第一章汽轮机级的工作原理chapter 1 Working principle of steam turbine stage第一节概述Introduction一、 汽轮机的结构简介Introduction of the construction of steam turbine级：由一列静叶栅和一列动叶栅组成，完成蒸汽的热能转换成转子的机械能的最 基本单元汽轮机：单级：喷嘴动叶多级：静子，由汽缸、隔板、静叶、轴承等组成转子，由主轴、叶轮、叶片、联轴器、盘车等组成 辅机如图1-1和1-2所示二、 蒸汽的冲动作用原理和反动作用原理Impulse principle and reaction principle of steam（--）冲动作用原理冲动力：改变其速度的大小和方向则产生一冲动力或汽流改变流动方向对汽道产 生一离心力，此力为冲动力（图1-3）此力的大小取决于单位时间内通过动叶通道的蒸汽质量及其速度的变化二）反动作用原理反动力：因汽流膨胀产生一相反力（汽体压力变化），如火箭此力的大小取决于汽体压力的变化作用在动叶片上的里有：冲动力反动力如图1-4和1-5三、汽轮机级的类型和特点Types and characteristics of steam turbine stages（一）汽轮机级的反动度1、定义：蒸汽在动叶栅中膨胀时的理想焙降Ahb和整个级的理想滞止焙降之比。
Q增加，则Ahb增加，蒸汽对动叶的反动力也越大图1-6） 平均反动度：动叶平均直径截面上的理想焙降2、意义：衡量在动叶中膨胀的程度二）汽轮机级的类型轴流式有以下几种：1、冲动级和发动机和反动级（1） 冲动级纯冲动级：Q=0特点：蒸汽只在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变其流动方向结构：动叶叶型对称弯曲图1-7）做功能力大、效率低、不采用带反动度的冲动级：0=0.05-0.2特点：蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅 中进行，作功能力比反动级大，效率比纯冲动级高2） 反动级Q=0.5特点：蒸汽在喷嘴和动叶中的膨胀程度相同结构：喷嘴和动叶采用的叶型相同图1-8）2、压力级和速度级（1） 压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的 级2） 速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行•次以上 的级如双列速度级图1-9）3、调节级和非调节级（1） 调节级：通流面积能随负荷改变的级，如喷嘴调节的第一级2） 非调节级：通流面积能不随负荷改变的级，可以全周进汽，也可以部 分进汽第二节汽轮机级的工作过程Working process of steam turbine stages一、蒸汽流动的基本方程Basic equations of flowing steam实际工质：有粘性、非连续、非定常。
假设：稳定流动；一元流动；绝热流动状态方程（理想气体）：PV =RTPV K = constPV n = const过程方程：等爛过程和多变过程（二）连续方程:G = = constvdA dC dv „ ——+ = 0A C v（三） 动量方程：cdc = Tdp压力与速度相反方向变化（四） 能量方程：2 2 j 了 C]/Iq H q = h] Fw二、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程Expanding process of steam passes through the nozzles 初始点：0（Po，to） 0* （p*o，t*o）绝热、等炳膨胀：0——It实际过程（有损失）：0—1（一）喷嘴中汽流速度的计算w = 0,q = 0c\t =叔瓜-/z”) + c：o1、喷嘴出口的理想速度注意：焙和速度的单位C” —c” =R=consth = c T = ——RT = —— pv1 k -1 k -1 c2 _c2 ku 0 0 = ho -叽=-—(/9OV o — PP 1 )2 k -1k1-k—i( 、Pi2kP^o1-k-l( 、Pl若用初始状态参数计算（无H-S图的情况下用此表达式计算）2、喷嘴出口的实际速度 摩擦阻力使蒸汽出口焙值升高喷嘴速度系数0:喷嘴出口实际速度与喷嘴出口的理想速度之比。
