汽輪機(jī)原理(第一章)課件

1、第一章 汽輪機(jī)級(jí)的工作原理 第一節(jié) 汽輪機(jī)級(jí)的概述 級(jí)的概念：由一列噴嘴葉柵和緊鄰其后的一列動(dòng)葉柵所組成的熱能到機(jī)械能轉(zhuǎn)換的基本單元。 多級(jí)汽輪機(jī)是由在同一軸上的若干個(gè)級(jí)串聯(lián)組合而成。-國(guó)產(chǎn)600MW汽輪機(jī)-汽輪機(jī)隔板結(jié)構(gòu)-600MW汽輪機(jī)下汽缸隔板-蒸汽的熱能動(dòng)能機(jī)械能電能（鍋爐） （噴嘴）（動(dòng)葉） （發(fā)電機(jī)）噴嘴是靜止的部分：作用是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成蒸汽的動(dòng)能。動(dòng)葉柵是運(yùn)動(dòng)部分：作用是將蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。機(jī)械能主要利用蒸汽通過(guò)動(dòng)葉柵時(shí)，發(fā)生動(dòng)量變化對(duì)該葉柵產(chǎn)生沖力，使動(dòng)葉柵轉(zhuǎn)動(dòng)而獲得。-一、蒸汽的沖動(dòng)原理和反動(dòng)原理-沖動(dòng)力：當(dāng)蒸汽在動(dòng)葉柵汽道內(nèi)不膨脹加速而只隨汽道形狀改變流動(dòng)

2、方向，汽流改變流動(dòng)方向?qū)ζ浪a(chǎn)生的離心力。反動(dòng)力：當(dāng)蒸汽在動(dòng)葉柵汽道內(nèi)隨汽道形狀改變流動(dòng)方向的同時(shí)繼續(xù)膨脹加速，即汽流不僅改變方向而且因膨脹使其速度也有較大的增加，則加速的汽流出汽道時(shí)對(duì)動(dòng)葉柵將施加一個(gè)與汽流流出方向相反的反作用力。-二、級(jí)的反動(dòng)度蒸汽的滯止?fàn)顟B(tài)和滯止參數(shù) 滯止?fàn)顟B(tài)：汽流被等熵滯止到初速為零的狀態(tài)。 滯止參數(shù)：滯止?fàn)顟B(tài)下所對(duì)應(yīng)的參數(shù)。 如圖12所示。圖12 級(jí)的熱力過(guò)程線-式中 m級(jí)的平均反動(dòng)度，“m”指平均直徑處； hb蒸汽在動(dòng)葉中的理想焓降； h*t蒸汽在級(jí)中的滯止理想焓降。級(jí)的反動(dòng)度的定義 體現(xiàn)蒸汽在動(dòng)葉中膨脹程度大小的量，定義為：蒸汽在動(dòng)葉中的理想焓降與級(jí)的滯止理想焓

3、降之比，即-三、級(jí)的類型（一）按反動(dòng)度分1.純沖動(dòng)級(jí) m0的級(jí)， hb0, h*n= h*t，做功能力較大，但效率較低，如圖13所示。2.沖動(dòng)級(jí)（帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)） m0 .050.20的級(jí)， hb0, 但hbhn，做功能力和效率介于純沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)之間。 -圖13 純沖動(dòng)級(jí)中蒸汽壓力和速度的變化示意圖14 反動(dòng)動(dòng)級(jí)中蒸汽壓力和速度的變化示意-（二）按能量轉(zhuǎn)換過(guò)程分1.速度級(jí) 以利用蒸汽流速為主的級(jí)，有雙列和多列之分。雙列速度級(jí)又稱復(fù)速級(jí)，如圖15所示。 3.反動(dòng)級(jí) m0 .5的級(jí)， hbhn，動(dòng)、靜葉型相同，做功能力較小，但效率高，如圖14所示。- 復(fù)速級(jí)是由一列噴嘴葉柵和裝在同一葉輪上的兩

