華電保定汽輪機(jī)原理課件

汽輪機(jī)原理SteamTurbine

授課教師：李慧君

能源與動(dòng)力工程學(xué)院汽輪機(jī)原理SteamTurbine

授課教師：李慧君

能源緒論（preface)一、電力在國民經(jīng)濟(jì)中的地位（TheRoleof

ElectricPowerinNationalEconomy）二、汽輪機(jī)裝置在電廠中的地位（TheStatusof

SteamTurbineinPowerPlant)三、汽輪機(jī)發(fā)展概述(SummaryofSteamTurbineDevelopment)四、汽輪機(jī)的分類和型號(hào)（CategoryandTypeofSteamTurbine)五、本課程的主要內(nèi)容（ContentofTheSubject)緒論緒論（preface)一、電力在國民經(jīng)濟(jì)中的地位（TheR二、汽輪機(jī)裝置在電廠中的地位

（TheStatusofSteamTurbineinPowerPlant)

鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)

蒸汽化學(xué)能(燃料)熱能機(jī)械能電能PowerPlant緒論二、汽輪機(jī)裝置在電廠中的地位

（TheStatusof三、汽輪機(jī)發(fā)展概述

(SummaryofSteamTurbine)1、1883年，Laval（瑞典）研制出第一臺(tái)軸流式汽輪機(jī)2、70年代后，進(jìn)入百萬級(jí)3、汽輪機(jī)主要制造業(yè)：GECo.（GeneralElectricCorporation)美國通用電氣公司（沖動(dòng)式）WHCo.(WestingHouseElectricCorporation)西屋（反動(dòng)式）BBC(BrownBoveriCo.)瑞士（反動(dòng)式）AA(Alsthon-AtlantagueCo.)法國（沖動(dòng)式、反動(dòng)式）其他（蘇聯(lián)、日本等）我國三大動(dòng)力設(shè)備廠：哈汽、上汽、東汽工業(yè)汽輪機(jī)：杭州燃?xì)廨啓C(jī)：南京緒論三、汽輪機(jī)發(fā)展概述

(SummaryofSteamT沖動(dòng)式反動(dòng)式工作原理熱力特性凝汽式背壓式調(diào)節(jié)抽汽式抽汽背壓式中間再熱式混壓式汽流方向軸流式輔流式四、汽輪機(jī)的分類和型號(hào)（CategoryandType）緒論沖動(dòng)式反動(dòng)式工作原理熱力特性凝汽式背壓式調(diào)節(jié)抽汽式抽汽背壓式功率用途凝汽式供暖電站工業(yè)船用超臨界進(jìn)汽參數(shù)低壓中壓高壓亞臨界超高壓大功率小功率四、汽輪機(jī)的分類和型號(hào)

（CategoryandTypeofSteamTurbine)緒論用途凝汽式供暖電站工業(yè)船用超臨界進(jìn)汽參數(shù)低壓中壓高壓亞臨緒論汽輪機(jī)的型號(hào)表示如下：汽輪機(jī)類型額定功率（MW)蒸汽參數(shù)變型設(shè)計(jì)次序注意：蒸汽參數(shù)表示法和汽輪機(jī)類型有關(guān)緒論汽輪機(jī)的型號(hào)表示如下：汽輪機(jī)類型額定功率（MW本書的內(nèi)容：內(nèi)容原理（一、二、三章）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（第五章）輔機(jī)凝汽設(shè)備（第四章）調(diào)節(jié)保護(hù)（第六章）緒論本書的內(nèi)容：內(nèi)容原理（一、二、三章）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（第五章）輔機(jī)凝第一章汽輪機(jī)級(jí)的工作原理第一章汽輪機(jī)級(jí)的工作原理第一章汽輪機(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)的輪周功率和輪周效率第四節(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)第一章汽輪機(jī)級(jí)的工作原理第一節(jié)概述第一節(jié)概述一、概述蒸汽的熱能機(jī)械功旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)汽輪機(jī)是將轉(zhuǎn)化成的通流部分----汽輪機(jī)本體做功汽流通道稱為汽輪機(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)噴嘴和動(dòng)葉及汽輪機(jī)的排汽管。----由一列噴嘴葉柵和其后緊鄰的一列動(dòng)葉柵構(gòu)成的工作單元。汽輪機(jī)的級(jí)第一節(jié)概述第一節(jié)概述一、概述蒸汽的熱能機(jī)械功旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)汽流沖動(dòng).avi演示蒸汽動(dòng)葉和噴嘴中的流程.rmvb流程第一節(jié)概述蒸汽熱力學(xué)能噴嘴(nozzle)降壓增速汽流的動(dòng)能動(dòng)葉(blade)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能級(jí)的工作過程汽流改變方向(沖動(dòng)原理)汽流降壓增速(反動(dòng)原理)汽流沖動(dòng).avi演示蒸汽動(dòng)葉和噴嘴中的流程.rmvb流程第一蒸汽膨脹增速的條件----一是有合理的汽流通道結(jié)構(gòu)，另一是蒸汽需具有一定的可用熱能且有壓差存在。動(dòng)、靜葉柵幾何參數(shù)----平均直徑dm，葉片高度l，葉柵節(jié)距t，葉柵寬度B，葉柵通道進(jìn)口寬度a,出口寬度a1和a2，葉型弦長(zhǎng)b和出口邊厚度，出口汽流角.第一節(jié)概述前緣點(diǎn)后緣點(diǎn)后額線中弧線幾何進(jìn)口角汽流進(jìn)口角幾何出口角汽流出口角葉片安裝角前緣點(diǎn)幾何進(jìn)口角蒸汽膨脹增速的條件----一是有合理的汽流通道結(jié)構(gòu)，另一是蒸旋轉(zhuǎn)平面與的夾角動(dòng)葉進(jìn)出口汽流速度三角形(a)動(dòng)靜葉柵汽道示意圖(b)頂點(diǎn)靠攏的速度三角形汽流的絕對(duì)速度圓周速度動(dòng)葉進(jìn)口速度三角形

相對(duì)速度

動(dòng)葉出口速度三角形1表示動(dòng)葉進(jìn)口2表示動(dòng)葉出口速度三角形旋轉(zhuǎn)平面與的夾角

第一節(jié)概述旋轉(zhuǎn)平面與的夾角動(dòng)葉進(jìn)出口汽流速度三角形(a)動(dòng)靜滯止參數(shù)----相對(duì)于葉柵通道速度為零的氣流熱力參數(shù)。用后上標(biāo)為”0”來表示。

