華科大汽輪機(jī)原理講義VIP

第一章汽輪機(jī)級(jí)的工作原理近代大功率汽輪機(jī)都是由若干個(gè)級(jí)構(gòu)成的多級(jí)汽輪機(jī)。由于級(jí)的工作過(guò)程在一定程度上反映了整個(gè)汽輪機(jī)的工作過(guò)程，所以對(duì)汽輪機(jī)工作原理的討論一般總是從汽輪機(jī)"級(jí)"開(kāi)始的，這特有助于理解和掌握全機(jī)的內(nèi)在規(guī)律性。"級(jí)"是汽輪機(jī)中最基本的工作單元。在結(jié)構(gòu)上它是由靜葉柵(噴嘴柵)和對(duì)應(yīng)的動(dòng)葉柵所組成。從能量觀點(diǎn)上看，它是將工質(zhì)(蒸汽)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C(jī)機(jī)械能的一個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。工質(zhì)的熱能在噴嘴柵中(也可以有部分在動(dòng)葉柵中)首先轉(zhuǎn)變?yōu)楣べ|(zhì)的動(dòng)能，然后在動(dòng)葉柵中再使這部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。工質(zhì)的熱能之所以能轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C(jī)的機(jī)械能，是由工質(zhì)在汽輪機(jī)噴嘴柵和動(dòng)葉柵中的熱力過(guò)程所形成，因此，研究級(jí)的熱力過(guò)程，也就是研究工質(zhì)在噴嘴柵和動(dòng)葉柵中的流動(dòng)特點(diǎn)和做功原理，以及產(chǎn)生某些損失的原因，并從數(shù)量上引出它們相互之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，這是本章的主要內(nèi)容。第一節(jié)蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)一、基本假設(shè)和基本方程式(一)基本假設(shè)為了討論問(wèn)題的方便，除把蒸汽當(dāng)作理想氣體處理外，還假設(shè)：(1)蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)是穩(wěn)定流動(dòng)，即蒸汽的所有參數(shù)在流動(dòng)過(guò)程中與時(shí)間尤關(guān)。實(shí)際上，絕對(duì)的穩(wěn)定流動(dòng)是沒(méi)有的，蒸汽流過(guò)一個(gè)級(jí)時(shí)，由于有動(dòng)葉在噴嘴柵后轉(zhuǎn)過(guò)，蒸汽參數(shù)總有一些波動(dòng)。當(dāng)汽輪機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)，由于蒸汽參數(shù)波動(dòng)不大，可以相對(duì)地認(rèn)為是穩(wěn)定流動(dòng)。(2)蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)是一元流動(dòng)，即級(jí)內(nèi)蒸汽的任一參數(shù)只是沿一個(gè)坐標(biāo)(流程)方向變化，而在垂直截面上沒(méi)有任何變化。顯然，這和實(shí)際情況也是不相符的，但當(dāng)級(jí)內(nèi)通道彎曲變化不激烈，即曲率牛徑較大時(shí)，可以認(rèn)為是一元流動(dòng)。(3)蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)是絕熱流動(dòng)，即蒸汽流動(dòng)的過(guò)程中與外界無(wú)熱交換。由于蒸汽流經(jīng)一個(gè)級(jí)的時(shí)間很短暫，可近似認(rèn)為正確。考慮到即使用更復(fù)雜的理論來(lái)研究蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)，其結(jié)論與汽輪機(jī)真實(shí)的工作情況也不完全相符，而且推算也甚為麻煩，因此，上述的假設(shè)在用一些實(shí)驗(yàn)系數(shù)加以修正后，在工程實(shí)踐中也證明是可行的。(二)基本方程式在汽乾機(jī)的熱力計(jì)算中，往往需要應(yīng)用可壓縮流體一元流動(dòng)方程式，這些基本方程式有：狀態(tài)及過(guò)程方程式，連續(xù)性方程式和能量守恒方程式。1．狀態(tài)及過(guò)程方程式理想氣體的狀態(tài)方程式為pv=RT(1-1)式中p－絕對(duì)壓力，Pa；v－氣體比容，m3／kg；T－熱力學(xué)溫度，K；R－氣體常數(shù)，對(duì)于蒸汽，R=461.5J／(kg·K)。當(dāng)蒸汽進(jìn)行等熵膨脹時(shí)，膨脹過(guò)程可用下列方程式表示pvk=常數(shù)(1-2)其微分形式為(1-2a)式中：k為絕熱指數(shù)。對(duì)于過(guò)熱蒸汽，k=1.3；對(duì)于濕蒸汽，k=1.035+0.1x，其中x是膨脹過(guò)程初態(tài)的蒸汽干度。2．連續(xù)性方程式在穩(wěn)定流動(dòng)的情況下，每單位時(shí)間流過(guò)流管任一截面的蒸汽流量不變，用公式表示為Gv=cA(1-3)式中G---蒸汽流量，kg／s；A--流管內(nèi)任一截面積，m3c---垂直于截面的蒸汽速度，m/sv---在截面上的蒸汽比容，m3/kg對(duì)(1-3)取對(duì)數(shù)值并微分，可得連續(xù)性方程式的另一形式(1-4)3．能量守恒方程式根據(jù)能量守恒定律可知，加到汽流中的熱量與氣體壓縮功的總和必等于機(jī)械功、摩擦功、內(nèi)能、位能及動(dòng)能增值的總和。而在汽輪機(jī)中，氣體位能的變化以及與外界的熱交換?？陕匀ゲ挥?jì)，同時(shí)蒸汽通過(guò)葉柵槽道時(shí)若只有能量形式的轉(zhuǎn)換，對(duì)外界也不做功，則能量守恒方程可表達(dá)為(1-2)(1-5)式中h0、h1---蒸汽進(jìn)入和流出葉柵的焓值，J/kg；c0、c1---蒸汽進(jìn)入和流出葉柵的速度，m/s；其微分形式為cdc+vdp=0(1-6)對(duì)于在理想條件下的流動(dòng)，沒(méi)有流動(dòng)損失，與外界沒(méi)有熱交換，也就是說(shuō)在比等熵條件下，在葉柵出口處的流動(dòng)速度為理想速度c1t，則(1-7)二、蒸汽在噴嘴中的膨脹過(guò)程(一)蒸汽的滯止參數(shù)理想氣體在等比熵過(guò)程中的比焓差可表示為(1-8)根據(jù)式(1-7)可得(1-9)當(dāng)用下角0與1分別表示噴嘴進(jìn)出口處的狀態(tài)時(shí)，則式(1-9)表明，蒸汽在噴嘴出口處的動(dòng)能是由噴嘴進(jìn)口和出口的蒸汽參數(shù)決定的，并和噴嘴進(jìn)口蒸汽的動(dòng)能有關(guān)。當(dāng)噴嘴進(jìn)口蒸汽動(dòng)能c02／2很小，并可忽略不計(jì)時(shí)，噴嘴出口的蒸汽流速僅是熱力學(xué)參數(shù)的函數(shù)。若噴嘴進(jìn)口蒸汽的動(dòng)能不能忽略不計(jì)，那么我們可以假定這一動(dòng)能是由于蒸汽從某一假想狀態(tài)0*(其參數(shù)為p0*，、v0*、h0*等)等比熵膨脹到噴嘴進(jìn)口狀態(tài)0(其參數(shù)為p0、v0、h0等)時(shí)所產(chǎn)生的，在這一假想狀態(tài)下，蒸汽的初速為零。換言之，參數(shù)p0*、v0*是以初速c0從p0v0等比熵滯止到速度為零時(shí)的狀態(tài)，我們稱(chēng)p0*、v0*、h0*等為滯止參數(shù)。若用滯止參數(shù)表示則式(1-9)可寫(xiě)成(1-9a)滯止參數(shù)在h-s，圖上的表示如圖1-1所示。圖1-1蒸汽在噴嘴中的熱力過(guò)程(二)噴嘴出口汽流速度根據(jù)式(1-7)，對(duì)于穩(wěn)定的絕熱流動(dòng)過(guò)程(等比熵過(guò)程)，噴嘴出口蒸汽的理想速度為(1-10)(1-10a)式中h1t----在理想條件下，噴嘴出口的比焓，J／kg；Δhn----在理想條件下，噴嘴中的理想比焓降，Δhn=h0-h1t，J／kg；Δhn*----噴嘴中的滯止理想比焓降，Δhn*=Δhc0-Δhn，J／kg。若用壓力比的形式表示，由式(1-9a)可得(1-11)式中：εn=p1/p0*。為噴嘴壓力比，是噴嘴出口壓力p1與噴嘴進(jìn)口滯止壓力p0*之比。(三)噴嘴速度系數(shù)及動(dòng)能損失由于蒸汽在實(shí)際流動(dòng)過(guò)程中總是有損失的，所以噴嘴出口蒸汽的實(shí)際速度c1總是要小于理想速度clt，速度系數(shù)正是反映噴嘴內(nèi)由于各種損失而使汽流速度減小的一個(gè)修正值。(1-12)式中>φ為噴嘴速度系數(shù)，是一個(gè)小于1的數(shù)，其值主要與噴嘴高度、葉型、噴嘴槽道形狀、汽體的性質(zhì)、流動(dòng)狀況及噴嘴表面粗糙度等因素有關(guān)。由于影響因素復(fù)雜，現(xiàn)在還很難用理論計(jì)算求解，往往是由實(shí)驗(yàn)來(lái)決定。圖1-2表示出漸縮噴嘴速度系數(shù)φ噴嘴高度ln的變化關(guān)系。圖1-2漸縮噴嘴速度系數(shù)φ隨葉片高度ln的變化曲線蒸汽在噴嘴中的膨脹過(guò)程如圖1-1所示。在其出口，噴嘴的實(shí)際汽流速度c1比理想速度c1t要小，所損失的動(dòng)能又重新轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，在等壓下被蒸汽吸收，比熵增加，使噴嘴出口汽流的比焓值升高。因此，蒸汽在噴嘴?nèi)的實(shí)際膨脹過(guò)程不再按等比熵線進(jìn)行，而是一條熵增曲線。根據(jù)式(1-10)，噴嘴出口蒸汽的實(shí)際速度可寫(xiě)成(1-12a)噴嘴中的動(dòng)能損失Δhn*與速度系數(shù)φ之間的關(guān)系可用下式表示：(1-13)蒸汽在噴嘴中的動(dòng)能損失Δhn與蒸汽在噴嘴中的滯止理想比焓降Δhn*之比稱(chēng)為噴嘴的能量損失系數(shù)，用φn表示。它與速度系數(shù)φ之間的關(guān)系可表示為(1-14)(四)噴嘴中的臨界條件和噴嘴臨界壓力比在噴嘴中，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(chēng)這時(shí)蒸汽達(dá)到臨界狀態(tài)，此時(shí)馬赫數(shù)Ma=c1t／a=1，這一條件稱(chēng)為臨界條件。臨界條件下的所有參數(shù)均稱(chēng)為臨界參數(shù)，在右下角以"c"表示，如臨界速度c1c、臨界壓力p1c等。臨界速度為(1-15)式中：k是蒸汽的絕熱指數(shù)。由式(1-15)可知，當(dāng)蒸汽狀態(tài)確定后，臨界速度c1c只決定于噴嘴的進(jìn)口蒸汽參數(shù)。壓力比εn和馬氏數(shù)Ma的關(guān)系為(1-16)當(dāng)馬赫數(shù)Ma=1時(shí)，可得臨界壓力比：(1-17)與上述k值相對(duì)應(yīng)，對(duì)過(guò)熱蒸汽而言，臨界壓力比εnc=0.546，對(duì)于干飽和蒸汽εnc=0.577。