4、列動(dòng)葉柵以及第一列動(dòng)葉柵后的固定不動(dòng)的導(dǎo)向葉柵所組成。蒸汽在噴嘴中膨脹，在第一列動(dòng)葉柵中作一部分功，在固定的導(dǎo)向葉柵中改變蒸汽流動(dòng)方向，在第二列動(dòng)葉柵內(nèi)繼續(xù)作功。 復(fù)速級(jí)做功能力比單列沖動(dòng)級(jí)大，但效率低。2.壓力級(jí) 以利用級(jí)組中合理分配的壓力降（焓降）為主的級(jí)，又稱單列級(jí)。 做功能力較小，但效率高。 -（三）按負(fù)荷變化時(shí)通流面積是否改變分1.調(diào)節(jié)級(jí) 噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)的第一級(jí)，負(fù)荷變化時(shí)，其通流面積是改變的。 調(diào)節(jié)級(jí)可以是復(fù)速級(jí)，也可以是單列級(jí)。通常中、小型機(jī)組采用復(fù)速級(jí)為調(diào)節(jié)級(jí)，大機(jī)組采用單列級(jí)作調(diào)節(jié)級(jí)。2.非調(diào)節(jié)級(jí) 負(fù)荷改變時(shí)，級(jí)的通流面積不變。-四、級(jí)的工作過(guò)程的研究方法（一）基本假設(shè)（1

5、）一元流動(dòng)，也稱軸對(duì)稱流動(dòng)。（2）定常流動(dòng)，也稱穩(wěn)定流動(dòng)。（3）絕熱流動(dòng)。-（二）基本方程1.連續(xù)方程式中 G蒸汽質(zhì)量流量； A汽道內(nèi)任一橫截面積； c 垂直于截面A的蒸汽流速； 截面A上的蒸汽密度。 微分形式程-2.動(dòng)量方程式中 R作用在單位質(zhì)量汽流上的摩擦阻力，若流動(dòng)是無(wú)損失的等熵流動(dòng)，則R0,于是-3.能量方程式中 h0、h1蒸汽進(jìn)入和流出系統(tǒng)的比焓值； c0、c1蒸汽進(jìn)入和流出系統(tǒng)的速度； q1kg蒸汽通過(guò)系統(tǒng)時(shí)從外界吸入的熱量； w 1kg蒸汽通過(guò)系統(tǒng)時(shí)對(duì)外界所做的機(jī) 械功。 上式對(duì)有損失的流動(dòng)和無(wú)損失的流動(dòng)均適用。-4.狀態(tài)方程式中 p氣體絕對(duì)壓力； 氣體密度； R通用氣體常數(shù)，R

6、=461.76J/（kg.K)； T 熱力學(xué)溫標(biāo)。（1）理想氣體狀態(tài)方程（2）蒸汽等熵膨脹過(guò)程方程-式中 k等熵指數(shù)，對(duì)于蒸汽而言：過(guò)熱蒸汽 k =1.3； 濕蒸汽 k=1.035+0.1x ( x為膨脹過(guò)程初態(tài)的蒸汽干度）。對(duì)絕熱有損失過(guò)程式中 n多變過(guò)程指數(shù)。-一、蒸汽在噴嘴中的流動(dòng)（一）噴嘴出口汽流的計(jì)算第二節(jié) 汽輪機(jī)級(jí)的工作過(guò)程圖16 蒸汽在噴嘴中的膨脹過(guò)程-1.噴嘴出口汽流理想速度在上圖中的0點(diǎn)和1t點(diǎn)應(yīng)用能量方程得因?yàn)檎羝趪娮炝鲃?dòng)過(guò)程中，q=0,w=O.上式通常用于實(shí)際計(jì)算。- 此公式常用于理論分析。另外，若將蒸汽看作理想氣體，則有-2.噴嘴出口汽流實(shí)際速度引入噴嘴速度系數(shù)，則-

7、圖17 噴嘴速度系數(shù)隨葉高的變化曲線，上面一條線代表噴嘴寬度Bn=55mm,下面一條線代表噴嘴寬度Bn=80mm。-（）臨界條件。在噴嘴中，當(dāng)蒸汽作等比熵膨脹到某一狀態(tài)時(shí)，汽流速度就和當(dāng)?shù)匾羲傧嗟?，即c1t=a，則稱這時(shí)蒸汽達(dá)到臨界狀態(tài)，此時(shí)馬赫數(shù)Ma=c1ta=1，這一條件稱為臨界條件。臨界條件下的所有參數(shù)均稱為臨界參數(shù)。 .噴嘴損失.噴嘴中的臨界條件和臨界狀態(tài)-（）臨界壓力比。 -（二）噴嘴流量的計(jì)算1.噴嘴理想流量可導(dǎo)出-分析：如圖8所示，曲線BO不符合實(shí)際，實(shí)際流量曲線應(yīng)為ABC.圖8漸縮噴嘴的流量曲線-對(duì)過(guò)熱蒸汽，2.噴嘴實(shí)際流量分析：對(duì)飽和蒸汽，式中n流量系數(shù)，可查圖9。-圖9噴嘴

