1.8扭葉片級解析

§1—8扭葉片級前面討論級的氣動(dòng)特性和幾何參數(shù)時(shí)，都是以一元流動(dòng)模型為理論依據(jù)，以級的平均直徑截面上的參數(shù)作為代表來進(jìn)行研究和計(jì)算的。按這種計(jì)算方法設(shè)計(jì)的葉片，稱為等截面直葉片，即葉片的幾何參數(shù)沿葉高不變。顯然，這種設(shè)計(jì)方法計(jì)算方便，葉片加工簡單。但是，對于汽輪機(jī)低壓部分的級來說，蒸汽比容變化快，容積流量大，級的平均直徑大，葉片長徑高比很小。汽動(dòng)參數(shù)沿葉高變化大。在這種情況下，如果仍然按等截面直葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)，則級的實(shí)際輪周效率比計(jì)算值要低得多。其原因就在于：（1）沿葉高圓周速度不同所引起的損失：從葉根到葉頂，其相應(yīng)的圓周速度相差很大。（如200MW汽輪機(jī)的末級葉片，平均直徑為2000mm,葉高為665mm,徑高比

=3，其葉頂?shù)膱A周速度為418.6m/s，而葉根的的圓周速度為209.7m/s，二者相差一半）。圖1.8.1所示。由于圓周速度沿葉高增加，使汽流進(jìn)入動(dòng)葉通道時(shí)的進(jìn)汽角沿葉片高逐漸增大，即。如果仍以平均直徑處速度三角形有關(guān)參數(shù)作為依據(jù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用等截面直葉片。那么，除了平均直徑附近處之外，其余直徑處的汽流在進(jìn)入動(dòng)葉通道時(shí)，都會(huì)有不同程度的撞擊現(xiàn)象發(fā)生。這樣都會(huì)造成損失。圖1.8.1（2）沿葉高相對節(jié)距不同所引起的損失：葉片是安裝在葉輪上的，呈環(huán)形，當(dāng)徑高比很小時(shí),節(jié)距沿葉高變化很大。而每一種葉柵都有一個(gè)最佳的相對節(jié)距，其對應(yīng)葉柵的效率最高。只要偏離這一最佳值，都會(huì)引起損失，造成效率下降。（3）軸向間隙中汽流徑向流動(dòng)所引起的損失：蒸汽從動(dòng)、靜葉柵通道中流出時(shí)，都有一定的圓周速度，因此，在動(dòng)、靜軸向間隙中必然產(chǎn)生離心力作用，而產(chǎn)生徑向流動(dòng)。徑向流動(dòng)就會(huì)造成損失。而且，葉片越長，徑向流動(dòng)造成的損失就越大。因此，對于長葉片級來說，就不能采用短葉片級進(jìn)行設(shè)計(jì)。就必須把長葉片級設(shè)計(jì)成型線沿葉高變化的變截面葉片，即扭葉片。扭葉片加工困難，制造成本高。長葉片級的設(shè)計(jì)普遍采用徑向平衡法。這種設(shè)計(jì)方法的核心問題就是確定動(dòng)、靜葉柵軸向間隙汽流的平衡條件。建立徑向平衡條件，建立徑向平衡方程式，然后求解徑向平衡方程式，由此得出汽流參數(shù)沿葉高的變化規(guī)律。徑向平衡法有簡單徑向平衡法和完全徑向平衡法。一，簡單徑向平衡法不考慮粘性對流體的影響；流動(dòng)是穩(wěn)定的，汽流參數(shù)不隨時(shí)間變化；認(rèn)為軸向間隙中的圓周流面是一個(gè)軸對稱的任意回轉(zhuǎn)面。簡單徑向平衡法是假設(shè)動(dòng)、靜葉柵軸向間隙中汽流作軸對稱的圓柱面流動(dòng)，其徑向分速為零，子午線曲線半徑無窮大。求得的簡單徑向平衡方程式為：噴嘴出口軸向間隙：(1-----186)動(dòng)葉出口軸向間隙：(1----186a)上二式中，p------蒸汽壓力；r-------級的半徑；v-----蒸汽比容。二，完全徑向平衡法完全徑向平衡法認(rèn)為，在動(dòng)、靜葉柵軸向間隙中，圓周方向的流面是一個(gè)軸對稱的任意回轉(zhuǎn)面。完全徑向平衡方程式為：(1---185)式中，

------蒸汽密度；-----汽流圓周分速、子午分速；------子午分速對Z軸的傾角；R-------流面上某點(diǎn)的曲率半徑。用簡單徑向平衡法設(shè)計(jì)所得到的流型有：理想等環(huán)量流型、等角流型、噴嘴出口等環(huán)量和動(dòng)葉出口連續(xù)流流型、等密流流型。用完全徑向平衡法導(dǎo)出的流型有：三元流流型、可控渦流型。補(bǔ)充：高效新葉型的開發(fā)與應(yīng)用1、SCHLIST葉型（平衡葉型），后加載葉型；2、分流葉柵（寬窄組合葉柵）；3、三元流場設(shè)計(jì)：彎扭葉片，可控渦流技術(shù)；4、高效、高可靠性末級長葉片技術(shù)。在100MW、125MW和200MW汽輪機(jī)改造中，就是利用這些新型高效葉片技術(shù)對通流部分進(jìn)行改造，再配合：（1）新型汽封（可調(diào)汽封，多齒