噴嘴進(jìn)口

動(dòng)葉進(jìn)口

二、熱力過程分析A.熱力過程線----蒸汽在動(dòng)、靜葉柵中膨脹過程在h-s圖上的表示。第一節(jié)概述滯止參數(shù)----相對(duì)于葉柵通道速度為零的氣流熱力參數(shù)。用后上理想過程----可逆的等熵過程。實(shí)際過程----存在著不可逆過程---耗散效應(yīng)，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋娮?或動(dòng)葉)效率----實(shí)際焓降與理想焓降之比噴嘴損失--噴嘴前能量--動(dòng)葉損失--

余速損失

--第一節(jié)概述理想過程----可逆的等熵過程。第一節(jié)概述B.反動(dòng)度----或反動(dòng)率,表征蒸汽在動(dòng)葉通道中的膨脹程度,定義為動(dòng)葉中的理想焓降與級(jí)的等熵絕熱焓降之比,用Ωm來表示。即純沖動(dòng)級(jí)---Ωm＝０,汽流在動(dòng)葉通道中不膨脹。結(jié)構(gòu)特點(diǎn):動(dòng)葉為等截面通道；流動(dòng)特點(diǎn):動(dòng)葉進(jìn)出口處壓力和汽流的相對(duì)速度相等。因壓降主要發(fā)生在靜葉柵通道中,故又稱為壓力級(jí)。第一節(jié)概述B.反動(dòng)度----或反動(dòng)率,表征蒸汽在動(dòng)葉通道中的膨脹程度,反動(dòng)級(jí)----Δhn=Δhb=Δht，動(dòng)靜葉中焓降相等.結(jié)構(gòu)特點(diǎn):動(dòng)、靜葉通道的截面基本相同；流動(dòng)特點(diǎn):動(dòng)、靜葉中增速相等.沖動(dòng)級(jí)----膨脹主要發(fā)生于噴嘴中,一般Ω＝0.05～0.30復(fù)速級(jí)----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)稱為復(fù)速級(jí)，又稱雙列速度級(jí)。第一節(jié)概述反動(dòng)級(jí)----Δhn=Δhb=Δht，動(dòng)靜葉中焓降相等.第一級(jí)的類型和特點(diǎn)反動(dòng)度葉片類型做功能力（焓降）效率純沖動(dòng)級(jí)Ωm=0隔板葉輪型較高較低反動(dòng)級(jí)Ωm=0.5轉(zhuǎn)鼓型最低最高沖動(dòng)級(jí)Ωm=0.05～0.3隔板葉輪型較低較高復(fù)速級(jí)Ωm=0.05～0.3隔板葉輪型最高最低第一節(jié)概述級(jí)的類型和特點(diǎn)反動(dòng)度葉片類型做功能力（焓降）效率純沖動(dòng)級(jí)Ωm三、級(jí)的簡(jiǎn)化一元流模型和基本方程式A.流動(dòng)過程分析

研究蒸汽膨脹的流動(dòng)過程，核心問題是確定噴嘴出口的汽流速度或流量與噴嘴前后蒸汽參數(shù)及通道截面的關(guān)系。因此，流速或流量、蒸汽參數(shù)和通流截面為流動(dòng)分析的三個(gè)要素。方法與流體力學(xué)及工程熱力學(xué)中噴管流動(dòng)的分析方法相同，葉柵通道的進(jìn)口參數(shù)通常用相對(duì)于葉柵速度為零的滯止參數(shù)。B.簡(jiǎn)化的一元流模型基本假設(shè)：①流動(dòng)是穩(wěn)定的②流動(dòng)是絕熱的③流動(dòng)是一元的④工質(zhì)是理想氣體C.基本方程式基本方程：連續(xù)性方程Gv=Ac

能量方程狀態(tài)或過程方程pv=RT第一節(jié)概述三、級(jí)的簡(jiǎn)化一元流模型和基本方程式A.流動(dòng)過程分析第一節(jié)1.解釋汽輪機(jī)的級(jí)的概念及蒸汽在級(jí)內(nèi)能量的轉(zhuǎn)換特點(diǎn)。2.蒸汽在動(dòng)、靜葉柵中膨脹過程在h-s圖上的表。3.反動(dòng)度的定義及表達(dá)式。4.級(jí)的類型和特點(diǎn)。***（2）第一節(jié)概述(作業(yè)與思考)1.解釋汽輪機(jī)的級(jí)的概念及蒸汽在級(jí)內(nèi)能量的轉(zhuǎn)換特點(diǎn)。第一節(jié)噴嘴出口汽流速度在噴嘴的實(shí)際流動(dòng)過程中，蒸汽粘性所產(chǎn)生的摩擦等損失是蒸汽出口速度由c1t降為c1即稱為噴嘴速度系數(shù)噴嘴損失噴嘴壓比即噴嘴后壓力與噴嘴前滯止壓力之比。第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程

一、蒸汽在噴嘴中的膨脹過程第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程噴嘴出口汽流速度第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程

一速度系數(shù)的影響因素

速度系數(shù)與葉柵通道表面的光滑程度及葉型等緊密相關(guān)。表面越光潔，摩擦就越?。蝗~型是否合理，決定了葉柵通道的流場(chǎng)和壓力場(chǎng)分布，附面層增厚、附面層脫離均會(huì)導(dǎo)致摩擦損失增大、速度系數(shù)減小。前者提高加工精度，后者研究空氣動(dòng)力特性、開發(fā)先進(jìn)葉型。蒸汽的膨脹程度越大，有利于減薄附面層，提高速度系數(shù)。在汽輪機(jī)中，噴嘴的速度系數(shù)在0.95～0.98之間，一般取0.97；動(dòng)葉的速度系數(shù)在0.85～0.95之間，反動(dòng)度大時(shí)可取上限。速度系數(shù)與噴嘴或動(dòng)葉效率

由速度系數(shù)和噴嘴或動(dòng)葉效率定義可知由熱力學(xué)推導(dǎo)得知，多變指數(shù)與速度系數(shù)的關(guān)系為第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程速度系數(shù)的影響因素速度系數(shù)與葉柵通道表面的光滑程度及漸縮噴嘴速度系數(shù)隨葉片高度ln的變化曲線第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程漸縮噴嘴速度系數(shù)隨葉片高度ln的變化曲線第二節(jié)蒸汽在噴噴嘴中蒸汽參數(shù)、流速與等比熵比焓降的關(guān)系第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程噴嘴中蒸汽參數(shù)、流速與等比熵比焓降的關(guān)系第二節(jié)蒸汽在噴嘴和噴嘴中的氣流的臨界狀態(tài)

音速

臨界速度臨界壓力臨界壓比第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程噴嘴中的氣流的臨界狀態(tài)

