)熱力特點(diǎn): :動(dòng)靜葉中蒸汽膨脹程度動(dòng)靜葉中蒸汽膨脹程度( (焓降焓降) )相等相等. .結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): :動(dòng)、靜葉通道的截面基本相同；動(dòng)靜葉型相同。動(dòng)、靜葉通道的截面基本相同；動(dòng)靜葉型相同。

13、流動(dòng)特點(diǎn)流動(dòng)特點(diǎn): :壓降基本相同，壓降基本相同，c c1 1=w=w2 2. .性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：做功能力最小，流動(dòng)效率最高。做功能力最小，流動(dòng)效率最高。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述（3 3）沖動(dòng)級(jí)）沖動(dòng)級(jí)熱力特點(diǎn)熱力特點(diǎn): :nbhh 膨脹主要發(fā)生于噴嘴中膨脹主要發(fā)生于噴嘴中, ,為提高流動(dòng)效率動(dòng)葉中也有少量膨脹，為提高流動(dòng)效率動(dòng)葉中也有少量膨脹，一般一般0.050.050.300.30結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): :動(dòng)葉通道的彎曲程度小于靜葉；動(dòng)葉通道的彎曲程度小于靜葉；流動(dòng)特點(diǎn)流動(dòng)特點(diǎn): :動(dòng)葉中增速小于靜葉動(dòng)葉中增速小于靜葉. .性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：相同幾何尺寸下，做功能

14、力比反動(dòng)級(jí)大，流動(dòng)效率較純沖動(dòng)相同幾何尺寸下，做功能力比反動(dòng)級(jí)大，流動(dòng)效率較純沖動(dòng)級(jí)高。級(jí)高。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述（4 4）復(fù)速級(jí)）復(fù)速級(jí)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)子機(jī)械按蒸汽動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機(jī)械能的過程來劃分能的過程來劃分 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)。級(jí)內(nèi)只進(jìn)行一次的級(jí)。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 這種級(jí)在葉輪上只裝一列動(dòng)葉柵，故又這種級(jí)在葉輪上只裝一列動(dòng)葉柵，故又稱為單列級(jí)。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)。壓力級(jí)可以是沖動(dòng)級(jí)，也可以是反動(dòng)級(jí)。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)

15、變?yōu)檗D(zhuǎn)子機(jī)械能的過程在級(jí)內(nèi)進(jìn)行：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)。一次以上的級(jí)。說明：目前常用的是進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)換的級(jí)，故又稱為雙列速度說明：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)或復(fù)速級(jí)，即由固定的噴嘴葉柵、導(dǎo)向葉柵和安裝在同級(jí)或復(fù)速級(jí)，即由固定的噴嘴葉柵、導(dǎo)向葉柵和安裝在同一葉輪上的兩列動(dòng)葉柵所組成的級(jí)。一葉輪上的兩列動(dòng)葉柵所組成的級(jí)。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述汽流在導(dǎo)葉和動(dòng)葉通道中膨脹較小。汽流在導(dǎo)葉和動(dòng)葉通道中膨脹較小。熱力特點(diǎn)熱力特點(diǎn): :結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): :導(dǎo)葉和動(dòng)葉為等截面通道；導(dǎo)葉和動(dòng)葉為等截面通道；流動(dòng)特點(diǎn)流動(dòng)特點(diǎn): : 導(dǎo)葉中汽流只轉(zhuǎn)向不加速導(dǎo)葉中

16、汽流只轉(zhuǎn)向不加速. .速度級(jí)通常在一級(jí)內(nèi)要求承擔(dān)很大焓降時(shí)采用。如單級(jí)汽輪機(jī)速度級(jí)通常在一級(jí)內(nèi)要求承擔(dān)很大焓降時(shí)采用。如單級(jí)汽輪機(jī)或作為中、小型多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)第一級(jí)（調(diào)節(jié)級(jí)）?；蜃鳛橹?、小型多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)第一級(jí)（調(diào)節(jié)級(jí)）。性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：做功能力最大，流動(dòng)效率最低。做功能力最大，流動(dòng)效率最低。級(jí)的類型和特點(diǎn)級(jí)的類型和特點(diǎn)反動(dòng)度反動(dòng)度葉片類型葉片類型做功能力做功能力（焓降）（焓降）效率效率純沖動(dòng)級(jí)純沖動(dòng)級(jí) m m=0=0隔板葉輪型隔板葉輪型較高較高較低較低反動(dòng)級(jí)反動(dòng)級(jí) 轉(zhuǎn)鼓型轉(zhuǎn)鼓型最低最低最高最高沖動(dòng)級(jí)沖動(dòng)級(jí) m m=0.05=0.050.30.3隔板葉輪型隔板葉輪型較低較低較高較高復(fù)速

17、級(jí)復(fù)速級(jí)隔板葉輪型隔板葉輪型最高最高最低最低第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述0.5nbhh 三、級(jí)的簡(jiǎn)化一元流模型和基本方程式三、級(jí)的簡(jiǎn)化一元流模型和基本方程式第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述A. A. 蒸汽在級(jí)內(nèi)流動(dòng)分析蒸汽在級(jí)內(nèi)流動(dòng)分析 研究蒸汽膨脹的流動(dòng)過程，主要是研究葉柵出口的汽流速度、研究蒸汽膨脹的流動(dòng)過程，主要是研究葉柵出口的汽流速度、 流量與葉柵前后蒸汽參數(shù)及通道截面的關(guān)系。流量與葉柵前后蒸汽參數(shù)及通道截面的關(guān)系。B.B.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 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C.C.基本方程式基