8、和動(dòng)葉的流量系數(shù)-實(shí)際臨界流量：不論是過(guò)熱蒸汽，還是飽和蒸汽，考慮流量系數(shù)后，均有：可見(jiàn)，通過(guò)噴嘴的最大蒸汽流量(即臨界流量)，在噴嘴出口面積和蒸汽性質(zhì)確定后，只與蒸汽的初參數(shù)有關(guān)；只要蒸汽初參數(shù)已知，通過(guò)噴嘴的臨界蒸汽流量即為確定值。 -3.彭臺(tái)門系數(shù)當(dāng)噴嘴進(jìn)出口壓力比n=p1p0處于某個(gè)數(shù)值時(shí)，其相應(yīng)的流量G與同一初狀態(tài)下的臨界流量Gcr之比值稱為流量比，用表示，也稱為彭臺(tái)門系數(shù)，即 -從上式可知，的大小與噴嘴的壓力比n和蒸汽的絕熱指數(shù)k有關(guān)。如果蒸汽的進(jìn)口狀態(tài)已知，那么，在亞臨界壓力的情況下，只是噴嘴出口壓力p1的單值函數(shù)；而在臨界壓力和超臨界壓力的情況下，達(dá)最大值(=1)，并不再隨出口

9、壓力p1的變化而變化。對(duì)于過(guò)熱蒸汽，在不同壓力比n下的值，可由圖1-10查得。 引入彭臺(tái)門系數(shù)的目的：只要知道的值，就不必判斷蒸汽的流動(dòng)狀態(tài)，即可計(jì)算流量。-圖10漸縮噴嘴的曲線(k=1.3) -由漸縮部分加上斜切部分（ABC)組成，如圖1所示。 .漸縮斜切噴嘴的組成（三）蒸汽在噴嘴斜切部分的膨脹圖11帶有斜切部分的漸縮噴嘴 -保證汽流順利地進(jìn)入動(dòng)葉做功，并獲超音速汽流。（）當(dāng)噴嘴出口斷面上的壓力比大于或等于臨界壓力比時(shí)，即時(shí)，蒸汽僅在漸縮部分膨脹，. 斜切部分的作用. 斜切部分的膨脹特點(diǎn)在斜切部分不膨脹，斜切部分僅起導(dǎo)流作用，此時(shí)。（）當(dāng)噴嘴出口斷面上的壓力小于臨界壓力比時(shí)，即時(shí)，蒸汽不僅在

10、漸縮部分膨脹，在斜切也膨脹。蒸汽在漸縮部分達(dá)臨界，在斜切部分繼續(xù)膨脹，-出口獲超音速汽流，且出口汽流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時(shí)如圖2所示。，-首先判斷蒸汽的流動(dòng)狀態(tài)，只有超臨界時(shí)才計(jì)算偏轉(zhuǎn)角。. 汽流偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算-要計(jì)算蒸汽的作用力和所做的功，必須要知道動(dòng)葉進(jìn)出口汽流速度的大小和方向。1. 動(dòng)葉進(jìn)口速度三角形任務(wù)：已知或間接已知二、蒸汽在動(dòng)葉柵中的流動(dòng)和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程（一）動(dòng)葉進(jìn)出口速度三角形對(duì)現(xiàn)代汽輪機(jī)的級(jí)圓周速度式中n轉(zhuǎn)速，r/min；dm級(jí)的平均直徑。如圖3所示。-c,汽流絕對(duì)參數(shù)；w,汽流相對(duì)參數(shù)。圖13動(dòng)葉柵進(jìn)出口速度三角形圖14動(dòng)葉柵進(jìn)出口速度三角形-由余弦定理得 . 動(dòng)葉出口速度三角形如圖