音速第二節(jié)蒸汽在噴噴嘴的通流能力第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程噴嘴的等臨界速度線漸縮噴嘴的流量與壓比的關(guān)系曲線最大流量為臨界流量噴嘴的通流能力第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程噴嘴的流量系數(shù)由實(shí)際流量計(jì)算式可知即得流量系數(shù)與速度系數(shù)的關(guān)系由摩擦使蒸汽溫度升高，故總有，理論上實(shí)際中，速度系數(shù)與流量系數(shù)是分別由兩種不同試驗(yàn)得到的結(jié)果，速度系數(shù)是由動(dòng)能損失試驗(yàn)求得，反映了流場(chǎng)中速度分布的均方根平均；流量系數(shù)是由流動(dòng)試驗(yàn)直接測(cè)取統(tǒng)，反映了流場(chǎng)中速度分布的算術(shù)平均，是流動(dòng)過程中損失造成的。事實(shí)上，在過熱蒸汽區(qū)，噴嘴損失引起的比容變化比較小，故流量系數(shù)近似等于速度系數(shù)，；在濕蒸汽區(qū)，在降壓膨脹過程中應(yīng)有部分蒸汽釋放汽化潛熱、并凝結(jié)為水，但因流速很快、傳熱速度相對(duì)滯后，汽化潛熱來不及傳給蒸汽，使蒸汽產(chǎn)生過冷，比容減小，從而導(dǎo)致流量系數(shù)大于速度系數(shù)的局面。在濕蒸汽區(qū)，流量系數(shù)通常用下式計(jì)算或取因此最大流量為：第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程流量系數(shù)第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程噴嘴和動(dòng)葉的流量系數(shù)第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程噴嘴與動(dòng)葉的流量系數(shù)

噴嘴和動(dòng)葉的流量系數(shù)第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過彭臺(tái)門系數(shù)（噴嘴的實(shí)際流量與噴嘴臨界流量之比)

蒸汽流動(dòng)中因受音速的限制，在流量計(jì)算式中應(yīng)加上一個(gè)約束條件，即過熱蒸汽適用范圍的壓比范圍(0.546,1)。因此，在做葉柵通道流量計(jì)算時(shí)，必須判定是否達(dá)到臨界。這樣，在流道結(jié)構(gòu)和初參數(shù)確定的情況下，不同背壓所對(duì)應(yīng)的流道通流量可用相對(duì)于最大流量的無量綱參數(shù)來表示，這個(gè)參數(shù)稱之為彭臺(tái)門系數(shù)(亦稱流量比系數(shù))β。

***(3)第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程漸縮噴嘴的β曲線(k=1.3)彭臺(tái)門系數(shù)（噴嘴的實(shí)際流量與噴嘴臨界流量之比)蒸汽流動(dòng)二、蒸汽在噴嘴斜切部分內(nèi)的膨脹帶有斜切部分的漸縮噴嘴

蒸汽在斜切部分的實(shí)際膨脹與偏轉(zhuǎn)第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程

汽輪機(jī)彎曲型漸縮葉柵通道，在喉部后形成斜切出口通道，將此稱為斜切部分。它的存在極大地改變了葉柵通道的流動(dòng)特性。二、蒸汽在噴嘴斜切部分內(nèi)的膨脹帶有斜切部分的漸縮噴嘴蒸汽在第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程

在背壓大于臨界壓力時(shí)，斜切部分僅起到流動(dòng)的導(dǎo)向作用，汽流沿喉部截面的法線方向流出。但當(dāng)背壓低于臨界壓力時(shí)，A點(diǎn)的壓力突變產(chǎn)生擾動(dòng)，并以音速傳播，形成以A為原點(diǎn)的一束特性線，其前鋒到達(dá)D點(diǎn)；這樣，AD線上即為背壓。在AB與AD間的壓差作用下蒸汽在ABD所構(gòu)的漸擴(kuò)形流道中繼續(xù)膨脹增速，使之達(dá)到超音速狀態(tài)，并且流動(dòng)轉(zhuǎn)向。蒸汽在斜切部分膨脹使比容增大，必然導(dǎo)致汽流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)來增大通流面積，偏轉(zhuǎn)角的大小由喉部截面和斜切部分膨脹截面的連續(xù)性方程求得。即喉部：

斜切膨脹出口：

偏轉(zhuǎn)角計(jì)算式：(貝爾公式)第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程在背壓大于臨界壓

蒸汽在斜切部分的膨脹程度取決于背壓。當(dāng)特性線的前鋒與AC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)的噴嘴后壓力稱為極限膨脹壓力。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。很明顯，極限膨脹壓力與噴嘴出口幾何角有關(guān)，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：極限膨脹壓力比與的關(guān)系為蒸汽在斜切部分膨脹，不采用縮放流道即可獲得超音速汽流，微小的汽流偏轉(zhuǎn)角(通常1～2）并不產(chǎn)生顯著的動(dòng)能損失。在汽輪機(jī)中用漸縮型斜切流道代替縮放型流道，既簡(jiǎn)化了制造，又提高了效率。第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程蒸汽在斜切部分的膨脹程度取決于背壓。當(dāng)特性線的前鋒與AC第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(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)第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程蒸汽通過噴嘴時(shí)流動(dòng)分三、蒸汽在動(dòng)葉通道中的通流能力動(dòng)葉出口汽流的理想相對(duì)速度實(shí)際相對(duì)速度動(dòng)葉能量損失為動(dòng)葉流量系數(shù)

動(dòng)葉速度系數(shù)ψ與Ωm和w2t的關(guān)系曲線

第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程三、蒸汽在動(dòng)葉通道中的通流能力動(dòng)葉出口汽流的理想相對(duì)速度第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程（思考）1、熟悉并掌握蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程、蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉入口、出口處各參數(shù)的計(jì)算公式。2、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)汽還可以采取什么措施增大葉高？3、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？噴嘴的壓比與噴嘴的流量有何關(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？4、斜切部分的膨脹是什么?何為極限膨脹壓力？第二節(jié)蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中的流動(dòng)過程（思考）1、熟悉并掌第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率一、蒸汽作用在動(dòng)葉柵上的力輪周功率汽流對(duì)動(dòng)葉的作用力Fu（輪周力）

作用在動(dòng)葉上的汽流力可歸結(jié)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。由動(dòng)量定律求得。利用速度三角形關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率

設(shè)時(shí)間內(nèi)流過動(dòng)葉的蒸汽量為，切向和軸向的動(dòng)量變化為：絕對(duì)坐標(biāo)系：相對(duì)坐標(biāo)系：切向切向軸向軸向作用在動(dòng)葉上汽流力，切向Fu第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率一、蒸汽作用在動(dòng)葉柵上的力輪周

軸向蒸汽的軸向力應(yīng)是汽流軸向力、壓差力的總和。設(shè)動(dòng)葉壓差作用有效面積為Az，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。輪周功率Pu

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.