18、本方程式連續(xù)性方程連續(xù)性方程 G=Ac/v=AG=Ac/v=A1 1c c1 1/v/v1 1微分形式微分形式 0dAdcdvAcv第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 狀態(tài)方程或過程方程狀態(tài)方程或過程方程2200111122qhchcW能量方程能量方程式中：式中：qq每每kgkg蒸汽流過葉柵時(shí)從外界吸收的熱量，蒸汽流過葉柵時(shí)從外界吸收的熱量，J/kgJ/kg。 W W每每kgkg蒸汽流過葉柵時(shí)對(duì)外界做出的機(jī)械功，蒸汽流過葉柵時(shí)對(duì)外界做出的機(jī)械功，J/kgJ/kg。能量方程的微分形式：運(yùn)動(dòng)（動(dòng)量）方程能量方程的微分形式：運(yùn)動(dòng)（動(dòng)量）方程cdcvdp 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。式中

19、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。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)于理想氣體：確定，對(duì)于理想氣體：pv=pv=R RT T，R R 通用氣體常數(shù)，通用氣體常數(shù)， R =461.5J/kgKR =461.5J/kgK第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述過程方程過程方程等比熵過程方程：等比熵過程方程：kpvconstnpvconst式中：式中：k k 為定熵指數(shù)；為定熵指數(shù)； 過熱蒸汽：過熱蒸汽：k=1.3k=1.3； 飽和蒸汽：飽和蒸汽：k=1.135k=1.135； 濕蒸汽：濕蒸汽： k=1.035+0.1x

20、k=1.035+0.1x（x x為過程初態(tài)干度）為過程初態(tài)干度）多變過程方程：多變過程方程：式中：式中：n n 多變過程指數(shù)；多變過程指數(shù)；第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述氣體介質(zhì)中的音速氣體介質(zhì)中的音速 akpvkRT 馬赫數(shù)馬赫數(shù)MaMacMaa1 1 1 超臨界狀態(tài)超臨界狀態(tài)氣體的焓氣體的焓11kkhpvRTkk1. 1.汽輪機(jī)級(jí)的概念、各種類型及的結(jié)構(gòu)及蒸汽在級(jí)內(nèi)能量汽輪機(jī)級(jí)的概念、各種類型及的結(jié)構(gòu)及蒸汽在級(jí)內(nèi)能量的轉(zhuǎn)換特點(diǎn)。的轉(zhuǎn)換特點(diǎn)。2. 2.蒸汽在動(dòng)、靜葉柵中熱力過程在蒸汽在動(dòng)、靜葉柵中熱力過程在h-sh-s圖上的表示。圖上的表示。3. 3.級(jí)的反動(dòng)度含義及表達(dá)式。級(jí)的反動(dòng)度含義及表達(dá)式

21、。4. 4. 分析級(jí)工作過程（蒸汽在級(jí)內(nèi)流動(dòng)過程）的假設(shè)與基本分析級(jí)工作過程（蒸汽在級(jí)內(nèi)流動(dòng)過程）的假設(shè)與基本方程：連續(xù)、能量、過程（狀態(tài)）方程：連續(xù)、能量、過程（狀態(tài)）思考題思考題第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述0h100110000211kktpkcp vkp一、蒸汽在噴嘴中的膨脹過程一、蒸汽在噴嘴中的膨脹過程能量轉(zhuǎn)換：能量轉(zhuǎn)換：熱力勢(shì)能熱力勢(shì)能汽流動(dòng)能汽流動(dòng)能計(jì)算分析方法：計(jì)算分析方法：先算理想過程，然后用系數(shù)修正到實(shí)際過程先算理想過程，然后用系數(shù)修正到實(shí)際過程 噴嘴能量方程：噴嘴能量方程：210102()ttchhc0000,pv010/npp將流速表示成與初參數(shù)將流速表示成與初參數(shù) 和前后壓

22、比和前后壓比 的形式。的形式。則有則有000101()1ttkhhR TTk00001 1()1tkp vp vk2112tc2012c00h1th02nh0012()thh202nhc理想過程理想過程第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程npvconst0112tncch22222011111222ttnnccchh第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程11tcc實(shí)際過程實(shí)際過程蒸汽為粘性流體，流過葉柵通道時(shí)產(chǎn)生摩擦，造成動(dòng)能損失，蒸汽為粘性流體，流過葉柵通道時(shí)產(chǎn)生摩擦，造成動(dòng)能損失，使蒸汽出口速度由使蒸汽出口速

23、度由c c1t 1t減小為減小為c c1 1, ,即即噴嘴速度系數(shù)噴嘴速度系數(shù)工程中，通常采用對(duì)等熵絕熱流動(dòng)作修正的方法來處理實(shí)際工程中，通常采用對(duì)等熵絕熱流動(dòng)作修正的方法來處理實(shí)際流動(dòng)，即用實(shí)際汽流速度與理想速度的比值表示摩擦損失的影響，流動(dòng)，即用實(shí)際汽流速度與理想速度的比值表示摩擦損失的影響，其比值稱為速度系數(shù)。其比值稱為速度系數(shù)。噴嘴速度系數(shù)噴嘴速度系數(shù)22tww動(dòng)葉速度系數(shù)動(dòng)葉速度系數(shù)蒸汽在葉柵通道中為絕熱多變過程蒸汽在葉柵通道中為絕熱多變過程 21nk,1nPP1 1P P1d1d討論：討論：(2)(2)在噴嘴后背壓低于臨界壓力不小于極限膨脹壓力時(shí)，斜切部在噴嘴后背壓低于臨界壓力不小

24、于極限膨脹壓力時(shí)，斜切部分噴嘴壁面對(duì)汽流的膨脹起到約束作用，膨脹產(chǎn)生的壓降能夠分噴嘴壁面對(duì)汽流的膨脹起到約束作用，膨脹產(chǎn)生的壓降能夠有效地轉(zhuǎn)化為汽流的動(dòng)能，達(dá)到超音速流動(dòng)。有效地轉(zhuǎn)化為汽流的動(dòng)能，達(dá)到超音速流動(dòng)。(1)(1)噴嘴后背壓噴嘴后背壓臨界壓力時(shí)，汽流膨脹到喉部就能達(dá)到臨界壓力時(shí)，汽流膨脹到喉部就能達(dá)到完全膨脹，喉部后的斜切部分只起導(dǎo)向作用完全膨脹，喉部后的斜切部分只起導(dǎo)向作用第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程(3(3) )汽流在斜切部分膨脹時(shí)，汽流的方向向沒有壁面阻擋的另汽流在斜切部分膨脹時(shí)，汽流的方向向沒有壁面阻擋的另一側(cè)偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度一側(cè)