(五)通過(guò)噴嘴的蒸汽流量在理想情況下，當(dāng)噴嘴前后的壓力比εn大于臨界壓力比εnc時(shí)，根據(jù)連續(xù)性方程式Gntvlt=Anclt，可得(1-18)流經(jīng)噴嘴的實(shí)際流量Gn和理想流量Gnt之比值稱(chēng)為流量系數(shù)，用μ表示，即(1-19)因此，通過(guò)噴嘴的實(shí)際流量可由下式求得(1-20)式中：An對(duì)于漸縮噴嘴為出口截面，對(duì)于縮放噴嘴則為喉部面積，εn改用臨界壓力比εnc。流量系數(shù)μn主要與蒸汽狀態(tài)及蒸汽在噴嘴內(nèi)膨脹的程度有關(guān)，可根據(jù)試驗(yàn)曲線查得，如圖1-3所示。當(dāng)噴嘴前后壓力比εn等于或小于臨界壓力比時(shí)，則理想臨界流量，根據(jù)式(1-18)為(1-21)圖1-3噴嘴和動(dòng)葉的流量系數(shù)對(duì)通過(guò)過(guò)熱蒸汽的噴嘴，k=1.3，此時(shí)α=0.6673；對(duì)通過(guò)飽和蒸汽的噴嘴，k=1.135，此時(shí)α=0.6356。實(shí)際臨界流量Gn=μnGnct,即對(duì)于過(guò)熱蒸汽，μn=0.97，(1-22)對(duì)于飽和蒸汽，μn=1.02，(1-22a)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。下面我們引出流量比的概念，當(dāng)噴嘴進(jìn)出口壓力比εn=p1／p0。處于某個(gè)數(shù)值時(shí)，其相應(yīng)的流量Gn與同一初狀態(tài)下的臨界流量Gnc之比值稱(chēng)為流量比，用β表示，也稱(chēng)為彭臺(tái)門(mén)系數(shù)，即(1-23)從式(1-23)可知，β的大小與噴嘴的進(jìn)口狀態(tài)(p0*、v0*)、壓力比εn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，β達(dá)最大值(β=1)，并不再隨出口壓力p1的變化而變化。對(duì)于過(guò)熱蒸汽，在不同壓力比εn下的值，可由表1-l查得，也可由圖1-4查得。(六)蒸汽在噴嘴斜切部分的膨脹在汽輪機(jī)的一個(gè)級(jí)中，為保證汽流進(jìn)入動(dòng)葉時(shí)有良好的方向，在噴嘴出口處總具有一個(gè)斜切部分，如圖1-5所示。圖1-4漸縮噴嘴的β曲線(k=1.3)圖1-5帶有斜切部分的漸縮噴嘴圖中AB是漸縮噴嘴的出口截面，即喉部截面。ABC是斜切部分，噴嘴中心線與動(dòng)葉運(yùn)動(dòng)方向成α1角。當(dāng)噴嘴進(jìn)汽壓力為p0，且作不超臨界膨脹時(shí)，汽流將在出口截面AB上達(dá)到噴嘴出口處壓力p1，這時(shí)在斜切部分汽流不發(fā)生膨脹；但是在超臨界的情況下，即εnεnc時(shí)，AB截面上的壓力只能達(dá)到臨界值，p1=p1c。當(dāng)噴嘴出口壓力pl小于臨界壓力p1c時(shí)，汽流在斜切部份將發(fā)生膨脹。汽流在噴嘴斜切部份發(fā)生膨脹時(shí)，除了使汽流速度增加而大于音速外，汽流的方向也將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不再以α1角流出，而是以(α1+δ1)的角度從噴嘴射出。δ1為汽流的偏轉(zhuǎn)角，根據(jù)連續(xù)性方程式，可由下式計(jì)算：(1-24)式中：c1t、v1t、及c1、v1分別為噴嘴喉部(臨界條件處)及出口處的蒸汽速度和比容。需要說(shuō)明的是，雖然采用斜切噴嘴可以獲得超音速汽流，但只有噴嘴出口處壓力p1大于膨脹極限壓力p1d，即p1p1d時(shí)，采用斜切噴嘴得到超音速汽流才是合理有效的。否則，若p1p1d，則將引起汽流在噴嘴出口處突然膨脹，產(chǎn)生附加損失。斜切噴嘴的這一膨脹特性使得它可以在一定范圍內(nèi)取代縮放噴嘴，放噴嘴所帶來(lái)的工況變動(dòng)時(shí)效率低，制造工藝復(fù)雜的缺陷。三、蒸汽在動(dòng)葉中的流動(dòng)(一)反動(dòng)度蒸汽在靜止的噴嘴中從壓力p0(當(dāng)噴嘴進(jìn)口蒸汽速度不為0時(shí)，則應(yīng)為p0*)膨脹到出口壓力p1,速度c1流向旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉柵。當(dāng)蒸汽通過(guò)動(dòng)葉時(shí)，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(dòng)葉后的壓力p2在有損失的情況下，對(duì)整個(gè)級(jí)來(lái)說(shuō)，其理想比焓降Δht*該是噴嘴中的理想比焓降Δhn*和動(dòng)葉中的理想比焓降Δhb*之和，如圖1-6所示。嚴(yán)格來(lái)講，在h-s圖中，比焓降Δhb并不等于Δhb'，因?yàn)橛捎趪娮熘械膿p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。如果噴嘴中的損失不大，可認(rèn)為Δhb=Δhb'，此時(shí)，級(jí)的理想比焓降可近似地由壓力p0*和p2之間的等熵線來(lái)截取，即Δht*=Δhn*+Δhb(1-25)圖1-6確定級(jí)的反動(dòng)度所用熱力過(guò)程示意圖為了表明在一級(jí)中，蒸汽在動(dòng)葉內(nèi)膨脹程度的大小，我們引入反動(dòng)度的概念。級(jí)的平均直徑處的反動(dòng)度Ωm是動(dòng)葉內(nèi)理想比焓降Δhb和級(jí)的理想比焓降Δht*之比，即(1-26)如果蒸汽的膨脹全部發(fā)生在噴嘴中，在動(dòng)葉柵中不再膨脹，即Δhn*=Δht*，Δhb=0，Ωm=0，這種級(jí)稱(chēng)為純沖動(dòng)級(jí)。如果蒸汽的膨脹不僅發(fā)生在噴嘴中，而且在動(dòng)葉中也有同等程度的膨脹，即Δhn*=Δhb=0.5Δht*，因此Ωm=0.5，這種級(jí)稱(chēng)為典型反動(dòng)級(jí)。目前習(xí)慣上將具有不大的反動(dòng)度值，即Ωm=0.05～0.3的級(jí)，仍稱(chēng)為沖動(dòng)級(jí)(或帶有反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí))；而當(dāng)反動(dòng)度較大，即Ωm=0.4～0.6時(shí)，才稱(chēng)為反動(dòng)級(jí)，更高的反動(dòng)度在汽輪機(jī)中一般不予采用。(二)蒸汽在動(dòng)葉中的熱力過(guò)程動(dòng)葉和噴嘴的斷面和通道形狀是十分相似的。若干個(gè)動(dòng)葉或噴嘴環(huán)形排列，構(gòu)成動(dòng)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(dòng)的，而動(dòng)葉柵是以一定的速度在旋轉(zhuǎn)。因此，噴嘴進(jìn)出口的蒸汽速度是以絕對(duì)速度分別表示為c0和c1而動(dòng)葉進(jìn)出口的蒸汽速度是以相對(duì)速度分別表示為w1和w2。在上一小節(jié)中對(duì)噴嘴的討論全部適用于動(dòng)葉。如圖1-7所示，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，等比熵膨脹至動(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(1-27)式中Δhb---動(dòng)葉柵理想比焓降，Δhb*=h1-h2t，J/kg；Δhb*---動(dòng)葉柵滯止理想比焓降，Δhb*=Δhb+w12/2，J/kg。動(dòng)葉柵出口實(shí)際相對(duì)速度(1-28)式中，ψ為動(dòng)葉速度系數(shù)，它與級(jí)的反動(dòng)度Ωm和動(dòng)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(dòng)葉的能量損失(1-29)蒸汽在動(dòng)葉中的能量損失與蒸汽在動(dòng)葉中的滯止理想比焓降之比稱(chēng)動(dòng)葉的能量損失系數(shù)，即(1-30)(三)動(dòng)葉的通流能力如果忽略噴嘴和動(dòng)葉間軸向間隙中上端和下端的漏汽，那么，通過(guò)動(dòng)葉的蒸汽流量Gbt應(yīng)該就是通過(guò)噴嘴的蒸汽流量Gnt，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要求動(dòng)葉柵和噴嘴柵的通流能力相等，即(1-31)和噴嘴一樣，通過(guò)動(dòng)葉的實(shí)際流量可用流量系數(shù)來(lái)修正，有(1-31a)式中：μb為動(dòng)葉流量系數(shù)，可由圖1-3查得，應(yīng)注意μb≠μu。四、蒸汽在級(jí)內(nèi)流動(dòng)的基本公式根據(jù)反動(dòng)度的定義，由式(1-26)得(1-31b)根據(jù)式(1-25)，并代人式(1-31b)，可得(1-32)圖1-7蒸汽在動(dòng)葉柵中的熱力過(guò)程進(jìn)一步則可寫(xiě)出(1-33)圖1-8動(dòng)葉速度系數(shù)ψ與Ωm和w2t的關(guān)系曲線(1-34)(1-35)(1-36)在很多情況下，用和這兩個(gè)參數(shù)來(lái)表達(dá)蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)更為方便。汽輪機(jī)級(jí)的熱力過(guò)程如圖1-9所示。圖1-9h-s圖中汽輪機(jī)級(jí)的熱力過(guò)程(a)帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)(b)純沖動(dòng)級(jí)第二節(jié)級(jí)的輪周效率和最佳速度比一、速度三角形和輪周功率1.動(dòng)葉進(jìn)口速度三角形蒸汽在噴嘴中膨脹后，以絕對(duì)速度c2離開(kāi)噴嘴。c1與葉輪旋轉(zhuǎn)平面的夾角用α1表示，為噴嘴出口汽流方向角。當(dāng)蒸汽進(jìn)入動(dòng)葉柵時(shí)，由于動(dòng)葉柵是以圓周速度u=πdmn/60(m/s)在移動(dòng)(式中dm是動(dòng)葉片高度一半處的直徑，稱(chēng)為級(jí)的平均直徑；n為汽輪機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù))，當(dāng)以旋轉(zhuǎn)葉輪為參照物時(shí)，進(jìn)入動(dòng)葉柵的蒸汽速度就不是c1，而是蒸汽與動(dòng)葉柵的相對(duì)速度w1，w2，與葉輪旋轉(zhuǎn)平面的夾角用β1表示，β1為動(dòng)葉進(jìn)口汽流方向角。此時(shí)，由式(1-12)和式(1-33)可得(1-37)在求出速度c1后，可以根據(jù)噴嘴出口汽流方向角α1及圓周速度u作出動(dòng)葉進(jìn)口速度三角形，如圖1-10(a)所示，進(jìn)而可求得動(dòng)葉進(jìn)口相對(duì)速度w1及其方向角β1，也可根據(jù)三角形的余弦定理、正弦定理用分析法求得w1和β1分別為(1-38)(1-39)2.