1kg蒸汽產(chǎn)生的輪周功Wu等于級(jí)的輪周有效比焓降Δhu.第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率軸向第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率

利用速度三角形的關(guān)系，得輪周功的意義：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，減去蒸汽離開動(dòng)葉所帶走的動(dòng)能。

對(duì)于沖動(dòng)級(jí)，由于動(dòng)葉轉(zhuǎn)折較大，所以β1和β2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，所以β1和β2較大，做功能力較小第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率利用速度三角形的關(guān)系，得輪周效率ηu—1kg蒸汽所作出的輪周功Wu與蒸汽在該級(jí)所消耗的理想能量E0之比稱為級(jí)的輪周效率.余速利用系數(shù)---在多級(jí)汽輪機(jī)中，本級(jí)余速動(dòng)能可被下一級(jí)部分或全部利用，其利用程度用余速利用系數(shù)μ表示，μ0表示本級(jí)利用上一級(jí)的余速動(dòng)能的份額，本級(jí)噴嘴進(jìn)口的初動(dòng)能δhc0=μ0(δhc2)abv，(δhc2)abv是上一級(jí)的余速動(dòng)能;μ1表示本級(jí)余速動(dòng)能被下一級(jí)所利用的份額?？紤]余速利用后，本級(jí)理想能量E0應(yīng)是本級(jí)滯止理想比焓降Δht0減去被下一級(jí)利用的余速動(dòng)能μ1δhc2，因?yàn)棣?δhc2成了下一級(jí)噴嘴的噴嘴的進(jìn)口初速動(dòng)能，并沒有在本級(jí)消耗掉。因此，級(jí)真正可供利用的能量應(yīng)是級(jí)理想滯止焓降再扣除余速動(dòng)能中被下級(jí)所利用的部分。

E0=δhc0+Δht0-μ1δhc2=Δht0-μ1δhc2二、輪周效率第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率輪周效率ηu—1kg蒸汽所作出的輪周功Wu與蒸汽在該級(jí)所消耗以能量平衡方式表示的輪周效率噴嘴損失系數(shù)：動(dòng)葉損失系數(shù)：余速損失系數(shù)：輪周效率的各損失系數(shù)的表示：三、輪周效率與速比的關(guān)系速比---假想速比---即輪周速度與級(jí)假想速度之比.最佳速比---對(duì)應(yīng)與最高輪周效率的速比.

第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率***(4)以能量平衡方式表示的輪周效率第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率*

在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)中，當(dāng)整機(jī)的初、終參數(shù)和流量確定后，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有技術(shù)水平定出首級(jí)、末級(jí)的平均直徑和葉高。應(yīng)該采用多少級(jí)和級(jí)焓降如何分配，才能使對(duì)應(yīng)級(jí)平均直徑下級(jí)輪周效率最高。由輪周效率定義可知：當(dāng)噴嘴出口汽流速度一定時(shí)，影響輪周效率的主要因素是動(dòng)葉損失和余速損失。

特別是余速損失。由速度三角形可以看到，當(dāng)輪周速度改變時(shí)，噴嘴損失不變，動(dòng)葉進(jìn)、出口相對(duì)速度隨輪周速度減小而減小，出口絕對(duì)速度先變小后變大，從而使輪周效率發(fā)生變化。由此可以看出，輪周速度與噴嘴出口汽流速度間的比對(duì)輪周效率影響很大。對(duì)電站汽輪機(jī)，級(jí)的平均直徑確定后，輪周速度便是定值，選擇怎樣的焓降分配，能使輪周效率達(dá)到最大。這就是最佳速比分析的背景。第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率在純沖動(dòng)級(jí)中，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，于是由速度三角形知1.純沖動(dòng)級(jí)最佳速比第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率在純沖動(dòng)級(jí)中，假設(shè)不利用上一級(jí)余速，本級(jí)余速也不被下一級(jí)利用將以上關(guān)系代入，得：由上式可知，速度系數(shù)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)。適當(dāng)減小α1和β2也可以提高輪周效率，但過分減小α1和β2，由于汽道的彎曲程度增大，流動(dòng)惡化，變下降，反而使輪周效率降低。葉型一經(jīng)選定

的數(shù)值也基本選定，這樣，輪周效率只隨速比的變化而變化，所以最佳速比可通過函數(shù)式求極值的方法得到，即第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率將以上關(guān)系代入，得：由上式可知，速度系數(shù)越大，輪周效率越高，于是最佳速比純沖動(dòng)級(jí)輪周效率曲線

第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率為了實(shí)用上的方便，常用代替x1，對(duì)純沖動(dòng)級(jí)于是最佳速比純沖動(dòng)級(jí)輪周效率曲線第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周余速利用對(duì)最佳速比的影響純沖動(dòng)、余速不被利用噴嘴及動(dòng)葉的摩擦損失相對(duì)于級(jí)的理想能量是個(gè)定值，比例關(guān)系決定于速度系數(shù)。如果動(dòng)葉的相對(duì)進(jìn)口角能適應(yīng)各種工況，那么噴嘴出口速度一定時(shí)，增大輪周速度u將使動(dòng)葉的排汽速度下降，當(dāng)輪周速度為時(shí)，動(dòng)葉出口的絕對(duì)汽流角為90°，排汽絕對(duì)速度達(dá)到最小，即輪周效率最大。第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率余速利用對(duì)最佳速比的影響第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率純沖動(dòng)、利用余速

最佳速比式中余速利用后，使級(jí)理想能量減小，在相同汽流參數(shù)下使級(jí)的輪周效率提高。綜合分析得知，余速利用后，

a)增大了輪周效率；b)使在最佳速比附近對(duì)輪周效率的靈敏性下降，提高了適應(yīng)工況變化的能力；c)使速比(xa)op相對(duì)于不利用時(shí)向增大方向移動(dòng)。

d)使輪周效率失去了相對(duì)于最高點(diǎn)的基本對(duì)稱性。第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率純沖動(dòng)、利用余速第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率2.反動(dòng)級(jí)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)度為0.5。為了制造方便，噴嘴與動(dòng)葉采用同一葉型．即α1=β2，w2=c1。此時(shí)噴嘴與動(dòng)葉的速度系數(shù)大致相等，即φ=ψ。假設(shè)余速動(dòng)能全部為下一級(jí)所利用，即μ1=1。在這些條件下,則有α1=β2，w2=c1,φ=ψ，w1=c2，

μ1=1.反動(dòng)級(jí)的葉柵汽道與速度三角形

第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率2.反動(dòng)級(jí)反動(dòng)級(jí)的葉柵汽道與速度三角形第三節(jié)級(jí)的輪周功率反動(dòng)級(jí)輪周效率與速比x1和xa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),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)的輪周效率在最大值附

