汽轮机级的工作原理PPT

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1、汽轮机原理汽轮机原理Principle of Steam Turbine Principle of Steam Turbine 重庆大学本科课程2011.9授课教师：陈艳容 1级级由由一一列列喷喷嘴嘴叶叶栅栅（静静叶叶栅栅）和和其其后后的的一一列列动动叶叶栅栅构构成成的的汽汽轮轮机机基基本做功单元。本做功单元。2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级1. 什么是级什么是级 ?级的结构简图23级级=喷嘴叶栅喷嘴叶栅+动叶栅动叶栅2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级2. 级的结构级的结构编号和下标：编号和下标：0,1,2； n-nozzle喷嘴，喷嘴，b-blade动叶。动叶。截面

2、：0-0特征截面或计算截面：特征截面或计算截面： 喷嘴前：喷嘴前：0-00-0； 喷嘴后（动叶前）：喷嘴后（动叶前）：1-11-1； 动叶后：动叶后：2-22-2。4通流部分：汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮机的通流部分，包括主汽门、调节汽门、进汽导管、进汽室、各级喷嘴和动叶及汽轮机的排汽管。1轴轴 2叶轮叶轮 3动叶片动叶片 4喷嘴喷嘴几个基本概念几个基本概念喷嘴：由固定不动的静叶栅构成的蒸汽通道。 转子：汽轮机的转动部分。动叶装在转轴上，与叶轮及转轴等构成汽轮机的转动部分。52.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级3. 级内工作过程级内工作过程（1）功能：推动叶轮和轴转动，以带动发

3、电机发电。）功能：推动叶轮和轴转动，以带动发电机发电。（2）蒸汽的流动路线：进入喷嘴）蒸汽的流动路线：进入喷嘴离开喷嘴离开喷嘴进入动进入动叶叶离开动叶。离开动叶。62.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级3. 级内工作过程级内工作过程（3 3）能量转换：在喷嘴中将热能转换为动能，）能量转换：在喷嘴中将热能转换为动能，在动叶中将动能转换为机械能。在动叶中将动能转换为机械能。两次能量转换：两次能量转换：喷嘴：喷嘴：蒸汽在喷嘴通道内膨胀，蒸汽在喷嘴通道内膨胀，把蒸汽部分热能转换为出口蒸汽动把蒸汽部分热能转换为出口蒸汽动能能动叶：动叶：冲动力和反动力联合做功，冲动力和反动力联合做功，推动叶轮旋转

4、，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。 72.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级3. 级内工作过程级内工作过程（4）工质性质的变化：）工质性质的变化：蒸汽通过喷嘴和动叶后，其压力、蒸汽通过喷嘴和动叶后，其压力、速度的变化趋势如图右图所示。（冲动式汽轮机）速度的变化趋势如图右图所示。（冲动式汽轮机）w2w1特征截面或计算截面：特征截面或计算截面： 喷嘴前：喷嘴前：0-00-0； 喷嘴后（动叶前）：喷嘴后（动叶前）：1-11-1； 动叶后：动叶后：2-22-2。100221182.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4. 热力过程线热力过程线反应级的做功过程和工质的变化特性的反应级的做

5、功过程和工质的变化特性的h-s曲线。曲线。（1）四个状态：）四个状态： 1）滞止状态（）滞止状态（0*状态）。状态）。 2）喷嘴进口状态（）喷嘴进口状态（0状态）。状态）。 3）喷嘴出口状态（动叶进口状态，）喷嘴出口状态（动叶进口状态，1状态）。状态）。 4）动叶出口状态（）动叶出口状态（2状态）。状态）。9滞止状态：滞止状态：假设喷嘴进口初速滞止为零的状态假设喷嘴进口初速滞止为零的状态；滞止参数：滞止参数：滞止状态下的汽流热力参数，用上标滞止状态下的汽流热力参数，用上标“0”0”或或“*”“*”来表示；来表示；理想过程：理想过程：无不可逆损失的等熵过程；无不可逆损失的等熵过程；实际过程：实际

6、过程：存在着不可逆摩擦损失，动能损失转变为热能。存在着不可逆摩擦损失，动能损失转变为热能。举例：举例：滞止焓值：喷嘴前汽流速度c0所具有的动能：2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4. 热力过程线热力过程线102.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4. 热力过程线热力过程线理想过程：理想过程：无不可逆损失的等熵过程；无不可逆损失的等熵过程；实际过程：实际过程：存在着不可逆摩擦损失，动存在着不可逆摩擦损失，动能损失转变为热能。能损失转变为热能。11（2）三）三类参数：参数：1）焓降降物理意物理意义：做功能力：做功能力 级的滞止理想比的滞止理想比焓降降 级的理想比焓降级的理想比焓

7、降 喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 喷嘴的理想比焓降喷嘴的理想比焓降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4. 热力过程线热力过程线2）熵增增过程程物理意物理意义：不可逆：不可逆过程程3）损失失 a. 喷嘴嘴损失失 b. 动叶叶损失失 在在实际研究中常研究中常认为=12（2）三）三类参数：参数：1）焓降降物理意物理意义：做功能力：做功能力 级的滞止理想比的滞止理想比焓降降 级的理想比焓降级的理想比焓降 喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 喷嘴的理想比焓降喷嘴的理想比焓降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1 概概 述述一、汽轮机的级一

8、、汽轮机的级4. 热力过程线热力过程线2）熵增增过程程物理意物理意义：不可逆：不可逆过程程3）损失失 a. 喷嘴嘴损失失 b. 动叶叶损失失 在在实际研究中常研究中常认为=13（2）三）三类参数：参数：1）焓降降物理意物理意义：做功能力：做功能力 级的滞止理想比的滞止理想比焓降降 级的理想比焓降级的理想比焓降 喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 喷嘴的理想比焓降喷嘴的理想比焓降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4. 热力过程线热力过程线2）熵增增过程程物理意物理意义：不可逆：不可逆过程程3）损失失 a. 喷嘴嘴损失失 b. 动叶叶损失失 在在

9、实际研究中常研究中常认为=14（2）三）三类参数：参数：1）焓降降物理意物理意义：做功能力：做功能力 级的滞止理想比的滞止理想比焓降降 级的理想比焓降级的理想比焓降 喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 喷嘴的理想比焓降喷嘴的理想比焓降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4. 热力过程线热力过程线2）熵增增过程程物理意物理意义：不可逆：不可逆过程程3）损失失 a. 喷嘴嘴损失失 b. 动叶叶损失失 在在实际研究中常研究中常认为=15（2）三）三类参数：参数：1）焓降降物理意物理意义：做功能力：做功能力 级的滞止理想比的滞止理想比焓降降 级的理想比

10、焓降级的理想比焓降 喷嘴的滞止理想比焓降喷嘴的滞止理想比焓降 喷嘴的理想比焓降喷嘴的理想比焓降 动叶的理想比焓降动叶的理想比焓降2.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4. 热力过程线热力过程线2）熵增增过程程物理意物理意义：不可逆：不可逆过程程3）损失失 a. 喷嘴嘴损失失 b. 动叶叶损失失 在在实际研究中常研究中常认为=162.1 概概 述述一、汽轮机的级一、汽轮机的级4. 热力过程线热力过程线2）熵增增过程程物理意物理意义：不可逆：不可逆过程程3）损失失 a. 喷嘴嘴损失失 b. 动叶叶损失失 在在实际研究中常研究中常认为=17余速损失2.1 概述概述一、级的工作过程一、级的工作

11、过程4. 热力过程线热力过程线 2）熵增增过程程物理意物理意义：不可逆：不可逆过程程3）损失失 a. 喷嘴嘴损失失 b. 动叶叶损失失 c.余速损失余速损失喷嘴中的能量损失动叶中的能量损失18动叶理想比焓降：动叶理想比焓降： 滞止比焓差滞止比焓差： 喷嘴理想比焓降：喷嘴理想比焓降： 喷嘴损失：喷嘴损失： 喷嘴实际比焓降：喷嘴实际比焓降：喷嘴及动叶的热力过程线 动叶损失：动叶损失： 动叶实际比焓降：动叶实际比焓降： 余速损失：余速损失：2.1 概述概述19 级的理想比焓降：级的理想比焓降： 级滞止理想比焓降：级滞止理想比焓降：汽轮机的级的热力过程线喷嘴滞止理想比焓降：喷嘴滞止理想比焓降： 轮周损

12、失：轮周损失： 轮周有效比焓降：轮周有效比焓降：2.1 概述概述20012hsh-s图中汽轮机级的热力过程2.1 概述概述21 冲动力（冲动力（Fi）：从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，给动叶施加的从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，给动叶施加的力。力。 反动力（反动力（Fr ）：）：蒸汽在动叶通道内膨胀加速，离开动叶通道时，给动叶一个蒸汽在动叶通道内膨胀加速，离开动叶通道时，给动叶一个与汽流运动方向相反的作用力。与汽流运动方向相反的作用力。 级的受力：级的受力：冲动力和反动力的合力冲动力和反动力的合力F作用在动叶栅上，其在轮周方向上的分力作用在动叶栅上，其在轮周方向上的分力Fu