功葉出口速度三角形汽流在動(dòng)葉通道內(nèi)改變方向后，在離開(kāi)動(dòng)葉時(shí)，其相對(duì)速度用w2表示，它的方向與葉輪旋轉(zhuǎn)平面的夾角用β2表示，為動(dòng)葉汽流出口角。w2的數(shù)值可以比w1大，也可以比它小。一般在沖動(dòng)級(jí)內(nèi)，當(dāng)汽流在動(dòng)葉柵中膨脹很少，或是沒(méi)有膨脹，由于汽流在流動(dòng)中總有損失存在，則可能w2w1；當(dāng)沖動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度較大，或是在反動(dòng)級(jí)中，由于蒸汽在動(dòng)葉通道內(nèi)繼續(xù)膨脹，因而使w2w1。由式(1-28)和式(1-35)，可得(1-40)圖1-10動(dòng)葉柵進(jìn)出口汽流速度三角形(a)動(dòng)靜葉柵汽道示意圖；(b)預(yù)點(diǎn)靠攏的速度三角形在求出相對(duì)速度w2后，可根據(jù)動(dòng)葉汽流出口角β2及圓周速度u作出動(dòng)葉出口速度三角形，如圖1-10(a)所示。β2的數(shù)值約為20°～30°。對(duì)于沖動(dòng)級(jí)，β2約比β1小3°～6°，進(jìn)而可求出動(dòng)葉出口絕對(duì)速度c2及其方向角α2，也可用分析法求得(1-41)(1-42)在實(shí)際應(yīng)用中，我們常將一級(jí)的速度三角形畫(huà)成如圖1-10(b)的形式，以便于計(jì)算。當(dāng)蒸汽以絕對(duì)速度c2離開(kāi)這一級(jí)時(shí)，蒸汽所帶走的動(dòng)能為c22/2。對(duì)這一級(jí)來(lái)說(shuō)，這部分動(dòng)能由于不能被利用，所以稱(chēng)為該級(jí)的余速損失，用Δhc2表示，即(1-43)在多級(jí)汽輪機(jī)中，一級(jí)的余速損失?？刹糠莼蛉勘幌乱患?jí)所利用。若以余速利用系數(shù)μ1表示該級(jí)的余速動(dòng)能被下一級(jí)所利用的部分，也就是下一級(jí)噴嘴進(jìn)口蒸汽所具有的動(dòng)能目，則(1-44)式中c'0-下一級(jí)噴嘴進(jìn)口的蒸汽速度，m/s。對(duì)于多級(jí)汽輪機(jī)，相鄰兩個(gè)級(jí)之間的關(guān)系比較復(fù)雜，余速利用的情況也就不是一個(gè)簡(jiǎn)單的全部利用或是全部不利用的問(wèn)題。一般可有下列情況：(1)相鄰兩個(gè)級(jí)的平均直徑接近相等，蒸汽通過(guò)兩級(jí)之間時(shí)在半徑方向上運(yùn)動(dòng)距離不大；(2)噴嘴進(jìn)口的方向與上一級(jí)蒸汽余速方向相符；(3)相鄰兩級(jí)都是全周進(jìn)汽；(4)相鄰兩個(gè)級(jí)的蒸汽流量沒(méi)有變化，即級(jí)間無(wú)回?zé)岢槠?。?dāng)上述情況都能滿(mǎn)足，可取μ1=1；當(dāng)?shù)谌?xiàng)不滿(mǎn)足時(shí)，μ1=0；當(dāng)?shù)谒捻?xiàng)不滿(mǎn)足時(shí)，μ1=0.5；第一、二項(xiàng)的條件難以判定，一般可取μ1=0.3～0.8。(二)輪周功率單位時(shí)間內(nèi)蒸汽推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)所做的機(jī)械功，稱(chēng)為輪周功率。根據(jù)力學(xué)的定義，功率應(yīng)為作用力與作用力方向上的速度的乘積，輪周功率則應(yīng)是輪周作用力與輪周速度的乘積，即Pu=Fuu(1-45)式中Pu--輪周功率，W；Fu--蒸汽對(duì)于動(dòng)葉柵在輪周方向的作用力，N；u-動(dòng)葉柵在輪周方向上的速度，m/s。根據(jù)力學(xué)原理，汽流作用于動(dòng)葉的輪周力Fu應(yīng)與動(dòng)葉作用于汽流的力F'u大小相等向相反，即Fu=-Fu由力學(xué)第二定律得Fu=ma(令輪周方向?yàn)檎?式中m--在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)動(dòng)葉柵的蒸汽質(zhì)量，kg/s；a--單位時(shí)間內(nèi)，蒸汽在輪周方向上速度的變化，m/s2。所以(1-46)又因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)動(dòng)葉柵的蒸汽量G=m/Δt，代人式(1-46)，得(1-46a)則輪周功率(1-47)每單位蒸汽量所產(chǎn)生的輪周功為(1-48)式中：c1u=c1cosα1，c2u=c2cosα2。根據(jù)速度三角形的余弦定理可得代人式(1-48)，即可導(dǎo)出輪周功的另一表達(dá)形式：(1-49)式(1-49)表明，單位蒸汽流量在一級(jí)內(nèi)所做的輪周功Wu為：由噴嘴帶進(jìn)動(dòng)葉的蒸汽動(dòng)能c12/2、蒸汽在動(dòng)葉柵中由于熱能的繼續(xù)轉(zhuǎn)換而增加的動(dòng)能(w22-w12)/2以及蒸汽離開(kāi)該級(jí)時(shí)所帶走的能量{-c22/2}這三部分能量的代數(shù)和。輪周功也可以根據(jù)一個(gè)級(jí)的能量平衡條件求得。一級(jí)中的理想可用能量包括被分配在該級(jí)中的蒸汽理想比焓降Δht，和噴嘴進(jìn)口處的蒸汽動(dòng)能c12/2，而輪周損失則包括噴嘴損失Δhnξ動(dòng)葉損失Δhbξ和余速損失Δhc2，因此每單位蒸汽流量所做的輪周功為(1-50)二、輪周效率及其與速度比的關(guān)系(一)輪周效率單位蒸汽量流過(guò)某級(jí)時(shí)所產(chǎn)生的輪周功Wu與蒸汽在該級(jí)中的理想可用能量E0之比，稱(chēng)為該級(jí)的輪周效率，用W來(lái)表示，即(1-51)在計(jì)算輪周效率時(shí)，若該級(jí)的余速損失中有部分能量可被下一級(jí)所利用，其值為μ1c22/2，并已計(jì)人在下一級(jí)的理想可用能量中，因此，應(yīng)在該級(jí)的理想可用能量中扣除這一部分，所以級(jí)內(nèi)的理想可用能為(1-52)將式(1-49)和式(1-52)代人式(1-51)，則輪周效率為(1-53)若輪周功以輸入能量與損失表示，則輪周效率又可表示為(1-54)式中ζn--噴嘴損失系數(shù)，即噴嘴損失所占級(jí)的理想可用能的份額；ζb--動(dòng)葉損失系數(shù)，即動(dòng)葉損失所占級(jí)的理想可用能的份額；ζc2--余速損失系數(shù)，即余速損失所占級(jí)的理想可用能的份額。輪周效率的物理意義從上式看得十分清楚，如果汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)的噴嘴損失Δhnξ、動(dòng)葉損失Δhbξ和余速損失Δhc2比較大，則該級(jí)的輪周效率就比較低，反之亦然。為了提高級(jí)的輪周效率，就必須從減小各項(xiàng)輪周損失人手。(二)輪周效率與速度比的關(guān)系為了對(duì)汽輪機(jī)的輪周效率有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，必須找出影響輪周效率的主要參數(shù)及其變化的規(guī)律。根據(jù)理論分析可知，對(duì)輪周效率影響最大的是無(wú)因次參數(shù)速度比x1=u/c1。對(duì)一個(gè)級(jí)，總是努力提高噴嘴和動(dòng)葉的速度系數(shù)，以使噴嘴和動(dòng)葉的損失最小，而一個(gè)級(jí)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，只是余速損失在變化，因此從本質(zhì)上講，x1反映的是余速損失的大小。下面就分析這個(gè)主要參數(shù)是如何影響輪周效率的。1.純沖動(dòng)級(jí)的輪周效率和速度比的關(guān)系對(duì)于純沖動(dòng)級(jí)，級(jí)內(nèi)反動(dòng)度Ωm為零，w2t=w1。若假設(shè)進(jìn)入噴嘴時(shí)汽流的動(dòng)能很小，可忽略不計(jì)，即c0=0；又假設(shè)其余速全部損失掉，未被下一級(jí)所利用，即μ1=0。根據(jù)式(1-53)可得根據(jù)動(dòng)葉進(jìn)口速度三角形，w1cosβ1=c1cosα-u，代人上式，得(1-55)上式即為純沖動(dòng)級(jí)輪周效率的一般公式。由上式可知，輪周效率的高低與噴嘴和動(dòng)葉的速度系數(shù)φ、ψ及速度比x1有關(guān)，提高噴嘴和動(dòng)葉的速度系數(shù)，便可提高輪周效率。特別是噴嘴，其速度系數(shù)的大小對(duì)輪周效率的影響更大。此外，速度比x1也是影響輪周效率的一個(gè)重要因素，若假設(shè)上式中噴嘴和動(dòng)葉的速度系數(shù)ψ和φ以及α1和β1均為常數(shù)，則純沖動(dòng)級(jí)的輪周效率ηu。和速度比c1之間的關(guān)系將具有如圖1-11所示的拋物線形狀。如圖1-11所示，當(dāng)c1變化時(shí)，若噴嘴中的比焓降與速度系數(shù)不變，則噴嘴損失為一不變的常數(shù)。對(duì)于動(dòng)葉損失，因?yàn)閤1變大時(shí)w1變小，在速度系數(shù)不變時(shí)，動(dòng)葉損失隨著x1的增大而變小。變化最大的是余速損失部分。由圖1-11可見(jiàn)，當(dāng)x1=0時(shí)，即u=0，蒸汽作用在動(dòng)葉上的力，雖為最大，但葉輪不轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)輸出功率，則輪周效率ηu為零。當(dāng)x1=1時(shí)，即u=c1，這表示動(dòng)葉進(jìn)口處汽流相對(duì)速度w1圓周方向的分速為零。由于純沖動(dòng)級(jí)的反動(dòng)度為零，所以此時(shí)動(dòng)葉出口處汽流相對(duì)速度為零。在這兩極端條件下，u均為零。為求得最佳效率，應(yīng)當(dāng)正確選定作用力與移動(dòng)速度兩者間的關(guān)系，也就是要在由0到1的范圍內(nèi)找出一個(gè)最佳的x1值，其對(duì)應(yīng)的ηu值為最大。輪周效率為最大值時(shí)的速度比，稱(chēng)為最佳速度比，用(x1)op表示，其值應(yīng)在dηu/dx1=0時(shí)出現(xiàn)，即dηu/dx1=2φ2(1-ψcosβ2/cosβ1)(cosα1-2x1)=0，所以，對(duì)于純沖動(dòng)級(jí)，由于2φ2(1-ψcosβ2/cosβ1)≠0，只有cosα1-2x1=0，則圖1-11純沖動(dòng)級(jí)輪周效率曲線(x1)op=cosα/2(1-56)上式告訴我們，要使純沖動(dòng)級(jí)的輪周效率有最大值，就必須保證速度比x1近似地等于1。從速度三角形可以清楚地看出式(1-56)的物理意義。