第二章汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程第一節(jié)

1、Principles of Turbomachine 趙志軍 第二章第二章 汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程 第一節(jié) 汽輪機(jī)級(jí)的基本概念 3 一 、汽 輪 機(jī) 的 級(jí) 由靜葉柵和動(dòng)葉柵組成 是汽輪機(jī)作功的最小單元。 汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)簡介汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)簡介 級(jí)：由一列靜葉柵和一列動(dòng)葉柵組成，完成蒸汽的 熱能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的機(jī)械能的最基本單元。 汽輪機(jī)： 單級(jí)：噴嘴（靜葉、靜葉片、靜葉柵、噴管） 動(dòng)葉（動(dòng)葉片、動(dòng)葉柵、工作葉片） 多級(jí)：靜子，由汽缸、隔板、靜葉、軸承等組 成。 轉(zhuǎn)子，由主軸、葉輪、葉片、聯(lián)軸器、 盤車等組成。 輔機(jī) 7 ：靜葉柵 動(dòng)葉柵 是汽輪機(jī)作功的最小單元。 8 ： 具有一定

2、壓力、溫度的蒸汽通過汽輪機(jī)的級(jí) 時(shí)，首先在靜葉柵通道中得到膨脹加速，將 蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為高速汽流的動(dòng)能，然后進(jìn) 入動(dòng)葉通道，在其中改變方向或者既改變方 向同時(shí)又膨脹加速，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，將高速 汽流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能。 二、蒸汽的沖動(dòng)作用原理和反動(dòng)作二、蒸汽的沖動(dòng)作用原理和反動(dòng)作 用原理用原理 （一） 沖動(dòng)作用原理 沖動(dòng)力：改變其速度的大小和方向則產(chǎn)生一沖動(dòng) 力或汽流改變流動(dòng)方向?qū)ζ喇a(chǎn)生一離心力， 此力為沖動(dòng)力。 此力的大小取決于單位時(shí)間內(nèi)通過動(dòng)葉通道的 蒸汽質(zhì)量及其速度的變化。 （二） 反動(dòng)作用原理 反動(dòng)力：因汽流膨脹產(chǎn)生一相反力（汽體壓力變 化），如火箭、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。 此力的大小取決

3、于汽體壓力的變化。 作用在動(dòng)葉片上的力有：沖動(dòng)力 反動(dòng)力 單級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)示意圖單級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)示意圖 1-汽缸；汽缸；2-葉輪；葉輪；3-軸；軸；4-噴嘴；噴嘴；5-動(dòng)葉片；動(dòng)葉片；6-排汽口排汽口 三、汽輪機(jī)級(jí)的類型和特點(diǎn)三、汽輪機(jī)級(jí)的類型和特點(diǎn) （一） 汽輪機(jī)級(jí)的反動(dòng)度 定義：蒸汽在動(dòng)葉柵中膨脹時(shí)的理想焓降 hb和整個(gè)級(jí)的理想滯止焓降h*t之比。 m增加，則hb增加，蒸汽對(duì)動(dòng)葉的反動(dòng)力 也越大。 平均反動(dòng)度：動(dòng)葉平均直徑截面上的理想焓降。 1.意義：衡量在動(dòng)葉中膨脹的程度。 m b t h h * 14 反 動(dòng) 度 bn b t b m hh h h h * * )1 ( tmn hh

4、* tmb hh （二） 汽輪機(jī)級(jí)的類型（軸流式和輔流式） 軸流式有以下幾種： 沖動(dòng)級(jí)、帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí) 沖動(dòng)級(jí) 純沖動(dòng)級(jí)：m=0 特點(diǎn)：蒸汽只在噴嘴葉柵中膨脹，在動(dòng)葉柵中 不膨脹而只改變其流動(dòng)方向。 結(jié)構(gòu)：動(dòng)葉葉型對(duì)稱彎曲。 做功能力大、效率相對(duì)較低。 帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)：m=0.050.2 特點(diǎn)：蒸汽的膨脹大部分在噴嘴葉柵中進(jìn)行， 只有一小部分在動(dòng)葉柵中進(jìn)行，作功能力比 反動(dòng)級(jí)大，效率比純沖動(dòng)級(jí)高。 16 當(dāng)汽流通過動(dòng)葉通道時(shí)，由于受到 動(dòng)葉通道形狀的限制而彎曲被迫改變方向， 因而產(chǎn)生離心力，離心力作用于葉片上，被 稱為沖動(dòng)力。這時(shí)蒸汽在汽輪機(jī)的級(jí)所作的 機(jī)械功等于蒸汽微團(tuán)流進(jìn)、流出