13、使动叶栅旋转而产生机械功。使动叶栅旋转而产生机械功。ABCDEFiFrw1w2u蒸汽在动叶流道内膨胀时对动叶的作用力12P0 , h0c01uc1c22.1 概概 述述二、级的反动度二、级的反动度1. 汽轮机级的受力分析汽轮机级的受力分析222.1 概述概述（1）反动度的定义）反动度的定义二、级的反动度二、级的反动度2. 反动度反动度反动度：反动度：动叶的理想比焓降占总体动叶的理想比焓降占总体 理想比焓降的份额。理想比焓降的份额。 定定义式：式：（2）特征截面）特征截面 1）由于）由于环行叶行叶栅的使用，沿着叶高的方向流的使用，沿着叶高的方向流动特性不同。特性不同。 2）叶根截面（）叶根截面（

14、root），）， 平均截面（平均截面（middle），），顶部截面（部截面（top），），3）232.1 概述概述1. 冲动力和反动力冲动力和反动力二、级的反动度二、级的反动度（1）冲动力）冲动力 经过喷嘴膨嘴膨胀加速后的蒸汽加速后的蒸汽作用于作用于动叶的力叶的力（2）反动力）反动力 在在动叶中加速的汽流施加叶中加速的汽流施加在在动叶上的与流叶上的与流动方向相反方向相反的反作用力的反作用力 Fi。END 224 冲动力（冲动力（Fi）：从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，给动从喷嘴流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，给动叶施加的力。叶施加的力。 反动力（反动力（Fr ）：）：蒸汽在动叶通

15、道内膨胀加速，离开动叶通道时，给蒸汽在动叶通道内膨胀加速，离开动叶通道时，给动叶一个与汽流运动方向相反的作用力。动叶一个与汽流运动方向相反的作用力。 级的受力：级的受力：冲动力和反动力的合力冲动力和反动力的合力F作用在动叶栅上，其在轮周方向作用在动叶栅上，其在轮周方向上的分力上的分力Fu使动叶栅旋转而产生机械功。使动叶栅旋转而产生机械功。3 汽轮机级的受力分析ABCDEFiFrw1w2u蒸汽在动叶流道内膨胀时对动叶的作用力喷嘴喷嘴动叶动叶P0 , h0c01uc1c2汽轮机的级汽轮机的级动叶通道动叶通道FFu252.1 概述概述（1）反动度的定义）反动度的定义二、级的反动度二、级的反动度2.

16、反动度反动度 蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想焓降hb， 和在整个级的滞止理想焓降ht* 之比，即喷嘴的滞止理想焓降喷嘴的滞止理想焓降262.1 概述概述（1）反动度的定义）反动度的定义二、级的反动度二、级的反动度2. 反动度反动度 定定义式：式：（2）特征截面）特征截面 1）由于）由于环行叶行叶栅的使用，沿着叶高的方向流的使用，沿着叶高的方向流动特性不同。特性不同。 2）叶根截面（）叶根截面（root），）， 平均截面（平均截面（middle），），顶部截面（部截面（top），），3）272.1 概述概述三、级的分类三、级的分类1. 分类依据：反动度分类依据：反动度直接影响叶片形状的设计、运行的

17、安全性直接影响叶片形状的设计、运行的安全性和经济性。和经济性。 冲动级冲动级靠冲动力做功的级，反动度小的级。靠冲动力做功的级，反动度小的级。级的分类级的分类 反动级反动级靠反动力做功的级，反动度大的级。靠反动力做功的级，反动度大的级。282.1 概述概述三、级的分类三、级的分类2. 冲动级冲动级（1）纯冲动级）纯冲动级 1）=0，蒸汽只在喷嘴中膨胀，而在动叶中不膨，蒸汽只在喷嘴中膨胀，而在动叶中不膨胀，只改变流动方向。胀，只改变流动方向。 2）结构特点：）结构特点： 动叶为等截面通道动叶为等截面通道 3）流动特点：）流动特点： p1=p2 ，hb=0, ht*=hn*，w1=w2 4）效率较低

18、，很少使用。）效率较低，很少使用。292.1 概述概述三、级的分类三、级的分类2. 冲动级冲动级（2）带反动度的冲动级）带反动度的冲动级 1）(0,0.5)，一般而言，一般而言 0.05,0.20 2）结构特点：）结构特点： a. 动叶栅截面形状近似对称；动叶栅截面形状近似对称； b. 喷嘴前后压差大，为了减少泄漏常用隔板喷嘴前后压差大，为了减少泄漏常用隔板结构和隔板汽封；结构和隔板汽封； c. 动叶栅前后压差小，轴向受力不大，采用动叶栅前后压差小，轴向受力不大，采用叶轮式。叶轮式。 302.1 概述概述三、级的分类三、级的分类3. 反动级反动级 1）=0.5 2）p1p2 ，hb=0.5ht

19、*=hn*。 3）效率比冲动级高，但是工作能力较小。）效率比冲动级高，但是工作能力较小。 4）结构特点：）结构特点： a. 喷嘴叶栅和动叶叶栅可采用相同的叶型；喷嘴叶栅和动叶叶栅可采用相同的叶型； b. 动叶前后压差大，常用转鼓式结构，不用叶轮式；动叶前后压差大，常用转鼓式结构，不用叶轮式； c. 热惯性大，还需设置平衡活塞以平衡轴向推力；热惯性大，还需设置平衡活塞以平衡轴向推力； d. 采用全周进汽。采用全周进汽。312.1 概述概述4、压力及流速变化曲线、压力及流速变化曲线三、级的分类三、级的分类322.1 概述概述三、级的分类三、级的分类4、热力过程线、热力过程线331、 调节级和非调节

20、级：按级的通流面积是否随负荷大小而变来划分。 调节级：通流面积随负荷变化而改变的级（如喷嘴调节的第一级）。可通过改变其通流面积来控制进汽量可通过改变其通流面积来控制进汽量中小汽轮机用复速级作调节级；大型汽轮机常用单列冲动级作调节级；总是做成部分进汽。 非调节级：通流面积不随负荷变化而改变的级。不通过改变进汽面积控制其进汽量不通过改变进汽面积控制其进汽量可以是全周进汽，也可以是部分进汽2.1 概述概述四、级的其他分类方法四、级的其他分类方法34 压力级和速度级：按蒸汽动能转变为转子机械能的过程来划分压力级和速度级：按蒸汽动能转变为转子机械能的过程来划分 压力级：压力级：蒸汽动能转换为机械能只在一

21、列动叶栅中完成蒸汽动能转换为机械能只在一列动叶栅中完成特点：特点： 这种级在叶轮上只装一列动叶栅，故又称为单列级； 压力级可以是冲动级，也可以是反动级。 速度级速度级( (复速级复速级) )：动能转换为机械能在一级多列动叶栅中完成动能转换为机械能在一级多列动叶栅中完成 特点：特点：有两列动叶栅的速度级称为双列级或复速级有两列动叶栅的速度级称为双列级或复速级复速级由一列喷嘴、一列导向叶栅核两列动叶栅组成复速级由一列喷嘴、一列导向叶栅核两列动叶栅组成复速级都是冲动式的，带有一定的反动度（提高效率）做功能力大（较单列级而言），通常在一级内要求承担很大焓降时采用；2.1 概述概述四、级的其他分类方法四

22、、级的其他分类方法352.1 概述概述四、级的其他分类方法四、级的其他分类方法 2单列级和速度级单列级和速度级 363、级的类型和特点小结反动度反动度结构特点结构特点做功能力做功能力（焓降）（焓降）效率效率纯冲动级纯冲动级m=0隔板叶轮型隔板叶轮型较高较高较低较低反动级反动级m=0.5转鼓型转鼓型最低最低最高最高冲动级冲动级m=0.050.3隔板叶轮型隔板叶轮型较低较低较高较高复速级复速级m=0.050.1隔板叶轮型隔板叶轮型最高最高最低最低2.1 概述概述372.2 汽轮机级内能量转换过程汽轮机级内能量转换过程一、级内模型的简化和基本方程式一、级内模型的简化和基本方程式 1模型常用简化假设模

23、型常用简化假设实际过程程简化化过程程粘性流体粘性流体理想流体理想流体三元流三元流动一元流一元流动可可压缩性性有有时假假设为不可不可压缩流体流体不不绝热绝热不不稳定定过程程稳定定过程程1.1.流动是稳定的流动是稳定的流动是稳定的流动是稳定的2.2.流动是绝热的流动是绝热的流动是绝热的流动是绝热的3.3.流动是一元的流动是一元的流动是一元的流动是一元的4.4.工质是理想气体工质是理想气体工质是理想气体工质是理想气体一元稳定等比熵流动的模型一元稳定等比熵流动的模型一元稳定等比熵流动的模型一元稳定等比熵流动的模型381） 连连 续续 方方 程程 式式 2）能）能 量量 方方 程程 式式 3）状）状 态

24、态 及及 过过 程程 方方 程程 式式 4）动）动 量量 方方 程程 式式 5）气）气 动动 方方 程程 式式 2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程一、级内模型的简化和基本方程式一、级内模型的简化和基本方程式 2. 基本方程基本方程39二、蒸汽在喷嘴中的流动过程二、蒸汽在喷嘴中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程1汽流参数与汽流参数与喷嘴形状的关系嘴形状的关系以下以下导数数项为对流流动方向求方向求导即即 ，略去，略去dx.（1）基本方程）基本方程连续性方程：性方程：则有：有：由由动量方程量方程40d. Ma=1时（喷嘴内汽流速度等于当地音速喷嘴内汽流速度等于当