25、偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度 ，叫偏轉(zhuǎn)角。，叫偏轉(zhuǎn)角。喉部：喉部：11111sin()nn nnA cl t cG斜切膨脹出口：斜切膨脹出口：11111sinnccn ncncccA cl t cG,nnnncll GG偏轉(zhuǎn)角計(jì)算關(guān)系：偏轉(zhuǎn)角計(jì)算關(guān)系：1 11111sin()sincccc假設(shè)流動(dòng)過程為等熵流動(dòng)假設(shè)流動(dòng)過程為等熵流動(dòng)111111121()11sin()sin1kkkknnkkk(4)(4)汽流方向偏轉(zhuǎn)原因：超音速汽流膨脹，比容增大比流汽流方向偏轉(zhuǎn)原因：超音速汽流膨脹，比容增大比流速增大要快，需要漸擴(kuò)通道速增大要快，需要漸擴(kuò)通道。201110sinkkdncpp第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道

26、中的流動(dòng)過程蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程(5)(5)蒸汽在斜切部分的膨脹程度取決于背壓。背壓越低參加膨脹蒸汽在斜切部分的膨脹程度取決于背壓。背壓越低參加膨脹的斜切部分就越大，當(dāng)特性線的前鋒與的斜切部分就越大，當(dāng)特性線的前鋒與ACAC重合，斜切部分的重合，斜切部分的膨脹能力全部用完，即斜切部分達(dá)到極限膨脹，此時(shí)的噴嘴膨脹能力全部用完，即斜切部分達(dá)到極限膨脹，此時(shí)的噴嘴后壓力稱為后壓力稱為極限膨脹壓力極限膨脹壓力。其后背壓如果繼續(xù)降低，就會(huì)出。其后背壓如果繼續(xù)降低，就會(huì)出現(xiàn)在斜切部分外發(fā)生膨脹的膨脹不足現(xiàn)象?，F(xiàn)在斜切部分外發(fā)生膨脹的膨脹不足現(xiàn)象。 111極限膨脹壓力與噴嘴出口幾何角極限膨脹壓力

27、與噴嘴出口幾何角 有關(guān)，有關(guān)， 越小，斜切部分的膨越小，斜切部分的膨脹能力越強(qiáng)，則極限膨脹壓力就越低。理論計(jì)算表明：極限膨脹脹能力越強(qiáng)，則極限膨脹壓力就越低。理論計(jì)算表明：極限膨脹壓力與壓力與 的關(guān)系為的關(guān)系為噴嘴極限壓比噴嘴極限壓比1d1d：噴嘴膨脹極限工況對(duì)應(yīng)的噴嘴壓比。：噴嘴膨脹極限工況對(duì)應(yīng)的噴嘴壓比。極限偏轉(zhuǎn)角極限偏轉(zhuǎn)角1d1d：與極限壓力：與極限壓力p p1d1d對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角。對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角。馬赫角馬赫角d d： d d=1 1+ + 1d1d結(jié)結(jié) 論論 漸縮噴嘴斜切部分的膨脹程度遠(yuǎn)小于極限膨脹，相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角漸縮噴嘴斜切部分的膨脹程度遠(yuǎn)小于極限膨脹，相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角也只有也只有1 1-2-

28、2；多數(shù)情況下，微小的汽流偏轉(zhuǎn)角對(duì)級(jí)的整個(gè)工作影響不大，然而多數(shù)情況下，微小的汽流偏轉(zhuǎn)角對(duì)級(jí)的整個(gè)工作影響不大，然而采用漸縮噴嘴代替縮放噴嘴，卻提高了流動(dòng)效率，并帶來了采用漸縮噴嘴代替縮放噴嘴，卻提高了流動(dòng)效率，并帶來了設(shè)計(jì)和制造方面的便利，降低了成本；設(shè)計(jì)和制造方面的便利，降低了成本；蒸汽在噴嘴斜切部分內(nèi)膨脹時(shí)的偏轉(zhuǎn)和極限壓力等概念和公式，蒸汽在噴嘴斜切部分內(nèi)膨脹時(shí)的偏轉(zhuǎn)和極限壓力等概念和公式，對(duì)動(dòng)葉柵來說同樣是適用的。對(duì)動(dòng)葉柵來說同樣是適用的。漸縮噴嘴的實(shí)用壓比一般在漸縮噴嘴的實(shí)用壓比一般在n n = 0.45 = 0.45以上；以上；第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程蒸汽在噴

29、嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程蒸汽通過噴嘴時(shí)流動(dòng)分析小結(jié)蒸汽通過噴嘴時(shí)流動(dòng)分析小結(jié)第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程當(dāng)初參數(shù)一定時(shí)，逐漸降當(dāng)初參數(shù)一定時(shí)，逐漸降低背壓，出口汽流速度和低背壓，出口汽流速度和流量增大。在背壓降至臨流量增大。在背壓降至臨界壓力時(shí)，其后流量不再界壓力時(shí)，其后流量不再增大，但出口汽流角偏轉(zhuǎn)增大，但出口汽流角偏轉(zhuǎn)而增大；在背壓降至極限而增大；在背壓降至極限膨脹壓力時(shí)，出口汽流速膨脹壓力時(shí)，出口汽流速度和出口汽流角不再增大。度和出口汽流角不再增大。第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程在流量和出口

