汽轮机

由于机械结构等方面的限制，喷嘴流出的汽 流，与动叶片运动方向不完全相同，而是有一 定夹角，如图，且动叶片不是一个简单的半圆 弧，而是由好几段曲线组成，使蒸汽推动叶轮 旋转的作用力减小，且轴向分力不能完全抵消 ，但其工作原理仍然是相同的。
反动作用原理
反动力是由原来静止或运动速度较小的物体，在离开或 通过另一物体时，获得的一个较大的速度增加而产生的 。如图所示火箭发射时，燃料燃烧产生的高压气体经过 火箭尾部的缩放喷管膨胀加速到超音速然后排出，对火 箭产生的反作用力使其高速飞行的，这个反作用力称为 反动力，用反动力作功的原理称为反动作用原理。
喷嘴理想比焓降-- hn
动叶理想比焓降-- hb
h n h1 h1t 动叶损失-- h b h 2 h 2 t 2
c2 余速损失-- hc 2 2
第一节
概 述
喷嘴损失、动叶损失、余速损失统称为级的轮周损失。 1kg蒸汽在级的理想过程中输出给动叶栅的机械功称为 级的滞止理想比焓降 h t0 h n h b h c 0 1kg蒸汽实际转换为动叶栅上机械功的有效焓降称为
性能特点： 相同几何尺寸下，做功能力比反动级大，流动效率较 纯冲动级高。
图 1-17 冲动级和反动级结构比较
第一节
4.复速级
概 述
速度级(复速级)：蒸汽动能转变为转子机 械能的过程在级内进行一次以上的级。
说明：目前常用的是进行两次转换的级，故 又称为双列速度级或复速级，即由固定的喷 嘴叶栅、导向叶栅和安装在同一叶轮上的两 列动叶栅所组成的级。
2
0
ht0
hn
ht
hn
1 2 w1 p 1 2 1 h1
1
1 p0
hu
1 h1t
'
hb
'
h2 2
hc 2
p2
hb
h s
2 h2t
第一节
概 述
A.蒸汽在级内流动的研究内容 研究蒸汽膨胀的流动过程，主要是确定叶栅出口的汽流速度或流量 叶栅前后蒸汽参数及通道截面的关系。 B.简化的一元流模型 基本假设： ①流动是稳定的 ②流动是绝热的 ③流动是一元的 ④工质是理想气体 C.基本方程式 ①可压缩流体一元定常流动的连续性方程： G=Ac/v=A1c1/v1 微分形式：
2 2 2
w2 sin 2 w2 sin 2 2 arcsin arc tg c2 w2 cos 2 u
第一节
概 述
0
注意动叶入口滞止参数----假想汽流相对速度等比熵滞止到速度为 0 0 p0 p0 0的状态）。 h c0 t0 1 2 0 w 动叶入口滞止焓 h1 h1 1 0
入口初速动能
0 h0 + 2 C02 =h0
00
0 p0
p0
0
t0
hu
1
1
hn
1t
h1
p1
p2
hc 0 C02
喷嘴损失 动叶损失 hb
hn
1 2
ht
h s
hb'
2 't
h1t hb 2
2t
h2t
Hale Waihona Puke h2 hb hc 22 c2 余速损失 hc 2 2
' h2 t
轮周有效比焓降 h u h t0 h n h b h c 2
第一节
概 述
二.反动度 Ω ----或反动率,表征蒸汽在动叶通道中的膨胀程度。定义为动叶 中的理想焓降与级的等熵绝热焓降之比 hb hb 0 h t h n0 h b 讨论 ' ⑴ 由于h-s图上等压线沿熵增方向发散 , h h b b 0 0 故严格说,hn hb ht ，但由于喷嘴损失很小，因此在使用中常 0 认为 hn hb ht0
第一节
概 述
热力特点: Ωm＝０,汽流在导叶和动叶通道 中不膨胀。 结构特点: 导叶和动叶为纯冲动叶型； 流动特点: 导叶中汽流只转向不加速，动叶 中也不增速. 性能特点： 做功能力最大，流动效率最低。 速度级通常在一级内要求承担很大焓降时采用。 如单级汽轮机或作为中、小型多级冲动式汽轮机 和多级反动式汽轮机的第一级（调节级）。 为了改善流动性能，现代速度级的各列动叶片和导向叶片也具有 少量的反动度。
第一节
概 述
级的类型和特点
反动度 纯冲动级 反动级 冲动级 复速级 Ωm=0
h n h b 0 .5
做功能力 叶片类型 效率 （焓降） 隔板叶轮型 转鼓型 隔板叶轮型 隔板叶轮型 较高 最低 较低 最高 较低 最高 较高 最低
Ωm=0.05～
0.3
第一节
概 述
动叶进出口汽流速度三角形
三、级的简化一元流模型和基本方程式
dA dc dv 0 A c v
第一节
②能量方程
q h0
概 述
1 2 1 c 0 h1 c12 W 2 2