25、地音速）：）：喷嘴截面积达最小值，喷嘴截面积达最小值，称为称为临界截面或喉部界截面或喉部c. Ma1时（超音速流（超音速流动）：）：汽道的截面积随着汽流加速而逐渐增大，汽道的截面积随着汽流加速而逐渐增大，即需要采用渐扩喷嘴。即需要采用渐扩喷嘴。 （2）流）流动过程分析程分析 1）依据式）依据式 b. Ma1时（亚音速流音速流动）：）：汽道的截面积随着汽流加速而逐渐减小，汽道的截面积随着汽流加速而逐渐减小，即即需要采用渐缩喷嘴。需要采用渐缩喷嘴。二、蒸汽在喷嘴中的流动过程二、蒸汽在喷嘴中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程1汽流参数与汽流参数与喷嘴形状的关系嘴形状的关系EN

26、D 3a. 截面变化截面变化=f (速度的变化，马赫数速度的变化，马赫数)。 在喷嘴中要进行膨胀加速，所以在喷嘴中要进行膨胀加速，所以41二、蒸汽在喷嘴中的流动过程二、蒸汽在喷嘴中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程(3) 蒸汽在蒸汽在喷嘴中流嘴中流动时各各项参数沿汽道的参数沿汽道的变化化规律律汽流速度、压力、焓降、截面积、音速沿流动反向的变化规律汽流速度、压力、焓降、截面积、音速沿流动反向的变化规律42（4） 喷嘴中汽流的临界状态喷嘴中汽流的临界状态2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程n临界参数临界参数:1. 临界速度临界速度2. 临界压力临界压力n临界状态

27、：汽流速度等于当地音速的状态，此时的汽流参数称为临界参数临界状态：汽流速度等于当地音速的状态，此时的汽流参数称为临界参数(cr)二、蒸汽在喷嘴中的流动过程二、蒸汽在喷嘴中的流动过程3. 临界压比：临界压比：临界压力与滞止初压之比临界压力与滞止初压之比对过热蒸汽蒸汽 k=1.3，对干干饱和蒸汽和蒸汽 k=1.135，对湿蒸汽湿蒸汽 k=1.035+0.1x，K一定，临界速度只与蒸汽的初参数有关43二、蒸汽在喷嘴中的流动过程二、蒸汽在喷嘴中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程1汽流参数与汽流参数与喷嘴形状的关系嘴形状的关系（5）超音速的形成超音速的形成a. 缩放放喷嘴嘴b.

28、在在现代大型汽代大型汽轮机中，机中，绝大部分大部分喷嘴嘴为渐缩喷嘴，嘴，对于在出口于在出口带斜斜切部分的切部分的渐缩喷嘴，汽流在斜切部分可达到超声速。嘴，汽流在斜切部分可达到超声速。44 2. 喷嘴出口的汽流速度喷嘴出口的汽流速度（1）喷嘴出口的汽流理想速度）喷嘴出口的汽流理想速度（按等熵过程膨胀）二、蒸汽在喷嘴中的流动过程二、蒸汽在喷嘴中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程蒸汽流出喷嘴出口的理想速度（m / s )；蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓（J/kg )。则喷嘴出口汽流理想速度为：在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前的参数在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前的参数已知，则45 2.

29、喷嘴出口的汽流速度喷嘴出口的汽流速度（1）喷嘴出口的汽流理想速度）喷嘴出口的汽流理想速度（按等熵过程膨胀）二、蒸汽在喷嘴中的流动过程二、蒸汽在喷嘴中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程喷嘴出口汽流理想速度为：喷嘴出口汽流理想速度为：理想气体在等熵膨胀过程中的比焓差为理想气体在等熵膨胀过程中的比焓差为 所以喷嘴的压力比当蒸汽初态确定，46（2 2） 喷嘴出口的汽流实际速度喷嘴出口的汽流实际速度喷嘴出口的汽流实际速度喷嘴出口的汽流实际速度 实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。 喷嘴出口的汽流实际速度为：喷嘴出口的

30、汽流实际速度为： 2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程 喷嘴速度系数喷嘴速度系数 (通常取通常取 = 0.97)n影响速度系数的因素：喷嘴高度、叶型、汽道形状、表面粗糙度、前后压力等。n速度系数与喷嘴高度的关系曲线如下图：（上限Bn=55mm,下限Bn=80mm)47（3 3）喷嘴损失）喷嘴损失）喷嘴损失）喷嘴损失 蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失称为称为喷嘴损失，用用喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为喷嘴能量损失系数，用用（2 2） 喷嘴出口的汽流实际速度喷嘴出口的汽流实际速度喷嘴出口的汽流实际速度喷嘴出口的汽流实际速

31、度 喷嘴出口的汽流实际速度为：喷嘴出口的汽流实际速度为： 2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程表示：表示：表表 示示 ： 483. 通过喷嘴的流量通过喷嘴的流量2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程1）喷嘴的理想流量）喷嘴的理想流量计算计算喷嘴出口处截面积， (m)；为喷嘴出口处理想汽流速度，(m/s) ;式中：为喷嘴出口处密度，（ kg/ m3)和多变过程的方程式由：式中：喷嘴前后压力比49和喷嘴出口截面积和喷嘴出口截面积3. 喷嘴流量计算喷嘴流量计算1）喷嘴理想流量）喷嘴理想流量2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程当喷嘴前的参数当喷嘴前的参数通过喷嘴的流量

32、通过喷嘴的流量 只取决于喷嘴前后压力比只取决于喷嘴前后压力比一定时，一定时，令可求得最大流量时的压力比临界压力比 喷嘴的临界流量=喷嘴所能通过的最大流量。上式中 ： 仅与蒸汽性质有关的系数，对过热蒸汽 =0.667，对饱和蒸汽 =0.635。503. 喷嘴流量计算喷嘴流量计算 2） 喷嘴流量曲线喷嘴流量曲线 2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程CBOBABBC51 n 为喷嘴的流量系数，其大小与喷嘴的几何参数、汽体参数及汽体物理性质等因素有关，另外还与喷嘴出口的实际密度与等熵密度之比有关。 令，则有3)通过喷嘴的实际流量3. 喷嘴流量计算喷嘴流量计算2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽

33、在级内的流动过程523. 喷嘴流量计算喷嘴流量计算 （3） 通过喷嘴的实际流量的计算通过喷嘴的实际流量的计算 2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程考虑了流量系数后，实际临界流量公式为：实验得到的流量系数曲线533. 喷嘴流量计算喷嘴流量计算 （4） 彭台门系数彭台门系数 2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程对于亚临界流动亚临界流动，1,对于临界流动临界流动，=1。用单一的计算公式用单一的计算公式计算喷嘴流量计算喷嘴流量K值确定后542.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程n与n的关系绘成如图 所示的曲线。计算时，先在图上查 取 值，然后利用下式计算： 渐缩喷嘴的

34、彭台门系数 （4） 彭台门系数彭台门系数 55（四）蒸汽在喷嘴斜切部分中的流动（四）蒸汽在喷嘴斜切部分中的流动1.蒸汽在斜切部分中的膨胀 在汽轮机级中，为了保证喷嘴出口对汽流的良好导向作用，必须在出口截面之外有一段斜切部分，这种喷嘴称为斜切喷嘴，如图所示。2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程56n斜切部分对汽流的影响如下：a)当ncr 时AB截面上的流速小于或等于音速，压力与喷嘴背压相等，斜切部分不膨胀,只起导向作用。此时b ） 当n cr 时喉部截面上的流速等于临界速度，压力为临界压力，蒸汽在斜切部分继续膨胀，从而获得超音速汽流。且汽流方向发生偏转,喷嘴汽流偏转角喷嘴汽流偏转角1

35、。2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程c ） 当n= 1d 时极限情况572.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程当ncr 时，AB截面上的流速小于或等于音速，压力与喷嘴背压相等，斜切部分不膨胀,只起导向作用当n cr 时，喉部截面上的流速等于临界速度，压力为临界压力，蒸汽在斜切部分继续膨胀，从而获得超音速汽流。且汽流方向发生偏转,喷嘴汽流喷嘴汽流偏转角偏转角1。A.喷嘴斜切部分膨胀的极限工况： 最后一条特性线与AC重合时的工况。B.汽流在斜切部分偏转的原因：图1-17（b）。582.斜切部分汽流偏转角的近似计算斜切部分汽流偏转角的近似计算可利用连续性方程求解，即通过最小截

36、面的流量应与出口截面的流量相等。最小截面：出口截面:在实际结构中，lnln，所以：2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程贝尔公式59对等熵流动，有以下等式成立：所以：2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程计算偏转角603.极限压力计算或斜切部分的膨胀达极限时，马赫角与汽流角和偏转角之和相等，于是有：而2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程61所以：2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程极限膨胀压比极限膨胀压力62三、蒸汽在动叶栅中的流动n动叶通道的形状与喷嘴相似，基本流动规律也类似动叶通道的形状与喷嘴相似，基本流动规律也类似n重点：蒸汽动能到叶轮机械能的

37、转换。n目标：确定蒸汽在动叶通道进口和出口的速度变化与所做功的定量关系。n一、动叶栅的进出口速度三角形n绝对速度c：蒸汽相对于喷嘴的速度；n相对速度w：蒸汽相对于动叶的速度；n圆周速度u：叶轮旋转的圆周速度。2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程63三三. 蒸汽在动叶栅中的流动过程蒸汽在动叶栅中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程 1. 动叶进口速度三角形动叶进口速度三角形 1）进口速度三角形构成）进口速度三角形构成 构成进口速度三角形构成进口速度三角形2）根据喷嘴参数计算绝对速度）根据喷嘴参数计算绝对速度 和动叶进口气流方向角3）根据进口速度三角形计算相对速度