5、動(dòng)葉通道時(shí) 其動(dòng)能的變化量。而這種級(jí)稱為沖動(dòng)級(jí)。 反動(dòng)級(jí) m=0.5 特點(diǎn)：蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉中的膨脹程度相同。 結(jié)構(gòu)：噴嘴和動(dòng)葉采用的葉型相同。 ：當(dāng)汽流通過動(dòng)葉通道時(shí)，一方面 要改變方向，同時(shí)還要膨脹加速，前者會(huì) 對(duì)葉片產(chǎn)生一個(gè)沖動(dòng)力，后 者 會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生一個(gè)反作 用力，即反動(dòng)力。 蒸汽通過這種級(jí)，兩種 力同時(shí)作功。通常稱這 種級(jí)為反動(dòng)級(jí)。 純沖動(dòng)級(jí)中蒸汽壓力和純沖動(dòng)級(jí)中蒸汽壓力和 速度變化示意圖速度變化示意圖 1-靜葉持環(huán)；靜葉持環(huán)；2-動(dòng)葉；動(dòng)葉；3-噴嘴噴嘴 反動(dòng)級(jí)中蒸汽壓反動(dòng)級(jí)中蒸汽壓 力和速度變化示意圖力和速度變化示意圖 帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)中帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)中 蒸汽壓力和速度變化示意

6、圖蒸汽壓力和速度變化示意圖 1-噴嘴；噴嘴；2-動(dòng)葉動(dòng)葉3-隔板；隔板；4-葉輪；葉輪；5-軸；軸； 00011112222 ( , )( ( ), )( (), )c p tc wp tc wp t 噴嘴動(dòng)葉 三、沖動(dòng)式多級(jí)汽輪機(jī) 圖圖1-9 沖動(dòng)式多級(jí)汽輪機(jī)通流部分示意圖沖動(dòng)式多級(jí)汽輪機(jī)通流部分示意圖 1-轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子；2-隔板；隔板；3-噴嘴；噴嘴；4-動(dòng)葉片；動(dòng)葉片；5-汽缸；汽缸；6-蒸汽室；蒸汽室；7-排汽管；排汽管；8- 軸封；軸封；9隔板封隔板封 四、反動(dòng)式多級(jí)汽輪機(jī) 1-鼓型轉(zhuǎn)子；鼓型轉(zhuǎn)子；2-動(dòng)葉片；動(dòng)葉片；3-靜葉片靜葉片4-平衡活塞；平衡活塞；5-汽缸；汽缸；6-蒸汽室；

7、蒸汽室；7-連接管連接管 圖圖1-10 反動(dòng)式汽輪機(jī)通流部分示意圖反動(dòng)式汽輪機(jī)通流部分示意圖 壓力級(jí)和速度級(jí) 壓力級(jí)（單列級(jí)）：蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子 的機(jī)械能的過程在級(jí)內(nèi)只進(jìn)行一次的級(jí)。 速度級(jí)（復(fù)速級(jí)）：蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子 的機(jī)械能的過程在級(jí)內(nèi)進(jìn)行一次以上的級(jí)。 如雙列、三列速度級(jí)。 調(diào)節(jié)級(jí)和非調(diào)節(jié)級(jí) 調(diào)節(jié)級(jí)：通流面積能隨負(fù)荷改變的級(jí)， 如噴嘴調(diào)節(jié)的第一級(jí)。 非調(diào)節(jié)級(jí)：通流面積能不隨負(fù)荷改變 的級(jí)，可以全周進(jìn)汽，也可以部分進(jìn) 汽。 雙列速度級(jí)的單級(jí)汽輪機(jī) 在速度級(jí)噴嘴中蒸汽的速度由C0增加至C1，蒸 汽經(jīng)過第一列動(dòng)葉柵后，其動(dòng)能未被充分利用， 從第一列動(dòng)葉柵流出的汽流速度C2仍相當(dāng)大，有

8、足夠的動(dòng)能再去推動(dòng)葉片，但此時(shí)汽流速度C2的 方向與葉片旋轉(zhuǎn)的方向相反，因此讓汽流經(jīng)過一 列固定不動(dòng)的導(dǎo)向葉片，以改變汽流的方向。在 導(dǎo)向葉片通道中，汽流速度的大小不變，汽流離 開導(dǎo)向葉片時(shí)的方向正好對(duì)著第二列動(dòng)葉片的進(jìn) 口。這樣第一列動(dòng)葉柵出口的余速動(dòng)能就可以在 第二列動(dòng)葉柵中繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功。這種雙列速 度級(jí)的功率可比單列沖動(dòng)級(jí)大許多。如果蒸汽離 開第二列動(dòng)葉柵時(shí)的速度仍比較大，那么還可以 裝設(shè)第二列導(dǎo)向葉片和第三列動(dòng)葉片，這就是三 列速度級(jí)。由于蒸汽在速度級(jí)中的速度很大，并 且需要經(jīng)過幾列動(dòng)葉片和導(dǎo)向葉片，因此速度級(jí) 的能量損失較大，列數(shù)越多，損失越大。所以為 了結(jié)構(gòu)簡單和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，