近變化平穩(wěn)，速比變化不易引起效

率明顯下降；反動(dòng)級(jí)最佳速比大于

純沖動(dòng)級(jí)，在u相同時(shí),比純沖動(dòng)級(jí)

作功能力小，故級(jí)數(shù)要多。第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率反動(dòng)級(jí)輪周效率與速比x1和xa的關(guān)系用解析法可求反動(dòng)級(jí)的3.沖動(dòng)級(jí)沖動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度一般在0.05-0.30之間,對(duì)于余速可被利用的的沖動(dòng)級(jí),根據(jù)速度三角形和這種級(jí)的特點(diǎn),可推導(dǎo)出它輪周效率的表達(dá)式:由圖可見,沖動(dòng)級(jí)的最佳速比和反動(dòng)度同向變化,且與余速的利用程度有關(guān),余速利用系數(shù)越小,最佳速比隨反動(dòng)度而變化的程度越劇烈?！罴阉俦扰c反動(dòng)度和余速利用系數(shù)之間的關(guān)系第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率3.沖動(dòng)級(jí)沖動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度一般在0.05-0.30之間,對(duì)于余4.復(fù)速級(jí)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、出口速度三角形，下部則為第二列動(dòng)葉的進(jìn)口、出口速度三角形。復(fù)速級(jí)的輪周功等于兩列動(dòng)葉柵輪周功之和:為了分析復(fù)速級(jí)的最佳速比,特做如下簡(jiǎn)化:因?yàn)閺?fù)速級(jí)常單獨(dú)做成單級(jí)汽輪機(jī)或多級(jí)氣輪機(jī)的調(diào)節(jié)級(jí),故余速利用系數(shù)μ1=0.第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率復(fù)度級(jí)的速度三角形4.復(fù)速級(jí)右圖為復(fù)度級(jí)的速度三角形，因?yàn)閺?fù)速級(jí)常單獨(dú)做成單級(jí)復(fù)速級(jí)的輪周效率則為第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率復(fù)速級(jí)的輪周效率則為第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率具有反動(dòng)度的復(fù)速級(jí)的熱力過程線第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率具有反動(dòng)度的復(fù)速級(jí)的熱力過程線第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率最佳速比與級(jí)的焓降（作功能力）由速比定義可知，在輪周速度一定時(shí)，速比越大，級(jí)的焓降就越小。由此表明：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)明顯多于沖動(dòng)式機(jī)組。在相同的圓周速度u，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：第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率最佳速比與級(jí)的焓降（作功能力）第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效最佳速比的基本特征第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率最佳速比的基本特征第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率(作業(yè))***(5)1.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)，分析余速利用系數(shù)對(duì)下級(jí)入口狀態(tài)的影響。2.速比、最佳速比及假想速比的定義3.純沖動(dòng)級(jí)、反動(dòng)級(jí)和復(fù)速級(jí)各自的最佳速比，余速利用對(duì)最佳速比的影響，速比與級(jí)的作功能力的關(guān)系。第三節(jié)級(jí)的輪周功率和輪周效率(作業(yè))***(5)1.推導(dǎo)輪第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性

在蒸汽熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩喼芄Φ倪^程中，存在著噴嘴損失,動(dòng)葉損失和余速損失.本節(jié)主要討論流動(dòng)損失，即討論噴嘴損失和動(dòng)葉損失產(chǎn)生的物理原因及影響因素,從而指明減少損失提高流動(dòng)效率的途徑。大量試驗(yàn)表明,葉柵的能量損失是由葉型損失ξp

(氣流繞流平面葉柵時(shí)產(chǎn)生的能量損失)和端部損失ξe(氣流流過葉頂及葉根邊界區(qū)域時(shí)產(chǎn)生的能量損失)組成的。通道內(nèi)附面層厚度與發(fā)展是造成損失的主要機(jī)理。動(dòng)、靜葉柵的葉型損失和葉端損失是級(jí)損失的主要部分。葉柵的幾何參數(shù)和氣流參數(shù)對(duì)能量損失的大小起著決定性的作用。第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性在蒸汽熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩喼芄Φ倪^程中，存第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性一、葉柵的幾何參數(shù)和汽流參數(shù)汽流沖角θ：葉型幾何進(jìn)口角與汽流進(jìn)口角之差，即二、葉型損失ξp

指平面氣流繞流葉柵時(shí)的能量損失。第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性一、葉柵的幾何參數(shù)和汽流參數(shù)汽流沖角θ第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性(a)無渦流（b）有渦流反動(dòng)式葉柵中葉型表面附面層分布示意圖第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性(a)無渦流（b）有渦流反動(dòng)式葉柵中葉型表面附面層分布示意圖葉柵中的二次流示意圖(a)雙渦流示意圖(b)附面層和壓力分布圖1-腹面；2-背面；3-壓力圖；4-附面層增厚區(qū)；5-對(duì)渦流動(dòng)第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性三、端部損失ξe

氣流流過葉頂及葉根邊界區(qū)域時(shí)產(chǎn)生的能量損失。葉柵中的二次流示意圖(a)雙渦流示意圖(b)附面層和壓力分布葉柵損失損失名稱機(jī)理影響因素葉型損失附面層摩擦損失附面層的摩擦表面粗糙度，附面層的厚度附面層脫離的渦流損失附面層增厚，脫離，形成渦流附面層的發(fā)展，與進(jìn)汽角和相對(duì)節(jié)距等尾跡損失出口邊緣厚度形成的流場(chǎng)不均，汽流補(bǔ)償流動(dòng)造成動(dòng)能損失出口邊緣厚度沖波損失局部擴(kuò)壓造成部分超速，然后產(chǎn)生沖波附面層的厚度與發(fā)展、汽流的進(jìn)口角葉端損失附面層摩擦損失附面層中摩擦表面粗糙度端部附面層厚度二次流彎曲通道中汽流轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的離心力，在端部形成內(nèi)弧指向背弧的二次流主流的補(bǔ)償流在背弧的端部出口產(chǎn)生對(duì)渦，造成補(bǔ)償流損失和對(duì)渦流損失葉片高度，葉型、相對(duì)節(jié)距、安裝角、進(jìn)汽角葉柵損失及其主要影響因素葉柵損失損失名稱機(jī)理影響因素附面層摩擦損失附面層的摩擦表面粗第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性四、葉柵的汽流出口角

