第1章1--概述

1、第一章第一章 汽輪機級的工作原理汽輪機級的工作原理1. 1. 概述概述2. 2. 蒸汽在噴嘴和動葉通道中的流動蒸汽在噴嘴和動葉通道中的流動3. 3. 級的輪軸功率和輪軸效率級的輪軸功率和輪軸效率 4. 4. 葉柵的氣動特性葉柵的氣動特性5. 5. 級內(nèi)損失和級的相對內(nèi)效率級內(nèi)損失和級的相對內(nèi)效率6. 6. 級的熱力設(shè)計原理級的熱力設(shè)計原理7. 7. 級的熱力計算示例級的熱力計算示例8. 8. 扭葉片級扭葉片級1. 1.概述概述通流部分通流部分-汽輪機本體做功汽流通道稱為汽輪機的通流部分，汽輪機本體做功汽流通道稱為汽輪機的通流部分，它包括主汽門，導管，調(diào)節(jié)汽門，進汽室，各級噴它包括主汽門，導管，

2、調(diào)節(jié)汽門，進汽室，各級噴嘴和動葉及汽輪機的排汽管。嘴和動葉及汽輪機的排汽管。汽輪機的級汽輪機的級-由一列噴嘴葉柵和其后緊鄰的一列動葉柵構(gòu)成的工由一列噴嘴葉柵和其后緊鄰的一列動葉柵構(gòu)成的工作單元。作單元。1 1汽輪機的級汽輪機的級1. 1.概述概述1 1汽輪機的級汽輪機的級1. 1.概述概述1 1汽輪機的級汽輪機的級1. 1.概述概述1 1汽輪機的級汽輪機的級2222( (), )c wp t轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機械能2 2級的工作過程級的工作過程000(, )cp t 噴嘴1111( (), )c wp t 動葉蒸汽熱力學能蒸汽熱力學能噴嘴噴嘴(nozzle)(nozzle)降壓增速降壓

3、增速汽流的動汽流的動能能動葉動葉(blade)(blade)汽流改變速度和方向汽流改變速度和方向 (沖動原理)汽流降壓增速汽流降壓增速(反動原理)特征截面或計算截面：噴嘴前：特征截面或計算截面：噴嘴前：0-00-0；噴嘴；噴嘴后（動葉前）后（動葉前） ：1-11-1；動葉后：；動葉后：2-22-2。 注意：參數(shù)下角標與截面號相同。注意：參數(shù)下角標與截面號相同。1. 1.概述概述 從從噴嘴噴嘴流出的高速流出的高速汽流沖擊在汽輪機的汽流沖擊在汽輪機的動葉上，改變了其速動葉上，改變了其速度的大小和方向，同度的大小和方向，同時汽流給動葉施加了時汽流給動葉施加了一個一個沖動力。沖動力。 蒸汽在動葉通道內(nèi)

4、蒸汽在動葉通道內(nèi)膨脹加速膨脹加速，離開動葉通道時，給動，離開動葉通道時，給動葉一個與汽流運動方向相反的作用力，這個力即為葉一個與汽流運動方向相反的作用力，這個力即為反動反動力。力。沖沖動力動力Fi、反反動力動力Fr的的方向都不與輪周方向一致，兩的的方向都不與輪周方向一致，兩個力的合力個力的合力F作用在動葉柵上，其在輪周方向上的分力作用在動葉柵上，其在輪周方向上的分力Fu使動葉柵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。使動葉柵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。機械功。機械功。1. 1.概述概述2 2級的工作過程級的工作過程蒸汽膨脹增速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)蒸汽需具有一定的可用熱能且有壓差存在蒸汽需具有一

5、定的可用熱能且有壓差存在動、靜葉柵幾何參數(shù)動、靜葉柵幾何參數(shù)葉柵節(jié)距葉柵節(jié)距t t葉柵通道進口寬度葉柵通道進口寬度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前緣點前額線前額線后緣點后緣點后額線后額線中弧線中弧線幾何進口角幾何進口角汽流進口角汽流進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1. 1.概述概述3 3級的幾何參數(shù)級的幾何參數(shù)葉片高度葉片高度l1. 1.概述概述3 3級的幾何參數(shù)級的幾何參數(shù)動葉進出口汽流速度三角形動葉進出口汽流速度三角形汽流的絕對速度汽流的絕對速度圓周速度圓周速度u=d