9、幾乎不用三列及三 列以上的速度級(jí)。 1一軸；2一葉輪；3一第一列動(dòng) 葉片；4一噴嘴；5一汽缸；6 第二列動(dòng)葉片；7一導(dǎo)向葉片 25 第二節(jié)第二節(jié) 蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程蒸汽在級(jí)內(nèi)的流動(dòng)過程 一 ， 基 本 假 設(shè) 和 基 本 方 程 式 流過葉柵通道的蒸汽是具有粘性、非連續(xù)性和不穩(wěn)定的 三元流動(dòng)的實(shí)際流體。為了研究方便，特作如下假設(shè)假設(shè)： 1 . 蒸汽在葉柵通道的流動(dòng)是穩(wěn)定的：即在流動(dòng)過程中，通道 中任意點(diǎn)的蒸汽參數(shù)不隨時(shí)間變化而改變。 2. 蒸汽在葉柵通道的流動(dòng)是一元流動(dòng)：即蒸汽在葉柵通道中流 動(dòng)時(shí)，其參數(shù)只沿流動(dòng)方向變化，而在與流動(dòng)方向相垂直的 截面上不變化。 3. 蒸汽在葉柵通道的流動(dòng)是絕

10、熱流動(dòng)：即蒸汽在葉柵通道中流 動(dòng)時(shí)與外界沒有熱交換。 26 基本方程式： . const v cA AcG W c hq c h 22 2 1 1 2 0 0 RTpv .constpv k -vdpcdc cdcdkRcdp 1 a c M kvp p ka （二）噴嘴截面積的變化規(guī)律 由動(dòng)量方程： M=c/a為馬赫數(shù) 噴嘴截面積變化規(guī)律： M1時(shí)為亞音速流動(dòng)，dA0，漸縮 M1時(shí)為超音速流動(dòng)，dA0，漸擴(kuò) M=1時(shí)，dA=0，喉部 1. M1M1，為縮放（拉法爾） 29 （1）當(dāng)汽流速度小于音速，即M0，則必須dA/dx1時(shí)，若要使汽流能繼續(xù)加速， 即dc/dx0，則必須dA/dx0，也就

11、是說噴嘴截面積必須沿流 動(dòng)方向逐漸增加，即做成漸擴(kuò)噴嘴。 （3）當(dāng)汽流速度在噴嘴某截面上剛好等于音速，即M=1，這時(shí)， dA/dx =0。表明橫截面A不變化，即A達(dá)到最少值。 因此，簡單的漸縮噴嘴是得不到超音速汽流的。為了達(dá)到超 音速，除了噴嘴出口蒸汽壓力必須小于臨界壓力外，還必須 在噴嘴形狀上加以保證，即作成縮放噴嘴。汽流通過縮放噴 嘴時(shí)，在噴嘴喉部達(dá)音速，然后在漸擴(kuò)部分達(dá)超音速。 dx dc c M dx dA A 1 ) 1( 1 2 30 壓力、焓降、截面積、汽流速度、音壓力、焓降、截面積、汽流速度、音 速、比容沿流動(dòng)的變化規(guī)律速、比容沿流動(dòng)的變化規(guī)律 二、蒸汽在噴嘴中的流動(dòng)過程二、蒸

12、汽在噴嘴中的流動(dòng)過程 初始點(diǎn)：0（p0，t0） 0*（p*0，t*0） 絕熱、等熵膨脹：01t 實(shí)際過程（有損失）：01 （一）噴嘴中汽流速度的計(jì)算 由能量方程 2 0 2 0101 2 1 1 2 0 0 2 )(2 0,0 22 nt tt t t ch chhc qw c h c h * 2 n h 1. 噴嘴出口的理想速度 注意： 焓和速度的單位 = 用初始狀態(tài)參數(shù)計(jì)算 2.臨界速度和 臨界壓比 臨界狀態(tài)： 某一截面上 汽流速度等于 當(dāng)?shù)匾羲佟?35 （2）臨界速度ccr： 汽流的音速為 ， 用滯止參數(shù)表示有關(guān)參數(shù) 時(shí)，代入音速公式，則有 上式中， 為滯止?fàn)顟B(tài)下的音速。當(dāng) 知時(shí)， 一定