38、）根据进口速度三角形计算相对速度 根据经验参数等取初值64三三. 蒸汽在动叶栅中的流动过程蒸汽在动叶栅中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程2. 动叶出口速度三角形动叶出口速度三角形 1）出口速度三角形构成）出口速度三角形构成 构成进口速度三角形构成进口速度三角形2）根据动叶参数计算相对速度）根据动叶参数计算相对速度 和出口方向角3）根据出口口速度三角形计算绝对速度）根据出口口速度三角形计算绝对速度 65动叶与喷嘴的不同之处是动叶本身以圆周速度动叶与喷嘴的不同之处是动叶本身以圆周速度u运动运动把坐标建立在动叶上，把蒸汽参数以对动叶的相对参数表示把坐标建立在动叶上，把蒸汽参

39、数以对动叶的相对参数表示理想相对速度理想相对速度实际相对速度实际相对速度动叶速度系数动叶速度系数汽流速度的计算汽流速度的计算设蒸汽在动叶通道内为等比熵流动设蒸汽在动叶通道内为等比熵流动三、蒸汽在动叶栅中的流动2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程在计算时，通常取 = 0.850.95。6667三三. 蒸汽在动叶栅中的流动过程蒸汽在动叶栅中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程 3. 动叶进出口速度三角形动叶进出口速度三角形 为了分析和应用方便，在汽轮机级的计算时，常将动叶进、出口速为了分析和应用方便，在汽轮机级的计算时，常将动叶进、出口速度三角形的顶点移动到同一点

40、上。度三角形的顶点移动到同一点上。68 4. 4. 动叶损失动叶损失动叶损失动叶损失 动叶损失就是蒸汽通过动叶栅的能量损失，由于动叶损失的存在，使动叶出口的焓值由 ，则动叶损失为： 动叶损失 之比成为动叶栅的能量损失系数，即 在计算时，通常取 = 0.850.95。 三三. 蒸汽在动叶栅中的流动过程蒸汽在动叶栅中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程动叶速度系数动叶速度系数69在多级汽轮机中，余速损失可以被下一级所利用，其利用程度可用余速利用系数表示， =01之间。 通常：调节级和排汽级 =0 抽汽级 =00.5 中间级 =1三三. 蒸汽在动叶栅中的流动过程蒸汽在动叶栅中的

41、流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程5. 余速损失余速损失蒸汽在动叶栅中作功之后，最后以绝对速度 c2 离开动叶，其具有的动能称为余速损失：的大小将影响到下一级的滞止状态点70考虑了喷嘴损失、动叶损失和余速损失之后，汽轮机的级在h-s图上的过程曲线如图所示。级的轮周有效焓降： 三三. 蒸汽在动叶栅中的流动过程蒸汽在动叶栅中的流动过程2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程hs0123. 余速损失余速损失喷嘴损失动叶损失级的轮周有效焓降余速损失711.蒸汽作用在动叶片上的力：可由牛顿第三定律和动量方程求得。如图所示。将汽流力分解为周向分力Fu 和轴向分力Fz 。2.2

42、 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程四四. 轮周功率轮周功率721.蒸汽作用在动叶片上的力：可由牛顿第三定律和动量方程求得。将汽流力分解为周向分力Fu 和轴向分力Fz 。则，或或 蒸汽对动叶片的总作用力Fb为：2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程四四. 轮周功率轮周功率732.轮周功率单位时间内圆周力Fu在动叶片上所做的功，它等于圆周力Fu与动叶圆周速度u的乘积，称为轮周功率，其表达式为：或1Kg蒸汽所作的轮周功率，称为级的作功能力，其大小为：或2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程四四. 轮周功率轮周功率742.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程四四.

43、轮周功率轮周功率分析：分析：2.轮周功率冲动级：由于动叶转折较大，所以冲动级：由于动叶转折较大，所以1 和和2较较小，作功能力小，作功能力较较大大反动级：由于动叶转折较冲动级小，所以反动级：由于动叶转折较冲动级小，所以1 和和2较较大，作功能力大，作功能力较较小小75 在叶片的进出口速度三角形中应用余弦定理，即可得到轮周功率的另一种表达形式：2.2 蒸汽在级内的流动过程蒸汽在级内的流动过程四四. 轮周功率轮周功率76 蒸汽在级内所具有的理想能量不能百分之百地转变为轮周功，存在着损失。为了描述蒸汽在汽轮机级内能量转换的完善程度，通常用各种不同的效率来加以说明。一一. 轮周效率与速度比轮周效率与速

44、度比 1. 轮周效率轮周效率：蒸汽在汽轮机级内所作出轮周功 与它在级内所具有的理想能量 之比称为级的轮周效率,即2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比2. 级的理想能量级的理想能量：一般来说，级的理想能量是级的理想焓降、进入本级的动能和本级余速动能被下一级所利用部分的代数和，即：级的滞止理想焓降减去被下一级利用的余速动能773.3.级的理想速度级的理想速度：为了研究方便，引入一个级的理想速度Ca2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比2. 级的理想能量级的理想能量:一一. 轮周效率与速度比轮周效率与速度比 余速利用系数 0本级利用上级余

45、速动能的份额 1本级余速动能被下一级利用的份额4.级的轮周效率的不同计算表达式级的轮周效率的不同计算表达式783.3.级的理想速度级的理想速度：2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比4.级的轮周效率的不同计算公式：级的轮周效率的不同计算公式：一一. 轮周效率与速度比轮周效率与速度比 1）定义式）定义式2）汽流速度式汽流速度式3）能量平衡方式）能量平衡方式4）能损分析式能损分析式END 3793.3.级的理想速度级的理想速度：2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比4.级的轮周效率的不同计算公式：级的轮周效率的不同计算公式：一一. 轮周效

46、率与速度比轮周效率与速度比 2）汽流速度式汽流速度式END 3802.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比式中，分别为喷嘴损失、动叶损失和余速损失与级的理想能量之比，称为喷嘴、动叶和余速能量损失系数。4.级的轮周效率的不同计算公式：级的轮周效率的不同计算公式：一一. 轮周效率与速度比轮周效率与速度比 4）能损分析式能损分析式812.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比4.级的轮周效率级的轮周效率u的不同计算公式的不同计算公式一一. 轮周效率与速度比轮周效率与速度比 结论：结论：1 1） 以速度形式表示的以速度形式表示的uu计算公式，一般用

47、来分析级的轮周效率与速比计算公式，一般用来分析级的轮周效率与速比之间的关系；之间的关系； 以损失系数表示的以损失系数表示的u计算公式，用来分析各种轮周损失所占的比例时计算公式，用来分析各种轮周损失所占的比例时较为方便；较为方便； 在进行热力计算时可以用来互相校核。在进行热力计算时可以用来互相校核。2 2）轮周效率取决于三项损失系数）轮周效率取决于三项损失系数在喷嘴和动叶叶型选定后，在喷嘴和动叶叶型选定后，就基本上确定了就基本上确定了影响轮周效率影响轮周效率uu的主要因素是余速损失系数的主要因素是余速损失系数因此应减少动叶出口的绝对速度因此应减少动叶出口的绝对速度C C2 2，同时提高余速利用系

48、数同时提高余速利用系数822.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比5.5.速度比：速度比：836.最佳速度比：最佳速度比：2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比84三、速度比及其与轮周效率的关系n速度比：x1=u/c1 。n研究速度比与轮周效率关系的目的在于根据不同级的特点，分析速度比对轮周效率的影响，并确定最佳速度比。n（一）纯冲动级的最佳速度比n1.余速不利用：对纯冲动级，余速不利用，则，则有2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比85轮周效率的表达式为：应用速度三角形，上式变为：分析：1） 对 u 的影

49、响最大，提高 和 可提高 u 2）降低1 和 2 可提高 u 3）一旦喷嘴及动叶型线确定后，这些参数也就随之而定， 轮周效率只随x1的变化而变化。2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比n（一）纯冲动级的最佳速度比862.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比n（一）纯冲动级的最佳速度比87轮周效率的表达式为：分析：（1）当x1=0时， u 0。（2）当 x1=cos 1 时， u 0 。（3）所以，当x1从零变化到 cos 1 的过程中，必存在一个使 u 达最大值的速度比。即最佳速度比。2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周

50、效率和最佳速度比n（一）纯冲动级的最佳速度比一旦喷嘴及动叶型线确定后， 、 、 1 和 2参数也就随之而定，唯有x1的变化而变化88n最佳速度比：轮周效率最高时的速度比。用(x1)op表示。n求解方法：函数求极值法和速度三角形法。a) 函数求极值法：将u 的表达式对x1求导，并令其为零即可得最佳速度比的值。即可求得最佳速度比：2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比n（一）纯冲动级的最佳速度比89b) 速度三角形法：对纯冲动级，2 1 ，w2w1，则在相同的1 和c1下，改变x1 ，就可作出如图所示的速度三角形。2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效

51、率和最佳速度比n（一）纯冲动级的最佳速度比90 由图可知：当290 时，c2最小，轮周效率最高，此时的速度比即为最佳速度比。由（b）图可知：2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比n（一）纯冲动级的最佳速度比最佳速度比的物理意义为：使动叶出口的绝对速度c2的方向角 290 ，即轴向排汽，从而使c2值最小，轮周效率最高时的速度比。91速度比x1与轮周效率 u 的关系可绘制成如下图所示的一条抛物线。分析：不随速度比的变化而变化。随速度比的增大而减小。随速度比的增大先逐渐减小，达到最小值后又逐渐增大。2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比92

