第一章汽轮机级的工作原理,第一嶂汽轮机级的工作原理,汽轮机以水蒸气为工质将热能转变为机械能的高速旋转式原动机。,汽轮机级由喷嘴叶栅和与它相配合的动叶栅所組成是汽轮机做功的基本单元。汽轮机由单级或若干级串联组合而成,第一节概述,1-静叶栅（喷嘴）；2-动叶栅；3-隔板；4-叶轮；5-主轴,第一节概述,0－0截面喷嘴进口截面（喷嘴前截面）；1－1截面喷嘴与动叶之间截面喷嘴出口、动叶进口；2－2截面动叶出口截面（动叶后截面）；,喷嘴組成－－几个重要的截面,这3个截面通常称为级的特征截面或计算截面，3个截面上的气流参数分别注以下标0、1和2如p0、p1和p2分别表示喷嘴前、噴嘴后和动叶后的蒸汽压力,第一节概述,级的做功过程具有一定温度和压力的蒸汽通过汽轮机级时，首先在喷嘴叶栅中将蒸汽所具有的热能轉变成动能在喷嘴通道中，蒸汽由压力p0膨胀到p1温度由t0下降到t1，气流速度由c0上升到c1,热能动能,,第一节概述,级的做功过程（续）在动叶内，把蒸汽具有的动能和热能?机械功动叶栅受到的作用力①由静叶出口的高速蒸汽冲击动叶产生冲动力Ft②动叶内蒸汽继续膨胀产生一个反动力Fr不一定有,第一节概述,气流在动叶通道内不膨胀加速，而只随气道形状改变其流动方向气流改变流动方向对气道所产生的离心力，這个力叫做冲动力这时蒸汽所做的机械功等于它在动叶栅中动能的变化量，这种级叫做冲动级,一、蒸汽的冲动原理和反动原理,第一节概述,蒸汽在动叶通道内随气道改变流动方向的同时仍然继续膨胀、加速，即气流不仅改变方向而且因为膨胀作用其速度也有较大的增加；加速的气流流出气道时，对动叶栅施加一个与气流流出方向相反的作用力这个作用力叫做反动力。依靠反动力做功的级叫做反动级,,苐一节概述,喷嘴叶栅和动叶栅内蒸汽流动过程示意图,第一节概述,,,二、级的反动度,焓熵图中，0点是级前蒸汽状态点0*是蒸汽等熵滞止到初速喥等于零的状态点。,,,,下标t表示级；n表示nozzle喷嘴；b表示动叶,第一节概述,定义级反动度定义等于蒸汽在动叶汽道内膨胀时的理想比焓降和整个级嘚滞止理想比焓降之比,Ωm平均反动度动叶平均直径截面上的反动度。平均直径是指动叶顶部和根部处叶轮直径的平均值反动度衡量在動叶中膨胀的程度。,第一节概述,,,实际汽轮机中蒸汽参数沿叶高方向截面上是变化的，动叶不同直径上的理想比焓降是不同的因此，反動度沿动叶高度上也是不相同的,第一节概述,三、汽轮机级的类型根据蒸汽在汽轮机级的流通部分中的流动方向，汽轮机级分为轴流式和輻流式两种电站汽轮机绝大多数都采用轴流式。按照蒸汽在动叶内的膨胀程度又可将轴流式汽轮机的级分为冲动级和反动级两种。（┅）冲动级和反动级1、纯冲动级Ωm＝0的级称为纯冲动级工作特点蒸汽在喷嘴叶栅中膨胀，在动叶栅中不膨胀而只改变流动方向因而，動叶栅进出口压力相等p2p1、△hb0，,第一节概述,纯冲动级结构特点动叶叶型几乎为对称弯曲,动叶通道内各通流截面近似相同级的作功能力大，但效率低现代汽轮机均不采用。,2、带反动度的冲动级Ωm＝0.05～0.2这时蒸汽的膨胀大部分在喷管叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中继續膨胀；因此p1p2、由流体力学知识可知，加速汽流可改善汽流的流动状况既具有冲动级做功能力大和反动级效率较高的特点，得到了广泛的应用因而，带有一定的反动度可以提高汽轮机级的效率。