30、汽流角計(jì)算在流量和出口汽流角計(jì)算時(shí)，特別要注意判別是否時(shí)，特別要注意判別是否達(dá)到臨界。達(dá)到臨界。三、蒸汽在動(dòng)葉通道中的通流能力三、蒸汽在動(dòng)葉通道中的通流能力202111221122tthwhhw100211012020211211222kktbmtbpkp vkpwhwhwh0222tbwwh22222022211222ttbbwwwhh第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程22tb102/210212()()1kkbtkbtbbbtA wpkGAvkvbbbtGG以相對(duì)速度來考察動(dòng)葉，可以把動(dòng)葉當(dāng)作噴嘴以相對(duì)速度來考察動(dòng)葉，可以把動(dòng)葉當(dāng)作噴嘴能量方程能

31、量方程動(dòng)葉出口汽流的理想相對(duì)速度動(dòng)葉出口汽流的理想相對(duì)速度實(shí)際相對(duì)速度實(shí)際相對(duì)速度動(dòng)葉損失為動(dòng)葉損失為動(dòng)葉理想流量動(dòng)葉理想流量動(dòng)葉流量系數(shù)動(dòng)葉流量系數(shù)實(shí)際流量實(shí)際流量第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程動(dòng)葉流量與噴嘴流量的關(guān)系：動(dòng)葉流量與噴嘴流量的關(guān)系：動(dòng)葉動(dòng)葉根部不吸不漏，且忽略動(dòng)葉頂部漏汽根部不吸不漏，且忽略動(dòng)葉頂部漏汽，動(dòng)葉流量等于動(dòng)葉流量等于噴嘴流量噴嘴流量2211btbtntntcGAwAGv沖動(dòng)級(jí)：沖動(dòng)級(jí)：2112,ttwcvv2112,ttwcvv反動(dòng)級(jí)：反動(dòng)級(jí)：bAnA略大于略大于蓋度蓋度第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程（

32、思考）蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程（思考） 如何計(jì)算噴嘴與動(dòng)葉出口的汽流速度，噴嘴損失與動(dòng)葉損如何計(jì)算噴嘴與動(dòng)葉出口的汽流速度，噴嘴損失與動(dòng)葉損失的大小如何確定，為什么速度系數(shù)的平方即為噴嘴效率失的大小如何確定，為什么速度系數(shù)的平方即為噴嘴效率或動(dòng)葉效率？速度系數(shù)的大小與哪些因素有關(guān)？為什么一或動(dòng)葉效率？速度系數(shù)的大小與哪些因素有關(guān)？為什么一些小功率汽輪機(jī)的前幾級(jí)要采用部分進(jìn)汽，除了部分進(jìn)汽些小功率汽輪機(jī)的前幾級(jí)要采用部分進(jìn)汽，除了部分進(jìn)汽還可以采取什么措施增大葉高？還可以采取什么措施增大葉高？ 何為噴嘴的臨界狀態(tài)？臨界速度與流動(dòng)損失的大小有關(guān)嗎？何為噴嘴的臨界狀態(tài)？臨界速度與流動(dòng)損失的大

33、小有關(guān)嗎？噴嘴的壓比與噴嘴的流量有何關(guān)系？何為臨界壓比其與噴噴嘴的壓比與噴嘴的流量有何關(guān)系？何為臨界壓比其與噴嘴流量有何關(guān)系？何為彭臺(tái)門系數(shù)，如何計(jì)算噴嘴的實(shí)際嘴流量有何關(guān)系？何為彭臺(tái)門系數(shù)，如何計(jì)算噴嘴的實(shí)際流量？流量系數(shù)在過熱區(qū)和飽和區(qū)一樣嗎？流量？流量系數(shù)在過熱區(qū)和飽和區(qū)一樣嗎？ 斜切部分的膨脹是什么斜切部分的膨脹是什么? ? 為什么蒸汽在斜切部分膨脹時(shí)會(huì)為什么蒸汽在斜切部分膨脹時(shí)會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？何為極限膨脹壓力，何為極限壓比？發(fā)生偏轉(zhuǎn)？何為極限膨脹壓力，何為極限壓比？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第三節(jié)第三節(jié) 級(jí)的輪周功率和輪周效率級(jí)的輪周功率和輪

34、周效率 設(shè)設(shè) 時(shí)間內(nèi)流過動(dòng)葉的蒸汽時(shí)間內(nèi)流過動(dòng)葉的蒸汽量為量為 ，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：切向絕對(duì)坐標(biāo)系：切向 軸向軸向相對(duì)坐標(biāo)系：切向相對(duì)坐標(biāo)系：切向 軸向軸向作用在動(dòng)葉上汽流作用在動(dòng)葉上汽流力，切向力力，切向力F Fu u2211(coscos)m cc2211(sinsin)m cc2211(coscos)m ww2211(sinsin)m wwmt作用在動(dòng)葉上的汽流力作用在動(dòng)葉上的汽流力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械功的切向力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械功的切向力( (又稱輪周力又稱輪周力) )不產(chǎn)生機(jī)械功的軸向力不產(chǎn)生機(jī)械功的軸向力汽流對(duì)動(dòng)葉的作用力汽流對(duì)動(dòng)葉的作用力FuFu（輪

35、周力）（輪周力）由動(dòng)量定理求得由動(dòng)量定理求得用速度三角形關(guān)系進(jìn)行計(jì)算用速度三角形關(guān)系進(jìn)行計(jì)算11221122(coscos)( coscos)ummFwwcctt12()szzzFFA pp1122112220(coscos)(coscos)/uuutnbcPWu wwu ccGhhhhhkJ kg 11221122(coscos)(coscos)uPGu wwGu cc第三節(jié)第三節(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KWKWkJ/kgkJ/kg軸向軸向12211221(sinsin)( sinsin)szmmFwwcctt作用在動(dòng)葉上的軸向力應(yīng)是汽流軸向力和壓差力的總和作用在動(dòng)葉上