對(duì)純沖動(dòng)級(jí)而言，β2=β1，w2=w1，在這樣的條件下，要使(x1)0P=cosα1/2，即u=c1cosα1/2=c1u/2，則c2的方向角α2必定等于90°，此時(shí)c2值為最小，如圖1-12所示。當(dāng)x1≠(x1)op時(shí)，c2的方向必將偏離90°，使c2增大，余速損失增大。在汽輪機(jī)級(jí)的計(jì)算中，由于級(jí)的反動(dòng)度尚未取定，或尚未求出，而級(jí)的滯止理想比焓降Δht*是已知的，所以假想速度也是已知的，則假想速度比(1-57)圖1-12不同速比下純沖動(dòng)級(jí)的速度三角形而(1-57)那么xa與x1之間的關(guān)系則為(1-58)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μ1=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。由于速度比的大小對(duì)效率的影響主要表現(xiàn)在對(duì)余速的影響上，因此，若余速全部被利用，則級(jí)的輪周效率將增大，且效率曲線將有平坦得多的頂部，這表明當(dāng)速度比在最佳值附近變化時(shí)，輪周效率的變化很小。圖1-13為一純沖動(dòng)級(jí)在余速利用系數(shù)分別為0和1時(shí)的輪周效率曲線。從圖中可以看出，由于在速度比較大時(shí)，即c1較小時(shí)，w1，及w2。也較小，葉片損失較小，則最佳效率的速度比將變大。實(shí)際上，由于當(dāng)速度比偏離cosα1時(shí)，余速變大，α2也偏離90°較大，這將使余速能被下級(jí)利用的部分變小，不能保證腳c1，因此當(dāng)余速只是部分可被下一級(jí)利用時(shí)，輪周效率曲線將介于上述兩極限情況(μ1=0和μ1=1)之間。圖1-13余速利用對(duì)輪周效率和最佳速度比的影響2.反動(dòng)級(jí)的輪周效率和速度比的關(guān)系對(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，多將噴嘴與動(dòng)葉的型線做成形狀冗全相網(wǎng)，即α1=β2，w2=c1，此時(shí)噴嘴與動(dòng)葉的速度系數(shù)大致相等，即甲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w2=c1，w1=c2，w2t=c1t，根據(jù)式(1-53)，并利用三角形的余弦定理，可得(1-59)上式即為反動(dòng)級(jí)的輪周效率與速度比的關(guān)系。根據(jù)不同的x1值，可求出對(duì)應(yīng)的ηu值。輪周效率和速度比之間的關(guān)系曲線，如圖1-14所示。圖1-14反動(dòng)級(jí)輪周效率與速比x1和xa的關(guān)系由式(1-59)可以看出，為了得到輪周效率的最大值，必須使x1(2cosα1-x1)之值為最大，即令(1-60)可得反動(dòng)級(jí)的最佳速度比和假想速度比，分別為(x1)op=cosα1(1-3)(1-62)式(1-61)的物理意義仍可由反動(dòng)級(jí)的速度三角形看出。對(duì)于反動(dòng)級(jí)而言，其進(jìn)口速度三角形和出口速度三角形是對(duì)稱(chēng)相等的，即α1=β2，w1=c2，c1=w2，如圖1-15所示。在上述情況下，要使(x1)op=cosα1，即u=c1cosα1=c1u，則c2的方向角α2必等于90°，此時(shí)c2值為最小。如果x1(x1op)op，或者x1(x1)op，這時(shí)c2將偏移到垂直位置的左方或右方，都將使c2值增大，余速損失增大。對(duì)于帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)，當(dāng)φ=ψ=1，以及α1=α2時(shí)，其最佳速度比為(1-63)圖1-15反動(dòng)級(jí)的葉柵汽道與速度三角形(a)葉柵汽道；(b)速度三角形對(duì)于純沖動(dòng)級(jí)，Ωm=0，上式即為式(1-56)；對(duì)于典型反動(dòng)級(jí)，Ωm=0.5，上式即為式(1-61)。這表明帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)，其最佳速度比介于純沖動(dòng)級(jí)和典型反動(dòng)級(jí)之間，并隨著反動(dòng)度的提高而增大。3.影響輪周效率的其他因素由式(1-55)和式(1-59)可知，除速度比x1外，尚有其他因素影響著輪周效率，它們主要是：(1)噴嘴出汽角α1α1值愈小，cosα1值愈大，將使輪周效率增大。這是因?yàn)棣?較小時(shí)，蒸汽進(jìn)入動(dòng)葉的輪周方向分速增大，所做的功增加；同時(shí)當(dāng)α1較小時(shí)，軸向分速減小，因而余速損失變小。但α1值不能過(guò)小，否則將因噴嘴流動(dòng)損失增大使輪周效率降低。特別在反動(dòng)級(jí)中，因?yàn)棣?=α1，若α1過(guò)小，將使β2值也減小，則動(dòng)葉出口邊緣過(guò)薄，易于損壞，故反動(dòng)級(jí)的α1多采用18°～20°，比沖動(dòng)級(jí)所取的數(shù)值(11°～14°)為大。另外，當(dāng)α1較小時(shí)，在一定的流量條件下，由連續(xù)性方程可知，將使葉高增大，有利于效率的提高。(2)動(dòng)葉出口角β2由式(1-55)可知，減小β2值可以使沖動(dòng)級(jí)的輪周效率增大。這是因?yàn)棣?減小后，蒸汽通過(guò)動(dòng)葉所發(fā)出的輪周功率增大，但考慮到當(dāng)葉片出口面積為定值時(shí)，過(guò)大地減小β2值，將使動(dòng)葉出口高度增加過(guò)大，而與動(dòng)葉進(jìn)口高度相差過(guò)多，以致汽流在葉根和葉頂處發(fā)生脫離現(xiàn)象，增大損失。同時(shí)，當(dāng)β2過(guò)小時(shí)，使汽流在動(dòng)葉內(nèi)出現(xiàn)過(guò)大的轉(zhuǎn)向，動(dòng)葉損失也將增大。對(duì)沖動(dòng)級(jí)，通常β2=β1-(3°～5°)。從上述可知，沖動(dòng)級(jí)有適當(dāng)?shù)姆磩?dòng)度是有利的，既可提高葉片的速度系數(shù)，又可使w2增大，β2變小，從而提高效率。(3)動(dòng)葉進(jìn)口角通常β1的選定應(yīng)爭(zhēng)取使汽流進(jìn)入動(dòng)葉時(shí)不發(fā)生碰撞，使葉片的速度系數(shù)較高。此外，良好的葉型和合理的葉柵幾何尺寸，都會(huì)增大噴嘴和動(dòng)葉的速度系數(shù)，有利于效率提高。三、速度級(jí)及其輪周功率、輪周效率(一)概念的引出及其特點(diǎn)根據(jù)前面對(duì)輪周效率的討論可知，只有當(dāng)級(jí)的速度比x1=u/c1具有一定的數(shù)值時(shí)，該級(jí)的輪周效率才能達(dá)到最大值，或者說(shuō)，在級(jí)的圓周速度u一定時(shí)，噴嘴出口汽流速度c1應(yīng)該具有一個(gè)相應(yīng)的數(shù)值，u與c1應(yīng)保持一定的關(guān)系。但是，平均直徑處圓周速度的大小受到動(dòng)葉和葉輪材料強(qiáng)度的限制。根據(jù)目前葉輪和動(dòng)葉材料的允許應(yīng)力，圓周速度一般不大于300m/s。對(duì)于沖動(dòng)級(jí)，最佳速度比為0.45～0.50，相應(yīng)的蒸汽速度為750～600m/s，這個(gè)速度相當(dāng)于級(jí)的理想比焓降為314～201kJ/kg，汽輪機(jī)的工作轉(zhuǎn)速是3000r/min，相應(yīng)的葉輪直徑約為1.9m。從上述可知，當(dāng)希望一個(gè)級(jí)能利用較大的比焓降，而且效率也較高時(shí)，使用單列級(jí)就會(huì)發(fā)生困難，或者會(huì)由于速度比遠(yuǎn)小于最佳值，而使余速損失增大，輪周效率明顯降低；或者會(huì)由于不得不采用過(guò)大的葉輪直徑，而使汽輪機(jī)制造困難。同時(shí)由于葉輪直徑太大，在一定的蒸汽容積流量條件下，會(huì)使葉片高度或部分進(jìn)汽度過(guò)小，增加損失，也會(huì)降低效率。如圖1-11所示，當(dāng)速度比偏離最佳值時(shí)，效率降低的主要原因是余速損失的增大。此時(shí)，如能再設(shè)法利用其余速，就可提高效率。速度級(jí)，或稱(chēng)復(fù)速級(jí)就因此而制成。其構(gòu)造特點(diǎn)是在一個(gè)級(jí)的葉輪上安裝有兩列動(dòng)葉柵，在兩列動(dòng)葉柵之間再加裝一列轉(zhuǎn)向?qū)~，以改變第一列動(dòng)葉出口的汽流方向與噴嘴出口汽流的方向一致，如圖1-16所示。因此，應(yīng)用速度級(jí)可在葉輪直徑較小的條件下，利用較大的蒸汽比焓降，而仍能保持有較高的效率。速度級(jí)一般是用于汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級(jí)，或制成單級(jí)汽輪機(jī)。圖1-16速度級(jí)的通流部分，葉片葉型和速度三角形(二)輪周功率、輪周效率和最佳速度比圖1-17為速度級(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。在下面的討論中，為便于分析，并簡(jiǎn)化公式，特作如下假設(shè)：(1)蒸汽只在噴嘴中膨脹，在各列動(dòng)葉和導(dǎo)葉中均無(wú)膨脹，即在各列動(dòng)葉和導(dǎo)葉中均無(wú)反動(dòng)度，Ωm=Ωgb=Ω'b=0；(2)汽流在噴嘴、導(dǎo)葉和各列動(dòng)葉內(nèi)均無(wú)能量損失，其速度系數(shù)均為1，即φ=ψ=φgb=ψ'1=1；圖1-17速度級(jí)的速度三角形圖1-18確定速度級(jí)最佳速度比的速度三角形(3)各列動(dòng)葉及導(dǎo)葉的進(jìn)出口角度相等，即α1=α2，α2=α'1，α'1=α'2。此時(shí)有w1=w2,c1=c2，w'1=w'2，其速度三角形變?yōu)閳D1-18所示。圖1-19為具有反動(dòng)度的速度級(jí)的熱力過(guò)程線。從圖1-18中可以看出：?jiǎn)挝徽羝髁客ㄟ^(guò)速度級(jí)時(shí)所產(chǎn)生的輪周功為第一列和第二列動(dòng)葉分別所產(chǎn)生的有效功率之和，即wu=wIu+wIIu(1-64)速度級(jí)的輪周效率則為(1-65)上式中，由于速度級(jí)的進(jìn)口速度c0很小，其余速多半因直徑和部分進(jìn)汽度的改變，也不能為下一級(jí)所利用，因此，級(jí)的理想可用能量即為該級(jí)的理想比焓降。輪周功和輪周效率也可由能量平衡的條件求得，有(1-66)式中等號(hào)右側(cè)各量依次為級(jí)的理想焓降、噴嘴損失、第一列動(dòng)葉損失、導(dǎo)葉損失、第二列動(dòng)葉損失及余速損失。輪周效率則為(1-67)式中：ζn、ζb、ζgb、ζ'b、ζc2。分別為速度級(jí)的各項(xiàng)損失系數(shù)。圖1-19具有反動(dòng)度速度級(jí)的熱力過(guò)程速度級(jí)的最佳速度比可由圖1-17分析得到，也可按dηu/dx1=0的條件求得，則(1-68)最佳的假想速度比則為(1-69)上列最佳速度比值是在速度級(jí)的反動(dòng)度為零的條件下求得的。在速度級(jí)的實(shí)際應(yīng)用中，為提高其效率，在它的動(dòng)葉和導(dǎo)葉中也取用一定的反動(dòng)度，但由于這種級(jí)經(jīng)常是部分進(jìn)汽的，因此反動(dòng)度不能太大。一般情況下，速度級(jí)的反動(dòng)度為5％～15％。采用適當(dāng)?shù)姆磩?dòng)度后，速度級(jí)的最佳速度比值也相應(yīng)增大。第三節(jié)葉柵尺寸的確定一、噴嘴柵尺寸的確定