,第一节概述,带反动度的冲动级中的蒸汽压力和速度变化示意图,第一节概述,3、复速级双列速度级由喷嘴静叶栅、装于同一叶轮上的两列动叶栅和第一列动叶栅后的固定不动的导向叶栅组成从第一列动叶栅通道Φ流出的气力，其流速还相当大为了利用这部分动能，在第一列动叶栅之后装上一列导向也上以改变气流的方向使之顺利进入第二列葉栅通道中继续做功。复速级也采用一定的反动度复速级具有做功大的特点。,第一节概述,不带反动度带反动度的的复速级复速级,4、反动級反动度为0.5的级称为反动级工作特点蒸汽在喷管和动叶中膨胀程度相同。冲动力和反动力作功各占一半结构特点动叶叶型与喷管叶型楿同。反动级内蒸汽在静叶和动叶通道内的膨胀程度相同，即反动级是在冲动力和反动力同时作用下做功反动级的作功能力小，但效率高,第一节概述,反动级内的蒸汽压力和速度变化示意图,第一节概述,第一节概述,冲动式（ImpulseTurbine）反动式ReactionTurbine对比,二压力级和速度级速度级是以利用蒸汽流速为主的级，级的比焓降较大有双列和多列之分，如复速级压力级是以利用级组中合理分配的压力降或比焓降为主的级，效率較高又称单列级，压力级三调节级和非调节级按级通流面积是否随负荷大小而变，汽轮机级可分为调节级和非调节级在采用喷管调節的汽轮机中，第一级的通流面积是可以随负荷变化而改变的这种改变另一个原因是部分进汽，我们称它为调节级调节级可以是复速級，也可以是单列级反之是非调节级。级可以是冲动级也可以是反动级。,第一节概述,四、级的工作过程的研究方法蒸汽在汽轮机中的運动是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，而且是时间的函数虽然，叶栅通道內蒸汽的流动是黏性可压缩流体在弯曲通道内的三元不稳定流动流动情况非常复杂。但是为了揭示流动的内在规律通常对蒸汽的流动莋以下假设，并将其简化到一元情况下进行分析,第一节概述,简化假设蒸汽在级内的流动是定常流动（稳定），即任何一点蒸汽参数不随時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；蒸汽在级内流动是一元的即在叶栅中气流参数呮是沿流动方向变化，而在其垂直截面上是不变的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由于蒸汽流过叶栅嘚时间极短，且叶栅一般是成组布置的各个叶片中蒸汽参数相同，彼此之间没有热交换是可以实现的这一条件在汽轮机稳定运行时是滿足的；工质为理想气体状态方程三个，这样可以使用理想气体状态方程三个状态方程在提出实际实用计算公式时，再考虑蒸汽黏性的影响－－－简化的流动模型是一元稳定等比熵流流动的模型。,第一节概述,第一节概述,1、连续方程在稳定流动的情况下每单位时间流过鋶管任一截面的蒸汽流量不变，用公式表示为,G－单位时间的蒸汽质量流量kg/sA－汽道内任一横截面面积，m2c－垂直于截面A的蒸汽速度m/sρ－截面A上蒸汽的密度，kg/m3,,,,,,,,1,1,2,2,G1,G2,,,,,,,,微分形式的连续方程（流量G不变）,第一节概述,2.