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1、汽轮机级的工作原理l基本概念l蒸汽在喷嘴叶栅内的流动和能量转换l蒸汽在动叶栅内的流动和能量转换l级的分类和轮周效率l级内损失、效率和功率第一节 基本概念一 汽轮机的级、级内能量转换过程 汽轮机的级汽轮机的级：静叶栅动叶栅是汽轮机作功的最小单元。 能量转换的主要部件是一组喷管和一圈动叶，由它们组合而成的工作单元，称为汽轮机的一个“级”。1-静叶栅（喷嘴）2-动叶栅3-隔板4-叶轮5-主轴栅：编竖木也00截面：喷嘴进口截面；11截面：喷嘴与动叶之间截面(喷 嘴出口、动叶进口)；22截面：动叶出口截面；各截面上的参数分别以下标 0、1、2表示。如： 喷嘴进口压力； 喷嘴出口温度， 动叶进口温度。级的
2、组成 动叶平均直径处的圆周速度 C1 喷嘴出口速度（动叶进口绝对速度 ） 动叶进口的相对速度 动叶出口的相对速度 动叶出口绝对速度 速度三角形级的热力过程线级的热力过程线 喷嘴理想焓降 动叶理想焓降 级理想焓降 喷嘴滞止理想焓降 级滞止理想焓降 初速能余速损失轮周有效焓降 轮周损失汽轮机级内的工作过程叶片 具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。 级内能量转换过程级内能量转换过程蒸汽热蒸汽热蒸汽热蒸汽热能能能能汽流动汽
3、流动能能机轴机械机轴机械机轴机械机轴机械能能能能喷嘴内喷嘴内动叶内动叶内热能机械能汽轮机二 反 动 度级反动度定义：蒸汽在动叶汽道内膨胀时所降落的理想焓降和整个级的滞止理想焓降之比。 反动度是衡量蒸汽在动叶片内膨胀的。反动度沿叶高是变化的。平均反动度：动叶平均直径截面上的理想焓降。 当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级冲动级冲动级 三 级的分类 l 冲 动 级 有 三 种 不 同 的 形 式 ： 1.1.纯纯冲冲动动
4、级级： 通常把反动度等于零的级称为纯冲动级。对于纯冲动级来说， = 、 = 0 、 = ，蒸汽流出动叶有速度C ,具有一定的动能 C未被利用而损失，称这种损失为余速损失，用 表示。 2 . 2 . 带反动度的冲动级带反动度的冲动级 为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（ = 0.05 0.20 ) ，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。 3. 3. 复复 速速 级级 由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导导向向叶叶栅栅所组成的级，称为复速级。目的：第一列动叶栅通道流出汽流，其流速还相当大，为了利用这一部分动
5、能，在第一列动叶栅之后装上一列导向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶栅通道继续作功。复速级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大的特点。 当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸汽通过这种级，两种力同时作功。通常称这种级为反动级。反动级反动级 通常把反动度 = 0.5的级称为反动级（动叶和喷嘴型线相同）。对于反动级来说，蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是 ， 。反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。归纳对比纯冲动级带反动度的冲动级（冲动级）反动级喷嘴渐缩渐缩渐缩动叶流道截面不变，动叶流动
6、损失大汽道横截面沿汽流方向有所收缩渐缩作用力冲动力主要是冲动力冲动力、反动力做功能力大较大较小效率低有所提高高l速度级速度级：以利用气流的速度为主 ，如复速级l压力级：压力级：以利用汽轮机内分配给该级的压力降或焓降为主 ，如单列冲动级和单列反动级l调节级：调节级：随着负荷变化，级内通流面积发生变化的级，如 采用喷嘴配气的第一级 四 级的简化一元流动模型和基本方程式 蒸汽在汽轮机中的运动非常复杂 蒸汽有黏性，运动时，密度发生变化，所以，汽轮机中的工质是黏性、可压缩流体； 蒸汽在静叶栅和动叶栅流道中作三元非定常流动，也就是说：流道内任何一点的参数（压力、温度、速度、密度等），不仅是空间的函数，而且
7、是时间的函数。 目前，人们无法完全按照蒸汽的实际流动状况进行级的气动力学计算。因此，在实际计算前，考虑决定蒸汽在汽轮机级内流动的主要因素，略去次要因素，作一些假设。 简化的一元流动模型假设假设 1.蒸汽在级内的流动是定常流动（稳定），即任何一点参数（压力、温度、速度、密度等）不随时间的变化。在稳定工况下运行（功率和蒸汽参数变化不大时），可近似认为是定常的。 2.蒸汽在级内流动是一元的。适用于叶片相对高度较短的叶片 。 3.蒸汽在级内流动过程是绝热的。即认为级内蒸汽与外界无热交换，这一条件在汽轮机稳定运行时是满足的。 4.在考虑作用于流体上的力时，略去黏性力，但要考虑计算由于黏性力的存在所造成的
8、速度下降。即：略去黏性力的当地影响，考虑其历史积累的影响。 基本方程式 连续方程： 连续方程是质量守恒定律的一种数学表达式。 在定常一元流动下，通过1-1截面的质量流量和通过2-2截面的质量流量相等。 连续方程的微分形式式中： 密度，c速度，A面积，v比容1122G1G2连续方程、能量方程、状态方程能量方程：能量方程式能量守恒定律的数学表达式。对于绝热、定常流动、无热源流进系统的能量，必须等于离开系统的能量。式中: 、 蒸汽进入和流出系统的焓值； 、 蒸汽进入和流出 系统时的速度；w蒸汽通过系统时对外界所作的机械功 。w h1 c1 h0 c0 理想气体的状态方程式： 式中：p绝对压力；v蒸汽比容；T热力学温度；R蒸汽气体常数，R461.5 J/(kg.K)。 说明：蒸汽在低压或高温条件下，比较接近于理想气体。 “国际公式化委员会”（IFC）提供一套计算公式。 蒸汽等熵膨胀过程方程式 k1.3 （过热蒸汽） k1.0350.1x （湿蒸汽）， x是蒸汽的干度状态方程:
