第一章汽輪機(jī)的工作原理

電廠汽輪機(jī)1/99第一節(jié)概述汽輪機(jī)以蒸汽為工質(zhì)，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，為發(fā)電機(jī)發(fā)電提供機(jī)械能?；鹆Πl(fā)電廠三大主要設(shè)備之一，單機(jī)功率大、效率高、運(yùn)行平穩(wěn)、使用壽命長2/99一.汽輪機(jī)工作原理汽輪機(jī)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換一定壓力和溫度蒸汽流經(jīng)固定不動(dòng)噴嘴，并在其中膨脹，蒸汽壓力、溫度不停減少，速度不停增加，使蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。蒸汽熱能氣流動(dòng)能軸機(jī)械能噴嘴動(dòng)葉3/99一、汽輪機(jī)工作原理1軸2葉輪3動(dòng)葉柵4噴嘴單級沖動(dòng)式汽輪機(jī)工作原理構(gòu)造立體圖

“級”是汽輪機(jī)中最基本工作單元。在構(gòu)造上它是由靜葉（噴嘴）和對應(yīng)動(dòng)葉所組成；一列固定噴嘴和與它配合動(dòng)葉片組成了汽輪機(jī)基本作功單元，稱為汽輪機(jī)“級”

4/99（一）沖動(dòng)作用原理沖動(dòng)力定義：根據(jù)力學(xué)知識(shí)，當(dāng)一運(yùn)動(dòng)物體遇到另一種靜止物體或者運(yùn)動(dòng)速度低于它物體時(shí)，就會(huì)受到妨礙而變化其速度大小或方向，同步給妨礙它物體一種作用力特點(diǎn)：蒸汽僅把從噴嘴中取得動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，蒸汽在動(dòng)葉通道中不膨脹，動(dòng)葉通道不收縮5/99

噴嘴出口處：蒸汽以相對速度w1進(jìn)入動(dòng)葉通道，由于受到動(dòng)葉妨礙，汽流方向不停變化，最后以相對速度w2流出動(dòng)葉通道，在流道中蒸汽對動(dòng)葉產(chǎn)生一種輪周方向沖動(dòng)力F1，該力對動(dòng)葉作功使動(dòng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)

蒸汽流過無膨脹動(dòng)葉通道時(shí)速度變化（一）沖動(dòng)作用原理6/99反動(dòng)力定義：蒸汽在動(dòng)葉汽道內(nèi)膨脹時(shí)對動(dòng)葉作用力。根據(jù)動(dòng)量守恒定律，當(dāng)氣體沉著器中加速流出時(shí)，要對容器產(chǎn)生—個(gè)與流動(dòng)方向相反力?；咎攸c(diǎn)：蒸汽在動(dòng)葉流道中不但要變化方向，并且還要膨脹加速，從構(gòu)造上看動(dòng)葉通道是逐漸收縮。（二）反動(dòng)作用原理7/99從作用力方面分析原理蒸汽流經(jīng)級時(shí)先在噴嘴中膨脹壓力減少，速度增加一方面通過速度方向變化，產(chǎn)生沖動(dòng)力F1蒸汽在動(dòng)葉中繼續(xù)膨脹，壓力減少，所產(chǎn)生焓降轉(zhuǎn)化為動(dòng)能造成動(dòng)葉出口相對速度w2大于進(jìn)口相對速度w1，使汽流產(chǎn)生了作用于動(dòng)葉上與汽流方向相反反動(dòng)力Fr。在蒸汽沖動(dòng)力和反動(dòng)力協(xié)力作用下推進(jìn)動(dòng)葉旋轉(zhuǎn)作功。動(dòng)葉通道是逐漸收縮