11、3所示。任務(wù)：已知或間接已知-對(duì)沖動(dòng)級(jí)對(duì)反動(dòng)級(jí)由余弦定理得 為了便于分析問(wèn)題，常將動(dòng)葉進(jìn)出口速度三角形畫在同一個(gè)頂點(diǎn)上，如圖4所示。 -蒸汽在動(dòng)葉中的膨脹過(guò)程如圖5所示。 圖5蒸汽在動(dòng)葉柵中的熱力過(guò)程 在理想情況下，蒸汽從動(dòng)葉進(jìn)口狀態(tài)(即噴嘴出口狀態(tài))p1、h1，等熵膨脹至動(dòng)葉出口壓力p2。由于在流動(dòng)過(guò)程中存在能量損失，因此，蒸汽在動(dòng)葉通道中實(shí)際的膨脹過(guò)程是按熵增曲線進(jìn)行的。與噴嘴相似，此時(shí)動(dòng)葉柵出口汽流的理想相對(duì)速度為 （二）蒸汽在動(dòng)葉中的膨脹1. 動(dòng)葉出口汽流理想速度-式中動(dòng)葉速度系數(shù)，與動(dòng)葉高度、反動(dòng)度、葉型、動(dòng)葉表面粗糙度等因素有關(guān)，特別與葉高和反動(dòng)度關(guān)系更為密切。一般.850.95。

12、. 動(dòng)葉出口汽流實(shí)際速度實(shí)際應(yīng)用中，可查圖6。圖6 動(dòng)葉速度系數(shù)與m和w2t的關(guān)系曲線 -. 動(dòng)葉損失如圖5所示。（）純沖動(dòng)級(jí). 動(dòng)葉進(jìn)出口速度w1、w2大小比較-（）沖動(dòng)級(jí)（）反動(dòng)級(jí)（因?yàn)榉磩?dòng)度已很大）（三）蒸汽作用在動(dòng)葉上的力和輪周功率. 蒸汽作用在動(dòng)葉上的力-總的推導(dǎo)思路：先根據(jù)動(dòng)量定理求出動(dòng)葉對(duì)蒸汽的作用力，再根據(jù)作用力與反作用力原理求出蒸汽對(duì)動(dòng)葉的作用力。列動(dòng)量方程時(shí)，要注意方向問(wèn)題。圖17蒸汽通過(guò)動(dòng)葉柵的汽流-（）周向力（也叫切向力，或輪周力） 相對(duì)參數(shù)的形式更常用。如何得到？ （）軸向力（3）合力-。 上式中G=kg/s時(shí)，稱為級(jí)的做功能力，即. 輪周功率分析：沖動(dòng)級(jí)，值較?。ㄒ?/p>

13、動(dòng)葉進(jìn)出口轉(zhuǎn)折 較大），所以級(jí)的做功能力較大。 -（）余速損失 蒸汽在動(dòng)葉中做功以后，以一定的速度c2流出，則對(duì)反動(dòng)級(jí)，值較大（因動(dòng)葉進(jìn)出口轉(zhuǎn)折 較小），所以級(jí)的做功能力較小。 . 余速損失及余速利用系數(shù)余速損失為 （）余速損失利用系數(shù) -多級(jí)汽輪機(jī)中，上級(jí)的余速可以被下級(jí)部分或全部利用，因而引入余速利用系數(shù)，。 為了分析問(wèn)題方便，常將分為和；表示本級(jí)利用上級(jí)余速動(dòng)能份額； 表示下級(jí)利用本級(jí)余速動(dòng)能份額。. 級(jí)的熱力過(guò)程線-級(jí)的熱力過(guò)程線如圖8所示。由圖8可看出，實(shí)際熱力過(guò)程線為，級(jí)的輪周有效焓降為-一、級(jí)的輪周效率 . 定義式單位蒸汽量流過(guò)某級(jí)時(shí)所產(chǎn)生的輪周功Pu1與蒸汽在該級(jí)中所具有的理想

14、能量E0之比，即式中E0蒸汽在該級(jí)具有的理想能量。第三節(jié) 級(jí)的輪周效率與最佳速度比- . 具體表達(dá)式（）汽流參數(shù)形式式中（將整級(jí)看作一個(gè)當(dāng)量噴嘴。）（）能量平衡形式-或式中分別為噴嘴損失系數(shù)、動(dòng)葉損失系數(shù)和余速損失系數(shù)。分析：提高輪周效率的途徑為降低各項(xiàng)損失或提高余速利用系數(shù)。說(shuō)明：（）汽流參數(shù)形式，一般用于分析輪周效率與速度比的關(guān)系。（）能量平衡形式，用于分析各種損失所占的比例較為方便。（）熱力計(jì)算中兩個(gè)公式均可采用。-二、級(jí)的速度比與最佳速度比 . 級(jí)的速度比如前所述，影響輪周效率的因素主要有三項(xiàng)損失。而在噴嘴和動(dòng)葉選型后，噴嘴和動(dòng)葉速度系數(shù)就基本確定了。所以影響輪周效率的主要因素是余速損

