汽轮机原理课件汇总(最全面).ppt

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1、,1,汽轮机原理,2017.3,2,绪论,1 火电厂基本概念,（一）能量转换过程,燃料化学能 蒸汽热能 机械能 电能,（二）火电厂三大主机,锅 炉：将燃料的化学能转变为蒸汽的热能汽轮机：将锅炉生产蒸汽热能转化为,转子旋转机械能,发电机：将旋转机械能转化为电能,3,B：锅炉S：锅炉过热器,T：汽轮机,C：冷凝器P：水泵,S,T,C,P,B,T,S,1,2,3,4,1,2,43,火力发电厂示意图,4,我国电力事业发展概况,5,历年人均指标,6,历年主要技术经济指标,7,历年能源和电力弹性系数,8,我国能源供需变化情况,9,我国能源消费结构（%）,10,我国能源生产构成（%）,11,2000年世界一

2、次能源供给的构成,12,2000年全球电力生产的能源构成,13,中国2003年可再生能源开发利用量,14,15,2 汽论机分类：,16,汽轮机,冲动式汽轮机反动式汽轮机,背压式汽轮机调节抽汽式汽轮机,凝汽式汽轮机供热式汽轮机低压汽轮机中压汽轮机高压汽轮机超高压汽轮机亚临界压力汽轮机超临界压力汽轮机,按作功原理分,按功能分按参数高低分,17,按热力特性分类（即汽轮机型式）凝汽式、中间再热式,背压式调整抽汽式,供热,Turbine,Turbine,热用户,Turbine,18,按主蒸汽参数分类,低压汽轮机：小于1.47 Mpa；中压汽轮机：1.96 3.92 Mpa；高压汽轮机：5.88 9.81

3、 Mpa；超高压汽轮机：为11.77 13.93Mpa；,临界压力汽轮机：15.69 17.65Mpa；,超临界压力汽轮机：大于22.15 Mpa；超超临界压力汽轮机：大于32 Mpa,19,我国一次能源需求的情景预测,（Mtce),20,我国电力生产的情景预测 (TWh),21,3 汽轮机的主要技术发展,采用大容量机组提高蒸汽初参数,采用联合循环系统提高效率提高机组的运行水平,4 汽轮机制造工业,美国日本,通用电气公司、西屋电气公司日立制作所、东芝电器会社、三,菱重工株式会社,瑞士中国,BBC公司哈尔滨汽轮机厂、上海汽轮机,厂、东方汽轮机厂、北京重型电机厂、青岛汽轮厂、武汉汽轮发电机厂、杭州

4、汽轮机厂、南京汽轮发电机厂22,第一章,汽轮机级的工作原理,第一节 概述一 ， 汽 轮 机 的 级 、级内能量转换过程1，汽轮机的级：静叶栅 动叶栅是汽轮机作功的最小单元。23,24,2，级内能量转换过程：,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。,25,26,3，冲动级：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

5、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。,27,4，反动级：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。,28,ht,hn + hb,hn,(1 m )ht,m ht,29,二， 反动度,m =,hb*,hb*,*,*,=,*,hb =,纯冲动级来说， = 、 = 0 、 = ，蒸汽流出动叶的1p 2p bh *nh th,三， 冲动级和反动级,30,冲动级有三种不同的形式：,1，纯冲动级： 通常把反动度等于零的级称为纯冲动

6、级。对于,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。,*,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 hc 2 表示。2 ，带反动度的冲动级,3. 复 速 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、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级，称为复速级。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

7、能力大的特点。,4. 反 动 级,通常把反动度 = 0.5的级称为反动级。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,hb = hn* = 12 ht* 。反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。31,p1 p2 ，,32,第二节,汽轮机级内能量转换过程,一 ，基本假设和基本方程式流过叶栅通道的蒸汽是具有粘性、非连续性和不稳定的三元流动的实际流体。为了研究方便，特作如下假设：,1 .,蒸汽在叶栅通道的流动是稳定的：即在流动过程中，通道,中任意点的蒸汽参数不随时间变化而改变。2. 蒸汽在叶栅通道的流动是一元流动：即蒸汽在叶栅通道中流动时，其参

8、数只沿流动方向变化，而在与流动方向相垂直的截面上不变化。3. 蒸汽在叶栅通道的流动是绝热流动：即蒸汽在叶栅通道中流动时与外界没有热交换。33,h0 +,2. 能 量 方 程 式,34,基本方程式：说明：这些基本方程式在能源动力装置基础一书中讲过，不过多重复。1 . 连 续 方 程 式 G = c A = cA = const.v,+ W,c122,+ q = h1 +,c0223. 状 态 及 过 程 方 程 式,v = RT4. 动 量 方 程 式,pv k = const.,cdc = -vdp, cdp R1 dk = cdc5. 气 动 方 程 式,ca,M =,= kvp,a = k