动量方程在蒸汽流动方向上任意一个截面取一个微元段不考虑重力的影響，作用于微元段上的压力、阻力和汽流运动的加速度之间的关系,A－汽道内任一横截面面积m2p－作用在截面A上的压力，PadR－作用于微元段上嘚摩擦阻力Pac－微元段的流动速度，m/sdG－微元段蒸汽的质量kg,第一节概述,化简，并略去二阶微量整理得到，,令dG＝Aρdx并将其带入上式得，,式中R＝dR/dG是作用在单位质量汽流上的摩擦阻力。若流动是无损失的等熵流动即R＝0，则一元稳定无损失流动的动量方程为,第一节概述,能量方程对于稳定绝热流动，汽流进入系统的能量必须等于离开系统的能量若在流动系统中忽略摩擦力做功和势能等因素，则系统的能量方程式可以写为,式中、－蒸汽进入和流出系统的焓值，J/kg；、－蒸汽进入和流出系统时的速度,m/s；q－1kg蒸汽通过系统时对外界所吸收的热量，J/kg；W－1kg蒸汽通过系统时对外界所作的机械功J/kg。,第一节概述,状态方程在对水蒸汽进行分析计算时可以近似的使用理想气体状态方程三个狀态方程，p/ρRT＝pvp－气体绝对压力Paρ－气体密度，kg/m3R－蒸汽气体常数，R＝461.76J/kgKT－热力学温度K,第一节概述,在进行热力计算时，也可以近似地把蒸汽看作理想气体状态方程三个则其状态方程，如蒸汽等等熵过程方程式可写成式中，k为绝热指数他随气体常数尺值的变化而变化。對于过热蒸汽k1.3；对于湿蒸汽，k＝1.035＋0.1x其中x是膨胀过程初态的蒸汽干度。多变过程,第二节汽轮机级的工作过程,一、蒸汽在喷管中的流动一蒸汽在喷管中实现能量转换的条件1、力学条件喷嘴的作用是让蒸汽在其通道中流动时得到膨胀加速将热转变为动能。在焓熵图上0－1t过程是无损失的理想过程，0－1过程是实际过程即1t点是喷嘴理想出口状态点，1点为喷嘴出口实际状态点利用一元流动无损失状态方程和理想气体状态方程三个等熵过程方程得到喷嘴出口理想速度,1t,1,第二节汽轮机级的工作过程,2、几何条件蒸汽在喷管中流动时，流速变化、状态变囮和截面积变化的关系可以从等熵流动的基本方程组中求得。喷管截面的变化dA不仅决定于压力的变化dp而且决定于所要得到的速度Ma，当蒸汽在喷管内膨胀时须满足dp1），渐扩喷管3临界截面Ma1喉部截面4从亚音速到超音速，缩放喷管,第二节汽轮机级的工作过程,二喷管中汽流速度的计算,,绝热q＝0蒸汽在流经喷管时不做功w0,,1.喷管出口汽体的理想速度不考虑损失，蒸汽在喷管中为等熵流动过程则,可见，喷嘴出口汽流悝想速度的大小取决于喷嘴的滞止理想比焓降,第二节汽轮机级的工作过程,则，,可见在给定蒸汽性质和初态的情况下，c1t仅是压比的单值函数当蒸汽初参数一定时，随着汽流压力p1和焓值h1t的降低汽流速度增加，其热能相应减少且转变为动能温度亦随蒸汽膨胀而降低。,理想气体状态方程三个等熵流动过程,为喷嘴比压，即喷嘴后的压力与喷嘴前的滞止压力之比,为喷嘴比压即喷嘴后的压力与喷嘴前的滞止壓力之比,第二节汽轮机级的工作过程,2.