(一)噴嘴型式的確定

在確定噴嘴尺寸時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)噴嘴的前后壓力比εn=p1/p0*的大小是否超臨界來(lái)確定噴嘴的型式。當(dāng)εn大于或等于εnc時(shí)，無(wú)一例外地采用漸縮噴嘴。當(dāng)εn小于εnc較多時(shí)，例如εn<0.2～0.4時(shí)，這時(shí)不得不采用縮放噴嘴；而當(dāng)εn=0.45～0.577時(shí)，仍可采用漸縮噴嘴，利用噴嘴斜切部分的膨脹，以獲得超音速汽流。但此時(shí)要求因斜切膨脹引起的汽流偏轉(zhuǎn)角度不可過(guò)大，一般要求不超過(guò)3°～5°，否則將會(huì)使效率降低較多。(二)噴嘴柵尺寸與流量關(guān)系方程式噴嘴柵尺寸與流量的關(guān)系是根據(jù)連續(xù)性方程Gv=Ac的條件決定。當(dāng)噴嘴柵前后的壓力比大于臨界壓力比，即汽流在噴嘴柵中作亞音速流動(dòng)時(shí)，可有Gnv1t=μnAnc1t(1-70)如圖1-20所示，噴嘴出口面積An=zntnlnsinα1，式中，zn為該級(jí)的噴嘴數(shù)；tn為相鄰噴嘴的節(jié)距；ln為噴嘴高度。這樣，式(1-70)可寫(xiě)成Gnv1t=μnc1tzntnlnsinα1(1-70a)令部分進(jìn)汽度e為工作噴嘴所占的圓周長(zhǎng)度與全圓周長(zhǎng)度之比，即e=zntn/πdn。式中dn為噴嘴半高處(節(jié)圓)的直徑。則連續(xù)性方程又可寫(xiě)成(1-70b)下面對(duì)式(1-70)中的各變量作簡(jiǎn)要說(shuō)明。通過(guò)該級(jí)噴嘴柵的流量G。和噴嘴半高處的直徑dn在汽輪機(jī)級(jí)的熱力計(jì)算中是已知的。噴嘴流量系數(shù)從可查圖1-3得到。對(duì)于過(guò)熱蒸汽μn=0.97，濕蒸汽μn=1.0～1.02。噴嘴出口汽流方向角α1可由葉柵特性曲線查得，通常在高壓級(jí)內(nèi)，α1取較小值，使級(jí)效率較高，同時(shí)，由于α1值較小，也可使噴嘴高度不致過(guò)小，ln可增大至20mm附近。一般情況下，對(duì)于沖動(dòng)級(jí)α1=11°～14°，反動(dòng)級(jí)α1=18°～20°。噴嘴出口理想比容v1t，可由該級(jí)熱力設(shè)計(jì)中所分配的理想比焓降及根據(jù)該級(jí)反動(dòng)度的大小，由h-s圖確定。噴嘴出口理想速度c1t可由式(1-10)或(1-33)計(jì)算得出。圖1-20噴嘴汽道示意圖關(guān)于部分進(jìn)汽度e的確定，對(duì)于汽輪機(jī)的級(jí)，一般都采用全周進(jìn)汽，即e=1。而對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)(即噴嘴調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的第一級(jí))和某些高壓級(jí)，由于容積流量Gv值很小，若全周進(jìn)汽，會(huì)使噴嘴高度小于極限值11～15mm，端部損失急驟增大，效率明顯降低，此時(shí)就不得不采用部分進(jìn)汽，在通流面積不變的條件下，而使噴嘴高度ln增大。這里需要說(shuō)明的是，采用部分進(jìn)汽也會(huì)增加損失，使效率降低，特別是當(dāng)e<0.15時(shí)，損失將急驟增大。因此，當(dāng)Gv較小時(shí)，應(yīng)合理地選擇e、ln，α1之值，以獲得較高的效率。通?？梢韵却_定ln，求e。若e太小，則可改變?chǔ)?或ln，以提高e?？傊?，應(yīng)在保證ln不小于11～15mm的條件下，盡可能使e接近1。當(dāng)噴嘴柵前后壓力比等于或小于臨界壓力比，即汽流在噴嘴柵中作音速或超音速流動(dòng)時(shí)，汽流在噴嘴槽道中會(huì)出現(xiàn)最小(喉部)截面，并且在這個(gè)截面上汽流參數(shù)達(dá)到臨界值。根據(jù)式(1-22)和式(1-22a)，通過(guò)噴嘴的實(shí)際臨界流量可統(tǒng)一近似表達(dá)為(1-71)則噴嘴喉部面積及噴嘴高度分別為(1-72)(1-73)對(duì)于漸縮噴嘴，當(dāng)利用斜切部分膨脹獲得超音速汽流時(shí)，噴嘴出口汽流的方向角為(1-74)式中vc--噴嘴最小截面處蒸汽的臨界比容，kg/m2；cc--噴嘴中蒸汽的臨界速度，，m/s；Δhc為p1～εncp0*之間的理想比焓降。此時(shí)，汽流將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為α1，噴嘴汽流實(shí)際出口角、出口面積都要大于喉部的汽流出口角和喉部面積。在作動(dòng)葉進(jìn)口速度三角形時(shí)，應(yīng)以(α1+δ1)代替α1。這樣，噴嘴出口的連續(xù)性方程可寫(xiě)成Gnv1t=μneπdnlnc1tsinα1(1-75)二、動(dòng)葉柵尺寸的確定(一)動(dòng)葉柵出口連續(xù)性方程當(dāng)汽流在動(dòng)葉柵中作亞音速流動(dòng)時(shí)，可有Gbv2t=μbAbw2t(1-76)式中Gb--通過(guò)動(dòng)葉柵的流量；v2t--理想狀態(tài)下動(dòng)葉后的蒸汽比容；μb--汽流通過(guò)動(dòng)葉柵的流量系數(shù)，可由圖1-3查得，一般在過(guò)熱蒸汽區(qū)μb=0.93～0.95，在濕蒸汽區(qū)可更大一些；而w2t可由式(1-35)確定，為此，在確定動(dòng)葉尺寸之前，應(yīng)作出動(dòng)葉進(jìn)口速度三角形，求得α1、w1。又因?yàn)锳b=eπdblbsinα2，式中e和噴嘴柵相同，則(1-77)當(dāng)動(dòng)葉利用斜切膨脹獲得超音速汽流時(shí)，與噴嘴柵相同，此時(shí)應(yīng)計(jì)算出動(dòng)葉喉部和出口處兩個(gè)截面積。出口處面積將大于喉部面積，這是由于通過(guò)動(dòng)葉斜切部分的汽流膨脹偏轉(zhuǎn)造成的。此時(shí)，動(dòng)葉出口速度三角形中應(yīng)以(α2+δ2)來(lái)代替α2，δ2為動(dòng)葉汽流的偏轉(zhuǎn)角。圖1-21級(jí)的通流部分示意圖(二)蓋度在汽輪機(jī)級(jí)的設(shè)計(jì)中，動(dòng)葉進(jìn)口的高度總是大于噴嘴出口的高度，這兩者之間的高度差稱(chēng)為蓋度。在葉頂和葉根部分的差值分別稱(chēng)為葉頂蓋度和葉根蓋度。在一級(jí)中，之所以采用葉頂蓋度，是為了保證由噴嘴流出的汽流能夠全部進(jìn)入動(dòng)葉。另一方面，也是為了減小噴嘴和動(dòng)葉間頂部間隙的漏汽量。當(dāng)葉片頂部有一蓋度時(shí)，使汽流必須繞過(guò)一個(gè)距離后才能從圍帶間的間隙漏出。同時(shí)，由于蓋度的存在，使噴嘴出口后的汽流膨脹，壓力變低，使漏汽量減少，有利于提高級(jí)的效率。在葉根部分也有一定的蓋度，這主要是考慮到噴嘴出口汽流的擴(kuò)散，以及制造和安裝中的誤差，使得隔板中心和動(dòng)葉的旋轉(zhuǎn)中心不一定相等，有了一定蓋度后可使汽流都能進(jìn)入動(dòng)葉通道，如圖1-21所示。對(duì)于圓柱形圍帶lb=ln+(Δt+Δr)(1-78)對(duì)于圓錐形圍帶lb=ln+(Δt+Δr)+Bbtgγ(1-78a)式中：Δt、Δr分別為葉片頂部和根部蓋度，根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，取值范圍見(jiàn)表1-2；Bb為動(dòng)葉的寬度；γ為圍帶傾角，對(duì)于短葉柵，不應(yīng)大于10°～12°，對(duì)于長(zhǎng)葉柵，傾角γ可達(dá)25°～35°。表1-2葉高與蓋度之間的關(guān)系(mm)噴嘴高度ln5051～9091～150150葉頂蓋度Δt1.522～2.52.5～3.5葉根蓋度Δr0.511～1.51.5直徑之差(db-dn)1111～2從工藝上看，不希望動(dòng)葉柵的圍帶制成傾斜的圓錐形，特別是對(duì)于短葉柵。根據(jù)動(dòng)葉出口連續(xù)性方程可知，一方面，由于動(dòng)葉內(nèi)蒸汽比容增加很大，即使采用較大的反動(dòng)度，使lb減小，也很難做成動(dòng)葉進(jìn)出口高度相等；而另一方面，增大lb可使α1減小，有利于動(dòng)葉出口余速能量損失的減小，這時(shí)往往不得采用傾斜圍帶。因此，在動(dòng)葉出口連續(xù)性方程中，常可用式(1-78)、(1-78a)中的lb代人，求得α2。對(duì)于沖動(dòng)級(jí)應(yīng)滿(mǎn)足α2=α1-(3°～6°)。需要說(shuō)明的是，在一級(jí)的動(dòng)葉中，不論是由于蒸汽比容增加過(guò)大，或是為了提高輪周效率ηu而使α1減小，都將使lb增大，但應(yīng)保證動(dòng)葉進(jìn)出口高度相差不大，避免因γ角過(guò)大而產(chǎn)生附加損失。第五節(jié)級(jí)內(nèi)各項(xiàng)損失和級(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(chēng)之為汽輪機(jī)級(jí)的內(nèi)部損失。否則，則稱(chēng)為汽輪機(jī)的外部損失。汽輪機(jī)級(jí)的內(nèi)部損失一般有噴嘴損失Δhnξ、動(dòng)葉損失Δhbξ、余速損失Δhc2、葉高損失Δh1、撞擊損失Δhα1、扇形損失Δhθ、葉輪摩擦損失Δhf、部分進(jìn)汽損失Δhe、濕汽損失Δhx和漏汽損失Δhδ。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，以及減小損失的措施。其中，噴嘴損失、動(dòng)葉損失和余速損失已在前面幾節(jié)中有過(guò)討論，這里只再作簡(jiǎn)要說(shuō)明。(一)噴嘴損失Δhnξ、動(dòng)葉損失Δhbξ、余速損失Δhc2若噴嘴出口理想速度為c1t，噴嘴出口實(shí)際速度c1=φc1t，則噴嘴損失為根據(jù)葉柵理論，減小噴嘴損失的主要途徑是改進(jìn)噴嘴型線，廣泛采用漸縮型葉片、窄形葉柵等。一般可取φ=0.85～0.92，目前已達(dá)到相當(dāng)高的水平。當(dāng)動(dòng)葉出口理想速度為w2t，動(dòng)葉出口實(shí)際速度w2=ψw2t，則動(dòng)葉損失為根據(jù)葉柵理論，減小動(dòng)葉損失的途徑同樣是改進(jìn)動(dòng)葉型線，采用適當(dāng)?shù)姆磩?dòng)度。