9、,p,(C1 C2 ) = h0 h1 =,35,二，蒸汽在静叶栅通道中的膨胀过程喷嘴的作用是让蒸汽在其通道中流动时得到膨胀加速，将热能转变为动能。喷嘴是固定不动的，蒸汽流过时，不对外作功，W = 0；同时与外界无热交换，q = 0。则根据能量方程式 ，则1 2 1 22 2对于过热蒸汽，可近似看做理想气体，则上式可写成：,12,2 2,( p0 v0 p1v1 ),kk 1,p 0 v 0 1 , + c 2,36,（ 一 ） 喷 嘴 出 口 汽 流 速 度 计 算1，喷嘴出口的汽流理想速度在进行喷嘴流动计算时，喷嘴前的参数 p(初速）是已知的条件。按等熵过程膨胀，其过程曲线如图1-7所示。

10、根据式（2-9)，则喷嘴出口汽流理想速度为,- 蒸汽按等熵过程膨胀的终态焓（J/kq )。,2 ( h 0 h1 t ) + c 02,c 1 t =,0, p 1 p 0 ,2 kk 1,或者式（2-10）为c 1 t =,k 1k,上二式中，c1t -蒸汽流出喷嘴出口的理想速度（m / s )；,h1t,= h0 + C0 = h0 + hc 0,p0 v0 1 (,p1 k,),p0,37,称为喷嘴的理想焓降。为了方便，引,用滞止参数，如图1-7所示，滞止焓值为：,把相应的滞止参数,式 (1-17 ) 和（1- 20 )，则,1 22,h0*,c1t = 2hn*,*,* *,k 1,2

11、kk 1,c1t =,图1-7,图1-7中， hn = h0 h1t,0*、v0*、h0* 分别代入,图18,压力、焓降、截面积、汽流速度、音速、比容沿流动的变化规律38,hn = (C1t C1 = C1t (1 2 ) = (1 2 )hn*,2，喷嘴出口的汽流实际速度,3，喷嘴损失,( 1- 26 ),( 1 - 26 a )39,实际流动是有损失的，汽流实际速度小于汽流理想速度。通常用喷嘴速度系数来考查两者之间的差别（通常取 = 0.97 )。这样，喷嘴出口的汽流实际速度为c1 = c1t,1 2 1 2 1 22 2 2,蒸汽在喷嘴通道中流动时，动能的损失称为 喷嘴损失，用hn 表

12、示 ：,= (1 2 ), n =,hnhn*,喷嘴损失与喷嘴理想焓降之比称为喷嘴能量损失系数，用 n 表示：,a,C,a0,0*、v0* 知时，a0 一定值。,40,( 二 ） 喷 嘴 中 汽 流 的 临 界 状 态1，临界速度,， 当在式（ 2-12 )中用滞,止参数表示有关参数时，代入音速公式，则有,为滞止状态下的音速。当,在膨胀过程中，到某一截面会出现汽流速度等于当地音速。当汽流速度等于当地音速时，则称此时的流动状态为临界,等表示。,汽流的音速为 a = kpv = kRT,22,=,+,* 2k 1,2k 1,上式中， 0,a*,*,状态。这时的参数为临界参数，用 pcr、vcr、c

13、cr若以 代入（2-16)则临界速度为：,ccr =,p0*v0* = kpcr vcr,a0* =,2kk + 1,2k + 1,pcr k,pcr = p0 (,2，临界压力,对于等熵膨胀过程来说，有,，则上式为,v0*vcr,) p0*,2k + 1,根据 (2-17),临界压力为： pcr = (,1,v0*vcr,= ( * )p0,*,k) k 1,2k + 1,上式表明，临界压力只与蒸汽指数k和初压有关。临界压力与初压之比称为临界压力比，用 cr 表示：,*,kk 1p0 k + 1对于过热蒸汽（k=1.3)则 cr =0.546;对于饱和蒸汽（k =1.135 ),则 cr =

14、0.577 .41,= (M 1),（ 三 ） 喷 嘴 截 面 积 的 变 化 规 律,（ 1 ） 当 汽 流 速 度 小 于 音 速 ， 即 M0，则必须dA/dx 0,也就是说喷嘴截面积必须沿流动方向逐渐减,小，即做成渐缩喷嘴。,（ 2 ） 当 汽 流 速 度 大 于 音 速 ， 即 M1 时 ， 若 要 使 汽 流 能 继 续 加 速 ， 即dc/dx0，则必须dA/dx0，也就是说喷嘴截面积必须沿流动方向逐渐增,加，即做成渐扩喷嘴。,（3 ）当汽流速度在喷嘴某截面上刚好等于音速，即M=1 ，这时，dA/dx=0。表明横截面A不变化，即A达到最少值。根据上述分析可知，简单的,渐缩喷嘴是得