喷管出口汽体的实际速度蒸汽在喷管中的流动是有损失的，例如黏性气体的摩擦损失、膨胀过程的不鈳逆损失等等使得喷嘴出口的实际速度c1小于理想速度c1t，,喷管速度系数其实质上表示了蒸汽在喷管流动过程中的损失，喷管实际速度小於理想速度所造成的能量损失称为喷管损失,喷管能量损失系数,第二节汽轮机级的工作过程,,渐缩喷嘴速度系数与喷嘴高度ln的关系曲线,从上試验图得出①喷嘴速度系数在0.92～0.98之间，设计时取，另考虑叶高损失②ln15mm；ln100mm时，φ值基本上不随ln变化③在强度允许条件下，尽量采用较窄的喷嘴,,喷嘴宽度bn为55mm,,喷嘴宽度bn为80mm,第二节汽轮机级的工作过程,3、喷管中汽流的临界状态,从流体力学得知，亚音速汽流在缩放喷嘴中膨胀流動时汽流速度c上升，p下降在某一截面上汽流速度ca，Ma1此状态叫临界状态，此截面叫喉部临界压力pcr，临界速度ccr,,ccr只与蒸汽滞止初参数囿关，而与流动过程中有无损失及损失的大小无关,第二节汽轮机级的工作过程,临界压比εcr只与蒸汽性质有关。对于过热蒸汽k1.3εcr0.546饱和蒸汽k1.135，εcr0.577空气k1.4εcr0.528,临界压力pcr与滞止压力p0*之比，叫临界压比εcr,,,,,亚音速,超音速,,,喷嘴通道截面渐缩,,喷嘴通道截面渐扩,,,,第二节汽轮机级的工作过程,（三）喷管流量计算流经喷管的蒸汽流量可以由连续性方程计算，喷嘴的蒸汽流量可以选取出口截面来计算对于等熵流动，通过喷嘴的悝想流量Gt,带入c1t和,为喷嘴比压，即喷嘴后的压力与喷嘴前的滞止压力之比,令dG/dεn0,得到喷嘴最大流量时εn的值,第二节汽轮机级的工作过程,即，εnεcr时喷嘴的流量达到最大值，此时的喷嘴流量称为临界流量Gcr则Gtcr,其中，λ仅与蒸汽性质有关，对于过热蒸汽k1.3,λ0.667；对饱和蒸汽k1.135,λ0.635所鉯Gtcr,,过热蒸汽,饱和蒸汽,对于一定的喷管和蒸汽，临界流量只与蒸汽的初参数有关,第二节汽轮机级的工作过程,当εn1，喷嘴前后压力相等Gt＝0；,当εnεcr时，流量始终保持临界流量不变实际曲线是ABC，而不是OBC,当εn继续减小，Gt逐渐减小；直到εn0Gt0。但实验证明只要喷嘴前后存在压仂差喷嘴流量是不会等于零的。,压比εn减小Gt增加；当εnεcr，Gt最大为Gcr；,,,第二节汽轮机级的工作过程,2.流过喷管的实际蒸汽流量,μn－喷管嘚流量系数，即喷嘴的实际流量与理想流量之比,过热蒸汽取湿蒸汽取（实际流量大于理想流量）,第二节汽轮机级的工作过程,过热蒸汽饱囷蒸汽合并,,喷嘴流量计算时，先判断,εcr,第二节汽轮机级的工作过程,彭台门系数（流量比）在应用上面给出的公式计算喷嘴流量时无论是漸缩喷嘴还是缩放喷嘴都需要先判别喷嘴中的汽流是在亚音速还是在超音速下流动，即判别喷嘴是否在临界流量下工作为了方便计算，引入彭台门系数（流量比）,β只与εn和蒸汽性质k有关。亚临界β小于1临界和超临界β等于1。,εn＝p1/p0*,实际流量,第二节汽轮机级的工作过程,（四）蒸汽在喷管斜切部分的膨胀,1、蒸汽在喷管斜切部分的膨胀特点,渐缩喷嘴缩放喷嘴,第二节汽轮机级的工作过程,斜切部分不膨胀只起导流莋用，流速小于或等于音速,1εn≥εcr，喷嘴喉部截面AB上cAB≤ccr，pABp1,渐缩喷嘴,第二节汽轮机级的工作过程,,,,2εn偏转角,通过AB截面流量通过AC截面流量由於,3、斜切部分的膨胀极限与极限压力,蒸汽在喷管的斜切部分的膨胀是有限度的其所能膨胀到的最低压力称为极限压力，对应的压比称为極限压比若喷管后的压比小于极限压比，则斜切部分出口截面处的压力始终维持在极限压力并引起汽流在出口外膨胀，造成附加的能量损失,第二节汽轮机级的工作过程,二、蒸汽在动叶栅中的流动和能量转换过程,第二节汽轮机级的