一般反動(dòng)度愈大，速度系數(shù)也愈高，通常計(jì)算時(shí)可取φ=0.85～0.92。動(dòng)葉出口汽流的絕對(duì)速度c2稱(chēng)為余速，其具有的動(dòng)能在本級(jí)內(nèi)沒(méi)有做功，所以是一種損失，即余速損失，可表示為Δhc2=c22/2這項(xiàng)損失的大小與c2有關(guān)，根據(jù)前面對(duì)輪周效率的分析可知，對(duì)于不同的級(jí)，只要我們選用最佳速度比(x1)op，就能使余速損失最小。在汽輪機(jī)的中間級(jí)中，余速c2在本級(jí)內(nèi)沒(méi)有做功，但有一部分能量被下一級(jí)所利用，即為下一級(jí)噴嘴進(jìn)口的初速。通過(guò)第一節(jié)的討論可知，一級(jí)的余速能量往往可被下一級(jí)部分利用，例如在相鄰兩個(gè)級(jí)的直徑變化不大，中間又無(wú)抽汽口時(shí)，可認(rèn)為前級(jí)余速的軸向分速能被后一級(jí)全部利用，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)努力創(chuàng)造條件，爭(zhēng)取充分利用余速能量。對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)、最末級(jí)、部分進(jìn)汽的級(jí)、后面有抽汽口的級(jí)以及兩級(jí)直徑變化較大的級(jí)，余速能量就認(rèn)為完全損失掉。為了利用最末級(jí)蒸汽的余速能量，往往將汽輪機(jī)的排汽管做成擴(kuò)壓式的，以便回收部分余速能量，增大汽輪機(jī)的可用比焓降，提高汽輪機(jī)的效率，并可使凝結(jié)水的溫度接近或稍大于排汽壓力下的蒸汽的飽和溫度。(二)葉高損失Δh1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(wú)限高的程度時(shí)，端部損失為零。此時(shí)就僅根據(jù)葉型型線和加工質(zhì)量選定速度系數(shù)。例如，對(duì)型線較好的銑制噴嘴一律取速度系數(shù)φ=0.97，動(dòng)葉的速度系數(shù)ψ則按圖1-8查得，以這樣的速度系數(shù)φ和(0來(lái)計(jì)算噴嘴損失和動(dòng)葉損失。實(shí)際情況是葉片并不無(wú)限高，端部損失并不為零。因此，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：(1-79)Δhu=Δht*一Δhnξ一Δhbξ-Δhc2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；ln--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。由圖1-2可以看出，當(dāng)葉高小于12～15mm時(shí)，端部旋渦的影響十分嚴(yán)重，損失急驟增大。因此，為了減小葉高損失，必須使設(shè)計(jì)的葉片高度大于15mm。(三)撞擊損失Δhβ1在前面的討論中，我們都是認(rèn)為動(dòng)葉進(jìn)汽角α1和動(dòng)葉最佳進(jìn)汽角(α1)op是相等的，但由于制造偏差，或是在汽輪機(jī)運(yùn)行中，由于負(fù)荷變化而使得c1變大或變小，則此時(shí)α1不再與(α1)op相等，而存在一個(gè)沖角θ，從而引起動(dòng)葉的附加損失，這就是撞擊損失。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，將引起理想比焓降的改變。如圖1-25所示，當(dāng)比焓降Δht減小時(shí)，c減小變?yōu)閏11，c11<c1，此時(shí)u不變，則α1增大變?yōu)棣?，兩者之差即為沖角，可知θ=α1-α11為負(fù)沖角。w11有兩個(gè)分速，即w11sinθ和w11cosθ，其中w11cosθ沿α1方向能夠順利進(jìn)入動(dòng)葉通道，而w11sinθ將打擊到葉片背部，形成能量損失。同時(shí)，由此產(chǎn)生的力將對(duì)葉片的運(yùn)動(dòng)具有阻滯作用。當(dāng)比焓降Δht增大時(shí)，c1增大為c11，c11>c1，考慮到噴嘴斜切部分可能發(fā)生膨脹，將使c11產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為δ，u仍保特不變，此時(shí)θ=α1-α11，為正沖角，w11的分量分別為w11sinθ和w11cosθ?？芍?，這時(shí)的w11sinθ是撞擊在葉片腹部，對(duì)動(dòng)葉有一個(gè)推動(dòng)做功的效果。圖1-25撞擊損失的形成(a)比焓降減小，(b)比焓降增大由上述可知，比焓降增大時(shí)的撞擊損失比比焓降減小時(shí)的撞擊損失小。事實(shí)上，根據(jù)葉柵空氣動(dòng)力特性的研究可知，當(dāng)汽流的進(jìn)口角α1小于葉片的最佳進(jìn)汽角(α1)op時(shí)，將增大葉柵通道中壓力及速度分布的不均勻度，因而改變附面層的厚度。在某些情況下會(huì)引起汽流的脫離而產(chǎn)生渦流區(qū)，進(jìn)而使葉型損失增大，這個(gè)影響要比亂增大、汽流打擊到動(dòng)葉背部產(chǎn)生的影響大。因此，當(dāng)比焓降Δht增加，使得c1變大引起的損失要比c1變小時(shí)產(chǎn)生的損失來(lái)得大。也就是說(shuō)，正沖角時(shí)損失增加較大。或者說(shuō)，當(dāng)級(jí)內(nèi)速度比減小時(shí)，撞擊損失顯著，而速度比增大時(shí)，撞擊損失不明顯。在計(jì)算時(shí)，可近似認(rèn)為在負(fù)荷增大或減小時(shí)，撞擊損失是相同的，即撞擊損失(1-80)減小或避免撞擊損失的辦法可以有：(1)合理地選擇葉型，使設(shè)計(jì)工況下汽流的進(jìn)汽角α1與最佳進(jìn)汽角(α1)op基本相符；(2)減小葉型對(duì)進(jìn)汽角α1的敏感性，也就是擴(kuò)大最佳進(jìn)汽角的范圍，使之不是一個(gè)數(shù)值，而是一個(gè)區(qū)域。通常的辦法是將進(jìn)汽邊修圓，背弧做成曲線形。(四)扇形損失Δhθ在討論扭葉片級(jí)時(shí)曾指出，當(dāng)徑高比θ<8～10時(shí)，葉片多設(shè)計(jì)成型線沿葉高變化的變截面葉片，否則將引起較大的損失，使效率降低。雖然當(dāng)徑高比θ》8～10時(shí)可采用等截面直葉片，但實(shí)際汽輪機(jī)中的葉柵為環(huán)形葉柵。如前所述，環(huán)形葉柵一般有兩個(gè)特點(diǎn)：一是結(jié)構(gòu)上的，即葉柵的相對(duì)柵距不是常數(shù)，而是從根部到頂部成比例增加，另一個(gè)特點(diǎn)是空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)方面的，即葉柵出口汽流的運(yùn)動(dòng)軌跡在端視圖上為圓形，而產(chǎn)生一個(gè)離心力場(chǎng)，形成計(jì)柵出口汽流沿半徑方向的壓力梯度，從根部到頂部靜壓力不斷增大。這樣：(1)由于第一個(gè)特點(diǎn)，則只有平均直徑處的節(jié)距是最佳值，而其他各處的節(jié)距必然偏離最佳值，使葉型損失增大；(2)由于第二個(gè)特點(diǎn)，首先只有在平均直徑處的葉型損失最小，其他截面上的葉型損失將會(huì)增大。其次，由于徑向壓力梯度的存在，葉型附面層內(nèi)的汽流有從外徑向內(nèi)徑流動(dòng)的趨向，從而使靠近內(nèi)徑處的附面層增厚，使附面層損失增大。由于這些因素，采用直列葉柵的設(shè)計(jì)方法，即使在徑高比較大時(shí)，總會(huì)或多或少地帶來(lái)一些損失，這種損失即為扇形損失。顯然，扇形損失的大小與徑高比θ有關(guān)，通常用半經(jīng)驗(yàn)公式表示，即扇形損失為(1-81)即(1-81a)式中ζθ--扇形損失系數(shù)；Δhθ--扇形損失，kJ/kg?？芍刃螕p失隨葉柵徑高比的減小而增大。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)徑高比θ>8～10時(shí)，所占的比重較小，可忽略不計(jì)；當(dāng)徑高比θ<8～10時(shí)，所占比重越來(lái)越大。但由于采用了扭葉片，葉型沿葉高是變化的，雖然此時(shí)葉柵的節(jié)距也在變化，扇形損失仍然存在，但已經(jīng)很小了，也可忽略不計(jì)。(五)葉輪摩擦損失Δhf葉輪摩擦損失是由于兩方面的原因形成的。如圖1-26所示，在汽輪機(jī)級(jí)的兩側(cè)是充滿(mǎn)了蒸汽的汽室，蒸汽是具有粘性的實(shí)際氣體。緊貼葉輪表面的蒸汽將隨葉輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其圓周速度與葉輪的圓周速度接近相等，而緊靠隔板或汽缸的蒸汽速度趨于零。這樣，在汽室內(nèi)，蒸汽分子的速度是不一樣的。在葉輪壁和隔板壁之間存在著速度梯度，蒸汽分子之間就產(chǎn)生了摩擦，消耗了一部分有用功率，這是形成摩擦損失的第一個(gè)原因。圖1-26葉輪摩擦損失示意圖此外，靠近葉輪表面的蒸汽具有較大的圓周速度，產(chǎn)生的離心力也比較大，迫使蒸汽除隨葉輪繞軸旋轉(zhuǎn)外，還作向外徑方向的徑向運(yùn)動(dòng)。而靠近隔板的蒸汽的圓周速度和離心力都比較小，將被迫向軸中心流動(dòng)，這樣就在葉輪兩側(cè)出現(xiàn)沿半徑方向的蒸汽渦流運(yùn)動(dòng)，必然又要消耗一部分功率，這是形成摩擦損失的又一個(gè)原因。葉輪摩擦損失可在理論分析的基礎(chǔ)上通過(guò)試驗(yàn)求得，類(lèi)似的計(jì)算公式比較多，但一般都是在某個(gè)特定條件下求得的，因而具有一定的局限性。在常見(jiàn)的各計(jì)算公式中，雖然計(jì)算結(jié)果不盡相同，甚至相差很大，但是由于葉輪摩擦損失所占的比例很小，即使計(jì)算數(shù)值有一定誤差，對(duì)全機(jī)效率的影響仍是不大的。常見(jiàn)的通用計(jì)算公式為(1-82)式中Pf--葉輪因摩擦而消耗的功率，kW；λ--是一個(gè)與蒸汽性質(zhì)、葉輪四周蒸汽的流動(dòng)情況有關(guān)的系數(shù)。過(guò)熱蒸汽，且=1.0～1.2；對(duì)于飽和蒸汽或濕蒸汽，且=1.3～1.5；A--考慮結(jié)構(gòu)影響的系數(shù)，與S/d(S為汽室的間隙距離)有關(guān)，其值一般為0.5～1.5，計(jì)算時(shí)可取A=1；d--葉輪直徑，m；u--圓周速度，m/s；v2--級(jí)后的蒸汽比容，m3/kg。一般情況下，可用下式計(jì)算：(1-82a)葉輪摩擦損失所消耗的機(jī)械功將變成熱量重新被加到蒸汽中去，使該級(jí)的排汽比焓增因此，若用能量形式來(lái)表示摩擦損失，則有式中Δhf--摩擦損失，kJ/kg；D--通過(guò)該級(jí)的蒸汽流量，kg/h葉輪的摩擦損失系數(shù)可表示為(1-83)式中：E0為級(jí)的理想可用能量，kJ/kg。對(duì)于反動(dòng)式級(jí)，由于沒(méi)有葉輪，動(dòng)葉是直接安裝在轉(zhuǎn)鼓上的，因此沒(méi)有這一項(xiàng)損失，即Pi=0。(六)部分進(jìn)汽損失Δhe部分進(jìn)汽損失是由于部分進(jìn)汽而產(chǎn)生的。因此，只有在部分進(jìn)汽度e<1的級(jí)中存在，而對(duì)于全周進(jìn)汽的級(jí)，e=1，也就不存在部分進(jìn)汽損失。部分進(jìn)汽損失由兩部分組成，一為鼓風(fēng)損失，另一為斥汽損失，下面分別予以敘述。1.鼓風(fēng)損失在部分進(jìn)汽的級(jí)中，由于在級(jí)的隔板的整個(gè)圓周上只有部分弧段安裝有噴嘴，這樣，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)工作葉片汽道在某一瞬間進(jìn)入汽流工作區(qū)域，而在另一時(shí)刻則離開(kāi)了汽流工作區(qū)域，進(jìn)入沒(méi)有工作汽流的弧段。對(duì)于沒(méi)有工作汽流通過(guò)的那部分工作葉片，在旋轉(zhuǎn)時(shí)將帶動(dòng)周?chē)恼羝黄疝D(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)葉片的進(jìn)出口角度不相等時(shí)，就會(huì)像鼓風(fēng)機(jī)一樣，將蒸汽從葉輪的一側(cè)鼓到另一側(cè)，這種鼓風(fēng)作用必定將消耗一部分有功功率，形成鼓風(fēng)損失。試驗(yàn)表明，鼓風(fēng)損失的大部分并不一定是"鼓風(fēng)"產(chǎn)生的，在非工作汽流區(qū)域內(nèi)葉柵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成的摩擦損失是這項(xiàng)損失的主要來(lái)源，習(xí)慣上仍稱(chēng)為"鼓風(fēng)損失"。顯然，部分進(jìn)汽度e越小，非工作汽流的區(qū)域越大，則鼓風(fēng)損失也越大，反之亦然。當(dāng)全周進(jìn)汽時(shí)，e=1，鼓風(fēng)損失為零。為減小這項(xiàng)損失，對(duì)于采用較多部分進(jìn)汽級(jí)的一些小機(jī)組，常使用一種"護(hù)套裝置"，如圖1-27所示。也就是在不安裝噴嘴的弧段內(nèi)將動(dòng)葉進(jìn)出口汽道用護(hù)套罩起來(lái)，此時(shí)，工作葉片僅對(duì)護(hù)套內(nèi)的少量蒸汽產(chǎn)生鼓風(fēng)作用，減少了鼓風(fēng)所消耗的功率。單級(jí)汽輪機(jī)常采用速度級(jí)，由于級(jí)的理想比焓降相對(duì)很大，而容積流量卻很小，為了增大葉片的高度，總是將這種級(jí)設(shè)計(jì)成部分進(jìn)汽，甚至部分進(jìn)汽度往往小于0.5，形成較大的鼓風(fēng)損失。多級(jí)汽輪機(jī)的壓力級(jí)在少數(shù)情況下也要設(shè)計(jì)成部分進(jìn)汽，這時(shí)也就需要計(jì)算鼓風(fēng)損失。對(duì)于反動(dòng)級(jí)，由于動(dòng)葉前后的壓差較大，為減小漏汽損失，不采用部分進(jìn)汽，因此也就沒(méi)有鼓風(fēng)損失。圖1-27部分進(jìn)汽時(shí)采用護(hù)罩的示意圖1—?jiǎng)尤~片；2—護(hù)罩，3—葉輪：4—汽缸鼓風(fēng)損失的計(jì)算沒(méi)有理論公式可依，根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)得到不少半經(jīng)驗(yàn)公式，一般可按下式計(jì)算：(1-84)式中Pw--鼓風(fēng)損失，kW；e--部分進(jìn)汽度；eh--為有護(hù)套的弧段長(zhǎng)度占整個(gè)圓周長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)；l--葉片高度，m；d--葉輪直徑，m；v2--級(jí)后蒸汽比容，m3/kg。當(dāng)葉片旁汽室容積較大時(shí)，采用較大的系數(shù)。比較上式和式(1-82)摩擦損失的計(jì)算公式，可以看出：鼓風(fēng)、摩擦損失的成因雖然不同，但這兩種損失所消耗的功率都與u、v2以及相關(guān)面積，即動(dòng)葉柵的環(huán)形面積dl或輪盤(pán)面積d2成正比，因此，摩擦損失和鼓風(fēng)損失可以合并在一起統(tǒng)稱(chēng)為摩擦鼓風(fēng)損失，并用下式表示：(1-85)式中Pi,w--摩擦鼓風(fēng)損失消耗的功率，kW；d--動(dòng)葉平均直徑，m；l1--第一列動(dòng)葉高度，m；l2--第二列動(dòng)葉高度，m。當(dāng)沒(méi)有護(hù)套，而葉輪上只有一列動(dòng)葉時(shí)，上式又可表達(dá)為(1-85a)由于經(jīng)驗(yàn)系數(shù)不同，由式(1-85)計(jì)算出的結(jié)果并不等于由式(1-82)和式(1-84)分別計(jì)算出的結(jié)果之和。(1-85b)式中Δhi,w--摩擦鼓風(fēng)損失，kJ/ks；D--通過(guò)該級(jí)的蒸汽流量，kg/h。上式表明，摩擦鼓風(fēng)損失Δhi,w與耗汽量D成反比。對(duì)于小功率汽輪機(jī)，由于耗汽量很小，則摩擦鼓風(fēng)損失相對(duì)較大；對(duì)于大功率汽輪機(jī)，摩擦鼓風(fēng)損失所占的比重就很小，特別是汽輪機(jī)低壓部分的級(jí)，由于蒸汽比容很大，摩擦鼓風(fēng)損失往往可以忽略不計(jì)。摩擦鼓風(fēng)損失系數(shù)可寫(xiě)成(1-86)2.斥汽損失在部分進(jìn)汽的級(jí)中，動(dòng)葉總是不斷地由非進(jìn)汽部分(沒(méi)有安裝噴嘴的非工作弧段)移入進(jìn)汽部分(由噴嘴組成的工作弧段)，然后移出進(jìn)汽部分再到非進(jìn)汽部分，如圖1-28所示。每一次進(jìn)出，在噴嘴弧段的進(jìn)口端，從噴嘴射出的蒸汽在進(jìn)入動(dòng)葉柵之前，首先必須將動(dòng)葉汽道中被夾帶著一道旋轉(zhuǎn)的呆滯汽體推出動(dòng)葉柵，并使之加速，這就消耗了工作汽流的一部分動(dòng)能，引起損失。另外，在噴嘴弧段的出口端，動(dòng)葉汽道從蒸汽流中退出，使流入汽道的蒸汽量逐漸減少。與此同時(shí)，在這個(gè)汽道中還有小部分蒸汽被帶人汽室內(nèi)而產(chǎn)生渦流，這種蒸汽流動(dòng)的不穩(wěn)定也引起部分能量損失。這兩部分能量損失之和稱(chēng)為斥汽損失，或弧端損失?？梢钥闯觯糠诌M(jìn)汽也是該項(xiàng)損失的根源。圖1-28部分進(jìn)汽時(shí)蒸汽流動(dòng)示意圖部分進(jìn)汽級(jí)的噴嘴組有時(shí)不是集中在一起形成連續(xù)弧段，而是分成兩段或更多段，每?jī)啥沃g都有一個(gè)不進(jìn)汽的部分，這樣就增加了產(chǎn)生斥汽損失的機(jī)會(huì)，成比例地增加了斥汽損失。顯然，噴嘴組分段越多，級(jí)效率也就越低。對(duì)于應(yīng)用噴嘴調(diào)節(jié)方式的汽輪機(jī)，為了在工況變動(dòng)時(shí)提高汽輪機(jī)的效率，往往采用了較多的調(diào)節(jié)閥，由于一只調(diào)節(jié)閥控制一組噴嘴，那么噴嘴組的分段數(shù)也就比較多，斥汽損失勢(shì)必較大，這時(shí)可利用噴嘴片作為噴嘴組之間的分隔，噴嘴片的進(jìn)口和調(diào)節(jié)閥后的汽室壁相連，不進(jìn)汽的部分將大大減小，斥汽損失也將相應(yīng)減小。斥汽損失可按下式計(jì)算：(1-87)(1-87a)式中Δhs--斥汽損失，kJ/kg；ζs--損失系數(shù)；Bb--動(dòng)葉寬度，m；lb--動(dòng)葉高度，m；Ab--噴嘴出口面積，m2；xa--級(jí)的理想速度比；m--噴嘴組進(jìn)出口弧端的對(duì)數(shù)，若該級(jí)為全周進(jìn)汽，則m=0，斥汽損失也為零。對(duì)于上式，我們可以這樣解釋?zhuān)撼馄麚p失Δhs，與噴嘴出口面積An成反比，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)級(jí)的蒸汽流量正比于噴嘴出口面積，而流量越大，發(fā)出的輪周功率也越大，那么，斥汽損失所消耗的功率也就相對(duì)變小。斥汽損失Δhs與動(dòng)葉寬度和高度的乘積Bblb成正比，這是因?yàn)锽blb代表了動(dòng)葉汽道中的呆滯汽體被新蒸汽推動(dòng)時(shí)所吸收的一部分動(dòng)能，葉柵高度決定了呆滯汽體的多少，而寬度則決定了呆滯汽體被推動(dòng)的距離，所以Bblb的乘積可以代表蒸汽多消耗了的能量。輪周效率越高，輪周損失就越小，斥汽損失所占的比重也就相應(yīng)增大。關(guān)于斥汽損失Δhs與理想速度比xa之間的關(guān)系，由于xa=u/ca，而An和ca的乘積代表了流量，它與斥汽損失成反比，這一點(diǎn)在前面已作了說(shuō)明。同時(shí)也表明了斥汽損失與圓周速度u的一次方成正比，而不是像摩擦鼓風(fēng)損失那樣與u的三次方成正比，這可以認(rèn)為是通過(guò)試驗(yàn)得到證明的。(七)濕汽損失Δhx多級(jí)汽輪機(jī)的最末幾級(jí)往往處于濕蒸汽區(qū)。在核電站中，當(dāng)采用中間液體介質(zhì)加熱蒸汽時(shí)，由于新蒸汽的過(guò)熱度一般都不大，因此在其汽輪機(jī)中有較多的級(jí)在濕蒸汽區(qū)工作。對(duì)于濕蒸汽級(jí)，它們的工作大體上說(shuō)可分成千蒸汽的工作和水分的工作兩部分。由于水分的存在，干蒸汽的工作將受到一定的影響，這種影響主要表現(xiàn)為一種能量損失，這就是濕汽損失。水分存在產(chǎn)生的另一后果是對(duì)動(dòng)葉片材料的沖蝕。1.濕汽損失的形成(1)過(guò)飽和損失。當(dāng)噴嘴進(jìn)口的蒸汽處于飽和狀態(tài)或過(guò)熱度很小時(shí)，理論上講，這時(shí)在噴嘴中應(yīng)該出現(xiàn)濕蒸汽的膨脹過(guò)程，即按照x=1.135的規(guī)律膨脹。但由于所謂過(guò)飽和現(xiàn)象(也稱(chēng)過(guò)冷現(xiàn)象)的存在，也就是飽和蒸汽開(kāi)始膨脹時(shí)，其中的水分還來(lái)不及凝結(jié)成水珠，此時(shí)蒸汽仍舊保持其過(guò)熱蒸汽性質(zhì)的一種現(xiàn)象，實(shí)際的膨脹過(guò)程是按照n很接近于1.3而遠(yuǎn)大于1.135的規(guī)律進(jìn)行的。由于有部分蒸汽沒(méi)有凝結(jié)而放出汽化潛熱，結(jié)果使蒸汽的理想比焓降減小，速度變低，形成過(guò)飽和損失。如圖1-29所示，噴嘴出口壓力扒的等壓線在濕蒸汽區(qū)域原來(lái)是按直線(AB方向)延伸下去，由于過(guò)飽和蒸汽仍具有過(guò)熱蒸汽的性質(zhì)而按n=1.3的規(guī)律膨脹，對(duì)于這樣的過(guò)熱蒸汽而言，相當(dāng)于等壓線由A點(diǎn)仍舊按AB'的方向延伸，形成BB'大小的損失。圖1-30所示為過(guò)飽和損失在p-v圖的表示。