36、的軸向力應(yīng)是汽流軸向力和壓差力的總和設(shè)動(dòng)葉壓差作用有效面積為設(shè)動(dòng)葉壓差作用有效面積為AzAz，則總的軸向力，則總的軸向力軸向力使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向產(chǎn)生移動(dòng)，故采用軸向推力軸承對(duì)轉(zhuǎn)子作軸向力使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向產(chǎn)生移動(dòng)，故采用軸向推力軸承對(duì)轉(zhuǎn)子作軸向定位。為減少推力軸承載荷，采用合理的汽缸布置或設(shè)置軸向軸向定位。為減少推力軸承載荷，采用合理的汽缸布置或設(shè)置軸向力平衡裝置。力平衡裝置。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. .輪周功率輪周功率PuPu 1kg1kg蒸汽產(chǎn)生的輪周功蒸汽產(chǎn)生的輪周功WuWu等于級(jí)的輪周有效比焓降等于級(jí)的輪周有

37、效比焓降hu.hu.11221122(coscos)(coscos)uFG wwG cc12211221(sinsin)( sinsin)szFG wwG cc實(shí)質(zhì)是實(shí)質(zhì)是1kg1kg蒸汽的輪蒸汽的輪周功率周功率第三節(jié)第三節(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 2222122112uWccww2112c2122c221212()wwuuWh 利用速度三角形的關(guān)系，利用速度三角形的關(guān)系，得得輪周功的意義輪周功的意義：由噴嘴帶進(jìn)動(dòng)葉的蒸汽由噴嘴帶進(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)葉所帶走的動(dòng)能。蒸汽離開動(dòng)葉所帶走的動(dòng)能。 對(duì)于沖動(dòng)級(jí)

38、，由于動(dòng)葉轉(zhuǎn)折較大，所對(duì)于沖動(dòng)級(jí)，由于動(dòng)葉轉(zhuǎn)折較大，所以以1 1和和2 2較小，做功能力較大；而對(duì)于較小，做功能力較大；而對(duì)于反動(dòng)級(jí)，由于動(dòng)葉轉(zhuǎn)折較沖動(dòng)級(jí)小，反動(dòng)級(jí)，由于動(dòng)葉轉(zhuǎn)折較沖動(dòng)級(jí)小，所以所以1 1和和2 2較大，做功能力較小較大，做功能力較小第三節(jié)第三節(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二、輪周效率二、輪周效率1kg1kg蒸汽所作出的輪周功蒸汽所作出的輪周功WuWu與蒸汽在該級(jí)所消與蒸汽在該級(jí)所消耗的理想能量耗的理想能量E0E0之比稱為級(jí)的輪周效率之比稱為級(jí)的輪周效率. .余速利用系數(shù)余速利用系數(shù) -本級(jí)余速被下級(jí)所利用的份額。本級(jí)余速被下級(jí)所利用的份額。E E0 0的計(jì)算

39、式中：的計(jì)算式中：022020112cttccEhhhh 輪周效率輪周效率u u 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)利用的份額多級(jí)汽輪機(jī)中，本級(jí)多級(jí)汽輪機(jī)中，本級(jí)余速動(dòng)能可被下一余速動(dòng)能可被下一級(jí)部分或全部利級(jí)部分或全部利用用,表示其利用表示其利用程度程度本級(jí)噴嘴進(jìn)口的初動(dòng)能本級(jí)噴嘴進(jìn)口的初動(dòng)能hc0= 0(hc2)abv, (hc2)abv上一級(jí)的余速動(dòng)上一級(jí)的余速動(dòng)能能; 第三節(jié)第三節(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同理本級(jí)的余速損失中同理本級(jí)的余速

40、損失中1 1hchc2 2部分是下一級(jí)噴嘴的進(jìn)口部分是下一級(jí)噴嘴的進(jìn)口初速動(dòng)能，這部分能量將算到下一級(jí)，因此，如果不扣去初速動(dòng)能，這部分能量將算到下一級(jí)，因此，如果不扣去1 1hchc2 2，那么，那么1 1hchc2 2將既算在本級(jí)理想能量將既算在本級(jí)理想能量E E0 0內(nèi)，又算內(nèi)，又算在下級(jí)的在下級(jí)的E E0 0內(nèi)，這就重復(fù)了。內(nèi)，這就重復(fù)了。 一般地，調(diào)節(jié)級(jí)和排汽級(jí)的一般地，調(diào)節(jié)級(jí)和排汽級(jí)的為零為零, , 抽汽級(jí)為抽汽級(jí)為0.00.00.50.5，中間級(jí)為中間級(jí)為1.01.0余速利用系數(shù)余速利用系數(shù)的大小將影響到下一級(jí)的滯止?fàn)顟B(tài)的大小將影響到下一級(jí)的滯止?fàn)顟B(tài)點(diǎn)。點(diǎn)。輪周效率輪周效率u u

41、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0uuwE第三節(jié)第三節(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 速度式：速度式：1122221 22 (coscos)uau cccc02atch式中：式中：c ca a為級(jí)的假想理想速度，即假定級(jí)的滯止理想為級(jí)的假想理想速度，即假定級(jí)的滯止理想焓降全部在噴嘴中等比熵膨脹所獲得的理想速度。焓降全部在噴嘴中等比熵膨脹所獲得的理想速度。 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能損分析式：用來分析各種輪周損失所占比例較為方便為方便200tnbcuhhhhE22201101(1)cnbcunbcEhhhhE 第三節(jié)第

42、三節(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式中：式中：n n噴嘴損失系數(shù)，噴嘴損失系數(shù)， n n=h=hn n/E/E0 0 b b動(dòng)葉損失系數(shù)，動(dòng)葉損失系數(shù)， b b=h=hb b/E/E0 0 c2c2余速損失系數(shù)，余速損失系數(shù)， c2c2=h=hc2c2/E/E0 0結(jié)結(jié) 論論以速度形式表示的以速度形式表示的u u計(jì)算公式，一般用來分析級(jí)的輪周計(jì)算公式，一般用來分析級(jí)的輪周效率與速比之間的關(guān)系；而以損失系數(shù)表示的效率與速比之間的關(guān)系；而以損失系數(shù)表示的u u計(jì)算公計(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)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)算時(shí)

