汽輪機級工作原理

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一、汽輪機的結(jié)構(gòu)簡介級：由一列靜葉柵和一列動葉柵組成，完成蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的機械能的最基本單元。汽輪機1)單級：噴嘴,動葉。2)多級：靜子，由汽缸、隔板、靜葉、軸承等組成。轉(zhuǎn)子：由主軸、葉輪、葉片、聯(lián)軸器、盤車等組成。

二、蒸汽的沖動作用原理和反動作用原理（一）沖動作用原理。沖動力：改變其速度的大小和方向則產(chǎn)生一沖動力或汽流改變滾動方向?qū)ζ喇a(chǎn)生一離心力，此力為沖動力。此力的大小取決于單位時間內(nèi)通過動葉通道的蒸汽質(zhì)量及其速度的變化。（二）反動作用原理。反動力：因汽流膨脹產(chǎn)生一相反力（汽體壓力變化），如火箭。此力的大小取決于汽體壓力的變化。作用在動葉片上的里有：沖動力，反動力

三、汽輪機級的類型和特點（一）汽輪機級的反動度1、定義：蒸汽在動葉柵中膨脹時的理想焓降Δhb和整個級的理想滯止焓降Δh*t之比。平均反動度：動葉平均直徑截面上的理想焓降。2、意義：衡量在動葉中膨脹的程度。（二）汽輪機級的類型。軸流式有以下幾種：1、沖動級和發(fā)動機和反動級1）沖動級。特點：蒸汽只在噴嘴葉柵中膨脹，在動葉柵中不膨脹而只改變其滾動方向。結(jié)構(gòu)：動葉葉型對稱彎曲。做功能力大、效率低、不采用。帶反動度的沖動級：Ω=0.05~0.2。特點：蒸汽的膨脹大部分在噴嘴葉柵中進行，只有一小部分在動葉柵中進行，作功能力比反動級大，效率比純沖動級高。2）反動級Ω=0.5特點：蒸汽在噴嘴和動葉中的膨脹程度一致。結(jié)構(gòu)：噴嘴和動葉采用的葉型一致。2、壓力級和速度級1）壓力級：蒸汽的動能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的機械能的過程在級內(nèi)只進行一次的級。2）速度級：蒸汽的動能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的機械能的過程在級內(nèi)進行一次以上的級。如雙列速度級。3、調(diào)理級和非調(diào)理級1）調(diào)理級：通流面積能隨負荷改變的級，如噴嘴調(diào)理的第一級。2）非調(diào)理級：通流面積能不隨負荷改變的級，可以全周進汽，也可以部分進汽。

蒸汽在動葉中的滾動(一)反動度

蒸汽在靜止的噴嘴中從壓力p0(當噴嘴進口蒸汽速度不為0時，則應為p0*)膨脹到出口壓力p1,速度c1流向旋轉(zhuǎn)的動葉柵。當蒸汽通過動葉時，它一般還要繼續(xù)作一定膨脹，從噴嘴后的壓力p1膨脹到動葉后的壓力p2在有損失的狀況下，對整個級來說，其理想比焓降Δht*該是噴嘴中的理想比焓降Δhn*和動葉中的理想比焓降Δhb*之和，如圖1-6所示。

嚴格來講，在h-s圖中，比焓降Δhb并不等于Δhb'，由于由于噴嘴中的損失，蒸汽在流出噴嘴后，溫度比等比熵膨脹到噴嘴后稍高，這就使得Δhb比Δhb'稍有增大。假使噴嘴中的損失不大，可認為Δhb=Δhb'，此時，級的理想比焓降可近似地由壓力p0*和p2之間的等熵線來截取，即

Δht=Δhn+Δhb

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(1-25)

圖1-6確定級的反動度所用熱力過程示意圖

為了說明在一級中，蒸汽在動葉內(nèi)膨脹程度的大小，我們引入反動度的概念。級的平均直徑處

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的反動度Ωm是動葉內(nèi)理想比焓降Δhb和級的理想比焓降Δht之比，即

(1-26)

假使蒸汽的膨脹全部發(fā)生在噴嘴中，在動葉柵中不再膨脹，即Δhn*=Δht*，Δhb=0，Ωm=0，這種級稱為純沖動級。假使蒸汽的膨脹不僅發(fā)生在噴嘴中，而且在動葉中也有同等程度的膨脹，即Δhn*=Δhb=0.5Δht*，因此Ωm=0.5，這種級稱為典型反動級。

目前習慣上將具有不大的反動度值，即Ωm=0.05～0.3的級，仍稱為沖動級(或帶有反動度的沖動級)；而當反動度較大，即Ωm=0.4～0.6時，才稱為反動級，更高的反動度在汽輪機中一般不予采用。

(二)蒸汽在動葉中的熱力過程

動葉和噴嘴的斷面和通道形狀是十分相像的。若干個動葉或噴嘴環(huán)形排列，構(gòu)成動葉柵或噴嘴柵。它們的區(qū)別主要表現(xiàn)在噴嘴柵是靜止不動的，而動葉柵是以一定的速度在旋轉(zhuǎn)。因此，噴嘴進出口的蒸汽速度是以絕對速度分別表示為c0和c1而動葉進出口的蒸汽速度是以相對速度分別表示為w1和w2。在上一小節(jié)中對噴嘴的探討全部適用于動葉。

如圖1-7所示，在理想狀況下，蒸汽從動葉進口狀態(tài)(即噴嘴出口狀態(tài))p1、h1，等比熵膨脹至動葉出口壓力p2。由于在滾動過程中存在能量損失，因此，蒸汽在動葉通道中實際的膨脹過程是按熵增曲線進行的。與噴嘴相像，此時動葉柵出口汽流的理想相對速度為

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式中

Δhb動葉柵理想比焓降，Δhb*=h1-h2t，J/kg；

Δhb*動葉柵滯止理想比焓降，Δhb*=Δhb+w12/2，J/kg。動葉柵出口實際相對速度

(1-28)

式中，ψ為動葉速度系數(shù)，它與級的反動度Ωm和動葉出口汽流的理想速度w2t有關(guān)，可由圖1-8查得。

蒸汽流經(jīng)動葉的能量損失

(1-29)

蒸汽在動葉中的能量損失與蒸汽在動葉中的滯止理想比焓降之比稱動葉的能量損失系數(shù)，即

(1-30)

(三)動葉的通流能力

假使忽略噴嘴和動葉間軸向間隙中上端和下端的漏汽，那么，通過動葉的蒸汽流量Gbt應當就是通過噴嘴的蒸汽流量Gnt，所以在設(shè)計時，要求動葉柵和噴嘴柵的通流能力相等，即

(1-31)

和噴嘴一樣，通過動葉的實際流量可用流量系數(shù)來修正，有

(1-31a)

式中：μb為動葉流量系數(shù)，可由圖1-3查得，應注意μb≠μu。四、蒸汽在級內(nèi)滾動的基本公式根據(jù)反動度的定義，由式(1-26)得

根據(jù)式(1-25)，并代人式(1-31b)，可得

(1-31b)

進一步則可寫出

圖1-7蒸汽在動葉柵中的熱力過程

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