52、理想速度比xa：Xa与x1的关系为：最佳理想速度比：2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比n（一）纯冲动级的最佳速度比1.余速不利用：932、余速可以部分或全部被利用时，、余速可以部分或全部被利用时，代入代入2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比94分析：分析：2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比952、反动级的最佳速度比n由于反动级的喷嘴叶型和动叶叶型相同，反动级的余速基本上都能得到利用，即 0 11n根据最佳速度比的物理意义可得反动级在最佳速度比下的速度三角形如图127所示。由图可得最佳速度比为n由

53、于反动级的喷嘴叶型和动叶叶型相同，反动级的余速基本上都能得到利用，即 0 11n根据最佳速度比的物理意义可得反动级在最佳速度比下的速度三角形如图127所示。由图可得最佳速度比为uc1uuc1w2=c1w1=c22.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比96用解析法求反动级的最佳速度比： 利用速度三角形简化为： 利用余弦定理代换得：2、反动级的最佳速度比2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比97为得到u 的最大值，须使得：将 u 与x1、xa的关系绘成如图1-28所示的曲线。最大。令：2、反动级的最佳速度比2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速

54、度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比98分析：分析：（1）反动级的）反动级的u在最大值附近变化平缓在最大值附近变化平缓这是余速利用的共同特点这是余速利用的共同特点（2）反动级的最佳速比要比冲动级的大）反动级的最佳速比要比冲动级的大u相同时，反动级的做功能力小u和初参数相同时，反动式汽轮机的级数要比冲动式的多2、反动级的最佳速度比2.3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比汽轮机级的轮周效率和最佳速度比图12899考虑余速利用考虑余速利用分析：分析：(1)(2)(3)1001.轮周功率：轮周功率：2.最佳速比：最佳速比：简化：简化：101由图可得：由图可得：轮周效率：轮周效率：102适当地采用反动度可以

55、提高复数级的轮周效率103适当地采用反动度可以提高复数级的轮周效率1041052. 叶型及叶型参数叶型及叶型参数（1）叶型：叶片的横断面形状，）叶型：叶片的横断面形状，包括等截面叶型和包括等截面叶型和变截面叶型。截面叶型。（2）叶型参数）叶型参数 1）叶）叶栅几何特性参数几何特性参数 dm平均直径平均直径:轴心到心到1/2叶高叶高处为半径，半径，2倍倍为本本级的直径。的直径。 l叶片高度。叶片高度。 t叶叶栅节距。距。 B叶叶栅宽度。度。 b叶叶栅弦弦长。 2.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定一、叶栅的几何特征一、叶栅的几何特征1. 什么是叶栅什么是叶栅

56、 ？叶栅：由相同叶片构成汽流流道的组合体。叶栅：由相同叶片构成汽流流道的组合体。 叶型叶型dmtlBb1062.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定一、叶栅的几何特征一、叶栅的几何特征2. 叶型及叶型参数（2）叶型参数 1）叶栅几何特性参数 dm平均直径。 l叶片高度。 t叶栅节距。 B叶栅宽度。 b叶栅弦长。 出口边厚度。 a进口边宽度。 a1、a2出口边宽度。 am喉部宽度。 分别为相对节距、相对高度、相对长度。a1ama2a107喷嘴叶栅动叶栅汽流冲角汽流冲角叶型进口角与汽流进口角之差。叶型进口角与汽流进口角之差。前缘点前缘点后缘点后缘点 2）汽流相关

57、参数）汽流相关参数 0、 1喷嘴叶栅进口汽流角、出口汽流角喷嘴叶栅进口汽流角、出口汽流角 1 、2 动叶叶栅进口汽流、出口汽流角动叶叶栅进口汽流、出口汽流角 s、s 叶栅的安装角叶栅的安装角 0g、1g喷嘴叶栅叶型进口角、叶型出口角喷嘴叶栅叶型进口角、叶型出口角 1g、2g动叶叶栅叶型进口角、叶型出口角。动叶叶栅叶型进口角、叶型出口角。 2.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定叶栅的安装角叶栅的安装角叶栅进口汽流角叶栅进口汽流角108 1叶栅类型的选择叶栅类型的选择 依据：依据：Ma。 * 亚声速叶栅亚声速叶栅Ma1.4 由于超声速叶栅的工艺性能和变工况性能

58、较差，且亚声速叶栅可利用其斜切部分由于超声速叶栅的工艺性能和变工况性能较差，且亚声速叶栅可利用其斜切部分的继续膨胀实现超声速，仍可采用亚声速叶栅。的继续膨胀实现超声速，仍可采用亚声速叶栅。 2. 汽流出口角汽流出口角1、2的选择的选择 （1）高压级：选择出口角较小的叶型，冲动级）高压级：选择出口角较小的叶型，冲动级1=11-14，反动级，反动级1=14-20。 由于体积流量小，为了不使叶片高度太小，减少端部损失。由于体积流量小，为了不使叶片高度太小，减少端部损失。 （2）中、低压部分：选择出口角较大的叶型，）中、低压部分：选择出口角较大的叶型，1=13-17。 由于体积流量大，为了不使叶片高度

59、太大。由于体积流量大，为了不使叶片高度太大。 3. 叶片个数和高度的选择叶片个数和高度的选择 气动特性气动特性相对节距相对节距计算叶片数目；计算叶片数目； 强度核算强度核算高度。高度。 4. 叶片宽度的选择叶片宽度的选择 通过叶片制造工艺和通用性的要求进行选择。通过叶片制造工艺和通用性的要求进行选择。 2.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定二、叶栅及叶型参数的选择二、叶栅及叶型参数的选择1092.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定二、叶栅及叶型参数的选择二、叶栅及叶型参数的选择1102.4 2.4 汽轮机级通流部分主要

60、尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定三、反动度的选择三、反动度的选择要使动叶根部不发生吸汽和漏汽，必要使动叶根部不发生吸汽和漏汽，必须抑制泵浦效应、射汽抽汽效应，并须抑制泵浦效应、射汽抽汽效应，并使隔板的漏汽全部通过平衡孔流入级使隔板的漏汽全部通过平衡孔流入级后。后。 1）根部反动度较大时）根部反动度较大时 （a)2)根部反动度较小甚至为负时根部反动度较小甚至为负时 (b)3）适当的根部反动度）适当的根部反动度(c)1112.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定三、反动度的选择三、反动度的选择要使动叶根部不发生吸汽和漏汽，必要使动叶根部不发生吸汽和漏汽，

61、必须抑制须抑制泵浦效应泵浦效应、射汽抽汽效应，并、射汽抽汽效应，并使隔板的漏汽全部通过平衡孔流入级使隔板的漏汽全部通过平衡孔流入级后。后。 射汽抽汽效应射汽抽汽效应1122.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定四、喷嘴叶栅尺寸的确定四、喷嘴叶栅尺寸的确定 已知参数：级前蒸汽参数已知参数：级前蒸汽参数p0、t0和和c0，级后压力，级后压力p2和反动度（和反动度（p1可计算出）。可计算出）。任务：任务： 1）喷嘴形式的选择。）喷嘴形式的选择。 2）通流面积和叶片高度的确定。）通流面积和叶片高度的确定。 在进行喷嘴尺寸计算之前，应根据喷嘴压力比在进行喷嘴尺寸计算之

62、前，应根据喷嘴压力比n选择喷嘴型式。当选择喷嘴型式。当ncr时，应采用渐缩斜切喷嘴；当时，应采用渐缩斜切喷嘴；当0.3n0.3时，才采用缩放斜切喷时，才采用缩放斜切喷嘴，这是因为缩放喷嘴加工较困难，且工况效率低，故在汽轮机中应尽量避嘴，这是因为缩放喷嘴加工较困难，且工况效率低，故在汽轮机中应尽量避免采用缩放斜切喷嘴。免采用缩放斜切喷嘴。 1132.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定四、喷嘴叶栅尺寸的确定四、喷嘴叶栅尺寸的确定 1g动叶叶栅叶型进口角动叶叶栅叶型进口角1142.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定四、喷嘴叶

63、栅尺寸的确定四、喷嘴叶栅尺寸的确定 对于汽轮机高压级，采用部分进汽可以提高喷嘴高度对于汽轮机高压级，采用部分进汽可以提高喷嘴高度（l15mm),减少叶高损失，反动及一般都采用全周进汽减少叶高损失，反动及一般都采用全周进汽1152.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定四、喷嘴叶栅尺寸的确定四、喷嘴叶栅尺寸的确定 带斜切部分的减缩喷嘴1162.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定五、动叶栅尺寸的确定五、动叶栅尺寸的确定 1172.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定五、动叶栅尺寸的确定五、动

64、叶栅尺寸的确定 ：动叶进口高度超过喷嘴出口高度的那部分高度：动叶进口高度超过喷嘴出口高度的那部分高度能满足蒸汽沿径向扩散的要求能满足蒸汽沿径向扩散的要求能减少叶顶的漏气能减少叶顶的漏气能避免喷嘴汽流冲击叶根，减少流动损失能避免喷嘴汽流冲击叶根，减少流动损失制造与安装时会出现动静叶径向位置的偏差，制造与安装时会出现动静叶径向位置的偏差， 运行时也会出现径向变形的不一致运行时也会出现径向变形的不一致 有利有利盖度较大时，会产生径向分速，形成漩涡，盖度较大时，会产生径向分速，形成漩涡，降低效率降低效率影影响响不利不利1182.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定五