15、不到超音速汽流的。为了达到超音速，除了喷嘴出口蒸汽压力必须小于临界压力外，还必须在喷嘴形状上加以保证，即作成缩放喷嘴。汽流通过缩放喷嘴时，在喷嘴喉部达音速，然后在渐扩部分达超音速。42,1 dcc dx,1 dAA dx( 1- 3 10 ),2,Gt = An,p0*,( ,G1 = An,2k,k ),k 1,v0*,（ 四 ） 喷 嘴 流 量 计 算,43,计算,( 1-3 2 ),- 喷嘴出口处理想汽流速度，(m/s) ;,称,c1t,*,v1t - 喷 嘴 出 口 处 比 容 ， （ m / k q ) 。1若用（2-12a)表示 ，又有 = * ( 1 ) k , 则上式为v1t

16、v0 p0,2 k +1kn n n = p1 p0 为喷嘴前后压力比。,1，喷嘴的理想流量 Gt,喷嘴的理想流量 Gt 可用下式计算:c1tv1t式中，An - 喷嘴出口处截面积， (m) ;,p0*,2，喷嘴流量曲线,对于式(1-33），当喷嘴前的参数,只取决于喷嘴前后压力比。它们的关系如,图1-11中ABC曲线所示。当压力比从1逐渐,图1-11,( 1 - 3 6 ),式 中 ， 只 与 k 值 有 关 。 对 于 过 热 蒸 汽 （ k=1.3), =0.667 ； 饱 和 蒸 汽,（k=1.135) , =0.635。44,缩小时，流量逐渐增加，当喷嘴前后压力比等于临界压力比（ n

17、= cr ) ，Gt 达最大值，如B所示。这时的流量称为临,0*、v0* 和,喷嘴出口截面积 An 一定时，通过喷嘴的流量Gt,界流量，用 Gcrt 表示。当喷嘴前后压力比小于临界压力比时，流量保持最大值不变，如AB所示。其临界流量为：,p0*v0*,k (,2k + 1,Gcrt = An,k +1) k 1 * = Anv0,c1 c1t v1t, n = ,称为喷嘴流量系数。对于过热蒸汽，取 n,式中，,对于过热蒸汽： Gcr = 0.648 An,Gcr = 0.647 An,45,3，通过喷嘴的实际流量的计算,=,动，=1。,Gt = Gt,= ,v1tv1,通过喷嘴的实际流量为：G

18、 = An = Anv1 v1 v1t( 1- 39 ),v1tv10.97；对于饱和蒸汽，取 n = 1.02。考虑了流量系数之后，通过喷嘴的实际流量为：,p0*v0*,0*v0*对于饱和蒸汽：另外还可以用单一的计算公式表示：,0*v0*其中， 称为彭台们系数。对于亚临界流动， 1,对于临界流,46,（ 五） 蒸汽在喷嘴斜切部分的流动为了使喷嘴中流出的汽流顺利进入动叶通道，在喷嘴出口处必须有一段斜切部分,如图1-14所示。这样，实际喷嘴由两部分所组成：一部分是渐缩部分ABDE，AB为最小截面处。另一部分为斜切部分ABC。,由于斜切部分的存,在，它将给汽流产,生影响。,47,1，当喷嘴出口压力

19、（背压）大于或等于临界压力时，AB截面,流通过喷嘴，只在渐缩部分膨胀加速，而在斜切部分ABC处不,膨胀加速。斜切部分只起导向作用。从喷嘴流出的汽流与动叶,2，当喷嘴出口压力（背压）小于临界压力时，汽流在AB截,面上达临界状态，汽流在斜切部分要继续膨胀加速，蒸汽压力,且汽流方向要发生扰动和偏转，如图1-14所示。,上的流速小于或等于音速，喉部压力等于背压（ p1 = p1b ），汽,运动方向成一角度(称为喷嘴出汽角 1）。,由临界pcr 压力下降为 p1 ，汽流速度由临界速度到大于音速，并,三 ，蒸汽在动叶栅中的流动与能量转换过 程,（一）动叶进出口速度三角形,从喷嘴中来的高速汽流，进入动叶,通