喷嘴损失:喷嘴能量损失系数:=1 —犷e的大小由图i-i3查出，l降低，e则降低，喷嘴损失增加为减少喷嘴损失,L《12mm3、临界速度和临界压比（1） 临界状态：某一截面上汽流速度等于当地音速c = 5a = 4krt = y]kpvc 2 2j ] C 了 *H = h — h（）0 2 2k cl k c? k * *a 临界速度c：与当地音速相等的汽流速度由此可知临界速度5只与初参数p）, V*有关，而与过程是否有损失无关3）临界压比：e cr 丄 c2_（石）2 1 — k -1 2 k -1c=a= ccr爪丄cH 1 — k -1 2 k -1PP 0 = Pcy对于过热蒸汽K=1.3,则e cr =0.546(二)喷嘴截面积的变化规律cdc = rdp pv k = const k芷+壁"V p dv _ cdc v kpv由动量方程知：dA de dv 小0 ——+ = 0A c vdA _ 2 、、dc.• =阳_1)—A c令M=c/a为马赫数喷嘴截面积变化规律(图1-14)：(1) MV1时为亚音速流动，dA<0,溅缩(2) M>1时为超音速流动，dA>0,溅扩(3) M=1 时，dA=0,喉部(4) M<1——M>1,为缩放(拉法尔)(三) 喷嘴流量的计算或C]fk-\ ~( 、~k~*严丿1、喷嘴的理想流量而川]=/?ovok+iPl过热蒸汽:饱和蒸汽:•临界流量临界流量只与初参数有关，当e n降低时G增加•如图1-152、流过喷嘴的实际流量流量系数Un：实际流量与理想流量之比。
G = = A„在过热区：M n=0.97Gcr = (G)“在湿蒸汽区：P n=l-02,由于过冷使Vlt/Vi >13、彭台门系数通过喷嘴的任一流量与同一初始状态下的临界流量之比亚临界时0 <1超临界时0 =1（四）蒸汽在喷嘴斜切部分的流动1、蒸汽在喷嘴斜切部分膨胀的条件（1） Pl^PcrCabWCct Pab=P i汽流在斜切部分不膨胀（2） P,
方向c2 = J" 2 +w 2 - 2uw 2 COS 02 C2：大小.w o sin 0，a2 = arc sin—= 「 C2方向 F = ma:・F；Qt =3m(w2ll —w li()定条件下，同样 m以W2流出动叶则：令G= 8 m/ 8 t为单位时间流过的蒸汽质量F =—FU U=G 3 2 COS 02 +w 1 COS 01) =G (c1 cos ax + c2 cos a2)［Fz + 4（Pi - P2）】丹=昴⑭ 2 sin02 -w i sin0）F： =-K =G3］Sin0| —W2sin02）+ 4：（"i —宀） 同理，Fz也可求出Az为轴向投面积F "：+F；总作用力为：2、轮周功率心=Fuu=GuG cosax + c2 cosa2)= Gu(w { cos 0i +w 2 cos 角)定义：单位时间内轮周力在动叶片上所做的功w % 1 =况（C］ cos ax +c2 cosa2） =% ⑭ i cos 0\ +w 2 cos 角） 0w j = cj + % 2 -2cu{ cos a{ w 2 =（?2 +w 2 + 2c2u cos a2 N” = ?［（cj -c；）+ 你；—w J）］ w“i =*［（cj-c；）+R j-W j）］ 级的作功能力：lkg蒸汽所做的轮周功物理意义：(G/2) &1：蒸汽带入动叶片的动能；(G/2) C22：蒸汽带出动叶片的动能；(G/2) (W22-W2!)：蒸汽在动叶片中因理想熠降Ah”而造成的 实际动能的增加。
三)动叶栅出口汽流相对速度和绝对速度0^1 =h2 +*c； +w”i而％ =*［（cj—c；）+（诟—时）］•■- % +qcj = h2 +-cf +-（ci _cj + wj _wj%+咗=饥+吃2 2贝叽=』2（% —饥）+时） 詡20阿；+时动叶速度系数W:动叶出口实际相对速度与动叶出口理想相对速度Z比P=—W2t动叶损失:动叶能量损失系数:W的大小与叶型、叶高、反动度、表面光洁度等有关，通常取=0.85-0.95 余速损失：2中间级：余速可被下一级利用； 孤立级：余速不被下一级利用用u = 0 ~1来表示余速利用的程度 四、级的热力过程线Thermodynamic process of stages级的轮周有效焙降：lkg蒸汽所做的轮周功如图1-25c2△%” = “0 才+ △久 _ - 仓叽-Shc2△町=(1-QjA/z；c2hhn = A/l * - “0 才8hn = (1-0“；卜叽"a：hb = Q -(P、h；2△町=M +号纯冲动级：A/ir = \hn\hb = 0五、级的轮周效率Wheel efficiency of a stage定义：蒸汽在级内所作的轮周功Wm与蒸汽在该级中所具有的理想能量E。
之比Eo Eo厂*2 2 2E。