65、、动叶栅尺寸的确定五、动叶栅尺寸的确定 存在最佳盖度存在最佳盖度曲线变化较大曲线变化较小1192.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定六、其他结构因素的确定六、其他结构因素的确定 1. 级的动、静叶栅面积比2. 级的间隙（轴向间隙和径向间隙r） 1. 级的动、静叶栅面积比1202.4 2.4 汽轮机级通流部分主要尺寸的确定汽轮机级通流部分主要尺寸的确定经济方面：减少轴长，减少叶顶漏气损失，则经济方面：减少轴长，减少叶顶漏气损失，则安全方面：膨胀差安全方面：膨胀差产生摩擦，机组振动以致发生事故产生摩擦，机组振动以致发生事故减小喷嘴出口尾迹的影响，有利于级效率的

66、提高减小喷嘴出口尾迹的影响，有利于级效率的提高增加摩擦增加摩擦2、级的间隙（轴向间隙）1212.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失122粗糙度粗糙度压力降落快，则汽流加速大，使附面层变薄，摩擦损失减小压力降落快，则汽流加速大，使附面层变薄，摩擦损失减小压力降落慢，则汽流加速小，汽流堆积使附面层变薄，摩擦损失增大压力降落慢，则汽流加速小，汽流堆积使附面层变薄，摩擦损失增大2.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失附面层附面层摩擦损失、附面层脱离的涡流损失、 尾迹损失、冲波损失1232.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失内弧背弧尾迹损失

67、：汽轮机叶片的出口边有一定的厚度。当汽流沿着内弧或背弧向出口边后缘绕流时，后缘局部曲率很大，气流在极短时间内发生极大的转向必定在后缘处产生一个极大的加速、降压过程，随后又急剧减速、扩压。这样的绕流条件，对于有黏性的实际流体来说，必然导致附面层分离，在尾缘后面形成漩涡区，称为尾迹。汽轮机叶片的出口边有一定的厚度后缘处产生一个极大的加速、降压过程，随后又急剧减速、扩压导致附面层分离，在尾缘后面形成漩涡区（尾迹）在冲动叶栅的进出口处、反动叶栅的出口处和汽道背弧的某些地方，有时会出现超声速气流，产生冲波，冲波后出现扩压段，附面层增厚甚至脱离，使叶型损失增加。后缘1241.2. 补偿流动损失补偿流动损失

68、主流区内，横向压差和离心力平衡，所以没有横向流动；主流区内，横向压差和离心力平衡，所以没有横向流动；附面层中，流速小，离心力不足以平衡横向压差，所以存在由叶型腹面附面层中，流速小，离心力不足以平衡横向压差，所以存在由叶型腹面向背面的向背面的横向流动横向流动补偿流动补偿流动局部干扰主流流向局部干扰主流流向3. 对涡流动损失对涡流动损失比重最大比重最大2.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失1252. 补偿流动损失补偿流动损失主流区内，横向压差和离心力平衡，主流区内，横向压差和离心力平衡，所以没有横向流动；所以没有横向流动；附面层中，流速小，离心力不足以附面层中，流速小，离心力

69、不足以平衡横向压差，所以存在由叶型腹平衡横向压差，所以存在由叶型腹面向背面的面向背面的横向流动横向流动2.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失腹面的压力大于背面压力补偿流动补偿流动局部干扰主流流向局部干扰主流流向1263. 对涡流动损失对涡流动损失比重最大比重最大2.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失1272.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失128扩压范围扩压范围流动恶化流动恶化尾迹损失叶型损失三、影响叶栅损失的因素三、影响叶栅损失的因素2.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失（一）影响叶型损失的因素（一）影

70、响叶型损失的因素129端部损失2.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失（二）影响端部损失的因素（二）影响端部损失的因素上下两端漩涡重叠、干扰、强化，使整个动叶栅通道充满漩涡上下两端漩涡重叠、干扰、强化，使整个动叶栅通道充满漩涡端部损失增大端部损失增大130影响叶栅通流能力和做功能力影响叶栅通流能力和做功能力四、叶栅的出口汽流角四、叶栅的出口汽流角影响出口汽流角的因素：影响出口汽流角的因素：冲角对汽流出口角的影响：冲角对汽流出口角的影响：冲动式叶栅的正冲角增大，才使叶栅的压力分布明显恶化，背弧扩压段增大，分离点前移，迫使汽流脱离叶型背面2.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶

71、栅气动特性及叶栅损失冲角一般对汽流出口角的影响不大冲角一般对汽流出口角的影响不大1312.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失五、马赫数对叶栅特性的影响五、马赫数对叶栅特性的影响存在一个叶型损失系数最小的最佳马赫数存在一个叶型损失系数最小的最佳马赫数总的来说，马赫数对汽流出口角的影响不大总的来说，马赫数对汽流出口角的影响不大1322.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失六、减少叶栅损失的方法六、减少叶栅损失的方法（一）采用后加载叶型（一）采用后加载叶型“鱼头”叶型（2）最大气动负荷位置明显相下游方向移动（1）叶型前缘对气流角变化不敏感，具有较大的冲角适应

72、性（3）扩压区仅在靠近尾缘处才开始，控制并减弱了附面层的增长与堆积（4）后部具有比较薄的尾缘，有利于降低叶型损失1332.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失六、减少叶栅损失的方法六、减少叶栅损失的方法（一）采用弯扭叶片（一）采用弯扭叶片整体带围带的圆柱形叶片整体带围带的圆柱形叶片叶顶叶顶叶型叶型叶根叶根整体带围带的扭叶片整体带围带的扭叶片1342.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失六、减少叶栅损失的方法六、减少叶栅损失的方法（二）采用弯扭叶片（二）采用弯扭叶片所有的高中低叶片级（除末三级）均为弯扭的马刀型动、静叶片。变反动度（30%-60%）整体围带

73、叶片、全切削加工；强度好、动应力低、抗高温蠕变性能好。叶根叶顶汽封叶型1352.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失六、减少叶栅损失的方法六、减少叶栅损失的方法（一）采用弯扭叶片（一）采用弯扭叶片全三维叶片级效率提高全三维叶片级效率提高2%1362.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失六、减少叶栅损失的方法六、减少叶栅损失的方法（一）采用弯扭叶片（一）采用弯扭叶片设计特点设计特点扭叶片整体带围带扭叶片整体带围带高、中和低压缸中低压部分所用的叶片优点优点长叶片的叶型损失减少长叶片的叶型损失减少效率高效率高叶顶叶顶叶型叶型叶根叶根1372.5 2.5 叶栅气

74、动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失六、减少叶栅损失的方法六、减少叶栅损失的方法（一）采用弯扭叶片（一）采用弯扭叶片进汽侧出汽侧进汽侧出汽侧纵树形叶根低压缸扭曲动叶片设计特点设计特点叶片为超音速设计叶片为超音速设计优点优点经过优化避免了侵蚀经过优化避免了侵蚀效率高效率高成熟设计成熟设计内弧背弧1382.5 2.5 叶栅气动特性及叶栅损失叶栅气动特性及叶栅损失六、减少叶栅损失的方法六、减少叶栅损失的方法（一）采用弯扭叶片（一）采用弯扭叶片设计特点设计特点沿圆周方向弯曲一致了叶沿圆周方向弯曲一致了叶根部可能发生的分流现象根部可能发生的分流现象优点优点叶型损失低叶型损失低中空叶型中空叶型疏水槽疏水

75、槽进汽侧进汽侧出汽侧出汽侧末级静叶片疏水槽或用蒸汽加热而使疏水槽或用蒸汽加热而使累计的凝结水气化累计的凝结水气化139 2.6 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 140 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 喷嘴损失 动叶损失 余速损失 叶高损失 扇形损失 叶轮摩擦损失 部分进汽损失 漏汽损失 湿汽损失不是每一级都同时具有这些所有损失，而是根据具体情况分别分析计算其不是每一级都同时具有这些所有损失，而是根据具体情况分别分析计算其不同的损失。如只有在部分进汽的级才有部分进汽损失，工作在湿蒸汽区不同的损失。如只有在部分进汽的级才有部分进汽损失，工作在湿蒸汽区的级才有湿汽

76、损失。的级才有湿汽损失。汽轮机级内损失汽轮机级内损失1411. 叶高损失叶高损失 将将喷喷嘴嘴和和动动叶叶中中与与叶叶高高有有关关的的损损失失称称为为级级的的叶叶高高损损失失或或叫叫端端部部损损失失。当当叶叶片片较较短短（一一般般说说叶叶高高l1215)时时，叶叶高高损损失失明明显显增增加加。这这时时，必必须须采采用用部部分进汽。叶高损失常用下面半经验公式计算分进汽。叶高损失常用下面半经验公式计算 ： 一一 . 级内损失级内损失 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 - 不包括叶高损失的轮周有效焓降不包括叶高损失的轮周有效焓降 ，式中，式中，a -经经 验验 系系 数数 ， a

77、=1.2 (单列级，不含扇形损失）；单列级，不含扇形损失）； a=1.6（单列级，含扇形损失（单列级，含扇形损失)；a=2 (双列级）；双列级）； l - 叶栅高度叶栅高度(mm)。142 2.扇形损失扇形损失 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失（3）办法）办法当当 8 12 时时 ， 级级 可可 采采 用用 等等 截截 面面 直直 叶叶 片（等片（等 截截 面面 直直 叶叶 片片 的的 设设 计计 和和 加加 工工 都都 比比 较较 容容 易）易） ， 但但 存存 在在 着着 扇扇 形形 损损 失失 ；径高比径高比越越 小小 ，扇形损失越大，扇形