20、道中，其方向和大小都要发生变化，其结果是将蒸汽的动能转变为机械功。为了计算蒸汽作功大小，必须确定动叶栅进出口汽流速度的变化。动叶栅进出口速度三角形表示动叶栅进出口处汽流绝对速度c1、相对速度 w1 和圆周速度u 之间的关系的。如图1-15所示，c1 为喷嘴出口汽流速度，出汽w这样，由c1 、w1 和u组成的三角形就是动叶进口速度三角形。48,49,为了使汽流顺利进入动叶通道而不发生碰撞，动叶栅的几,何进口角,。,为了方便，通常将动叶进出口速度三角形绘制成一起。,动叶进口速度三角形的相对速度 w1 和方向角 1 可由下式确定：,w1 = c12 + u 2 2uc1 cos1,= arctan,

21、c1 sin 1c1 cos1 u,c1 sin 1W1,1 = arcsin,1g 应等于进汽角 1,如图1-15所示，蒸汽最后以相对速度 w2 （动叶出汽角 2 ）流出动叶通道。对于冲动级来说， w2 的大小取决于反动度的大小，一般来说，w2 w1 。这样，汽流从动叶通道中流出的绝对速度的大小和方向可以从图解得到。c2 、 2 可用下式求得：c2 = W22 + u 2 2uW2 cos 2,W2 sin 2W2 cos 2 u, 2 = arcsin,（二）蒸汽作用在动叶片上的力及轮周功,50,为求取蒸汽在动叶栅作功大小，必先求取蒸汽,对动叶栅的作用力。,1，蒸汽对动叶片的作用力,蒸汽在

22、动叶栅通道中要改变方向、或者还要,膨胀加速，其对动叶片的作用力可用下式进行计算：,圆周分力,( 1- 64 ),或者轴向分力或者合力,( 1-64 a )( 1 - 67 )(1 - 68 ),-动叶通道轴向投影面积。,Fu = G (W1 cos 1 + W2 cos 2 ),Fu = G (C1 cos1+ C2 cos 2 )Fz = G (W1 sin 1 W2 sin 2 ) + Az ( P1 P2 )Fz = G (c1 sin 1 c2 sin 2 ) + Az ( P1 P2 )F0 = Fu2 + Fz2,以上各式中， G -单位时间内流过动叶栅的流量；,Az,Wu1 =

23、(c12 c22 ) + (w22 w12 ),51,2，轮周功和轮周功率,(J / s ),用G除以上二式，得到每1kq蒸汽所作出的轮周功。轮周功表示作功,或者，,结合速度三角形和余弦定理，轮周功还可以用下式表示：,(J / kq ),蒸汽通过汽轮机的级在动叶片上所作的有效机械功称为轮周功。而单位时间内作出的轮周功称为轮周功率。轮周功率为圆周分力和圆周速度的乘积：N u = Fu * u = G * u (C1 cos1 + C2 cos 2 ),或者， N u = Gu (w1 cos 1 + w2 cos 2 ),能力，用 Wu1 表示：Wu1 = u (c1 cos1 + c2 cos

24、 2 ),Wu1 = u(w1 cos 1 + w2 cos 2 ),12,其中， hb* = hb + W12 = hb + hw1,52,3，动叶栅出口汽流相对速度和绝对速度,通过动叶通道的能量方程式可得到动叶栅出口汽流相对理想速,度为：,这样，,由于通过动叶栅的流动是有损失的，为了说明,问题 引用动叶速度系数。这样，动叶出口的,实际相对速度为,w2t = 2(h1 h2t ) + w12,t ,结合图1-17，焓降hb = h*称为动叶栅理想焓降， hb = h1 h2t 。,w2t = 2 m ht* + w12 = 2hb*,12称为动叶栅的滞止焓降。,w2 = w2t = 2hb*

25、,hb = (W22t W22 ) = (1 2 )hb*,53,4，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，,，则动叶损失为：,( 1- 62 ),在计算时，通常取 = 0.850.95。,使动叶出口的焓值由 h2t 升到h212,动叶损失 hb 与hb 之比成为动叶栅的能量损失系数，即,= 1 2, b =,hbhb*,hc 2 = C22,54,叶，其具有的动能称为余速损失：,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。,5、余速损失由速度三角形可知，蒸汽在动叶栅中作功之后，最后以绝对速度c2 离开动,12,c022

26、,+ ht (hn + hb + hc 2 ),hu = 0,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1-21所示。图中，,称为级的轮周有效焓降：,( 1 - 76 ),55,作业与思考题：,角形(标出速度、角的符号和数值）。,3、分析喷嘴截面积的变化规律。,4、分析蒸汽在喷嘴斜切部分的流动规律。, 0c,c2,；级后蒸汽压力为 p 2 =1.5MPa 。级的反动度 m =0.12 。喷嘴出汽角 1=11.1 0 ，动叶出汽角 2 =18.30 。若级的速度比 x1 = u c1=0.54，喷嘴速度系数 =0.97 ，进入喷嘴的初速度 =52.3m/