43、，可用來互相校核。行級(jí)的熱力計(jì)算時(shí)，可用來互相校核。輪周效率取決于三項(xiàng)損失系數(shù)輪周效率取決于三項(xiàng)損失系數(shù)n、b和和c2， 在噴嘴和動(dòng)葉在噴嘴和動(dòng)葉葉型選定后，葉型選定后，和和就基本上確定了，影響輪周效率就基本上確定了，影響輪周效率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)c2，因此，應(yīng)減少動(dòng)葉出口，因此，應(yīng)減少動(dòng)葉出口的絕對(duì)速度的絕對(duì)速度c2，同時(shí)提高余速利用系數(shù)。，同時(shí)提高余速利用系數(shù)。第三節(jié)第三節(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三、輪周效率與記級(jí)的比的關(guān)系三、輪周效率與記級(jí)的比的關(guān)系級(jí)的速比級(jí)的速比假想速比假想速比-即輪周速度與級(jí)假想速度之比即輪周速度與級(jí)假想速度之比

44、, ,級(jí)假想速度級(jí)假想速度-假想假想 在噴嘴中等熵膨脹時(shí)得到的出口在噴嘴中等熵膨脹時(shí)得到的出口速度速度最佳速比最佳速比-對(duì)應(yīng)最高輪周效率的速比對(duì)應(yīng)最高輪周效率的速比. .11uxcaauxc0th202atch 02atch即即以假想動(dòng)能的形式表示整以假想動(dòng)能的形式表示整級(jí)滯止理想比焓降級(jí)滯止理想比焓降最佳假想速比最佳假想速比-對(duì)應(yīng)最高輪周效率的假想速比對(duì)應(yīng)最高輪周效率的假想速比. .1opx0apx第三節(jié)第三節(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1.1.純沖動(dòng)級(jí)最佳速比純沖動(dòng)級(jí)最佳速比在純沖動(dòng)級(jí)中，在純沖動(dòng)級(jí)中，2122110,mttatwwwww cc 所以即21假設(shè)不利用上一級(jí)

45、余速，本級(jí)余速也不被下一級(jí)利用，假設(shè)不利用上一級(jí)余速，本級(jí)余速也不被下一級(jí)利用，于是于是0100,tnEhh 從而有0101122112222112112112 (coscos)2 (coscos)cos2cos(1)cosutttu ccu wwccuwc 由速度三角形知由速度三角形知11111111coscos;,tuwcuccxc另外第三節(jié)第三節(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221111cos2(cos)(1)cosuxax分析：分析：影響影響u u的因素有的因素有x x1 1,1 1,1 1,2 2, ,但在一般情況下，但在一般情況下，,1 1,1 1,2 2的值只在很

46、小范圍內(nèi)變化，所以對(duì)的值只在很小范圍內(nèi)變化，所以對(duì)u u影響最大的因素是影響最大的因素是x x1 1。將以上關(guān)系代入，得：將以上關(guān)系代入，得：和越大，輪周效率越高，因此應(yīng)盡量改善葉柵的氣動(dòng)越大，輪周效率越高，因此應(yīng)盡量改善葉柵的氣動(dòng)特性以提高速度系數(shù)特性以提高速度系數(shù)適當(dāng)減小適當(dāng)減小 和和 也可以提高輪周效率，但過分減小也可以提高輪周效率，但過分減小 和和 ，由于汽道的彎曲程度增大，流動(dòng)惡化，使輪周效率降低。由于汽道的彎曲程度增大，流動(dòng)惡化，使輪周效率降低。第三節(jié)第三節(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1a21a212 和 、 和葉型一經(jīng)選定葉型一經(jīng)選定便基本確定便基本確定輪周效率

47、只隨速比的變化而變化輪周效率只隨速比的變化而變化當(dāng)當(dāng)x x1 1=0=0，u=0u=0，說明葉輪不動(dòng)，沒有做功，故，說明葉輪不動(dòng)，沒有做功，故u u =0 =0。當(dāng)當(dāng)x x1 1=cos=cos1 1時(shí)，時(shí)，u=cu=c1 1coscos1 1，此時(shí)，此時(shí)1 1=90=90=2 2 ，說明，說明w w1 1和和w w2 2在輪周方向的分速度為在輪周方向的分速度為0 0，即作用在動(dòng)葉柵的輪周力，即作用在動(dòng)葉柵的輪周力為為0 0，故此時(shí)也未做功，故此時(shí)也未做功，u u =0 =0。當(dāng)當(dāng)0 0 x x1 1coscos1 1時(shí)，函數(shù)是連續(xù)的，且時(shí)，函數(shù)是連續(xù)的，且u u0 0；則在此區(qū)；則在此區(qū)間必

48、存在一個(gè)速比間必存在一個(gè)速比x x1 1使輪周效率達(dá)最大，該速比即為最佳使輪周效率達(dá)最大，該速比即為最佳速比。速比。221111cos2(cos)(1)cosuxax221111cos2(1)(cos2 )0cosuxx第三節(jié)第三節(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最佳速比可通過函數(shù)式求極值的方法得到最佳速比可通過函數(shù)式求極值的方法得到于是最佳速比于是最佳速比11cos()2opx02atch1()()1aopopmxx 為了實(shí)用上的方便，常用為了實(shí)用上的方便，常用aauxc代替代替1x11cos()()2aopopxx對(duì)純沖動(dòng)對(duì)純沖動(dòng)級(jí)級(jí)通用式：通用式：第三節(jié)第三節(jié) 級(jí)的輪周功率