15、失，也即c2的大小。而c2的大小，直接與u/c1的比值有關(guān)。速度比：級(jí)的圓周速度u與噴嘴出口速度c1或與級(jí)的假想出口速度ca的比值,即-如圖9所示，即對(duì)應(yīng)余速損失最小的速度比。 . 級(jí)的最佳速度比對(duì)應(yīng)輪周效率最高點(diǎn)的速度比。-三、級(jí)的輪周效率與最佳速度比的關(guān)系 . 純沖動(dòng)級(jí)（m=0)(1) 不考慮余速利用（=0)定性分析圖20 不同速度比下，純沖動(dòng)級(jí)的速度三角形 -圖20中，哪個(gè)位置c2最?。?b)圖中c2最小，因而對(duì)應(yīng)的輪周效率最高，此位置所對(duì)應(yīng)的速度比即為最佳速度比。由圖（b）可看出，-結(jié)論：對(duì)應(yīng)（軸向排汽）時(shí)，余速損失最小，輪周效率最高，此時(shí)的速度比即為最佳比。定量分析對(duì)純沖動(dòng)級(jí)，則，-

16、分析：對(duì)上式求偏導(dǎo)，并令其等于零，得如圖9所示。-對(duì)純沖動(dòng)級(jí)，m=0，所以x1與xa的關(guān)系推導(dǎo)：-（）考慮余速利用。在前面討論輪周效率與速度比的關(guān)系時(shí)，是假定級(jí)的余速全部損失掉，即是在=0的條件下求得的。實(shí)際上，在汽輪機(jī)的很多級(jí)中，一級(jí)的余速經(jīng)常全部或部分被下一級(jí)所利用。在此條件下，級(jí)的輪周效率與速度比的關(guān)系將有所改變。如圖21所示。 -結(jié)論：余速利用使最佳速度比增大；余速利用使輪周效率提高；余速利用使輪周效率最高點(diǎn)出現(xiàn)平坦區(qū)（優(yōu)點(diǎn)：變工況時(shí)效率高） . 反動(dòng)級(jí)（） 特點(diǎn)噴嘴與動(dòng)葉的葉型相同，動(dòng)葉進(jìn)出口速度三角形對(duì)稱全等，且 。如圖2所示。圖1-2 反動(dòng)級(jí)的葉柵汽道與速度三角形 (a)葉柵汽道

17、；(b)速度三角形 -軸向排汽時(shí)（） 定性分析圖123反動(dòng)級(jí)最佳速度比下的速度三角形 如圖3所示，-（）定量分析在速度系數(shù)不變的情況下，為求只需求的極值即可。-為此令反動(dòng)級(jí)輪周效率和速度比之間的關(guān)系曲線，如圖4所示。 圖4反動(dòng)級(jí)輪周效率與速比x1和xa的關(guān)系 反動(dòng)級(jí)效率曲線最高點(diǎn)附近有一個(gè)較大的平坦區(qū)，所以變工況時(shí)效率高（為什么？）- . 沖動(dòng)級(jí)由于沖動(dòng)級(jí)具有一定的反動(dòng)度，所以最佳速度比應(yīng)介于純沖動(dòng)級(jí)與反動(dòng)級(jí)之間，即介于之間。經(jīng)驗(yàn)公式：結(jié)論：最佳速度比隨反動(dòng)度的增大而增大。- . 復(fù)速級(jí)（）復(fù)速級(jí)的結(jié)構(gòu)由一列噴嘴、兩列動(dòng)葉、一列導(dǎo)葉組成，如圖5所示。圖5復(fù)速級(jí)的通流部分結(jié)構(gòu)和速度三角形 （）采