27、s ，试计算动叶出口相对速度 及绝对速度 ，并绘制动叶进出口速度三角形(标出速度、角的符号和数值）。,；级后蒸汽压力为 p4 =4.37MPa 。进口初速动能 hc 0 = 1.214 kJ/kg，级的平均直径 d m =998.5 mm，级的反动度为 m = 0.0794 。喷嘴出汽角 1=10.78 0 ，动叶出汽角 2 =17.90 。喷嘴和动叶的速度系数分别为 =0.97、 =0.935 ，机组转速n = 3000r/m。试绘制动叶进出口速度三,56,1-3 汽轮机级的轮周效率和最佳速度比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

28、的完善程度，通常用各种不同的效率来加以说明。一，轮周效率与速度比,2，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,Wu1E0,huE0,=,u =,具有的理想能量 E0 之比称为级的轮周效率,即,1，轮周效率：蒸汽在汽轮机级内所作出轮周功 Wu1 与它在级内所,c222,c022,= ht* 1hc 2,+ ht 1,E0 = 0,3，级的理想速度：为了研究方便，这里引入一个级的理想速,与级的理想能量之比，称其为喷嘴、动叶和余速能量损失系数。57,124，级的轮周效率： u = 1 n b (1 1 ) c 22u(C1

29、cos1 C2 cos 2 )或者式中， n、 b、 c 2 分别为喷嘴损失、动叶损失和余速损失,5，速度比：从式（1-80)可以看到，为了提高 级的轮周效率，则要求减少,喷嘴损失、动叶损失和余速损失。其中，前二项损失与相应的速度系数、有关。如果选定了动静叶栅的叶型， 则系数、就确定了。这样，为了,提高轮周效率，就得尽量减少余速损失。而余速损失 ，很显然,零。这里从动叶进出口速度三角形上来分析。为了说明问题，把动叶进出口,速度三角形画成图1-22的形式。其中，图b,动叶出口速度,刚好为轴向,表示。,表示。它是汽轮机级的一个很,重要的特性。速度比的取值直接影响汽轮机的效率和作功能力。对于不同型式

30、的级，其最佳速度比是不相同的。58,c2 不可能为,c2,样，使c2 达到轴向排汽的速度比u / c1 称为最佳速度比，用 ( x1 )op,a,级的速度比通常用字母 x1 = u c1 或xa = u c,排汽，其余速损失最少。只要u/c 1选用合理，就能达到轴向排汽的目的。而图a、b中的u / c 1都不可能使 c2 轴向排汽，也就不可能使余速损失最小。这,通常，复速级的最佳速度比为：,( x1 )op = cos1,59,二 ，轮 周 效 率 与 速 度 比 的 关 系（1）对于不考虑余速利用的纯冲动级： 其最佳速度比是：,对于反动度不为零的冲动级，,0.48 0.52；,当考虑余速利用

31、的中间级，,0.585左右。,若取,=0 .94。,或2 2一般来说，1 = 120 160，因此，（x1 ) = 0.46 0.49.若取 = 0.97, 则（xa ) = 0.45 0.48.,( xa )op =,14=0.20.28之间。,（2）对于复速级，其最佳速度比为：( xa )op,( xa )op =,（3）对于反动级，其最佳速度比为： ( x1 )op = cos1, = = 0.93,1 = 200 ,则 ( x1 )op = cos1,1、已知汽轮机某级前压力 p0 =5.2MPa ，温度 t 0 =470 C,作业与思考题：,；级后蒸汽,0,压力为 p 2 =4.4M

32、Pa 。进口初速动能 hc 0 = 1.2 kJ/kg，级的平均直径0动叶出汽角 2 =17.9 0 。喷嘴速度系数分别为 =0.97，机组转速n,= 3000r/m。若排汽动能全部利用，试求级的有效焓降和轮周效率。2、已知单级汽轮机，级的平均直径 d m=106.7cm，转速n=3000r/s，喷嘴出汽角1 =18 0 ，级的速度比 x1 = u c1 =0.42，喷嘴速度系数分别为0,Fu，轮周功率60,级的流量G=7.26kg/s，试求蒸汽作用在动叶片上的切向力N u 和轮周效率u ，并画出级的速度三角形。,前提条件：蒸汽流量G，参数 p0 、t0 、2,1-4 汽轮机级通流部分主要尺寸