13、值。 在膨脹過程中，到某一截面會(huì)出現(xiàn)汽流速度等于當(dāng)?shù)匾羲?。?dāng) 汽流速度等于當(dāng)?shù)匾羲贂r(shí)，則稱此時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)為臨界狀態(tài)。 這時(shí)的參數(shù)為臨界參數(shù)，用 等表示。臨界速度 為： kRTkpva 121 2 * 0 22 k aC k a * 0 a * 0 * 0 vp 、 * 0 a crcrcr cvp、 crcrcr vkpvp k k a k c * 0 * 0 * 0 1 2 1 2 36 （3） 臨界壓比：cr 臨界壓力為： 對(duì)于等熵膨脹過程來說，有 ，則上式為 上式表明，臨界壓力只與蒸汽指數(shù)k和初壓有關(guān)。臨界壓力與初壓 之比稱為臨界壓力比臨界壓力比，用 表示： 對(duì)于過熱蒸汽（k=1.3)則

14、 =0.546;對(duì)于飽和蒸汽（k =1.135 )則 =0.577 . cr cr v v p k p * 0* 0 ) 1 2 ( k cr cr p p v v 1 * 0 * 0 )( 1 * 0 ) 1 2 ( k k cr k pp cr 1 * 0 ) 1 2 ( k k cr n kp p cr cr 3. 噴嘴出口的實(shí)際速度 摩擦阻力使蒸汽出口焓值升高 噴嘴速度系數(shù)：噴嘴出口實(shí)際速度與噴嘴出口 的理想速度之比。 噴嘴損失： 噴嘴能量損失系數(shù)： 蒸汽為粘性流體，流過葉柵通道時(shí)產(chǎn)生摩擦，造成 動(dòng)能損失，即蒸汽在葉柵通道中為絕熱多變過程 多變指數(shù)隨摩擦的增大而減小。工程中用對(duì)等熵絕熱

15、流 動(dòng)作修正的方法來處理實(shí)際流動(dòng)，即用實(shí)際汽流速度與理 想汽流速度的比值表示摩擦的影響，其比值稱為速度系數(shù) ，即 對(duì)應(yīng)的噴嘴、動(dòng)葉損失為 ( ) 12 12 ; tt cw cw 22 (1)(1) nnbb hhhh； n pvconst 速度系數(shù)的影響因素 速度系數(shù)與葉柵通道表面的光滑程度及 葉型等緊密相關(guān)。表面越光潔，摩擦就越?。蝗~型是否合理，決定 了葉柵通道的流場和壓力場分布，附面層增厚、附面層脫離均會(huì)導(dǎo) 致摩擦損失增大、速度系數(shù)減小。前者提高加工精度，后者研究空 氣動(dòng)力特性、開發(fā)先進(jìn)葉型。蒸汽的膨脹程度越大，有利于減薄附 面層，提高速度系數(shù)。動(dòng)葉中，速度系數(shù)將隨反動(dòng)度增大而增大。 在

16、汽輪機(jī)中，噴嘴的速度系數(shù)在0.920.98之間，一般取0.97； 動(dòng)葉的速度系數(shù)在0.850.95之間，反動(dòng)度大時(shí)可取上限。 v速度系數(shù)與噴嘴或動(dòng)葉效率 由速度系數(shù)和噴嘴或動(dòng)葉效率定義 可知 由熱力學(xué)推導(dǎo)得知，多變指數(shù)與速度系數(shù)的關(guān)系為 ; nb 2(1 ) k n kk 的大小由圖查出，ln降低，則降低，噴嘴損失 增加。為減少噴嘴損失， ln 12mm。 （三）噴嘴流量的計(jì)算 或 1. 噴嘴的理想流量 * 0 * 0 1 1 1 * 0 1 1 k * 0 * 0 * 0 * 011 1 2 1 2 1 2 v p k kAGG k p p v p k k AG vpvp k k ncrtt