18、用復(fù)速級(jí)的目的做功能力大，可簡(jiǎn)化汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)，減小級(jí)數(shù)?？晒?jié)約貴重金屬。缺點(diǎn)：效率低。-（）最佳速度比可導(dǎo)出：-第四節(jié) 級(jí)通流部分主要尺寸的確定一、 葉柵的型式及幾何參數(shù). 葉柵的型式分環(huán)型葉柵和直列葉柵兩類。汽輪機(jī)級(jí)中的采用的葉柵均為環(huán)型葉柵。. 葉柵的幾何參數(shù)如圖6所示。B葉片寬度；b葉片弦長(zhǎng)；t葉片節(jié)距。-葉型幾何進(jìn)口角前緣點(diǎn)切線與葉柵前額線之間 的夾角。葉型幾何出口角后緣點(diǎn)切線與葉柵后額線之間 的夾角。安裝角葉柵額線與弦線之間的夾角。沖角葉柵幾何進(jìn)口角與汽流進(jìn)口角差。圖6葉柵 參數(shù)：（a）噴嘴葉柵；（b）動(dòng)葉柵-. 部分進(jìn)汽度（）定義工作噴嘴所占的弧段長(zhǎng)度與整個(gè)圓周長(zhǎng)之比。即分析：e1,

19、部分進(jìn)汽；e1,全周進(jìn)汽。圖7噴嘴在圓周上的分布-（2）部分進(jìn)汽的目的減小葉高損失。如圖所示，當(dāng)噴嘴高度噴嘴速度系數(shù)急驟下降，當(dāng)選取部分進(jìn)汽時(shí)，就可以增大。. 蓋度（）定義動(dòng)葉進(jìn)口高度與噴嘴高度之差。即如圖8所示。圖8級(jí)通流部分示意圖 -（）作用使汽流順利進(jìn)入動(dòng)葉做功，減少葉頂漏汽損失。防止汽流與動(dòng)葉頂部和根部發(fā)生碰撞。二、 噴嘴和動(dòng)葉主要尺寸的確定 .漸縮噴嘴對(duì)于漸縮噴嘴，出口截面就是指最小截面，出口高度就是指最小截面高度；而漸縮斜切噴嘴的高度一般可認(rèn)為和最小截面處相同。（）噴嘴流動(dòng)為亞臨界或臨界此時(shí)，斜切部分不膨脹，其出口面積為-如圖9所示，又有噴嘴出口高度圖9噴嘴汽道示意圖 -（）噴嘴流

20、動(dòng)為超臨界此時(shí)，噴嘴喉部為臨界狀態(tài)，超音速發(fā)生在斜切部分，出口汽流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，應(yīng)計(jì)算偏轉(zhuǎn)角。此時(shí)噴嘴喉部截面積和噴嘴高度可分別按下式計(jì)算-三、 沖動(dòng)級(jí)內(nèi)反動(dòng)度的選擇反動(dòng)度是汽輪機(jī)級(jí)的一個(gè)主要參數(shù)，對(duì)汽輪機(jī)的級(jí)效率有很大的影響。一般先選定根部反動(dòng)度 r，然后計(jì)算出平均反動(dòng)度m和葉頂反動(dòng)度t。 .根部反動(dòng)度較大時(shí)產(chǎn)生根部漏汽損失，如圖30（a）所示。- 2 .根部反動(dòng)度很小或?yàn)樨?fù)值時(shí)產(chǎn)生根部吸汽損失，如圖30（b）所示。3 .根部反動(dòng)度r=0.030.05時(shí) 能使根部既不吸汽也不漏汽，效率高，如圖30（c）所示。-第五節(jié) 汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)損失及級(jí)效率一、 級(jí)內(nèi)損失在理想情況下，汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械

21、功的最大能量等于蒸汽在級(jí)內(nèi)的理想焓降。實(shí)際上由于級(jí)內(nèi)存在著各種各樣的損失，蒸汽的理想焓降不可能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功。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)的內(nèi)部損失。否則，則稱為汽輪機(jī)的外部損失。 汽輪機(jī)級(jí)的內(nèi)部損失除了噴嘴損失、動(dòng)葉損失、余速損失外，還有其他一些損失。在下面的討論中，將著重說(shuō)明這些損失的成因和影響其大小的因素、計(jì)算方法，以及減小損失的措施。- .噴嘴損失、動(dòng)葉損失、余速損失見(jiàn)前面相關(guān)章節(jié)的敘述內(nèi)容 .葉高損失也稱端部損失，本質(zhì)上仍是噴嘴和動(dòng)葉的流動(dòng)損失，只不過(guò)工程上為了方便，將葉高影響此項(xiàng)損失單獨(dú)計(jì)算而已。如圖131所示。 （）葉高損失產(chǎn)生的原因上、下端面的摩擦