33、的确定,；转速,，初,。,n,速 c0 ，级的平均直径 d m ，反动度 m, n,一，叶栅型式的选择 ：1，喷嘴叶栅型式的选择喷嘴叶栅型式的选择主要决定于需要得到多大的出口速度。即根据喷嘴前后压力比 来确定：当需要得到小于或等于音速汽流时，即 n 0.546，可选用渐缩喷嘴。当喷嘴前后压力比还不大于0.30.4时，即0.3 n0.546，仍然可选用渐缩喷嘴，这时，可利用喷嘴斜切部分继续膨胀加速，以得到超音速汽流。当喷嘴前后压力比小于 n 0.3时，则必须选用缩放61,1* ；再根据压力比 b =,2，动叶栅型式的选择,动叶栅型式的选择的方法和静叶栅相似。但动叶栅通道中的流动多为亚音速流动。根

34、据动叶栅的各参数，根据速度三,国产汽轮机常用动叶叶型见表1-2(p42)。62,角形，计算 w1，查压力比相比，是否超临界。,* 的值和临界p1,p 2,- 喷嘴出口处的蒸汽比容，m / kg,63,二，喷嘴叶栅与动叶栅尺寸的确定：汽轮机热力设计的任务，除了确定级的效率、功率和蒸汽对叶片的作用力之外，还必须选定动静叶片的型线、有关几何尺寸大小。,（一）渐缩喷嘴,（1）当喷嘴前后压力比等于或大于临界压力比时，,喷嘴出口汽流速度小于或等于临界速度。与喷嘴出,133所示，其面积为：,- 流 量 系 数 ， 对 于 过 热 蒸 汽 ，,-喷嘴出口汽流理想速度 (m / s )。,Gv1t n C1t,

35、An =,v1t,3,口汽流速度c1t 相垂直的截面An 为最小截面，如图,式中， G -级的蒸汽流量，（ kg / s ) ；, n = 0.97 , 对 于 饱 和 蒸 汽 ，, n n =1.02 ;,c1t,若整级喷嘴个数,a l = ln tn sin 1,则,后压力比来确定。64,zn,，每个汽道喉部面积为： n n,级的喷嘴出口总面积为： An = zn tn ln sin 1,上式中， tn 为喷嘴节距，Z n ln 为安装有喷嘴的弧长。当级为全周进,汽时，Z n ln = d m （ d m 为级的平均直径）。当级为部分进汽( e 1 ) 时， zn ln = ed m (

36、e 为部分进汽度）。当考虑了部,分进汽之后，则喷嘴叶高为：An Gv1ted n sin 1 ed m C1t n sin 1上式中， 1 由所选用喷嘴型线来确定。而喷嘴型线又由喷嘴前,vcr,( 1-121 ),-喷嘴临界速度。,（二） 缩 放 喷 嘴,当喷嘴前后压力比小于0.3时，则要采用缩放喷嘴。65,(2)当喷嘴前后压力比为： cr n 0.3 ，这时，仍然选用渐缩喷嘴, 是利用其斜切部分继续膨胀而得到超音速汽流。这时喷嘴出口汽流角要发生偏转。喷嘴喉部截面积和叶高分别为：,G0.648 p0* / v0*,( An ) min =,( An ) mined m sin 1,ln =,v

37、1t Ccrvcr C1t,喷嘴出口汽流偏转角由下式确定：sin(1 + 1 ) sin 1上式中， -喷嘴喉部截面处的比容；,cr,C,b w2t,66,（三） 动叶栅几何参数的确定,动叶栅几何参数的计算方法和静叶栅相似。但动叶栅通道中的流动多为亚音速流动。动叶栅出口截面积和叶高可按下式计,其中，动叶出汽角由所选定的叶型确定。国产汽轮机常用动叶叶,型见表1-2。,2,算： A = Gv2t = ed l sin b b b,Abedb sin 2,lb =,其中，v2t - 动叶栅出口理想比容；,w2t - 动叶栅出口相对速度；b饱和 蒸汽， b = 0.940.98 ；e- 部分进汽度。,

38、=1114；1,一些，一般， 1 1813=,。另外，在复速级中，要使通流部分光滑变,)87();105();53( 000 = ,67,三，喷嘴叶栅与动叶栅几个主要参数 的 选 定,通常，喷嘴出汽角,复速级几何的参数可按上述方法计算，但复速级的喷嘴出汽角比单列级大,化。为此，复速级必须适当地采用反动度以满足通流部分光滑变化。复速级各列叶栅的出汽角可以在下列范围内选,择 。,（二）部分进汽度的选择：,1，一般采用全周进汽（e=1）；小型机采用部分进汽（e1）；2，调节级采用部分进汽（e1），分47组。,（三）盖度的选择：通常要求动叶进口高度略大于喷嘴出口高度。,（一）喷嘴出汽角1 的选择,0,