圖1-29h-s圖上的過(guò)飽和損失圖1-30p-v圖上的過(guò)飽和損失對(duì)于過(guò)飽和損失還不能準(zhǔn)確地定量計(jì)算，比較有把握的說(shuō)法是過(guò)飽和損失在濕蒸汽損失中所占比重不大。(2)摩擦阻力損失。低速水珠對(duì)高速汽流形成一種摩擦阻力，消耗了蒸汽的一部分動(dòng)能，這是濕汽損失的又一組成部分。濕蒸汽離開(kāi)噴嘴，在動(dòng)葉進(jìn)口處的水珠大致分為兩類(lèi)：一類(lèi)是通過(guò)凝結(jié)增長(zhǎng)過(guò)程而生成的直徑d<1mm的水珠。在濕蒸汽的流動(dòng)過(guò)程中，水分凝結(jié)成極小的水珠，其直徑約在0.01mm左右，這些水珠中較小的一部分很快又蒸發(fā)為汽體，然后再凝結(jié)在一些較大的水珠上，而形成更大的水珠，這就是水珠的增長(zhǎng)過(guò)程。通過(guò)這種增長(zhǎng)過(guò)程，蒸汽中所含穩(wěn)定狀態(tài)的水珠的直徑一般不到1mm。另一類(lèi)是直徑為5～500mm的大水珠。上面所提到的1mm的水珠的一小部分通過(guò)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)聚集在噴嘴壁面上形成水膜，在噴嘴出汽邊附近水膜被高速汽流撕破，而形成大的水滴。這些大水滴在噴嘴出口到動(dòng)葉進(jìn)口這段距離內(nèi)，在高速汽流摩擦力的作用下克服表面張力的約束而散裂成直徑為5～500mm的水珠。第一類(lèi)水珠由于直徑很小，而且是在流動(dòng)過(guò)程中形成的，其運(yùn)動(dòng)速度比較接近于蒸汽速度，可達(dá)到蒸汽速度的80％～90％，因此，這部分水珠的數(shù)量雖然大大超過(guò)第二類(lèi)水珠，但對(duì)高速汽流形成的摩擦阻力卻是不大的。第二類(lèi)水珠的直徑比較大，其速度比蒸汽速度低得多，它將對(duì)高速汽流形成較大的摩擦阻力。(3)制動(dòng)損失。由速度三角形可以估算出，當(dāng)水珠速度cw達(dá)到蒸汽速度c1的75％時(shí)，動(dòng)葉進(jìn)口水珠相對(duì)速度的方向角的偏差最大不會(huì)超過(guò)45°。所以在cw=(0.8～0.9)c1的情況下，第一類(lèi)水珠是可以比較順利地進(jìn)入動(dòng)葉柵，并產(chǎn)生一點(diǎn)有用功。第二類(lèi)水珠的情況就大不一樣，這類(lèi)水珠不僅直徑大，而且基本上是從靜止?fàn)顟B(tài)下被高速蒸汽帶動(dòng)，從噴嘴出口到動(dòng)葉進(jìn)口的距離又相對(duì)很短，水珠受到蒸汽加速作用的時(shí)間大約僅是1/1000s，因此，這類(lèi)水珠在動(dòng)葉進(jìn)口處的速度cw大大低于蒸汽速度c1。在這種情況下，如圖1-31所示，水珠將不能順利進(jìn)入動(dòng)葉汽道，而是撞擊在動(dòng)葉進(jìn)汽邊的背部，并對(duì)動(dòng)葉產(chǎn)生制動(dòng)作用，形成制動(dòng)損失。第二類(lèi)水珠中d50mm的那一部分速度就更低，若動(dòng)葉片的圓周速度又較大，例如扭葉片級(jí)中動(dòng)葉的頂部，這時(shí)水珠將集中撞擊在動(dòng)葉進(jìn)汽邊背部很窄的一小塊區(qū)域內(nèi)，不但對(duì)動(dòng)葉產(chǎn)生制動(dòng)作用，而且還將造成對(duì)動(dòng)葉進(jìn)汽邊材料的沖蝕。圖1-31水珠對(duì)動(dòng)靜葉沖擊的示意圖2.濕汽損失的計(jì)算由于對(duì)水珠形成、集聚的過(guò)程及產(chǎn)生濕汽損失的機(jī)理尚未完全掌握，同時(shí)濕蒸汽在級(jí)中被分離出的水分難以正確測(cè)定，因此，對(duì)濕汽損失還不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，目前只能應(yīng)用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：Δhx=(1-xm)Δh'i(1-88)式中Δhx--濕汽損失，kJ/kg；Δh'i--不考慮濕汽損失的級(jí)的有效焓降，kJ/kg；xm--級(jí)的平均干度，xm=(x0+x2)/2。從上式可知，濕汽損失的大小與蒸汽的濕度(1-xm)成正比。濕度越大，濕汽損失也越大。為減小濕汽損失就必須設(shè)法降低蒸汽的濕度。3.減小對(duì)動(dòng)葉沖蝕的措施水珠對(duì)動(dòng)葉進(jìn)汽邊的沖擊，除使級(jí)效率降低外，還會(huì)使動(dòng)葉的表面受到?jīng)_蝕而很快損壞。為此，必須采取措施以減小水珠對(duì)動(dòng)葉的沖蝕。通常有下列三類(lèi)方法：(1)減少濕蒸汽中的水分?？刹捎糜刹端?、捕水室和疏水通道組成的級(jí)內(nèi)捕水裝置，如圖1-32所示。它是利用水珠受離心力的作用被拋向通流部分外緣的特性而設(shè)計(jì)的。也可采用具有吸水縫的空心噴嘴，如圖1-33所示。這些吸水縫可以吸去噴嘴出汽邊上的凝結(jié)水，從而防止水珠從噴嘴出汽邊脫流出去，危害動(dòng)葉。(2)提高動(dòng)葉的抗沖蝕能力。可對(duì)末幾級(jí)動(dòng)葉采用耐沖蝕的材料，例如鎳鉻鋼、不銹錳鋼等，均有較好的抗沖蝕性能。也可在動(dòng)葉進(jìn)汽邊背面上部焊上硬度很高的合金片，形成保護(hù)蓋板，如圖1-34所示；也有采用電火花強(qiáng)化處理、表面氮化、貼硬質(zhì)塑料等方法。圖1-32級(jí)內(nèi)捕水裝置示意圖

捕水口槽道；2一捕水室；3一疏水通道圖1-33具有吸水縫的空心噴嘴圖1-34焊有貼邊的動(dòng)葉(3)減小水珠的沖蝕作用?？稍龃髧娮旌蛣?dòng)葉的軸向間隙，這就延長(zhǎng)了水珠被蒸汽加速的時(shí)間，水珠的速度提高，則更易被撞碎而霧化。試驗(yàn)證明，噴嘴采用很薄的出汽邊，也可使水珠易于霧化。圖1-35沖動(dòng)式汽輪機(jī)級(jí)漏汽示意圖(八)漏汽損失Δhs在前面討論蒸汽在汽輪機(jī)的級(jí)內(nèi)流動(dòng)時(shí)，我們認(rèn)為蒸汽都全部通過(guò)噴嘴和動(dòng)葉的通道，但實(shí)際情況并非如此，在級(jí)內(nèi)存在著漏汽。由于沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)的結(jié)構(gòu)不同，級(jí)內(nèi)漏汽的大小和影響也不同，因此對(duì)這兩種級(jí)的漏汽情況分別進(jìn)行討論。對(duì)于沖動(dòng)級(jí)，如圖1-35所示。一方面，由于隔板和輪軸之間存在間隙，而隔板前后又存在著壓差，因此，必然會(huì)有一部分蒸汽從隔板前通過(guò)間隙泄漏到隔板與葉輪之間的汽室內(nèi)，這些漏汽不通過(guò)噴嘴，沒(méi)有參與作功，成為一種能量損失。同時(shí)，這部分漏汽還可能通過(guò)噴嘴與動(dòng)葉圖1-34焊有貼邊的動(dòng)葉之間的軸向間隙流入動(dòng)葉，由于這些漏汽不是從噴嘴中以正確的方向進(jìn)入動(dòng)葉，不僅不能通過(guò)動(dòng)葉作功，而且會(huì)干擾主汽流，這就是隔板漏汽損失。另一方面，為了滿(mǎn)足動(dòng)葉熱膨脹和轉(zhuǎn)子與靜子之間相對(duì)膨脹的要求，動(dòng)葉頂部與靜子之間存在著軸向間隙和徑向間隙。對(duì)于帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)，動(dòng)葉前后又存在著壓差，這樣，從噴嘴流出的蒸汽就會(huì)有一些不進(jìn)入動(dòng)葉汽道，而是通過(guò)動(dòng)葉與隔板、動(dòng)葉與汽缸的軸向和徑向間隙泄漏至級(jí)后。這部分漏汽也沒(méi)有參與作功，形成動(dòng)葉頂部漏汽損失。由于漏汽量正比于間隙面積和間隙兩側(cè)的壓差，因此為減小漏汽損失，在汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)普遍采用曲徑軸封，以減小漏汽量。設(shè)計(jì)時(shí)，動(dòng)葉根部處盡量不采用負(fù)反動(dòng)度，以防止隔板漏汽被吸人動(dòng)葉，增大漏汽損失。這是因?yàn)楫?dāng)動(dòng)葉根部反動(dòng)度很小，甚至為負(fù)值時(shí)，隔板漏汽的一部分乃至全部，以及級(jí)后蒸汽也會(huì)通過(guò)平衡孔都經(jīng)過(guò)動(dòng)葉根部軸向間隙流人級(jí)中，根部處于吸汽狀態(tài)。雖然此時(shí)由于動(dòng)葉頂部反動(dòng)度有所減小，動(dòng)葉頂部漏汽量也將減小，但試驗(yàn)表明，動(dòng)葉根部吸汽比之根部漏汽所造成的損失更為嚴(yán)重。此外，在輪盤(pán)上開(kāi)設(shè)平衡孔，使隔板漏汽通過(guò)平衡孔流人級(jí)后，與從動(dòng)葉流出的主汽流匯合后進(jìn)人下一級(jí)，避免隔板漏汽從動(dòng)葉根部軸向間隙混入主汽流，這樣有利于減小隔板漏汽損失。在安全許可范圍內(nèi)縮小動(dòng)葉圍帶處的軸向間隙，也能有效地減小動(dòng)葉頂部漏汽損失。當(dāng)動(dòng)葉不長(zhǎng)，且動(dòng)葉頂部的反動(dòng)度不大時(shí)，或圖1-35沖動(dòng)式汽輪機(jī)級(jí)漏汽示意圖者動(dòng)葉比較長(zhǎng)，而動(dòng)葉頂部的漏汽間隙相對(duì)很小時(shí)，動(dòng)葉頂部漏汽損失可近似忽略不計(jì)，這時(shí)的漏汽損失只有隔板軸封漏汽損失。其漏汽量可參照噴嘴流量公式計(jì)算。隔板漏汽量ΔGp為(1-89)式中zp--軸封齒數(shù)；μp--軸封流量系數(shù)，一般取從=0.7～0.8；Ap--軸封間隙面積，m2；δp--軸封間隙，m；dp--軸封齒的平均直徑，m；Δhn*--噴嘴滯止理想比焓降，kJ/kg；v1t--噴嘴出口理想比容，m3/kg。1kg蒸汽產(chǎn)生的隔板漏汽損失Δhp為(1-90)或(1-90a)式中Δh'i--不包括漏汽損失時(shí)的級(jí)的有效比焓降，kJ/kg；G--通過(guò)該級(jí)的蒸汽流量，kg/s；An--噴嘴出口面積，m2。對(duì)于帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)，動(dòng)葉頂部漏汽損失Δht是不可避免的，并且是隨著頂部徑向間隙的增大而增大。計(jì)算動(dòng)葉頂部漏汽損失，應(yīng)先求出葉頂漏汽量ΔGt為(1-91)或(1-91a)式中μt--動(dòng)葉頂部間隙的流量系數(shù)，一般取μt/μn=0.6，μn為噴嘴流量系數(shù)；Ωt--動(dòng)葉頂部的反動(dòng)度；δt--動(dòng)葉頂部的漏汽間隙，m。動(dòng)葉頂部的漏汽損失則為(1-92)(1-93)該級(jí)總的漏汽損失為對(duì)于反動(dòng)級(jí)，由于動(dòng)葉前后的壓差比較大，同時(shí)內(nèi)徑軸封直徑比沖動(dòng)級(jí)隔板軸封的直徑要大，軸封齒數(shù)相對(duì)較少，因此，反動(dòng)級(jí)的漏汽損失比仲動(dòng)級(jí)大。反動(dòng)級(jí)葉頂漏汽損失