直接影響著葉柵的通流能力和做功能力五、馬赫數(shù)對(duì)葉柵特性的影響當(dāng)葉柵在馬赫數(shù)Ma>0.3~0.4的條件下工作時(shí)，壓力分布曲線、損失系數(shù)和汽流出口角都將隨Ma的改變而變化。這就是汽體的可壓縮性對(duì)葉柵特性的影響。作業(yè)1.葉柵能量損失的組成。2.葉型及葉端損失產(chǎn)生的機(jī)理。第四節(jié)葉柵的氣動(dòng)特性四、葉柵的汽流出口角第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率一、級(jí)內(nèi)損失

理想情況下，汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的最大能量等于蒸汽在級(jí)內(nèi)的理想比焓降。實(shí)際上由于級(jí)內(nèi)存在著各種各樣的損失，蒸汽的理想比焓降不可能全部轉(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。

第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率一、級(jí)內(nèi)損失第五節(jié)級(jí)級(jí)內(nèi)損失通常指實(shí)際環(huán)形葉柵偏離平面葉柵模型所存在的損失，以及汽流進(jìn)口角偏離葉柵幾何進(jìn)口角和濕蒸汽工況下產(chǎn)生的附加損失。在一元流動(dòng)模型中，并沒有充分考慮葉端損失，對(duì)此必須加以修正；環(huán)形葉柵呈扇形分布，即根部與頂部的節(jié)距是不等的，用平均直徑處參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，在葉根和葉頂處產(chǎn)生顯著偏差；葉輪在充滿粘性介質(zhì)空間內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，葉輪粘滯作用帶動(dòng)葉輪周邊蒸汽產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，需消耗一定能量；隔板汽封與動(dòng)葉葉頂汽封間隙的存在，必須存在漏汽，這部分泄漏蒸汽并不能完全回到本級(jí)動(dòng)葉通道中轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械功；對(duì)有部分進(jìn)汽度的級(jí)，在非噴嘴區(qū)，葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)蒸汽運(yùn)動(dòng)，并排到級(jí)后，即產(chǎn)生鼓風(fēng)作用，在噴嘴區(qū)，噴嘴出口蒸汽首先排擠出滯留于動(dòng)葉柵中的蒸汽，消耗排汽功；在濕蒸汽區(qū)，水滴的運(yùn)動(dòng)消耗一定的能量；汽流入口角與葉柵通道進(jìn)口角不一致時(shí)產(chǎn)生撞擊，攪亂了流場(chǎng)，產(chǎn)生動(dòng)能損失。這些附加的能量損耗，使級(jí)的功率輸出小于輪周功率。級(jí)內(nèi)損失主要由基于平面葉柵的輪周損失和工作狀態(tài)偏離平面葉柵及特殊工況產(chǎn)生的能量損失所組成，合計(jì)有9項(xiàng)損失。在汽輪機(jī)中，對(duì)于某一級(jí)，這9項(xiàng)損失并不是每項(xiàng)都存在。例如，工作于過熱蒸汽區(qū)的高、中壓缸級(jí)，不存在濕汽損失。全周進(jìn)汽的級(jí)沒有部分進(jìn)汽損失，反動(dòng)式汽輪機(jī)不考慮葉輪摩擦損失，扭葉片級(jí)不存在扇形損失。第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率級(jí)內(nèi)損失通常指實(shí)際環(huán)形葉柵偏離平面葉柵模型所存1.葉高損失δhl

葉高損失也就是葉片的端部損失，本質(zhì)上仍是噴嘴和動(dòng)葉的流動(dòng)損失。但在某些工程計(jì)算中，當(dāng)計(jì)算噴嘴和動(dòng)葉的損失時(shí)，不考慮其高度的影響，也就是認(rèn)為葉片足夠長(zhǎng)，而達(dá)到無限高的程度時(shí)，端部損失為零。第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率1.葉高損失δhl葉高損失也就是葉片的端部損失，

實(shí)際情況是葉片并不無限高，端部損失并不為零。此，需在已計(jì)算得出的噴嘴損失和動(dòng)葉損失之外，另單獨(dú)計(jì)算一項(xiàng)葉柵的端部損失，這就是葉高損失。常用下列半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率

上式中a--試驗(yàn)系數(shù)，單列級(jí)a=1.2(未包括扇形損失)或a=1.6(包括扇形損失)，雙列級(jí)d=2；

l--單列級(jí)為噴嘴高度，雙列級(jí)為各列葉柵的平均高度，mm；

Δhu--輪周比焓降，為扣除噴嘴、動(dòng)葉、余速三項(xiàng)損失后的理想比焓降，kJ/kg。實(shí)際情況是葉片并不無限高，端部損失并不為零。第五節(jié)2.扇形損失δhθ

汽輪機(jī)中實(shí)際應(yīng)用的是環(huán)列葉柵(如圖)，與平面直葉柵相比，有兩個(gè)特點(diǎn):①葉柵的相對(duì)節(jié)距t/b不是常數(shù),而是從內(nèi)徑向外徑成正比例增加的，這樣除了平均直徑處的相對(duì)節(jié)距為最佳外，其他各截面偏離最佳值，這就帶來了流動(dòng)損失。②葉柵出口汽流在軸向間隙中存在著壓力梯度，即由內(nèi)徑向外徑靜壓力逐漸增加，所以會(huì)產(chǎn)生徑向流動(dòng)損失。第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率2.扇形損失δhθ第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率3.葉輪摩擦損失δhf由兩部分組成：（1）葉輪兩側(cè)及圍帶表面的粗糙度引起的摩擦損失（2）子午面內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng)引起的損失4.部分進(jìn)汽損失δhe噴嘴葉柵不是整圈布置，而是只占據(jù)部分圓周，這種布置叫部分進(jìn)汽。如小汽機(jī)高壓級(jí)和調(diào)節(jié)級(jí)需要采用部分進(jìn)汽。部分進(jìn)汽損失有鼓風(fēng)損失和斥汽損失：（1）鼓風(fēng)損失發(fā)生在不裝噴嘴的弧段內(nèi)（2）斥汽損失和鼓風(fēng)損失相反，它發(fā)生在裝有噴嘴的弧段內(nèi)第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率3.葉輪摩擦損失δhf4.部分進(jìn)汽損失δhe噴嘴葉柵不是整圈部分進(jìn)汽時(shí)蒸汽流動(dòng)示意圖第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率部分進(jìn)汽時(shí)蒸汽流動(dòng)示意圖第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率5.漏汽損失δhδ沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)分開討論。

對(duì)于沖動(dòng)級(jí)，存在⑴隔板漏汽損失---在葉輪上開設(shè)平衡孔，在動(dòng)葉根部設(shè)置汽封片，設(shè)計(jì)時(shí)選取合理的反動(dòng)度，使動(dòng)葉根部不出現(xiàn)吸汽漏汽現(xiàn)象。⑵葉頂漏汽損失---減小間隙面積和兩側(cè)壓差，如采用高低齒封。