39、2 1 1 1 2 1,68,（四）冲动级内反动度的合理选用：,3，当根部反动度,= 0.030.05 时可以达到以上目的，同时,也可以使动叶前后压力差不至太大以至造成大的叶顶漏汽损,失。,纯冲动级具有作功能力大的特点，但其效率较低。当适当地选用反动度之后，就可以达到提高效率的目的。这是因为，采用适当的反动度，可以提高动叶的速度系数 ，以减小动叶损失；也可以减小动叶根部轴向间隙中由于吸汽而产生的附加损失。1，当根部反动度较大时，则平均反动度会更大，会造成叶顶和平衡孔漏汽，因而产生损失；2，当根部反动度太小或者为负时，会造成叶片根部吸汽，或者使级后蒸汽通过平衡r 孔回到动叶前，造成损失；,-,

40、m = 1 (1 r )(,d b lb,d b,t = 1 (1 m )(,db lb,db + lb,69,图136在进行汽轮机热力设计时，通常是按级的平均直径处的平均反动度进行计算的。但级的反动度沿叶高是变化的，这样，平均反动度为：,叶根反动度为：,( 1- 128 )( 1 -129 ),式中，,动叶栅的平均直径、叶高。,),d b、lb,70,确定某一级的反动度，除了合理选用动静叶栅之叶,之 外 ， 主 要 是 靠 通 过 一 定 的 动 静 叶 栅 出 口 面 积 比 ( f）来现的。即一定的反动度对应一定的动静叶栅出口面积比f） 。 面 积 比 随 着 反 动 度 的 增 加 而

41、 减 小 。 汽 轮 机 中 反 动与动静叶栅出口面积比的对应范围为：,1. 直叶片级,f = 1.86 - 1.65 .f = 1.7 -1.4 .,为：, m = 0.05 0.20,2. 扭 叶 片 级 m = 0.2 - 0.4 ,型实 m（度,3. 复 速 级复 速 级 的 反 动 度 在 m = 0.030.08 范 围 内 ， 则 其 面 积 比,f n : f1b : f gb : f 2b = 1 : (1.6 1.45) : (2.6 2.35) : (4 3.2).,15 叶栅试验与叶栅损失这里，只简单介绍叶栅几何特性,一，叶栅几何特性,1，叶型、型线：叶片截面的形状、周

42、线分别称为叶型、型线；,2，等截面叶片和变截面叶片：叶型及面积沿叶高不变的叶片称为等截面叶,片，反之为变截面叶片。,3，亚音速叶栅、近音速叶栅、超音速叶栅。,4，叶栅几何参数：（如图138）,d m -平均直径；l 叶高；t 节距；B叶片宽度；b弦长；71,72,径高比。,a a, 出口边厚度；a 、1 、2 进出口宽度。t =lb 相对叶高；,dl, =,a s 、 s 喷嘴、动叶叶型安装角。,*,6，汽流角度：a0 、1喷嘴、动叶进口汽流角；a1 、 2喷嘴、动叶出口汽流角；aog 、1g喷嘴、动叶叶型进口角；a1g 、 2 g喷嘴、动叶叶型出口角；,图138, 16,汽轮机级内损失和级效

43、率,前 面 提 到 的 喷 嘴 损 失hn 、 动 叶 损 失hb 、 余 速 损 失hc 2 都是 级 内 损 失 。 除 此 之 外 ， 级 内 损 失 还 包 括 ：叶 高 损失 hl 、扇 形 损 失h 、 叶 轮 摩 擦 损 失 h f 、 部 分 进 汽 损失he 、 漏 汽 损 失hleak 、 湿 汽 损 失hx 。当然，不是每一都同时具有这所有损失，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 ，工作在湿蒸汽区的级才有湿汽损失 。73,hl =,一，级内损失,1 ， 叶 高 损 失,将喷嘴和动叶中与叶高有关的损失称为级的 叶高损失 或叫 端

44、部 损 失 。 当 叶 片 较 短 （ 一 般 说 叶 高 l 1 2 -1 5) 时 ，叶高损失明显增加。这时，必须采用部分进汽。 叶高损失常用下面半经验公式计算：,a = 1.2 ( 单 列 级 ， 不 含 扇 形 损 失 ） ；a=1.6 （单列级，含扇形损失 ) ； a = 2( 双列级）；,- 不 包 括 叶 高 损 失 的 轮 周 有 效 焓 降 ，,=l - 叶 栅 高 度 ( m m ) 。74,al式 中 ， a-经 验 系 数 ，,hu,hu,2,，扇 形 损 失,由于汽轮机的叶栅是安装在叶轮上的， 呈环形 。汽流参数和叶片几何参数（ 节距、进汽角 ）沿叶高是变化的。在设计