6、bn/60 動葉進口速度三角形動葉進口速度三角形 相對速度相對速度 動葉出口速度三角形動葉出口速度三角形22cwu 11wcu cuw 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cu1c11,p h22,p hu1w11u2c2w22(a)(a)1. 1.概述概述4 4汽輪機級內(nèi)蒸汽流動汽輪機級內(nèi)蒸汽流動22111111111111222222222222222cossinsinarcsinarccos2cossinsinarcsinarccoswcucucctgwcucwuw uwwtgcwuFt=vm1. 1.概述概述11,p h22,p h4 4汽輪機級內(nèi)

7、蒸汽流動汽輪機級內(nèi)蒸汽流動動葉進出口汽流速度三角形動葉進出口汽流速度三角形水蒸氣焓熵圖水蒸氣焓熵圖熱力學中表示物質(zhì)系統(tǒng)熱力學中表示物質(zhì)系統(tǒng)能量的一個能量的一個狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)。數(shù)值上等于系統(tǒng)的內(nèi)能數(shù)值上等于系統(tǒng)的內(nèi)能U U加上壓強加上壓強p p和體積和體積V V的的乘積，即乘積，即H=U+pVH=U+pV。1. 1.概述概述熱力過程熱力過程11kkhpvRTkk4 4汽輪機級內(nèi)蒸汽流動汽輪機級內(nèi)蒸汽流動0p0t熱力過程線熱力過程線-蒸汽在動、靜葉柵中膨蒸汽在動、靜葉柵中膨脹過程在脹過程在h-sh-s圖上的表示。圖上的表示。hs滯止參數(shù)滯止參數(shù)-相對于葉柵通道速度相對于葉柵通道速度為零的氣流熱力

8、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)）。用后上標為后上標為”0 0”來表示。來表示。動葉進口動葉進口噴嘴進口噴嘴進口00h2012C+ +=00h00p000ch1pnh1nh20012cCh入口初速動能入口初速動能nh噴嘴損失噴嘴損失12p201h1h2112w2112w0101pbh1th1h2thbh22h動葉損失動葉損失bh2ch2222cch余速動能余速動能uh0thth1. 1.概述概述4 4汽輪機級內(nèi)蒸汽流動汽輪機級內(nèi)蒸汽流動001001nthhhhnh理想過程理想過程-可逆的等熵過程。可逆的等熵過程。實

9、際過程實際過程-不可逆絕熱膨脹過程，轉(zhuǎn)換效率低于理想過程。不可逆絕熱膨脹過程，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- -動葉理想比焓降動葉理想比焓降- - bh噴嘴噴嘴( (或動葉或動葉) )效率效率-實際焓降與理想焓降之比實際焓降與理想焓降之比1. 1.概述概述20utnbchhhhh 00tncbhhhh 噴嘴損失、動葉損失、余速損失統(tǒng)稱為級的輪周損失。噴嘴損失、動葉損失、余速損失統(tǒng)稱為級的輪周損失。1kg1kg蒸汽在級的理想過程中輸出給動葉柵的機械功稱為級的滯止蒸汽在級的理想過程中輸出給動葉柵的機械功稱為級的滯止理想比焓降理想比焓降1kg1kg蒸汽實際轉(zhuǎn)換為動葉柵上機械功的

10、有效焓降稱為輪周有效比蒸汽實際轉(zhuǎn)換為動葉柵上機械功的有效焓降稱為輪周有效比焓降焓降4 4汽輪機級內(nèi)蒸汽流動汽輪機級內(nèi)蒸汽流動表征蒸汽在動葉通道中的膨脹程度。定義表征蒸汽在動葉通道中的膨脹程度。定義為動葉中的理想焓降與級的等熵絕熱焓降為動葉中的理想焓降與級的等熵絕熱焓降之比之比, ,級的平均直徑級的平均直徑(1/2(1/2葉高葉高) )處的反動度處的反動度用用mm來表示。來表示。00bbmtnbhhhhh 0bmthh 00(1)nmthh反動度反動度m1 1 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, ,故嚴格說故嚴格說, , 但但由于噴嘴損失很小，因此在使用中