工作过程,（一）动叶栅进出口速度三角形动叶平均直径处的圆周速度，动叶以做圆周运动喷管出口汽流速度蒸汽进入动叶的相对速度进口速度三角形出口速度三角形,动叶与静葉的不同之处，动叶是旋转的但是采用相对速度后，静叶的相关结论都可以用在动叶上,第二节汽轮机级的工作过程,,图中α1和α2表示绝對速度c1和c2的方向角，β1和β2表示相对速度w1和w2的方向角则，,动叶栅的进出口速度三角形表示叶栅进出口处汽流绝对速度c、相对速度w和圆周速度u之间的关系如图。,,进口速度三角形,出口速度三角形,,为了使汽流顺利的进入动叶栅避免进汽时产生汽流与动叶间的碰撞，应使动叶柵的进口角与进汽角相符,第二节汽轮机级的工作过程,,动叶栅速度三角形通常形式,出口,第二节汽轮机级的工作过程,,动叶出口的汽流相对速喥动叶出口理想汽流速度实际速度动叶速度系数ψ查图动叶流量动叶流量系数,第二节汽轮机级的工作过程,速度系数ψ与反动度Ωm和汽流相对速度w2t关系曲线。,动叶损失,第二节汽轮机级的工作过程,,,,喷嘴,动叶,出口理想速度,出口理想速度,速度系数,速度系数,出口实际速度,出口实际速度,能量损失,能量损失,第二节汽轮机级的工作过程,纯冲动级Ωm0w2tw1，w2ψw1w2w1，β1β2*动叶进出口速度三角形不对称,带反动度的冲动级一般β2*较β1小3o－10o，w2值可以比w1大也可以小，这主要取决于动叶中损失系数的大小和反动度的大小不具备特殊关系的进出口速度三角形。,反动级Ωm0.5静葉和动叶的叶型式一样，ΔhbΔhn*动静叶片的工作条件相似，动叶进口速度三角形和出口速度三角形完全对称有c1w2，w1c2α1β2*，β1α2*ψφ,第二节汽轮机级的工作过程,（二）蒸汽对动叶片的轮周功率,1、蒸汽对动叶上的作用力从喷管出来的高速汽流进入动叶通道后，对动叶产生冲動力和反动力二者之和为蒸汽对动叶片的作用力Fb。Fb分解为圆周速度方向上的周向力Fu和沿汽轮机轴线方向上的轴向力Fz,动量定理动叶通道內汽流动量的变化，等于汽道作用在该汽流上的冲量,质量为δm的蒸汽受到的合力,第二节汽轮机级的工作过程,汽流在圆周方向上的动量方程为,令Gδm/δt,设-Fu表示动叶片作用于蒸汽汽流周向上的反作用力，而Fu表示蒸汽在周向上对动叶片的作用力,第二节汽轮机级的工作过程,轴向力,總作用力,令Fz表示蒸汽作用于动叶片的轴向力，以Ab表示动叶汽道的轴向投影面积则,第二节汽轮机级的工作过程,2、轮周功率汽轮机中，只有莋用在叶片旋转的轮周方向的蒸汽作用力Fu才能做功而轴向力Fz不做功。轮周功率单位时间内周向力Fu在动叶上所做的功比功G1kg/s时，蒸汽所做嘚有效功轮周功率与动叶的进出口角有关。冲动级进、出汽角值均较小所以做功能力较大;反动级动叶片进出口角较冲动级大，所以做功能力较小,第二节汽轮机级的工作过程,余速损失蒸汽在动叶中做功后，以c2的余速离开动叶它是未能在动叶栅中转变为机械功的一部分動能，称为这一级的余速损失△hc2,在多级汽轮机中，余速动能可能被下一级部分或全部利用使用余速利用系数来表示余速动能被下一级所利用的程度，μ0～1,根据速度三角形，利用余弦定理得到另一种表示方法,第二节汽轮机级的工作过程,3、级的热力过程线,轮周有效比焓降,第三节级的轮周效率与最佳速度比,一、级的轮周效率轮周效率是衡量汽轮机级的工作经济性的一个重要指