對(duì)于反動(dòng)級(jí)，其漏汽損失比沖動(dòng)級(jí)大，因?yàn)椋孩艃?nèi)徑汽封的漏汽量比沖動(dòng)級(jí)的隔板漏汽量大，這主要是因?yàn)閮?nèi)徑汽封直徑比隔板汽封直徑大，而汽封齒數(shù)又比較少。⑵動(dòng)葉前后的壓差較大，所以葉頂漏汽量相當(dāng)可觀。第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率5.漏汽損失δhδ沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)分開討論。對(duì)于沖動(dòng)級(jí)隔板的汽封裝置動(dòng)葉頂部汽封示意圖(a)隔板漏汽和葉頂漏汽(b)高低齒汽封第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率隔板的汽封裝置動(dòng)葉頂部汽封示意圖(a)隔板漏汽和葉頂漏汽(b第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率

⑴濕蒸汽的過飽和現(xiàn)象對(duì)級(jí)的能量轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的影響表現(xiàn)為理想比焓降的減少。⑵濕蒸汽在膨脹過程中析出水珠，在汽水兩相流動(dòng)中，低速的水珠被高速的蒸汽挾帶著流動(dòng)，從而消耗了氣流的一部分動(dòng)能，稱之為挾帶損失。⑶水珠的速度小于汽相的速度，偏離動(dòng)葉入口方向的水珠撞在動(dòng)葉進(jìn)口處的背弧上，產(chǎn)生了阻止葉輪旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)作用，克服它就要消耗一部分有用功，稱之為制動(dòng)損失。⑷水珠撞在噴嘴進(jìn)口處的壁面上，擾亂了主汽流，造成損失，稱之為擾流損失。⑸采用捕水裝置，當(dāng)從級(jí)內(nèi)排除部分液相的同時(shí)，都不可避免的伴隨著一部分蒸汽同時(shí)被抽出汽輪機(jī)，造成工質(zhì)損失。第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率6.濕氣損失δhx

飽和蒸汽輪機(jī)的各級(jí)和普通凝汽式汽輪機(jī)的最后幾級(jí)都工作于濕蒸汽區(qū)。由于水分存在，干蒸汽的工作也將受到一定的影響，產(chǎn)生濕氣損失的原因，有以下幾個(gè)方面：⑴濕蒸汽的過飽和現(xiàn)象對(duì)級(jí)的能量轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的影響表現(xiàn)

濕氣損失與蒸汽的平均濕度（1-xm）成正比，濕度越大，損失也就越大，級(jí)的效率也就越低。為提高濕蒸汽級(jí)的效率和防止動(dòng)葉被沖蝕損壞，一方面可采取有效的去濕方法，另一方面應(yīng)提高葉片本身的抗沖蝕能力。常用的去濕的方法有：⑴由捕水口，捕水室和疏水通道組成的級(jí)內(nèi)捕水裝置(圖)。⑵具有吸水縫的空心噴嘴(圖)。⑶采用出汽邊噴射蒸汽的空心噴嘴(圖)。

常用的提高動(dòng)葉本身抗沖蝕能力采取的措施有：采用耐沖蝕性能強(qiáng)的葉片材料（如鈦合金）；在葉片進(jìn)汽邊背弧上鑲焊硬質(zhì)合金；對(duì)葉片表面鍍鉻，局部高頻淬硬，電火花強(qiáng)化，氮化等。第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率濕氣損失與蒸汽的平均濕度（1-xm）成正比，濕度越大大功率汽輪機(jī)中水珠的運(yùn)動(dòng)軌跡和去濕裝置第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率大功率汽輪機(jī)中水珠的運(yùn)動(dòng)軌跡和去濕裝置第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率二、級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率和內(nèi)功率

級(jí)的有效比焓降Δhi與理想能量E0之比稱為級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率，簡(jiǎn)稱級(jí)效率：第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率圖--沖動(dòng)級(jí)的實(shí)際熱力過程線二、級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率和內(nèi)功率級(jí)的有效比焓降Δhi與理想三.級(jí)內(nèi)損失對(duì)最佳速比的影響第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率右圖→級(jí)內(nèi)損失對(duì)最佳速比的影響

綜上所述，衡量級(jí)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換完善程度的最終經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率而不是輪周效率，因此，能襖正獲得級(jí)的最高相對(duì)內(nèi)效率的速比才是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的速比，用(xa)’op表示。分析對(duì)應(yīng)最高輪周效率的最佳速比(xa)op與對(duì)應(yīng)最高相對(duì)內(nèi)效率的速比(xa)’op兩者之間的關(guān)系，示圖上就是討論輪周損失以外的其他級(jí)內(nèi)損失對(duì)最佳速比的影響。當(dāng)考慮級(jí)內(nèi)其他各項(xiàng)損失的影響后，級(jí)的效率和速度比的關(guān)系將發(fā)生變化，其規(guī)律是效率的最大值降低，對(duì)應(yīng)的最佳速度比值減小。通常，復(fù)速級(jí)；沖動(dòng)級(jí)；反動(dòng)級(jí)。右圖為一工作于過熱區(qū)的部分進(jìn)汽的扭葉片調(diào)節(jié)級(jí)，除輪周損失外，該級(jí)還有葉高損失δhl、葉輪摩擦損失δhf、鼓風(fēng)損失δhw、斥汽損失δhs和漏汽損失δhδ。其中δhf和δhw是假想速比的立方的函數(shù)，δhl是假想速比的平方的函數(shù)，δhs是假想速比的函數(shù)，δhδ與速比同方向變化

三.級(jí)內(nèi)損失對(duì)最佳速比的影響第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率(作業(yè))1.級(jí)內(nèi)損失由哪幾種？分別說出每種損失的產(chǎn)生原因。2.為什么反動(dòng)級(jí)的漏氣損失比沖動(dòng)級(jí)大？***(6)第五節(jié)級(jí)內(nèi)損失和級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率(作業(yè))1.級(jí)內(nèi)損失由哪幾一.概述

研究等截面直葉片時(shí)，認(rèn)為汽流參數(shù)沿葉高和周向都不變，故采用一元流動(dòng)的方法進(jìn)行分析。對(duì)于徑高比θ>8~12的短葉片級(jí)，這種一元流理論可以獲得滿意的工程效果。迄今為止，短葉片級(jí)的設(shè)計(jì)仍然采用一元流的計(jì)算方法。短葉片觀察視頻對(duì)于徑高比較小，葉片很長(zhǎng)的級(jí)，若仍以一元流理論為基礎(chǔ)，不考慮汽流參數(shù)沿葉高的變化，設(shè)計(jì)成直葉片，就將產(chǎn)生多種附加損失，使效率下降。主要損失有：