17、 k k crn n k k n 2 nnt kk ）（ 時(shí)當(dāng) ）（ 過熱蒸汽： 飽和蒸汽： 臨界流量只與初參數(shù) 有關(guān)，當(dāng)n降低時(shí)Gt增 加臨界流量 46 噴嘴流量曲線噴嘴流量曲線 當(dāng)噴嘴前的參數(shù) 和噴嘴出口截面積 一定時(shí)，通過噴 嘴的流量 只取決于噴嘴前后壓力比。它們的關(guān)系如圖中 ABC曲線所示。當(dāng)壓力比從1逐漸縮小時(shí)，流量逐漸增加，當(dāng) 噴嘴前后壓力比等于臨界壓力比（ ) ， 達(dá)最大值， 如B所示。這時(shí)的流量稱為臨界流量臨界流量，用 表示。當(dāng)噴嘴前 后壓力比小于臨界壓力比時(shí)，流量保持最大值不變，如AB所 示。其臨界流量為： 式中，只與k值有關(guān)。對(duì)于過熱蒸汽（k=1.3), =0.667；飽和

18、 蒸汽（k=1.135) , =0.635。 crn t G * 0 * 0 vp 、 t G n A crt G * 0 * 0 * 0 * 0 1 1 ) 1 2 ( v p A v p k kAG n k k ncrt 2. 流過噴嘴的實(shí)際流量 流量系數(shù)n：實(shí)際流量與理想流量之比。 在過熱區(qū)：n=0.97 在濕蒸汽區(qū)：n=1.02，由于過冷使v1t/v1 1 * 0 * 0 647. 0 v p AG ncr 由摩擦使蒸汽溫度升高，故總有 ，理論 上 實(shí)際中，速度系數(shù)與流量系數(shù)分別由兩 種不同試驗(yàn)得到，速度系數(shù)是由動(dòng)能損失試驗(yàn)求得，反映 了流場速度分布的均方平均；流量系數(shù)是由流動(dòng)試驗(yàn)測取

19、 ，反映了流場速度分布的算術(shù)平均。 事實(shí)上，在過熱蒸汽區(qū)，大量試驗(yàn)顯示，流量系數(shù)小于速 度系數(shù)，故在簡化計(jì)算中一般將速度系數(shù)和流量系數(shù)取為 相同數(shù)值；在濕蒸汽區(qū)，在降壓膨脹過程中應(yīng)有部分蒸汽 釋放汽化潛熱、并凝結(jié)為水，但因流速很快、傳熱速度相 對(duì)滯后，汽化潛熱來不及傳給蒸汽，使蒸汽產(chǎn)生過冷，比 容減小，從而導(dǎo)致流量系數(shù)大于速度系數(shù)的局面。在濕蒸 汽區(qū)，流量系數(shù)通常用下式計(jì)算 11 /1 t vv nn 1x 過 熱 濕 噴嘴和動(dòng)葉流量系數(shù) 多變過程 )1 ( 2 kk k n 給定的噴嘴 kn 1 常數(shù) n pv kn kn 時(shí)，當(dāng) 時(shí)，當(dāng) 1 ;1 2 2 3. 彭臺(tái)門系數(shù) 通過噴嘴的任一流

20、量與同一初始狀態(tài)下的臨界流量 之比。 亞臨界時(shí)1 超臨界時(shí)=1 53 (四) 蒸 汽 在 噴 嘴 斜 切 部 分 的 流 動(dòng) 為了使噴嘴中流出的汽流順利進(jìn)入動(dòng)葉通道，在噴嘴出口處必須 有一段斜切部分,如圖所示。這樣，實(shí)際噴嘴由兩部分所組成： 一部分是漸縮部分ABDE，AB為最小截面處。另一部分為斜切部 分ABC。 由于斜切部分的存 在，它將給汽流產(chǎn) 生影響。 54 1，當(dāng)噴嘴出口壓力（背壓）大于或等于臨界壓力時(shí)，AB截面 上的流速小于或等于音速，喉部壓力等于背壓（ ），汽 流通過噴嘴，只在漸縮部分膨脹加速，而在斜切部分ABC處不 膨脹加速。斜切部分。從噴嘴流出的汽流與動(dòng)葉 運(yùn)動(dòng)方向成一角度(稱

21、為噴嘴出汽角 ）。 2，當(dāng)噴嘴出口壓力（背壓）小于臨界壓力時(shí)，汽流在AB截 面上達(dá)臨界狀態(tài)，汽流在斜切部分，蒸汽壓力 由臨界 壓力下降為 ，汽流速度由臨界速度到大于音速，并 且汽流方向要發(fā)生擾動(dòng)和偏轉(zhuǎn)，如圖所示。 b pp 11 1 1 p cr p (五)斜切部分汽流偏轉(zhuǎn)角的近似計(jì)算 假定噴嘴中汽流是穩(wěn)定流，則噴嘴中任何 斷面的蒸汽流量均應(yīng)相等。根據(jù)連續(xù)方程 式，噴嘴在其最小斷面Acr和出口斷面An的 汽流流量也應(yīng)相等，若考慮在斜切部分中 流動(dòng)近似為等熵流動(dòng)，則其值分別為 Gt=Acrccrcr =lnccrcrtnsin1 Gt=Anc1t1t =lnc1t1ttnsin(1-1) 貝爾公