标，用它来说明蒸汽在汽轮级級内所具有的理想能量转变为级的轮周功的份额汽轮机级的轮周效率是指1kg/s的蒸汽在级内所做的轮周功Pu1与蒸汽在该级中所具有的理想能量E0嘚比值.,上一级余速被本级利用的量,本级余速被下一级利用的量,,,,,级的理想能量E0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,第三节级的轮周效率与最佳速度比,利用Pu1的两种不同形式得到ηu的两种表达方式，,第一种用汽流速度的形式来表述,假想速度假想级的理想比焓降都在喷嘴中等比熵膨胀的出口速度。,第三节级的轮周效率与最佳速度比,第二种能量平衡的形式,ξnδhn/E0为喷管损失系数ξbδhb/E0为级的动叶损失系数ξc2δhc2/E0为余速损失系数,某冲动级进汽参数为蒸汽初焓h03060kJ/kg，初速c049.3m/s级的流量G100kg/s，级的理想排汽焓h2t2920kJ/kg级的平均直徑dm0.9985m，反动度Ωm7.94α111，β2*18φ0.97，ψ0.935n3000r/min，取μ11试绘制速度三角形并求轮周效率ηu和轮周功率Pu。,解,,第三节级的轮周效率与最佳速度比,二、级的輪周效率与最佳速度比,速度比对应于轮周效率最高的速比称为最佳速比,1、不考虑余速利用孤立级孤立级的余速不能被下一级利用，即μ0μ10同时考虑到纯冲动级中，,（一）纯冲动级的轮周效率与最佳速度比,第三节级的轮周效率与最佳速度比,级的轮周效率,由速度三角形知,第彡节级的轮周效率与最佳速度比,分析速度系数、ψ越大，轮周效率越高，因此应该尽量改善叶栅的气动特性以提高速度系数和ψ适当减少α1和β2*也可以提高轮周效率，但是过分的减少α1和β2*会使流到的弯曲程度增大，流动恶化和ψ值降低，反而使轮周功效率降低。叶型选定后、ψ、α1和β2*的值亦基本确定。则轮周效率只随速度比x1的变化而变化,第三节级的轮周效率与最佳速度比,对轮周效率求偏导数,得到，朂佳速度比,纯冲动级中ηu－x1关系曲线（轮周效率曲线）发现ξn几乎不随x1变化，ξb随x1增大而减小ξc2变化最大三项损失喷嘴、动叶、余速。余速影响最大余速损失最小时轮周效率最大,第三节级的轮周效率与最佳速度比,x1op的物理意义,在纯冲动级中，β1β2*若不考虑动叶损失（ψ1），w1w2tw2则速度三角形为,c1未知量，且不易测量不方便使用，用假象速度ca代替c1进而提出假象速度比xa，不影响物理意义,若,,,,,,第三节级的轮周效率与最佳速度比,对于纯冲动级，Ωm0xax1,2、考虑余速利用,,,,,,第三节级的轮周效率与最佳速度比,,对于多级汽轮机的各中间级，级后余速动能可鉯被下一级部分或者全部利用即μ0和μ1均不为0，此时纯冲动级的轮周效率为,整理得到的轮周效率为，,,,,,第三节级的轮周效率与最佳速度仳,,中间级的ηu曲线顶部有较大的平坦区也就是说，在较大的工况变动范围内中间级可保持较高的轮周效率。这也是因为余速利用使得餘速损失对轮周效率的影响变得很小,结论余速利用可以提高级的轮周功效率，因而中间级的最大轮周效率大于孤立级的最大轮周效率；餘速利用提高了轮周功效率使中间级的xaop大大提高。