11、常認為由于噴嘴損失很小，因此在使用中常認為00nbthhh 00nbthhh 2 2 反動度反動度 沿動葉高度是不相同的沿動葉高度是不相同的 對于對于較短的直葉片級，用平均反動度較短的直葉片級，用平均反動度 m m表示，可不計反動度沿表示，可不計反動度沿動葉高度的變化；對于長葉片級，在計算不同截面時，必須用相應(yīng)動葉高度的變化；對于長葉片級，在計算不同截面時，必須用相應(yīng)截面的反動度。截面的反動度。1. 1.概述概述5 5級的反動度級的反動度6 6級級的類型和的類型和特點特點- -純沖動級純沖動級1. 1.純沖動級純沖動級熱力熱力特點：特點：m,汽流在動葉通道中不膨脹汽流在動葉通道中不膨脹。動動葉

12、受力葉受力特點特點：沖動力，沖動力，無膨脹加速的反動無膨脹加速的反動力力結(jié)構(gòu)特點：動葉結(jié)構(gòu)特點：動葉葉型葉型幾乎對稱幾乎對稱彎曲彎曲，動，動葉葉內(nèi)流通內(nèi)流通截面近截面近似相同；似相同；流動流動特點：動特點：動葉進出口處壓力葉進出口處壓力P1=P2,汽流相對速度汽流相對速度w1=w2性能特點性能特點：做功做功能力大能力大，但效率較低，但效率較低，現(xiàn)，現(xiàn)已不采用已不采用。 1. 1.概述概述0bh熱力特點：熱力特點：動靜動靜葉中蒸汽膨脹程度葉中蒸汽膨脹程度( (焓降焓降) )相等相等動動葉受力特點：葉受力特點： 受受沖動力沖動力和膨脹和膨脹加速的反動加速的反動力力結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點：動動、靜葉通道的

13、截面基本相同、靜葉通道的截面基本相同；葉型；葉型相同相同。流動特點流動特點：動動、靜葉中增速、靜葉中增速相等相等。性能性能特點：特點：做功做功能力小，能力小，流動效率高流動效率高，動葉頂部漏汽大，動葉頂部漏汽大。 2. 2.反動級反動級1. 1.概述概述6 6級級的類型和的類型和特點特點- -反動級反動級0.5tnbhhh3. 3.沖動級沖動級熱力熱力特點特點：膨脹膨脹主要發(fā)生于噴嘴中主要發(fā)生于噴嘴中,為提高為提高流動效率流動效率,動動葉中也有少量膨脹，一般葉中也有少量膨脹，一般0.050.30動葉受力特點：動葉受力特點： 受受沖動力沖動力和受和受膨脹加速的反動力膨脹加速的反動力結(jié)構(gòu)特點：動葉

14、通道的彎曲程度小于靜葉；結(jié)構(gòu)特點：動葉通道的彎曲程度小于靜葉；流動特點：動葉中增速小于靜葉流動特點：動葉中增速小于靜葉.性能特點：相同幾何尺寸下，做功能力比反動級大，流性能特點：相同幾何尺寸下，做功能力比反動級大，流動效率較純沖動級高動效率較純沖動級高。1. 1.概述概述6 6級級的類型和的類型和特點特點- -沖動級沖動級4. 4.復速級復速級 壓力級：蒸汽動能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機械能壓力級：蒸汽動能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機械能的的過程過程在級內(nèi)只進行一次的級。在級內(nèi)只進行一次的級。特點：特點： 這種級在葉輪上只裝一列動葉柵，這種級在葉輪上只裝一列動葉柵，故又稱為單列級；故又稱為單列級；壓力級可以是沖動級，也可以

15、是反動級。壓力級可以是沖動級，也可以是反動級。 速度級速度級( (復速級復速級) )：蒸汽動能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子：蒸汽動能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子機械能的過程在級內(nèi)進行一次以上的機械能的過程在級內(nèi)進行一次以上的級。級。說明：目前常用的是進行兩次轉(zhuǎn)換的級，故又稱為雙說明：目前常用的是進行兩次轉(zhuǎn)換的級，故又稱為雙列速度級或復速級，即由固定的噴嘴葉柵、導向葉列速度級或復速級，即由固定的噴嘴葉柵、導向葉柵和安裝在同一葉輪上的兩列動葉柵所組成的級柵和安裝在同一葉輪上的兩列動葉柵所組成的級1. 1.概述概述6 6級級的類型和的類型和特點特點- -復速級復速級熱力特點熱力特點:m:m, ,汽流在導葉和動葉通道中不膨脹汽流在導葉和