49、和輪周效率級(jí)的輪周功率和輪周效率幾何法分析最佳速比幾何法分析最佳速比(x(x1 1) )opop的物理意義的物理意義2 2=90=90即軸向排汽時(shí)即軸向排汽時(shí)，余速損失，余速損失最小，輪周效率最大。最小，輪周效率最大。一般情況下一般情況下1 1 =10-16 =10-16，最末幾級(jí)可增大到最末幾級(jí)可增大到2020，故故(x(x1 1)op =0.47-0.49)op =0.47-0.4921221210,mttwwwww ww 所以即21c c2 2c c1 1w w1 1 =w=w2 2u uu u1 12 2u u2 2w w1 1 =w=w2 2c c2 21 1c c1 1u u1 1

50、c c2 2c c1 1w w1 1 =w=w2 2u uu u2 2若若1 1 =10-16=10-16，=0.97=0.97，則，則(x(xa a)op=0.456-0.476)op=0.456-0.476純沖動(dòng)級(jí)輪周效率曲線純沖動(dòng)級(jí)輪周效率曲線 第三節(jié)第三節(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221212nch222212bwh2222cch第三節(jié)第三節(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余速利用對(duì)最佳速比的影響余速利用對(duì)最佳速比的影響余速利用時(shí)，純沖動(dòng)級(jí)的輪周效率表示為：余速利用時(shí)，純沖動(dòng)級(jí)的輪周效率表示為：1122221 22 (coscos)uau cccc利用

51、速度三角形經(jīng)代換得：利用速度三角形經(jīng)代換得：12222112cos11121cosaauaaxxxx 1()cosaopxKK K22121111cosK 0uax令：令：10()aopx第三節(jié)第三節(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a)a)增大了輪周效率；增大了輪周效率；22001tnbcutchhhhhh b)b)最佳速比附近輪周效率敏感最佳速比附近輪周效率敏感度下降，提高了適應(yīng)工況變度下降，提高了適應(yīng)工況變化的能力；設(shè)計(jì)時(shí)略微降低化的能力；設(shè)計(jì)時(shí)略微降低點(diǎn)效率可換取更大的作功能點(diǎn)效率可換取更大的作功能力力( (焓降焓降) )c)c)使速比使速比 向增大方向移動(dòng)。向增大方向移動(dòng)

52、。d)d)使輪周效率失去了相對(duì)于最高點(diǎn)的基本對(duì)稱性使輪周效率失去了相對(duì)于最高點(diǎn)的基本對(duì)稱性。例：當(dāng)例：當(dāng)=0.96=0.96、=0.90=0.90及及1 1=14=14時(shí)，對(duì)時(shí)，對(duì) 的純沖動(dòng)的純沖動(dòng)級(jí)，級(jí)， , , 時(shí)，時(shí)，11()0.585aopx()0.466aopx反動(dòng)級(jí)葉柵汽道與速度三角形反動(dòng)級(jí)葉柵汽道與速度三角形 第三節(jié)第三節(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2.2.反動(dòng)級(jí)最佳速比反動(dòng)級(jí)最佳速比 反動(dòng)級(jí)的特征反動(dòng)級(jí)的特征對(duì)于典型反動(dòng)級(jí)，噴嘴與動(dòng)葉中的對(duì)于典型反動(dòng)級(jí)，噴嘴與動(dòng)葉中的比焓降相等，即反動(dòng)度約為比焓降相等，即反動(dòng)度約為0.50.5。為了制造方便，噴嘴與動(dòng)葉采用同為

53、了制造方便，噴嘴與動(dòng)葉采用同一葉型即一葉型即1 1= =2 2，=。反動(dòng)級(jí)余速一般全部利用，即反動(dòng)級(jí)余速一般全部利用，即0=1 1=1=1，在這些條件下，在這些條件下, ,則有則有1 1= =2 2 ，= =, c, c1 1=w=w2 2 ，c c0 0=w=w1 1=c=c2 2 ， 1 = 2 。反動(dòng)級(jí)進(jìn)出口速度三角反動(dòng)級(jí)進(jìn)出口速度三角形為全等三角形形為全等三角形22211112222012211121112cos11112cos11(2cos)uutWcwcuEcccc uuxx11()cosopx1212cos()2cos1a opx第三節(jié)第三節(jié) 級(jí)的輪周功率和輪周效率級(jí)的輪周功率和

54、輪周效率用解析法可求反動(dòng)級(jí)的輪周效率與速比的關(guān)系用解析法可求反動(dòng)級(jí)的輪周效率與速比的關(guān)系:從而求得余速全部利用時(shí)從而求得余速全部利用時(shí),反動(dòng)級(jí)的最佳速比為反動(dòng)級(jí)的最佳速比為:反動(dòng)級(jí)的最佳假想速比：反動(dòng)級(jí)的最佳假想速比：反動(dòng)級(jí)的輪周效率在最大值反動(dòng)級(jí)的輪周效率在最大值附近變化平穩(wěn)，速比變化不附近變化平穩(wěn)，速比變化不易引起效率明顯下降（實(shí)用易引起效率明顯下降（實(shí)用速比比理想速比要小為速比比理想速比要小為0.7，以增大級(jí)的焓降，減少級(jí)數(shù)以增大級(jí)的焓降，減少級(jí)數(shù)）；反動(dòng)級(jí)最佳速比大于純）；反動(dòng)級(jí)最佳速比大于純沖動(dòng)級(jí)，在沖動(dòng)級(jí)，在u相同時(shí)相同時(shí),比純沖比純沖動(dòng)級(jí)作功能力小，故級(jí)數(shù)要?jiǎng)蛹?jí)作功能力小，故級(jí)數(shù)