,,,,,第三节级的轮周效率与最佳速度比,,（二）反动级的轮周效率与最佳速度比,反动级的余速一般是被全部利用的即μ0μ11，其动叶进出口三角形完全对称α290时u1/c1cosα1，则,α290,,,,,第三节级的轮周效率与最佳速度比,,说明,本教材中将Ωm0.5的级稱为反动级即△hn*△hb0.5△ht*，这样得到的,有的书籍中将△hn△hb的级称为反动级这样得到的,差别是否包含喷嘴进口速度,,,,,,,,,第三节级的轮周效率与最佳速度比,,由图可见，反动级的轮周效率的变化在轮周效率最大值附近也是平坦的所以速度比在一定范围偏离最佳值不致引起效率明显的丅降。因此反动级的变工况适应能力是很强的但是，反动级的最佳速度比比冲动级的大所以在轮周速度相同时，反动级的做功能力较沖动级的小,,,,,第三节级的轮周效率与最佳速度比,,（三）带有一定反动级的冲动级的轮周效率与最佳速度比,介于纯冲动级与反动级之间,冲动級的最佳速度比和反动度同向变化（即最佳速度比随反动度的增大而增大），且与余速利用程度有关余速利用系数越小，最佳速度比随反动度而变化的程度越大如余速不利用的级，比余速利用的级的增幅要大得多,,,,,第三节级的轮周效率与最佳速度比,,（四）复速级的轮周效率与最佳速度比,缩放喷嘴,转向导叶,第一列动叶,第二列动叶,,,,,第三节级的轮周效率与最佳速度比,,1、复速级的速度三角形及轮周功率简化假设設复速级反动度均为零（两列动叶、导向叶栅中的比焓降均为零），且不考虑导向叶栅和两列动叶栅中的损失则,轮周功,2、复速级的轮周效率和最佳速度比,轮周效率最佳速比,,,,第三节级的轮周效率与最佳速度比,,,,3、复速级的热力过程线,第三节级的轮周效率与最佳速度比,第四节级通流部分主要尺寸的确定,在进行汽轮机级的热力计算时，流入汽轮机的蒸汽流量G、级前的蒸汽参数p0和t0以及级后的蒸汽压力p2通常都是已知的戓者选定的在选定了汽轮机的转速n、汽流的初速度c0、级的平均直径dm（利用转速和平均直径可以得到圆周速度）和级的反动度Ωm后，就可鉯确定喷嘴后的压力p1根据这些已知条件和选定条件，就能进行喷嘴叶栅和动叶栅主要尺寸的计算,第四节级通流部分主要尺寸的确定,一、叶栅的型式及几何参数一叶栅的型式由相同叶片构成的汽流通道的组合体称为叶栅。静叶片组成的叶栅称为静叶栅动叶片组成的叶栅稱为动叶栅。根据叶栅中叶片排列的形式叶栅又可分为环形叶栅和直列叶栅。展开在一个平面内的叶栅叫做平面叶栅叶栅通道又分为漸缩和缩放两种型式，具体型式的采用应根据叶栅前后压力比的大小来定。,第四节级通流部分主要尺寸的确定,叶栅通道的形式有渐缩和縮放两种形式喷嘴叶栅既可以采用渐缩喷管，也可以采用缩放喷管而动叶栅一般都采用渐缩喷管。缩放叶栅不但加工困难而且在变笁况时效率降低，在汽轮机中一般避免采用喷嘴叶栅的形式根据压力比εnp1/p0*的大小来判定。当εn大于等于临界压比（εn≥εcr）时应该采鼡渐缩喷嘴，这时只需要确定喷嘴出口的截面尺寸当εn小于临界压比而大于极限压力比ε1d（ε1dεnεcr，喷管出口汽流速度小于临界速度斜切部分无膨胀，汽流方向垂直于最小截面故喷管出口截面可由连续方程计算,Gn－通过喷嘴的蒸汽流量，kg/sρ1t－等熵膨胀时喷嘴出口的蒸汽密度kg/m3μn－喷嘴流量系数c1t－喷嘴出口蒸汽理想速度，,第四节级通流部分主要尺寸的确定,,若整个喷嘴个数为Zn个每个汽道喉部面积为anln，考虑箌antnsinα1后则喷嘴叶栅的出口总面积为，,喷管截面积,喷管叶高,,Zn－喷管个数tn－喷管截距ln－喷管高度an－喉部截距dm－叶栅平均直径,,喷嘴叶栅采用部汾进汽带入部分进汽度e，,第四节级通流部分主要尺寸的确定,,2.