式中：q—每kg质量蒸汽流过系统时从外界吸收的热量，J/kg； w—每kg质量蒸汽流过系统时对外界做出的机械功，J/kg。 能量方程的微分形式：运动（动量）方程
叶片高度l
概 述
平均直径dm，
t
dm
叶片高度l
叶栅参数
第一节 概 述 二、热力过程分析
一.热力过程线----蒸汽在动、静叶栅 hc 0 中膨胀过程在h-s图上的表示。 滞止参数----相对于叶栅通道速度 为零的气流热力参数(假想汽流绝热 hn0 等比熵滞止到速度为0的状态）。用 hn 0 h 后上标为”0”来表示。 t 喷嘴进口
p0 , t0
h0
1 2 2 c0
c1
p1
p2
c2
h2
1 2 2 c2
c0
轮周功 W 单位质量蒸汽在 u 单位时间内所做的功
特征截面或计算截面：喷嘴前：0-0； 1 2 2 喷嘴后（动叶前） ：1-1；动叶后： Wu (h0 1 c0 ) (h2 c2 ) 2 2 2-2。 注意：参数下角标与截面号相同。
c1
1
u
1
w1
p1 , h1
u
c2 2 w2
2
p2 , h2
(a)
u
(a)动静叶栅汽道示意图 (b)顶点靠拢的速度三角形
第一节
速度三角形的计算
概 述
w1 c u 2c1u cos 1
2 1 2
c1 sin 1 c1 sin 1 1 arcsin arc tg w1 c1 cos 1 u c2 w u 2w2u cos 2
通流部分----汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部 分，它包括主汽门，导管，调节汽门，进汽室，各级喷嘴和 动叶及汽轮机的排汽管。 汽轮机的级 ----由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成的工 作单元。注：动叶栅可为单列，也可为多列。
第一节
概 述
第一节
级的工作过程
概 述
喷嘴(nozzle) 蒸汽热力学能 降压增速 汽流的动能 动叶(blade) 汽流降压增速 (反动原理) 汽流改变速度和方向 (冲动原理) 转子的旋转机械能
cdc vdp
说明：式中负号说明流动过程中，压力和速度是相反方向变化的。 ③ 状态方程或过程方程 蒸汽在某一截面上的各种状态参数之间的关系由状态方程式来 确定，对于理想气体： pv=RT
Fz
第一节
蒸汽膨胀增速的条件
概 述
有合理的汽流通道结构
蒸汽需具有一定的可用热能且有压差存在 动、静叶栅几何参数 叶型弦长b 叶栅宽度B 叶栅节距t 前额线 叶栅通道进口宽度a 出口宽度a 和a 出口边厚度△ 1 2
前缘点 几何进口角 汽流进口角
叶片安装角
中弧线
后缘点
后额线
几何出口角 汽流出口角
第一节
h n0 (1 ) h t0
h b h t0
(2)反动度Ω沿动叶高度是变化的，叶根截面、平均截面 (1/2叶 高即级的平均直径处)和叶顶截面为特征截面，相应反动度为 Ωr、Ωm、Ωt ，反动度沿叶高逐渐增大。对于较短的直叶片 级，一般给出的Ω为平均反动度Ωm，可不计反动度沿动叶高 度的变化；对于长叶片级，在计算不同特征截面时，必须用 相应截面的反动度。
渐缩喷管的喉部ab截面 斜切部分abc。 膨胀示意图（ a ）：喷管后背 压 P1 ≥ 临界压力 Pc 时，仅在喷嘴 的渐缩部分中膨胀，喉部马赫数 Ma ≤ 1 ，在斜切部分中不膨胀， 斜切部分对汽流只起导流作用； 膨胀示意图（ b ）：喷管后背 压 P1< 临界压力 Pc 时，在喷嘴的 渐缩部分中膨胀，喉部马赫数=1 ，在斜切部分中膨胀加速，向无 壁面侧偏转，形成渐扩通道，实 现超音速汽流Ma>1。
速度三角形 c 汽流的绝对速度

w 1 c1 u 动叶出口速度三角形 c2 w2 u
1表示动叶进口 2表示动叶出口
动叶进口速度三角形
w 相对速度 dbn u 圆周速度 u 60 旋转平面与w 的夹角 旋转平面与 c 的夹角
第一节
三.级的类型和特点 1.纯冲动级
概 述
热力特点: Ωm＝０,汽流在动叶通道中不膨胀。 h b 0
结构特点: 静叶为反动叶型；动叶出、入口侧比较薄，中间比较 厚，流道转折角大, 近似于对称弯曲，流道截面积基本不变 流动特点: 动叶进出口处压力P1=P2和汽流的相对速度w1≈w2；
性能特点：做功能力大，但效率较低，损失大，故现已不在采用。 2.反动级 热力特点: hn hb 0.5ht 动静叶中蒸汽膨胀程度(焓降) 相等. 结构特点: 动静叶型相同、叶型入口较肥大，而出口侧较薄， 流道转折角较小，流道截面积是渐缩的。