78、损失越大 （2）计算式：）计算式： 环形叶片导致非平均直径处偏离设计工况环形叶片导致非平均直径处偏离设计工况 （1）原因）原因 143 2.扇形损失扇形损失 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失原因原因相对节距不是常数相对节距不是常数叶栅出口汽流在径向有压差，存在径向流动叶栅出口汽流在径向有压差，存在径向流动相对节距从内径向外径成正比相对节距从内径向外径成正比例增加，例增加，相对节距在平均直径相对节距在平均直径处为最佳值，其他各截面均偏处为最佳值，其他各截面均偏离最佳值离最佳值产生径向流动损失产生径向流动损失带来流动损失带来流动损失144 3. 叶轮

79、摩擦损失 1）壁面与蒸汽的摩擦（叶轮轮面粗糙度引起的）壁面与蒸汽的摩擦（叶轮轮面粗糙度引起的）（1）原因）原因 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失汽缸或隔板叶轮汽缸或隔板处的蒸汽圆周速度较叶轮处小3）靠近叶轮轮面侧的蒸汽质点随叶轮一起转）靠近叶轮轮面侧的蒸汽质点随叶轮一起转动，而靠近动，而靠近汽缸或隔板壁面的蒸汽向中心移动，汽缸或隔板壁面的蒸汽向中心移动，在叶轮两侧的汽室中就形成了涡流运动在叶轮两侧的汽室中就形成了涡流运动2）汽室中蒸汽及蒸汽之间的摩擦）汽室中蒸汽及蒸汽之间的摩擦145 叶叶 轮轮 摩摩 擦擦 损损 失失 可可 用用 以以 下下 经

80、经 验验 公公 式式 计计 算算 ：或者 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 （2）计算式：）计算式： 叶轮摩擦损失也可用焓降来表示：叶轮摩擦损失也可用焓降来表示： 3. 叶轮摩擦损失 146 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 （3）办法：）办法： 3. 叶轮摩擦损失 汽轮机的高压缸的叶轮摩擦损失较大，低压级的较小汽轮机的高压缸的叶轮摩擦损失较大，低压级的较小 Xa 增加时，叶轮摩擦损失急剧增大叶轮摩擦损失急剧增大确定合适的速比确定合适的速比 摩擦损失引起减小叶轮周围蒸汽空间，提高叶轮表面的光洁度减小叶轮周围蒸汽空间，提高叶轮表面的光洁度由此可知： 147

81、 4. 部分进汽损失部分进汽损失 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失n如果将喷嘴布置在隔板（或蒸汽室）的如果将喷嘴布置在隔板（或蒸汽室）的整个圆周上，使蒸汽沿整个圆周进汽，整个圆周上，使蒸汽沿整个圆周进汽，这种进汽方式称为全周进汽。这种进汽方式称为全周进汽。n为了增加喷嘴的高度，则将喷嘴布置在部分圆周上，为了增加喷嘴的高度，则将喷嘴布置在部分圆周上，使蒸汽沿部分圆弧进汽，这种进汽方式称为部分进汽。使蒸汽沿部分圆弧进汽，这种进汽方式称为部分进汽。n全周进汽和部分进汽全周进汽和部分进汽148 4. 部分进汽损失部分进汽损失 动叶通过这一弧段时，要象鼓风

82、机一样把滞留在这一弧段内的蒸汽鼓到出汽边而消耗轮周功。 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失（1） “鼓风鼓风”损失损失 发生在没有喷嘴叶片的弧段内。 在没有布置喷嘴的弧段所对应的动叶栅两侧用护套罩起来 使动叶只在护套内的少量蒸汽中转动鼓风损失大为减少u减少减少 “鼓风鼓风”损失的措施损失的措施 e越小，鼓风损失越大应选择合理的进汽度u“鼓风鼓风”损失的经验计算公式损失的经验计算公式149 4. 部分进汽损失部分进汽损失 由于叶轮作高速旋转，这样，在喷嘴出口端的A点（喷嘴组出口端喷嘴组出口端）存在着漏汽；而在B点（喷嘴组进口端）喷嘴组进口端）又存在着

83、抽吸作用，将一部分蒸汽吸入动叶通道，干扰主流，同样会引起损失。这样就形成了斥汽损失 。 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失（2）“斥汽损失斥汽损失” 发生在安装有喷嘴叶片的弧段内。 动叶片由非工作区非工作区进入工作区弧段工作区弧段时，动叶通道中滞留滞留的蒸汽要靠工作区弧段中喷嘴喷出的主流蒸汽将其吹出，要消耗轮周功。AB喷嘴通道内的蒸汽压力大于通道外的蒸汽压力150 4. 部分进汽损失部分进汽损失 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失（2）“斥汽损失斥汽损失” 发生在安装有喷嘴叶片的弧段内。ABu减少减少

84、“鼓风鼓风”损失的措施损失的措施u“斥汽损失斥汽损失” 计算公式在相同的部分进汽度下，应尽量减少喷嘴组数151 总的部分进汽损失总的部分进汽损失由鼓风损失和斥汽损失鼓风损失和斥汽损失组成 ，即上 三 式 中 ， e - 部分进汽度； ec= 1- e ; E - 级 的 理 想 能 量；Xa - 级 的 速 度 比 ； Bc -系数，单列级:Bc =0 . 15,双 列 级: Bc=0.55; Zng-喷嘴组数； Cs-经验系数，单列级，Cs=0.012,双列级，Cs = 0.016 。 4. 部分进汽损失部分进汽损失 he 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内

85、损失级内损失而152 5.漏汽损失漏汽损失 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失转轴隔板(1) 隔板漏汽损失隔板漏汽损失 1）原因：a. 隔板和转轴之间存在间隙；b. 隔板前后存在较大的压差；2）解决办法： a.叶轮盘上开设平衡孔，让隔板漏汽从平衡孔漏出， 而不干扰主流 。 b.汽封 c.适当的根部反动度，避免漏气进入动叶干扰主气流汽封21蒸汽在汽封齿位置1节流，降压增速，在位置2，由于空间增大，动能耗散每个汽封齿只承担压差的一部分，与不设汽封相比，压差和漏气面积都减小153 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级

86、内损失 5.漏汽损失漏汽损失 （2）叶顶漏气损失）叶顶漏气损失叶顶前后有较大压差叶顶前后有较大压差叶顶与叶顶与 隔板和持环之间有轴向和径向间隙隔板和持环之间有轴向和径向间隙u减少叶顶漏气损失的措施：减少叶顶漏气损失的措施：对无围带的长叶片，可将动叶顶部削薄以达到汽封的作用在围带上加装径向汽封和轴向汽封尽量减小动叶顶部反动度u原因：原因：径向汽封154 漏汽损失是由于压力差和间隙的存在而引起的。减少漏汽损失、减小漏汽量，就应该减小间隙面积和蒸汽压力差。漏汽量和漏汽损失计算方法如下： （ 1）隔板漏汽量的计算）隔板漏汽量的计算 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损

87、失级内损失 5.漏汽损失漏汽损失 （ 2）动叶顶漏汽量的计算）动叶顶漏汽量的计算155（ 3）隔板损失计算）隔板损失计算 （ 4 ）叶顶漏汽损失计算）叶顶漏汽损失计算 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失 5.漏汽损失漏汽损失 （5）级的总的漏气量）级的总的漏气量（6）反动级漏气损失比冲动级大的原因）反动级漏气损失比冲动级大的原因1566 .湿汽损失湿汽损失 蒸汽在汽轮机最后几级时便进入湿蒸汽区，这里将产生湿汽损失。产产生生湿湿汽损失的原因汽损失的原因在于： （ 1 ）一部分蒸汽在膨胀加速过程中凝结成水滴凝结成水滴，减少了作功蒸汽量； （ 2 ）水滴

88、不膨胀作功，反为高速汽流所夹带前进夹带前进，要消耗一部分轮周功 ； 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失（3 ）由于水滴前进速度低于蒸汽速度。这样，从动叶进口速度三角形上分析，水滴从喷嘴中流出时，正好打击动叶背弧打击动叶背弧，阻止动叶前进，减小了有用 功；而水滴从动叶流出之后又打击下一级喷嘴的背弧打击下一级喷嘴的背弧。水滴长期冲蚀片，使 叶片进口边背弧被打击成许多麻点，严重时，会打穿叶片。蒸汽水滴157湿汽损失通常用下面经验公式计算湿汽损失通常用下面经验公式计算： 式 中 ， X - 级 的 平 均 蒸 汽 干 度 ； 2.5 汽轮机级内损失和级效率

89、汽轮机级内损失和级效率 6 .湿汽损失湿汽损失 一一 . 级内损失级内损失- 未计湿气损失的有效比焓降 ；158 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 6 .湿汽损失湿汽损失 一一 . 级内损失级内损失1 ） 捕水装置捕水装置（图）（图）湿蒸汽会引起湿汽损失和冲蚀叶片，就必须采取一些去湿措施去湿措施。2 ） 具有吸水缝的空心喷嘴具有吸水缝的空心喷嘴（图）（图）3 ） 采用出汽边喷射的空心喷嘴采用出汽边喷射的空心喷嘴（图）（图）提高叶片本身的抗湿能力，主要是设法增强叶片进汽边背弧的抗湿性能。对叶片表面进行处理：对叶片表面进行处理：电火花处理等动叶片进汽边背弧加焊硬质合金采用耐腐蚀