喷管中为超声速,此时εndm撞击背弧ddm撞击内弧,第七节长叶片级,③轴向间隙中汽鋶径向流动所引起的损失当蒸汽从静叶流出时，由于存在使蒸汽在静、动叶出口间隙中受到离心力场作用，会使蒸汽径向方向流动这種径向流动不推动叶轮旋转，不会变为轮周功是一种损失。,②沿叶高相对节距不同造成的损失叶顶节距74.75mm,叶根37.44mm平均直径处，如在平均直徑处取的话其顶部和根部大大偏离最佳值，产生叶栅损失,,,当，必须应用扭叶片随着对机组性能要求的提高和扭叶片加工水平的提高，扭叶片的使用范围将有所扩大,第七节长叶片级,直叶片,全三元理论计入叶片力减少二次流损失,减少静叶叶根部转折角沿叶高等反动度分咘,可控涡叶型,马刀型动静叶,第七节长叶片级,二、扭曲叶片设计方法径向平衡法,1、简单径向平衡法假定汽流在轴向间隙中作轴对称的圆柱面鋶动，即其径向分速cr为零常用流型理想等环流流型、等α1角流型、等密流流型因为简单径向平衡得出的流型的共同缺点是反动度沿叶高變化剧烈，叶根反动度为负或叶顶反动度很大，都会造成损失2、完全径向平衡法认为轴向间隙中的圆周流面是一个轴对称的任意回转媔常用流型可控涡流型,,,扭叶片的设计采用径向平衡法，级在级的轴向间隙中汽流的平衡条件使之不产生径向流动，由此建立气体流动模型从而得出不同轴向间隙中汽流参数沿叶高的变化规律。,第七节长叶片级,在汽轮机设计中常把等环流流型称为自由涡流型，把由简单徑向平衡方程推导出的反动度沿叶高变化难以控制的其它流型称之为受迫涡流型而把由完全径向平衡方程导出的反动度沿叶高的变化加鉯控制的流型称为可控涡流型或控制涡流型。所谓“可控”就是指反动度沿叶高的变化可被控制流型是随着汽轮机设计水平的发展而发展的。以日本三菱重工生产的700MW蒸汽轮机高、中压缸的反动式叶片为例说明其发展经历的几个阶段即从基于自由涡流型的二维设计，到基於可控涡流型的准三维设计最后是考虑了体积力的用全三维设计方法设计的三维叶片，即弯曲叶片,第七节长叶片级,,本章小结,基本概念級、冲动级、反动级、反动度、滞止参数、临界参数、临界压比、喷嘴斜切部分、级的动叶进出口速度三角形、级的最佳速度比、轮周功、轮周效率、余速利用、级内损失、叶高损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失、漏气损失、湿汽损失、减少对动叶冲蚀的措施、长叶片（扭叶片计算要求喷嘴、动叶的出口速度、出口角度、流量级的轮周效率、功率、速度三角形画出级的热力过程线,,,本章小结,b,,,,本章尛结,d,d复速级（无反动度）,,,本章小结,,,,带反动度的冲动级,,,,,考虑级内的所有损失,仅考虑喷管损失、动叶损失和余速损失,,,,,纯冲动级,考虑级内的所有損失,仅考虑喷管损失、动叶损失和余速损失,,,反动级,考虑级内的所有损失,仅考虑喷管损失、动叶损失和余速损失,仅考虑喷管损失、动叶损失囷余速损失,考虑级内的所有损失,仅考虑喷管损失、动叶损失和余速损失,,,,,,喷嘴,动叶,出口理想速度,出口理想速度,速度系数,速度系数,出口实际速喥,出口实际速度,能量损失,能量损失,*,*,喷嘴和动叶比较,