1.沿葉高圓周速度不同所引起的損失.2.沿葉高節(jié)距不同所一起的損失.3.軸向間隙中汽流徑向流動(dòng)引所一起的損失.第八節(jié)扭葉片級(jí)扭葉片圖一.概述第八節(jié)扭葉片級(jí)扭葉片圖第八節(jié)扭葉片級(jí)二.簡(jiǎn)化的空間流動(dòng)模型和完全徑向平衡方程（一）簡(jiǎn)化的一元流動(dòng)模型

蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的流動(dòng)，實(shí)際上是一種粘性的可壓縮的不穩(wěn)定的極其復(fù)雜的三元流動(dòng)。故只研究三個(gè)特征截面的氣動(dòng)計(jì)算。為了找出其中的流動(dòng)規(guī)律，便于在工程實(shí)踐中應(yīng)用，應(yīng)抓住主要矛盾，而忽略其中的次要因素，故作如下假設(shè)：

1.不考慮粘性對(duì)流體的影響，即把蒸汽作為理想氣體處理。2.流動(dòng)是穩(wěn)定的，汽流參數(shù)不隨時(shí)間變化。3.認(rèn)為軸向間隙中的圓周流面是一個(gè)軸對(duì)稱的任意回轉(zhuǎn)面。（二）完全徑向平衡方程

子午面--通過汽輪機(jī)軸心的rz平面。第八節(jié)扭葉片級(jí)二.簡(jiǎn)化的空間流動(dòng)模型和完全徑向平衡方程（汽流在子午面上的分速度子午面內(nèi)汽流各分速之間的關(guān)系第八節(jié)扭葉片級(jí)汽流在子午面上的分速度子午面內(nèi)汽流各分速之間的關(guān)系第八節(jié)

軸對(duì)稱氣流的所有流面都是流線l繞z軸旋轉(zhuǎn)而成的任意旋轉(zhuǎn)面。流面上任意一點(diǎn)的空間汽流速度c可以分解子午分速度cl和切向分速度cu

可見空間流動(dòng)的速度三角形是cr不等于0的立體三角形。為了把流動(dòng)放在子午面內(nèi)來研究，可將回轉(zhuǎn)面上的流線投影到子午面上，如圖所示。由圖可知，速度cl、cr、cz的關(guān)系可表示為：第八節(jié)扭葉片級(jí)軸對(duì)稱氣流的所有流面都是流線l繞z軸旋轉(zhuǎn)而成的任意旋1.徑向靜壓差

由圖可見，微元體上的徑向壓差為負(fù)號(hào)表示當(dāng)為正時(shí)，此項(xiàng)徑向靜壓差為負(fù)。第八節(jié)扭葉片級(jí)1.徑向靜壓差由圖可見，微元體上的徑向壓差為2.cu產(chǎn)生的離心力

由于微元體有圓周方向的切向分速cu，必然引起向心加速度所產(chǎn)生的離心慣性力其方向沿半徑向外。3.cl產(chǎn)生的離心力的徑向分量離心力的徑向分量為：4.子午面加速度產(chǎn)生的慣性力的徑向分量慣性力的徑向分量為：在微元體保持平衡時(shí)，所有施加的力在徑向方向上的投影為零，即：第八節(jié)扭葉片級(jí)2.cu產(chǎn)生的離心力由于微元體有圓周方向的切向分速c完全徑向平衡方程式：

它是流體在運(yùn)動(dòng)過程中徑向靜壓差與各項(xiàng)離心力、慣性力的徑向分量保持平衡的關(guān)系式。它表明流體壓力沿葉高的變化規(guī)律與切向分速度沿葉高的分布和流線的形狀(即流線的曲率與斜率)有關(guān)。在設(shè)計(jì)扭葉片時(shí)，通常采用簡(jiǎn)單徑向平衡法和完全徑向平衡法。三.簡(jiǎn)單徑向平衡法(一)簡(jiǎn)單徑向平衡方程

假定汽流在軸向間隙中作軸對(duì)稱的圓柱面流動(dòng)，即其徑向分速cr為零，或流線的傾角φl為零，曲率半徑Rl為無窮大，偏導(dǎo)數(shù)應(yīng)為。這樣完全徑向平衡方程式變?yōu)楹?jiǎn)單徑向平衡方程式：第八節(jié)扭葉片級(jí)完全徑向平衡方程式：它是流體在運(yùn)動(dòng)過程中徑向靜壓差與

它表明軸向間隙中汽流切向分速cu所產(chǎn)生的離心力完全被徑向靜壓差所平衡，亦即壓力p沿葉高的變化僅僅與汽流切向分速cu沿葉高的分布有關(guān)。而且不論切向分速沿葉高如何分布，軸向間隙中的壓力總是沿葉高增加的。***7(二)理想等環(huán)流流型理想等環(huán)流的特定條件是汽流無旋轉(zhuǎn)，其流型的特性：⑴等環(huán)流流型的汽流速度沿葉高的變化規(guī)律為：

⑵為了使軸向間隙中的汽流保持徑向平衡且c1z=常數(shù)，噴嘴出口汽流的切向分速c1u必須隨半徑的增加而減小。第八節(jié)扭葉片級(jí)它表明軸向間隙中汽流切向分速cu所產(chǎn)生的離心力完全被

⑶根據(jù)二元流理論，c1ur=常數(shù)的流動(dòng)是一種無渦的等位流流動(dòng)，因?yàn)閲娮斐隹诘沫h(huán)量沿葉高相等，各流層之間的環(huán)量差等于零，流動(dòng)是無渦。因此又把這種沒有渦流的流型稱之為“自由渦流型”（FreeVortex）。由于這種流型沒有旋渦產(chǎn)生，所以能量轉(zhuǎn)換時(shí)效率高。1.噴嘴出口汽流角α1的變化規(guī)律:

噴嘴出口汽流角是隨半徑r的增加而增大的，等環(huán)流級(jí)的噴嘴葉片就是按照這個(gè)規(guī)律成型的。2.動(dòng)葉進(jìn)口汽流角β1的變化規(guī)律:

β1角比α1角增加的快，動(dòng)葉片進(jìn)口邊比靜葉片出口邊扭曲得更強(qiáng)烈。3.動(dòng)葉出口汽流角β2的變化:動(dòng)葉出口汽流β2是隨半徑增大而減小的。第八節(jié)扭葉片級(jí)⑶根據(jù)二元流理論，c1ur=常數(shù)的流動(dòng)是一種無渦的4.動(dòng)葉出口絕對(duì)速度方向角α2的變化規(guī)律動(dòng)葉出口絕對(duì)速度方向角α2是隨半徑增大而增大的。5.反動(dòng)度Ω的變化規(guī)律