22、式： 在實(shí)際情況中，lnln 111 11 1 1 1 11 sin()sin 21 () 11 sin 1 crcr tt k k kk nn c c k kk (六)噴嘴斜切部分的膨脹極限及極限 壓力 膨脹極限：隨著背壓的降低，當(dāng)最后一根 特性線逐漸向出汽邊AC靠近，當(dāng)背壓降低 到使最后一根特性線與出口邊AC重合時(shí)， 斜切部分的膨脹能力就用完了。 1 11 11 1 sinsin() d d d a Mc d d dc cd d c a cv cv 1 1 1 11 11 11 sin)sin( dc cd vc va 11 11 1 sin k k nd dd c d k vp k k

23、vkp c a 1 0 0 0 0 11 1 1 2 1 1 2 k k nd K nc K nd k 111 1 2 1 sin K nc K nd K c d d c p p v v 11 1 1 1 1 1 極限壓比：膨脹極限時(shí)的壓比。 膨脹不足：在噴嘴之外的膨脹。 極限壓比： 極限壓力 2 12 11 111 * 0 ()(sin) kk d kk dk p p * 1 110 (sin) k k dcr pp 噴嘴出口汽流速度及面積變化規(guī)律 1） 噴嘴出口的理想速度噴嘴出口的理想速度 2） 噴嘴出口實(shí)際速度噴嘴出口實(shí)際速度 )(2101 * tthhc k k k k t p p R

24、T k k p pp k k c 1 0 1 * 0 1 0 1 0 0 1)(1 1 2 )(1 1 2 * * 或 t cc 11 c dc M d ) 1( A A 2 3） 噴嘴面積的變化規(guī)律噴嘴面積的變化規(guī)律 復(fù)習(xí) * * * 0 0 0 1 2 1 2 p k k a k ccr 即： 的計(jì)算：汽流的臨界速度 cr c 2 噴嘴中汽流的臨界狀態(tài) 1 0 ) 1 2 ( * k k cr cr kp p 臨界壓比： 3 噴嘴流量計(jì)算 1） 噴嘴的理想流量噴嘴的理想流量 k k n k nnt p k k AG 12 * 0 * 0 1 2 2） 噴嘴的實(shí)際流量噴嘴的實(shí)際流量 tnG

25、G 3） 噴嘴的臨界流量噴嘴的臨界流量 * 0 * 0 RT p AG ntcr 1 1 ) 1 2 ( k k k k * 0 * 0 * 0 * 0 648. 0 RT p A RT p AG nnncr 1 1 12 ) 1 2 ( )( 1 2 k k k k n k n tcr t cr k k G G G G 彭臺(tái)門系數(shù) t n 1 1 4 蒸汽在噴管斜切部分中的膨脹 1） 蒸汽在斜切部分膨脹條件蒸汽在斜切部分膨脹條件 2） 汽流偏轉(zhuǎn)角汽流偏轉(zhuǎn)角 3） 噴管斜切部分的膨脹極限及極限壓力噴管斜切部分的膨脹極限及極限壓力 crn k k n k n k k k k 11 1 1 1 1

26、1 1 1 1 ) 1 2 ( sin )sin( 1 2 1 1 * 0 1 1 )(sin) 1 2 ( k k k k d d kp p * 0 1 2 11 )(sinpp k k crd 三、蒸汽在動(dòng)葉柵中的能量轉(zhuǎn)換三、蒸汽在動(dòng)葉柵中的能量轉(zhuǎn)換 動(dòng)葉片可視為“旋轉(zhuǎn)的噴嘴”將C轉(zhuǎn)換成W， 則一切運(yùn)算規(guī)律與蒸汽在噴嘴中的情況一 樣。 在動(dòng)葉中，蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)子的機(jī)械 能，這種轉(zhuǎn)化表現(xiàn)為動(dòng)葉進(jìn)出口汽流速度 的變化 。 必須透徹理解在能量轉(zhuǎn)換方面的進(jìn)出口速 度三角形和動(dòng)葉的受力。 69 （一）反 動(dòng) 度 bn b t b m hh h h h * * )1 ( tmn hh * tmb