45、时，只有在平均直径处，设计条件才能得到满足。而其他截面上，由于偏离设计条件将会引起附加损失。这个附加损失称 为 扇形 损 失h ， 用 下 式 计 算 ：h = E0 (k J/ kg) ( 1 - 147 )1（1- 14 7 )式 中 ， = d b / lb 称 为 径 高 比 。 可 以 看 到 ，扇 形 损 失 的 大 小 与 径1 2 12 时 ， 级 应 该 采 用 等 截 面 直 叶 片 。等 截 面 直 叶 片 的 设 计 和 加工 都 比 较 容 易 ， 但 存 在 着 扇 形 损 失 ； 当 10 的 级 ， 则 应 采用 扭叶片 。75,76,3， 叶 轮 摩 擦 损

46、失,h f,由于蒸汽粘性，叶轮在汽室中作高速,旋转时，存在着叶轮轮面与蒸汽及蒸,汽之间的相对运动而产生的 摩擦 。克,服摩擦和带动蒸汽质点运动，就要耗,功。同时，靠近叶轮轮面侧的蒸汽质,点 随 叶 轮 一 起 转 动 时 ， 受 到 离 心 力作,用而产生 径向运动 。这样，靠近隔板,处的蒸汽质点的旋转速度小，自然要,向旋转中心处流动以保持蒸汽的连续,性。于是，在叶轮两侧的汽室中就形,成 了 涡 流 运 动 ， 如 图 1-50所 示 。 蒸 汽,的涡流运动要消耗一部分轮周功。,= k1 ( d b l b ) (,77,叶轮摩擦损失 可用以下经验公式计算 ：, (k W),( 1 - 49

47、),=,3,2,1v 2 t,),u100,N f,式 中 ， k - 与 蒸 汽 性 质 有 关 ， 对 于 过 热 蒸 汽 ， k = 1， 对 于 饱和 蒸 汽 ， k = 1. 2 1 . 3 ；d 、l、u - 级 的 平 均 直 径 、 叶 高 、 圆 周 速 度 ；v 2t- 动 叶 出 口 蒸 汽 比 容 。叶轮摩擦损失 也可用焓降来表示：,3600N fD1 f E0,h fh f,或者,3,X a3,d blb sin 1, f = 0.75 *10,78,4， 部 分 进 汽 损 失 he,采用部分进汽，就产生了部分,进 汽 损 失 ， 由 “ 鼓 风” 损 失 和,“

48、斥汽 ” 损失两部分所组成的。“ 鼓 风” 损 失 发 生 在 没 有 喷 嘴 叶 片 的 弧 段 内 。 动 叶 通 过 这 一 弧,段时，要象鼓风机一样把滞留在这一弧段内的蒸汽鼓到出汽边,而耗功。,“ 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 进入 工 作 区 弧 段 时，动叶通道中 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 。另 外 ， 如 图 1 -,-52 由 于叶 轮 作 高 速 旋 转 ， 这 样 ， 在 喷 嘴 出 口 端 的 A 点 存 在

49、 着 漏,汽 ；而在 B 点又存在着 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。,hw = Be (1 e 0.5ec ) E0 X a3,79,总的部分进汽损失 由以上 两部分 所组成，即,(kJ / kg ),( 1-1 5 6 ),而,he = hw + h,1e,E0 X a,1 Z nge d m,hs = C s,C,= 0.016 。,s,上 三 式 中 ， e - 部 分 进 汽 度 ；e c- e c = 1 - e ;E - 级 的 理 想 能 量 ；Xa - 级 的 速 度 比 ；Bc - 系 数 ， 单 列 级 ， Bc =

50、0 . 15,双 列 级 ， Bc = 0 . 5 5 ;Z ng- 喷 嘴 组 数 ；C s- 经 验 系 数 ， 单 列 级 ， C s = 0 . 0 12 , 双 列 级 ，,80,5 ， 漏 汽 损 失 hleak在汽轮机中，由动静两部分所组成的级，有间隙。由于压 差 的 作 用 ， 有 间 隙 存 在 ， 就会漏汽 如 图 1 -53 所 示 。在隔板前后存在压差，又有隔板间隙。就必然有一部分蒸汽通过隔板间隙 流到级后。 这部分蒸汽不作功 。另外，漏汽不是从喷嘴中以正确方向流入动叶通道，它不但不做功，反而要 干 扰 主 流 。 这 样 ， 就 形 成 了 隔 板 漏 汽 损 失。