8/99基本概念級滯止抱負(fù)焓降：0點(diǎn)是級前蒸汽狀態(tài)點(diǎn)，0*點(diǎn)是汽流被等熵滯止到初速等于零狀態(tài)，p1、p2分別為噴嘴出口壓力和動(dòng)葉出口壓力，蒸汽在級內(nèi)從滯止?fàn)顟B(tài)0*等熵膨脹到p2時(shí)焓降稱為級滯止抱負(fù)焓降級抱負(fù)焓降：蒸汽在級內(nèi)從0點(diǎn)等熵膨脹到p2時(shí)焓降稱為級抱負(fù)焓降。二、反動(dòng)度和級類型9/99二、反動(dòng)度和級類型汽輪機(jī)反動(dòng)度蒸汽在動(dòng)葉通道內(nèi)膨脹時(shí)抱負(fù)焓降hb，和在整個(gè)級滯止抱負(fù)焓降ht*之比，即10/99反動(dòng)度反動(dòng)度：表達(dá)蒸汽在動(dòng)葉通道內(nèi)膨脹程度大小指標(biāo)。它等于蒸汽在動(dòng)葉通道中抱負(fù)焓降與噴嘴滯止抱負(fù)焓降和動(dòng)葉通道中抱負(fù)焓降之和比值級平直徑處（即1/2葉高處）反動(dòng)度用Ωm表達(dá)，其體現(xiàn)式為：11/99（二）汽輪機(jī)級類型和特點(diǎn)1.按反動(dòng)度大小進(jìn)行分類2.按通流面積是否隨負(fù)荷而變分類3.按蒸汽動(dòng)能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子機(jī)械能過程分類12/99級類型及特點(diǎn)汽輪機(jī)級可分為沖動(dòng)級和反動(dòng)級兩大類沖動(dòng)級沖動(dòng)級又分：純沖動(dòng)級、帶反動(dòng)度沖動(dòng)級速度級1)純沖動(dòng)級：反動(dòng)度為零級稱為純沖動(dòng)級工作特點(diǎn)：是蒸汽只在噴嘴中膨脹，在動(dòng)葉通道中不膨脹構(gòu)造特點(diǎn)：動(dòng)葉葉型近似對稱彎曲，作功能力大，但效率比帶反動(dòng)度沖動(dòng)級低。13/99當(dāng)代沖動(dòng)式汽輪機(jī)中廣泛采取具有一定反動(dòng)度沖動(dòng)級，簡稱為沖動(dòng)級工作特點(diǎn):蒸汽膨脹主要噴嘴中進(jìn)行，在動(dòng)葉通道中僅有小部分膨脹，產(chǎn)生反動(dòng)力較小，主要利用沖動(dòng)力作功構(gòu)造特點(diǎn)：作功能力比反動(dòng)級大，效率又比純沖動(dòng)級高。帶反動(dòng)度沖動(dòng)級14/99定義：蒸汽在級中抱負(fù)焓降平均分派在噴嘴和動(dòng)葉通道中級稱為反動(dòng)級工作特點(diǎn)：蒸汽在噴嘴和動(dòng)葉通道中膨脹程度相等，作功力沖動(dòng)力和反動(dòng)力各占二分之一構(gòu)造特點(diǎn)：動(dòng)葉葉型與噴嘴葉型完全相同。反動(dòng)級效率高于沖動(dòng)級，但整級抱負(fù)焓降較小。反動(dòng)級15/99調(diào)整級噴嘴調(diào)整：多數(shù)汽輪機(jī)采取變化第一級噴嘴面積措施調(diào)整進(jìn)汽量，稱之為噴嘴調(diào)整。調(diào)整級：中、小容量汽輪機(jī)調(diào)整級噴嘴調(diào)整汽輪機(jī)第一級稱為調(diào)整級，一般采取復(fù)速級。大容量汽輪機(jī)多采取單列沖動(dòng)級。還把汽輪機(jī)級分為速度級和壓力級兩種。16/99速度級:為使充足利用余速，在兩列動(dòng)葉之間裝設(shè)—列導(dǎo)向葉片，排汽通過導(dǎo)向葉片后變化方向，進(jìn)入第二列動(dòng)葉繼續(xù)作功。這種級稱為速度級。復(fù)速級：同一葉輪上裝有兩列動(dòng)葉片雙列速度級，又稱為復(fù)速級。工作特點(diǎn)：蒸汽主要在噴嘴中膨脹加速：動(dòng)葉通道和導(dǎo)向葉片通道中基本不膨脹，焓降大、效率較低。用于單級汽輪機(jī)和中、小型多級汽輪機(jī)第一級。復(fù)速級17/99汽輪機(jī)分類按工作原理分沖動(dòng)式汽輪機(jī)反動(dòng)式汽輪機(jī)按熱力特性分凝汽式汽輪機(jī)背壓式汽輪機(jī)調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)中間再熱式汽輪機(jī)18/99凝汽式汽輪機(jī)特點(diǎn)：在汽輪機(jī)中作功后排汽，在低于大氣壓力真空狀態(tài)下進(jìn)入凝汽器凝結(jié)成水。19/99火電廠中普遍采取專為發(fā)電用汽輪機(jī)。凝汽設(shè)備主要由凝汽器、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵和抽氣器組成。汽輪機(jī)排汽進(jìn)入凝汽器，被循環(huán)水冷卻凝結(jié)為水，由凝結(jié)水泵抽出，通過各級加熱器加熱后作為給水送往鍋爐。