90、性强的叶片材料159 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 6 .湿汽损失湿汽损失 一一 . 级内损失级内损失160 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 6 .湿汽损失湿汽损失 一一 . 级内损失级内损失161 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 6 .湿汽损失湿汽损失 一一 . 级内损失级内损失162 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失163 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级内损失级内损失164 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 一一 . 级

91、内损失级内损失165二、级的相对内效率和内功率二、级的相对内效率和内功率 级内许多损失存在。则进入级的蒸汽所具有的理想能量就不可能全转化为有效功。但损失又转换为热能，加热蒸汽本身，使动叶出口排汽焓值升高。考虑了各种损失之后级的实际热力过程曲线如图所示。其中，0*点为级前滞止状态点，3为有余速利用时的下一级级前进口状态点。 hi为级的有有效效焓焓降降，它表示1kg蒸汽所具有的理想能量最后转化为有效功的能量hi越大，级的内效率就越高 。 1. 级的实际热力过程曲线级的实际热力过程曲线 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 166二、级的相对内效率和内功率二、级的相对内效率和内功率

92、2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 167 2.级的相对内效率（级效率）级的相对内效率（级效率） 级效率是衡量级内能量转换完善成度的最后指标。 3. 级级 的的 内内 功功 率率 或者 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 二、级的相对内效率和内功率二、级的相对内效率和内功率 1.168 2.5 汽轮机级内损失和级效率汽轮机级内损失和级效率 三、级内损失对最佳速比的影响三、级内损失对最佳速比的影响当考虑了上述各项损失之后当考虑了上述各项损失之后169作业与思考题作业与思考题1、级的热力计算：已知汽轮机转速n = 3000r/m，通过级的流量G=65t/h，级的

93、平均直径 =1.44 m，级的理想焓降 =125.6kJ/kg，蒸汽初速 =91.5m/s，级前压力 = 0.0981MPa ，干度 =0.99，级的反动度 =0.2，喷嘴出汽角 =19 。要求：（1）确定静、动叶栅通流面积、叶高；（2）级的速度三角形；（3）级的内功率、内效率；（4）级的热力过程曲线。 2、提高叶片抗蚀的办法有哪些？3、汽轮机的级共有哪些损失？其产生原因，如何减小？1702.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算一、级的热力计算的主要内容一、级的热力计算的主要内容:进行喷嘴的热力计算进行喷嘴的热力计算,确定喷嘴通流面积和高度确定喷嘴通流面积和高度;进行动

94、叶的热力计算进行动叶的热力计算,确定动叶通流面积和高度确定动叶通流面积和高度;画出动叶的进出口速度三角形画出动叶的进出口速度三角形;计算级的内效率和内功率计算级的内效率和内功率;画出级的热力过程线画出级的热力过程线.1712.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1722.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1732.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举

95、例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1742.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1752.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1762.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1772.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级

96、的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1782.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1792.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1802.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1812.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计

97、算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1822.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1832.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1842.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1852.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1

98、. 单列级的热力计算单列级的热力计算1862.6 2.6 级的热力计算级的热力计算级的热力计算级的热力计算二、级的热力计算举例二、级的热力计算举例1. 单列级的热力计算单列级的热力计算1872.7 2.7 级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计 前面讨论级的气气动动特特性性和几几何何参参数数时，都是以一一元元流流动动模模型型为理论依据，以级的平均直径截面上的参数作为代表来进行研究和计算的。按这种计算方法设计的叶片，称为等等截截面面直直叶叶片片，即叶片的几何参数沿叶高不变。显 然，这种设计方法计算方便，叶片加工简单。 但是，对于汽轮机低压部分的级

99、来说，蒸汽比比容容变化快，容积流量大，级的平均直径大，叶片长径径高高比比很小。汽动参数沿叶高变化大。在这种情况下，如果仍然按等截面直叶片进行设计，则级的实际轮周效率比计算值要低得多。其原因就在于 :188（1 1）沿沿叶叶高高圆圆周周速速度度不不同同所所引引起起的的损损失失： 从叶根到叶顶，其相应的圆周速度相差很大。（如200MW汽轮机的末级叶片，平均直径为2000 mm, 叶高为665 mm, 径高比 = 3，其叶顶的圆周速度为418.6 m/s，而叶根的的圆周速度为209.7m / s，二者相差一半）。图1-70所示。由于圆周速度沿叶高增加，使汽流进入动叶通道时的进汽角 沿叶片高逐渐增大，

100、即 。如果仍以平均直径处 速度三角形有关参数作为依据来进行设计，并采用等截面直叶片。那么，除了平均直径附近处之外，其余直径处的汽流在进入动叶通道时，都会有不同程度的撞击现象发生。这样都会造成损失。 2.7 2.7 级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计189（2 2）沿沿叶叶高高相相对对节节距距不不同同所所引引起起的的损损失失：叶片是安装在叶轮上的，呈 环形，当径高比很小时,节距沿叶高变化很大。而每一种叶栅都有一个最佳的相 对节距，其对应叶栅的效率最高。只要偏离这一最佳值，都会引起损失，造成效率下降 。 （3 3） 轴轴向向间间隙隙中中汽汽流流

101、径径向向流流动动所所引引起起的的损损失失：蒸汽从动、静叶栅通道中流出时，都有一定的圆周速度，因此，在动、静轴向间隙中必然产生离心力作用，而产生径向流动。径向流动就会造成损失。而且，叶片越长，径向流动造成的损失就越大 。 因此，对于长叶片级来说，就不能采用短叶片级的来进行设计。就必须把长叶片级设计成型线沿叶高变化的变截面叶片，即扭叶片。扭叶片加工困难，制造成本高。长叶片级的设计普遍采用径向平衡法。这种设计方法的核心问题就是确定动、静叶栅轴向间隙汽流的平衡条件。建立径向平衡条件，建立径向平衡方程式，然后求解径向平衡方程式，由此得出汽流参数沿叶高的变化规律。径向平衡法有简单径向平衡法和完全径向平衡法

102、。 2.7 2.7 级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计190一一 ，简，简 单单 径径 向向 平平 衡衡 法法 简 单 径 向 平 衡 法 是 假 设 动 、 静 叶 栅 轴 向 间 隙 中 汽 流 作 轴 对 称 的 圆 柱 面 流 动 ， 其 径 向 分 速 为 零 ， 子 午 线 曲 线 半 径 无 穷 大 。 求 得 的 简 单 径 向 平 衡 方 程 式 为 ： 喷 嘴 出 口 轴 向 间 隙 ：动 叶 出 口 轴 向 间 隙 ：上 二 式 中 ， p - 蒸 汽 压 力 ； r - 级 的 半 径 ； v - 蒸 汽 比 容 。

103、2.7 2.7 级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计191二二 ，完，完 全全 径径 向向 平平 衡衡 法法 完 全 径 向 平 衡 法 认 为 ， 在 动 、 静 叶 栅 轴 向 间 隙 中 ，圆 周 方 向 的 流 面 是 一 个 轴 对 称 的 任 意 回 转 面 。完 全 径 向 平 衡 方 程 式 为 ： 式 中 ， - 蒸 汽 密 度 ； - 汽 流 圆 周 分 速 、 子 午 分 速 ； - 子 午 分 速 对 Z 轴 的 倾 角 ； R - 流 面 上 某 点 的 曲 率 半 径 。 用简单径向平衡法设计所得到的流型有：理想等

104、环量流型、等角流型、喷嘴出口等环量和动叶出口连续流流型、等密流流型。用完全径向平衡法导出的 流型有：三元流流型、可控涡流型 。2.7 2.7 级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计级的二维和三维热力设计192补充：高效新叶型的开发与应用1、SCHLIST叶型（平衡叶型），后加载叶型；2、分流叶栅（宽窄组合叶栅）；3、三元流场设计：弯扭叶片，可控涡流技术；4、高效、高可靠性末级长叶片技术。 在100MW、125MW和200MW汽轮机改造中，就是利用这些新型高效叶片技术对通流部分进行改造，再配合：（1）新型汽封（可调汽封，多齿汽封，椭圆汽封；（2）高效进汽室涡壳进汽（无

105、叶喷嘴），高效排汽缸。这三种机改造实践表明：通过改造后，功率增加10%，机组内效率提高，热耗降低，煤耗下降。1932 汽轮机级的工作原理汽轮机级的工作原理本章要求本章要求1）掌握汽轮机通流部分中蒸汽的流动规律及能量转换过程，提高综合）掌握汽轮机通流部分中蒸汽的流动规律及能量转换过程，提高综合应用基础知识分析研究具体工程技术问题和科研课题的能力。应用基础知识分析研究具体工程技术问题和科研课题的能力。2）明确在级内能量转换过程中，各项损失的物理概念及减少损失的措）明确在级内能量转换过程中，各项损失的物理概念及减少损失的措施和计算方法。施和计算方法。3）明确级的速比、反动度、比焓降及叶型参数对汽轮机热功转换能力）明确级的速比、反动度、比焓降及叶型参数对汽轮机热功转换能力（轮周功率）和轮周效率的重要影响，及对汽轮机整体结构的影响。（轮周功率）和轮周效率的重要影响，及对汽轮机整体结构的影响。4）掌握用一元流理论进行级的热力设计的方法。）掌握用一元流理论进行级的热力设计的方法。194 刚才的发言，如刚才的发言，如有不当之处请多指有不当之处请多指正。谢谢大家！正。谢谢大家！195