22、損失；上、下端面的汽流產(chǎn)生橫向流動(dòng)，產(chǎn)生二次流損失。汽流產(chǎn)生橫向流動(dòng)的原因：內(nèi)弧壓力大于背弧壓力。- 圖31葉柵汽道內(nèi)二次流示意圖 (a)雙渦流示意圖；(b)附面層和壓力分布示意圖1內(nèi)?。?背?。?壓力圖；4附面層增厚區(qū)；5雙渦流動(dòng)-只有上、下兩端面的汽流產(chǎn)生橫向流動(dòng)，中間汽流是不產(chǎn)生橫向流動(dòng)的。（為什么？）（）葉高損失的計(jì)算-（）減小葉高損失的方法 調(diào)節(jié)級(jí)采取部分進(jìn)汽方式，保證葉片高度大于mm; 強(qiáng)度允許的條件下，盡量采用窄型葉片。 . 扇形損失（）扇形損失產(chǎn)生的原因 葉柵沿葉高各斷面的節(jié)距、圓周速度和進(jìn)汽角均偏離平均直徑處的設(shè)計(jì)值；如圖32所示。 等截面級(jí)的軸向間隙中產(chǎn)生徑向流動(dòng)。何謂等截

23、面葉片和變截面葉片？-（）扇形損失的計(jì)算圖32葉柵示意圖 (a)環(huán)形葉柵；(b)直列葉柵 -（）減小扇形損失的方法當(dāng)徑高比時(shí)，采用變截面的扭葉片。分析： 越大，葉片越短；越小，葉片越長(zhǎng)。 . 葉輪摩擦損失（） 葉輪摩擦損失產(chǎn)生的原因如圖33所示。圖33葉輪摩擦損失示意圖 -葉輪兩側(cè)蒸汽微團(tuán)間的摩擦，以及蒸汽與壁面間的摩擦；葉輪兩子午面內(nèi)形成漩渦區(qū)。（） 葉輪摩擦損失的計(jì)算-則葉輪摩擦損失為分析：-（） 減小葉輪摩擦損失的方法盡量減小葉輪與隔板間距離；制造和檢修時(shí)，應(yīng)使葉輪和隔板表面具有較高的光潔度。- . 部分進(jìn)汽損失（）部分進(jìn)汽損失產(chǎn)生的原因及計(jì)算 部分進(jìn)汽損失由鼓風(fēng)損失和斥汽損失兩部分組成

24、。鼓風(fēng)損失出現(xiàn)在非工作弧段。圖134所示。a.產(chǎn)生的原因摩擦：動(dòng)葉兩側(cè)與非工作弧段軸向間隙中停滯蒸汽的摩擦；鼓風(fēng)：將蒸汽從一側(cè)帶到另一側(cè)。圖34噴嘴在圓周上的分布-則鼓風(fēng)損失為鼓風(fēng)損失系數(shù)b.計(jì)算-斥汽損失出現(xiàn)在工作弧段。a.產(chǎn)生的原因如圖35所示，沖動(dòng)停滯在動(dòng)葉內(nèi)的蒸汽耗功；弧段間吸漏汽，干擾主蒸流。圖35部分進(jìn)時(shí)斥汽損失示意圖 b.計(jì)算-斥汽損失系數(shù)則斥汽損失為-部分進(jìn)汽損失（）減小部分進(jìn)汽損失的方法除合理選取部分進(jìn)汽度外，可設(shè)置護(hù)罩，如圖6所示。圖6部分進(jìn)汽時(shí)采用護(hù)罩的示意圖 動(dòng)葉片；護(hù)罩，葉輪：汽缸盡可能減少噴嘴組數(shù)。- . 漏汽損失（） 漏汽損失產(chǎn)生的原因隔板漏汽動(dòng)葉頂部漏汽如圖7所

25、示。圖7級(jí)漏汽損失示意圖（） 漏汽損失產(chǎn)生的計(jì)算隔板漏汽損失隔板漏汽量-隔板漏汽損失動(dòng)葉頂部漏汽損失動(dòng)葉頂部漏汽量-動(dòng)葉頂部漏汽損失對(duì)反動(dòng)級(jí)總漏汽損失-（） 減小漏汽損失產(chǎn)生的方法在動(dòng)靜部分的間隙處安裝汽封片。如圖7 所示。在葉輪上開平衡孔，并選取合理的葉根反動(dòng)度。- . 濕汽損失（） 濕汽損失產(chǎn)生的原因使參與做功的蒸汽量減少。若蒸汽的干度為x，通過(guò)級(jí)的蒸汽量為G，則有（x）G蒸汽不參與做功，只有xG蒸汽參與做功。蒸汽拖動(dòng)水珠流動(dòng)，消耗一部分蒸汽能量。水珠流速c1x=（0.10.13）c1水珠對(duì)噴嘴和動(dòng)葉產(chǎn)生撞擊損失。如圖8所示，動(dòng)葉進(jìn)口處，水珠撞擊在動(dòng)葉的背弧，且產(chǎn)生制動(dòng)作用；動(dòng)葉出口處，水

26、珠撞擊在下級(jí)噴嘴進(jìn)口。-產(chǎn)生過(guò)冷損失，使蒸汽的理想焓降減少。如圖9所示圖8水珠撞擊動(dòng)、靜葉示意圖圖9h-s圖上損失示意圖-（） 濕汽損失的計(jì)算（） 水珠的沖蝕作用損傷部位：動(dòng)葉進(jìn)口邊的背弧處，特別是葉頂背弧處 沖蝕的更嚴(yán)重（？）危害性：縮短葉片的使用壽命，并使其工作的可靠 性降低。（） 減少濕汽損失和濕汽沖蝕的方法-采用中間再熱循環(huán)。采用去濕裝置。如圖40所示。圖1-40級(jí)內(nèi)捕水裝置示意圖1一捕水口槽道；2一捕水室；3一疏水通道 采用具有吸水縫的空心噴嘴。如圖41所示。圖1-41具有吸水縫的空心噴嘴 -采取措施，提高葉片的抗沖蝕能力。如：在動(dòng)葉進(jìn)汽邊的背弧處上部鑲焊硬質(zhì)合金、鍍鉻、氮化、電火花

27、硬化等。如圖42所示。圖1-42焊有貼邊的動(dòng)葉 -二、 級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率和內(nèi)功率 . 級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率級(jí)的有效焓降與級(jí)的理想能量之比。即意義：衡量級(jí)內(nèi)熱力過(guò)程（能量轉(zhuǎn)換）完善程度的最終指標(biāo)。 . 級(jí)的熱力過(guò)程線如圖43所示。-圖43級(jí)的熱力過(guò)程線 - . 級(jí)的內(nèi)功率三、 級(jí)內(nèi)損失對(duì)最佳速度比的影響圖44級(jí)內(nèi)損失對(duì)最佳速度比的影響 結(jié)論：級(jí)內(nèi)損失的存在，不僅使效率降低，而且使最佳速度比減小。如圖44所示。所以設(shè)計(jì)汽輪機(jī)時(shí)，應(yīng)按此速度比設(shè)計(jì)，這樣不僅保證效率高，而且級(jí)數(shù)少。-四、 影響級(jí)效率的結(jié)構(gòu)因素 . 動(dòng)、靜葉之間的軸向間隙如圖45所示。分析：- . 徑向間隙徑向間隙的存在，使級(jí)效率下降。裝設(shè)徑向汽封與不裝設(shè)汽封相比，效率可提高約。如圖45所示。 . 蓋度見(jiàn)前面所述有關(guān)內(nèi)容。 . 葉片寬度有一個(gè)最佳寬度。在強(qiáng)度允許的條件下，應(yīng)盡量采用窄型葉片。- . 圍帶、拉金（）圍帶用在短葉片中，裝在葉片的頂部，一般分組。圍帶的作用：減少葉頂漏汽；改善葉片的振動(dòng)特性。（）拉金用在較長(zhǎng)的葉片中，安裝在葉片的中間某一部位（？）拉金的作用：改善葉片的振動(dòng)特性。但拉金的存在使級(jí)效率下降。從對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響來(lái)講，橢圓型拉金要比圓型拉金好。-. 平衡孔如圖46所示，只有在動(dòng)葉根部反動(dòng)度適當(dāng)或隔板漏汽量較大時(shí)，在葉輪上開平衡孔才能提