55、要多。多。反動(dòng)級(jí)輪周效率與速比反動(dòng)級(jí)輪周效率與速比x x1 1和和x xa a的關(guān)系的關(guān)系 第三節(jié)第三節(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3.3.沖動(dòng)級(jí)沖動(dòng)級(jí)沖動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度一般在沖動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度一般在0.05-0.300.05-0.30之間之間, ,對(duì)于余速可被利對(duì)于余速可被利用的的沖動(dòng)級(jí)用的的沖動(dòng)級(jí), ,根據(jù)速度三角形和這種級(jí)的特點(diǎn)根據(jù)速度三角形和這種級(jí)的特點(diǎn), ,可推可推導(dǎo)出它輪周效率的表達(dá)式導(dǎo)出它輪周效率的表達(dá)式: :12222122(1coscos)1(2cos)amauaaxaxxx 由圖可見由圖可見, ,沖動(dòng)級(jí)的最佳速比和反沖動(dòng)級(jí)的最佳速比和反動(dòng)度同向變化動(dòng)度同向變化,

56、,且與余速的利用且與余速的利用程度有關(guān)程度有關(guān), ,余速利用系數(shù)越小余速利用系數(shù)越小, ,最最佳速比隨反動(dòng)度而變化的程度越佳速比隨反動(dòng)度而變化的程度越劇烈。劇烈。最佳速比與反動(dòng)度和余速利用系數(shù)最佳速比與反動(dòng)度和余速利用系數(shù)之間的關(guān)系之間的關(guān)系第三節(jié)第三節(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4.4.復(fù)速級(jí)復(fù)速級(jí)右圖為復(fù)度級(jí)的速度三角形，右圖為復(fù)度級(jí)的速度三角形，其上部為第一列動(dòng)葉的進(jìn)口、其上部為第一列動(dòng)葉的進(jìn)口、出口速度三角形，下部則為第出口速度三角形，下部則為第二列動(dòng)葉的進(jìn)口、出口速度三二列動(dòng)葉的進(jìn)口、出口速度三角形。角形。復(fù)速級(jí)的輪周功等于兩列動(dòng)葉復(fù)速級(jí)的輪周功等于兩列動(dòng)葉柵輪周功

57、之和柵輪周功之和: :為了分析復(fù)速級(jí)的最佳速比為了分析復(fù)速級(jí)的最佳速比, ,特特做如下簡(jiǎn)化做如下簡(jiǎn)化: : 1221120,mgb 因?yàn)閺?fù)速級(jí)常單獨(dú)做成因?yàn)閺?fù)速級(jí)常單獨(dú)做成單級(jí)汽輪機(jī)或多級(jí)汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級(jí)單級(jí)汽輪機(jī)或多級(jí)汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級(jí), ,故余速利用系數(shù)故余速利用系數(shù)1 1=0=0uuuw =w +w 第三節(jié)第三節(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復(fù)速級(jí)的速度三角形復(fù)速級(jí)的速度三角形復(fù)速級(jí)的輪周效率則為復(fù)速級(jí)的輪周效率則為 2111112018 (cos2 )8(cos2)uutWu cuxxEc18( cos2)uaaxx即111()cos414opxaop1于是同理(x ) =c

58、os第三節(jié)第三節(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具有反動(dòng)度的復(fù)速級(jí)的熱力過程線具有反動(dòng)度的復(fù)速級(jí)的熱力過程線第三節(jié)第三節(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為提高流動(dòng)效率，為提高流動(dòng)效率，復(fù)速級(jí)動(dòng)葉和復(fù)速級(jí)動(dòng)葉和導(dǎo)葉都采用少導(dǎo)葉都采用少量反動(dòng)度，但量反動(dòng)度，但復(fù)速級(jí)一般作復(fù)速級(jí)一般作調(diào)節(jié)級(jí)是部分調(diào)節(jié)級(jí)是部分進(jìn)汽，反動(dòng)度進(jìn)汽，反動(dòng)度過大會(huì)增大漏過大會(huì)增大漏汽損失，反動(dòng)汽損失，反動(dòng)度應(yīng)適當(dāng)。度應(yīng)適當(dāng)。 最佳速比與級(jí)的焓降（作功能力）最佳速比與級(jí)的焓降（作功能力） 由速比定義由速比定義 可知，在輪周速度一定時(shí)，速比越大，級(jí)的焓降就可知，在輪周速度一定時(shí)，速比越大，級(jí)的焓降就越

59、小。由此表明：越小。由此表明：在大致相等輪周速度下，反動(dòng)級(jí)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)。這樣，反動(dòng)式機(jī)組的整機(jī)級(jí)數(shù)的焓降小于沖動(dòng)級(jí)。這樣，反動(dòng)式機(jī)組的整機(jī)級(jí)數(shù)明顯多于沖動(dòng)式機(jī)組。明顯多于沖動(dòng)式機(jī)組。 在相同的圓周速度在相同的圓周速度u u，噴嘴速度系數(shù)和噴嘴出口汽，噴嘴速度系數(shù)和噴嘴出口汽流角的條件下，各自的最佳速比下：流角的條件下，各自的最佳速比下：000():():()2:1:8ttthhh反動(dòng)純沖動(dòng)復(fù)速1111amuxxc 220222atacuhx第三節(jié)第三節(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 最佳速比 0 1 焓降 opx1ux 工 況 適應(yīng)性 純沖動(dòng) 1

60、21cos 1cos61. 0 中 較小 較好 反動(dòng)級(jí) 121cos 1cos 小 小 好 復(fù)速級(jí) 141cos 大 大 較差 最佳速比的基本特征最佳速比的基本特征第三節(jié)第三節(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第三節(jié)第三節(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( (復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)) )1.1.推導(dǎo)輪周效率的各種表達(dá)式，證明推導(dǎo)輪周效率的各種表達(dá)式，證明解釋級(jí)的輪周效率，何為余速利用系數(shù)，分析余速利解釋級(jí)的輪周效率，何為余速利用系數(shù)，分析余速利用系數(shù)對(duì)下級(jí)入口狀態(tài)的影響。用系數(shù)對(duì)下級(jí)入口狀態(tài)的影響。2.2.速比、最佳速比及假想速比的定義速比、最佳速比及假想速比的定義3.3.純沖動(dòng)級(jí)