27、hh 5 . 0 20. 005. 0 0 m m m 反動(dòng)級(jí)： 叫復(fù)速級(jí)）速度級(jí)（雙列速度級(jí)也 帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí) 純沖動(dòng)級(jí)： 沖動(dòng)級(jí) 2 2 2 2 c hc余速損失 級(jí)的類型： 降為主的級(jí)。合理分配的壓力降或焓壓力級(jí)：以利用級(jí)組中 較大。速為主的級(jí)，級(jí)的焓降速度級(jí)：以利用蒸汽流 各類型級(jí)的特點(diǎn)： 1）純沖動(dòng)級(jí) m=0 p1=p2 hb=0 hn*= ht* 余速損失c22/2較大。 作功能力較大，但效率較低。 2）帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí) m=0.050.20 p1p2 hn hb 具有沖動(dòng)級(jí)作功能力大，反動(dòng)級(jí)效率高的特點(diǎn)。 3）復(fù)速級(jí) 作功能力比單列沖動(dòng)級(jí)大 4）反動(dòng)級(jí) m=0.5 p1p2 h

28、b= hn* 動(dòng)靜葉柵：互為鏡內(nèi)映射狀葉柵 沖動(dòng)力和反動(dòng)力合力作用 作功能力較小，效率比沖動(dòng)級(jí)高。 00011112222 ( , )( ( ), )( (), )c p tc wp tc wp t 噴嘴動(dòng)葉 純沖動(dòng)級(jí)中蒸汽壓力和純沖動(dòng)級(jí)中蒸汽壓力和 速度變化示意圖速度變化示意圖 1-靜葉持環(huán)；靜葉持環(huán)；2-動(dòng)葉；動(dòng)葉；3-噴嘴噴嘴 反動(dòng)級(jí)中蒸汽壓反動(dòng)級(jí)中蒸汽壓 力和速度變化示意圖力和速度變化示意圖 帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)中帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)中 蒸汽壓力和速度變化示意圖蒸汽壓力和速度變化示意圖 1-噴嘴；噴嘴；2-動(dòng)葉動(dòng)葉3-隔板；隔板；4-葉輪；葉輪；5-軸；軸； 2*2* 21211 2()22

29、ttmtb whhwhwh * 22 2 bt hww *22 2 2 2 )1 ()( 2 1 btb hwwh 動(dòng)葉柵能量損失 2 * 1 b b b h h 動(dòng)葉柵能量損失系數(shù) ，表面光潔度）， mb lf 21 ( 與葉型有關(guān) ）約一般 00 1 * 103( 2 。，小，取決于大也可比可比)( 112m www ） 00 1 * 103( 2 ( (二二) ) 動(dòng)葉柵中的熱力過程動(dòng)葉柵中的熱力過程 動(dòng)葉柵出口汽流相對(duì)速度和絕對(duì)速 度 *2 1 * 2 1212 2 2 2 2 1 1 2 1 2 2 2 2 2 1 2 22 2 11 2 1 2 2 2 2 2 11 1 2 22

30、2 11 22 )2 22 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 btm tt t t u u hwh whhw w h w h wwccchch wwccw wchch 則 而 12 ww 純沖動(dòng)級(jí)： ，反動(dòng)級(jí)：5 . 0 m 1201221 wwcwcwc， 下一級(jí)靜葉柵進(jìn)口速度 * 21 * 21 ， 1 * 2 動(dòng)葉速度系數(shù)：動(dòng)葉出口實(shí)際相對(duì)速度與動(dòng)葉出 口理想相對(duì)速度之比。 動(dòng)葉損失： 動(dòng)葉能量損失系數(shù)： 22 22 2* 2 2 (1) 1 t b b b ww h h 2 2t w w * 22 2 bt hww 的大小與葉型、葉高、反動(dòng)度、表面光潔度等 有關(guān)，通常取0

31、.850.95 余速損失： 中間級(jí)：余速可被下一級(jí)利用； 孤立級(jí)：余速不被下一級(jí)利用。 用來表示余速利用的程度。 2 2 2 2 c hc ( (三三) ) 動(dòng)葉柵中的通流能力動(dòng)葉柵中的通流能力 nb AA nb AA bb AG 1 1 2 2 v cA G v wA G tn n tb b 2112 ,vvcw tt 對(duì)于沖動(dòng)級(jí)， 2112 ,vvcw tt 但對(duì)于反動(dòng)級(jí)，雖然 tb bt t t bt tt btb b w Gv w v v Gv wv Gvv w Gv A 2 2 2 2 2 2 22 22 2 2 2 2 v v t b 噴嘴和動(dòng)葉的流量系數(shù) 82 第二節(jié) 動(dòng)葉進(jìn)出口