16、動葉通道中不膨脹。動葉受力特點：無膨脹加速的反動動葉受力特點：無膨脹加速的反動力力結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點: :導葉和動葉為等截面通道導葉和動葉為等截面通道；流動特點流動特點: :導葉中汽流只轉(zhuǎn)向不加速，動葉中也不增速導葉中汽流只轉(zhuǎn)向不加速，動葉中也不增速. .速度級通常在一級內(nèi)要求承擔很大焓速度級通常在一級內(nèi)要求承擔很大焓降時采用。如單級汽輪機或作為中、降時采用。如單級汽輪機或作為中、小型多級沖動式汽輪機和多級反動式小型多級沖動式汽輪機和多級反動式汽輪機的第一級（調(diào)節(jié)級）。汽輪機的第一級（調(diào)節(jié)級）。性能特點：做功能力最大，流動效率最低性能特點：做功能力最大，流動效率最低。1. 1.概述概述6 6級級

17、的類型和的類型和特點特點- -復速級復速級純沖動級純沖動級反反動級動級沖動級沖動級復速級復速級6 6級級的類型和的類型和特點特點1. 1.概述概述1. 1.概述概述沖動式轉(zhuǎn)子沖動式轉(zhuǎn)子反動式轉(zhuǎn)子反動式轉(zhuǎn)子6 6級級的類型和的類型和特點特點級的類型和特點級的類型和特點反動度反動度葉片類型葉片類型做功能力做功能力（焓降）（焓降）效率效率純沖動級純沖動級m=0隔板葉輪型隔板葉輪型較高較高較低較低反動級反動級 轉(zhuǎn)鼓型轉(zhuǎn)鼓型(?)最低最低最高最高沖動級沖動級m=0.050.3隔板葉輪型隔板葉輪型較低較低較高較高復速級復速級隔板葉輪型隔板葉輪型最高最高最低最低0.5nbhh 1. 1.概述概述6 6級級的

18、類型和的類型和特點特點7 7級的簡化一元流模型和基本方程式級的簡化一元流模型和基本方程式A. A. 流動過程分析流動過程分析 研究蒸汽膨脹的流動過程，核心問題是確定噴嘴出口研究蒸汽膨脹的流動過程，核心問題是確定噴嘴出口的的汽流速度或流量汽流速度或流量與與噴嘴前后蒸汽參數(shù)及通道截面噴嘴前后蒸汽參數(shù)及通道截面的的關(guān)系。關(guān)系。 因此，因此，流速或流量、蒸汽參數(shù)和通流截面流速或流量、蒸汽參數(shù)和通流截面為流動分析為流動分析的三個要素。的三個要素。 方法與流體力學及工程熱力學中噴管流動的分析方法方法與流體力學及工程熱力學中噴管流動的分析方法相同，葉柵通道的進口參數(shù)通常用相對于葉柵速度為相同，葉柵通道的進口

19、參數(shù)通常用相對于葉柵速度為零的滯止參數(shù)。零的滯止參數(shù)。1. 1.概述概述B.B.簡化的一元流模型簡化的一元流模型C.C.基本方程式基本方程式連續(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 0dAdcdvAcv1. 1.概述概述7 7級級的簡化一元流模型和基本方程式的簡化一元流模型和基本方程式基本假設(shè)基本假設(shè)：流動是穩(wěn)定流動是穩(wěn)定的的 流動是絕熱的流動是絕熱的流動是一元流動是一元的的 工質(zhì)是理想氣體工質(zhì)是理想氣體2200111122qhchcW能量方程能量方程q每每kgkg質(zhì)量蒸汽流過系統(tǒng)時從外界吸收的熱量，質(zhì)量蒸汽流過系統(tǒng)時從外界吸收的熱量，J/kgJ/kg；絕熱時為零。；絕熱時為零。W每每kgkg質(zhì)量蒸汽流過系統(tǒng)時對外界做出的機械功，質(zhì)量蒸汽流過系統(tǒng)時對外界做出的機械功，J/