32、速度三角形 （一）動(dòng)葉柵進(jìn)出口速度三角形（一）動(dòng)葉柵進(jìn)出口速度三角形 * 2211 coscoscccu * 2211 coscoswwwu uu wc uuu wucuN (二) 蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率 蒸汽流過動(dòng)葉柵的汽流圖蒸汽流過動(dòng)葉柵的汽流圖 沖量。等于作用在該物體上的 的動(dòng)量變化動(dòng)量定理：物體運(yùn)動(dòng)時(shí) 方向?yàn)檎?。周向分力（?的：動(dòng)葉片作用于汽流上 u Fu ：汽流在周向的動(dòng)量方程 )( 12 uuu ccmtF )( 12 uuu cc t m F 或 )( 21 uuuu cc t m FF )( 21uu ccG (二) 蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率 蒸汽流過動(dòng)葉

33、柵的汽流圖蒸汽流過動(dòng)葉柵的汽流圖 關(guān)系：根據(jù)速度 uwc 1111 coscos )coscos( 2211 wwGFu )coscos( 2211 ccGFu或 uwc 2222 coscos ( (二二) ) 蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率（續(xù)）蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率（續(xù)） ：的動(dòng)向汽流在量方程上軸 )()( 1221 zzbz ccmtppAF )()( 2112 ppAcc t m F bzzz )()( 2121 ppAcc t m FF bzzzz )()sinsin( 212211 ppAccGF bz 或 )()sinsin( 212211 ppAwwG b ：力蒸

34、汽對(duì)動(dòng)葉片總的作用 b F 22 zub FFF ( (二二) ) 蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率（續(xù)）蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率（續(xù)） )coscos(. 2211 ccGuuFN uu 輪周功率輪周功率Nu：單位時(shí)間內(nèi)汽流對(duì)動(dòng)葉片所作的有效功。單位時(shí)間內(nèi)汽流對(duì)動(dòng)葉片所作的有效功。 )coscos( 2211 wwGuNu或 )coscos(/1 22111 wwuNskgG u 時(shí) )coscos( * 2211 wwu )coscos( 22111 ccuNu或)coscos( * 2211 ccu 較大；較小，、有關(guān)，對(duì)沖動(dòng)級(jí)和與 1 * 21 * 211uu NN 較小。較沖

35、動(dòng)級(jí)大，、對(duì)反動(dòng)級(jí) 1 * 21u N ）（ 1 ( (二二) ) 蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率（續(xù)）蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率（續(xù)） 運(yùn)用余弦定律： 輪周功率輪周功率Nu： ： 11 22 1 2 1 cos2ucucw )()( 2 2 1 2 2 2 2 2 1 wwcc G Nu )( 2 1 cos 2 1 22 111 wucuc ）（2 22 22 2 2 2 cos2ucucw )( 2 1 cos 22 2 2 222 ucwuc 2 2 2 2 c hc余速損失： 10利用系數(shù)：在多級(jí)汽輪機(jī)中，余速 級(jí)余速動(dòng)能的份額。：表示在本級(jí)利用上一 0 。被下一級(jí)所利用的份

36、額：表示本級(jí)的余速動(dòng)能 1 物理意義： ：蒸汽帶入動(dòng)葉柵的動(dòng)能； ：蒸汽帶出動(dòng)葉柵的動(dòng)能； ：蒸汽在動(dòng)葉柵中因理 想焓降hb而造成的實(shí)際動(dòng)能的增加。 2 1 2 G c 2 2 2 G c 22 21 2 () G ww (二二) 蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率（續(xù)）蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率（續(xù)） * )1 ( tmn hh 2 2 2 12 c h 量被下一級(jí)利用的余速能 ) 2 ( 2 0 0 * c hh tt 級(jí)余速動(dòng)能的份額。：表示在本級(jí)利用上一 0 。被下一級(jí)所利用的份額：表示本級(jí)的余速動(dòng)能 1 *2 )1 ( nn hh ) 2 ( 2 0 0 * c hh nn * tmb hh *2 )1 ( bb hh ) 2 ( 2 1 * w hh bb 2 2 2 2 c hc 級(jí)的輪周有效比焓降： 2 2 0 0 2 cbntu hhhh c h ）（3 級(jí)的熱力過程線級(jí)的熱力過程線 ( (二二) ) 蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率（續(xù)）蒸汽作用在動(dòng)葉片上的力和輪周功率（續(xù)） a) a) 帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)帶反動(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)b) b) 純沖動(dòng)級(jí)純沖動(dòng)級(jí) 級(jí)的熱力過程線級(jí)的熱力過程線 級(jí)的輪周效率級(jí)的輪周效率 定義