汽輪機(jī)排汽在凝汽器內(nèi)受冷凝結(jié)為水過程中，體積驟然縮小，因而本來充滿蒸汽密閉空間形成真空，這減少了汽輪機(jī)排汽壓力，使蒸汽抱負(fù)焓降增大，從而提升了裝置熱效率。汽輪機(jī)排汽中非凝結(jié)氣體(主要是空氣)則由抽氣器抽出,以維持必要真空度。

汽輪機(jī)最常用凝汽器為表面式。冷卻水排入冷卻水池或冷卻水塔降溫后再循環(huán)使用。接近江、河、湖泊電廠，如水量充足，可將由凝汽器排出冷卻水直接排入江、河、湖泊，稱為徑流冷卻方式。但這種方式也許對河流湖泊造成熱污染。嚴(yán)重缺水地域電廠，可采取空冷式凝汽器。但它構(gòu)造龐大，金屬材料消耗多，除列車電站外，一般電廠較少采取。傳統(tǒng)電廠中，有采取混合式凝汽器，汽輪機(jī)排汽與冷卻水直接混合接觸冷卻。但因排汽凝結(jié)水被冷卻水污染，需要處理后才能作為鍋爐給水，已很少采取。

運(yùn)行特性

凝汽式汽輪機(jī)排汽壓力對運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有顯著影響。影響凝汽器真空度主要原因是冷卻水進(jìn)口溫度和冷卻倍率。前者與電廠所在地域、季節(jié)及供水方式有關(guān)；后者表達(dá)冷卻水設(shè)計(jì)流量與汽輪機(jī)排汽量之比。冷卻倍率大，可取得較高真空度。但冷卻倍率增大同步增加了循環(huán)水泵功耗和設(shè)備投資。一般表面式凝汽器冷卻倍率設(shè)計(jì)為60～120。由于凝汽式汽輪機(jī)循環(huán)水需要量很大，水源條件成為電廠選址主要條件之一。20/99抱負(fù)情況下表面式凝汽器凝水溫度應(yīng)與排汽溫度相同，被冷卻水帶走熱量僅為排汽汽化潛熱。但實(shí)際運(yùn)行中，由于排汽流動(dòng)阻力及非凝結(jié)氣體存在，造成凝結(jié)水溫度低于排汽溫度，二者溫差稱為過冷卻度。冷卻水管布置不當(dāng)，運(yùn)行中凝結(jié)水位過高而浸泡冷卻水管,均會(huì)加大過冷卻度。正常情況過冷卻度應(yīng)不大于1～2℃。

排汽壓力與機(jī)組功率

減少凝汽式汽輪機(jī)排汽壓力,雖可提升熱效率，但因排汽比容增大,汽輪機(jī)末級通流面積和葉片需要對應(yīng)增大,這加大了制造成本,使加工困難。因此，最佳排汽壓力需通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析確定。目前一般凝汽式汽輪機(jī)排汽壓力取為0.004～0.006兆帕。

汽輪機(jī)功率決定于蒸汽流量。凝汽式汽輪機(jī)可通過最大流量決定于末級葉片長度。由于葉片越大，離心力越大,這使它受到材料強(qiáng)度限制。目前,末級葉片最大長度可達(dá)1000～1200毫米，葉片頂端最大允許圓周速度為550～650米/秒,單排汽口極限功率約為100～120兆瓦。低壓缸采取分流式構(gòu)造可提升單機(jī)功率。到80年代末，常規(guī)火電廠最大凝汽式單機(jī)功率，雙軸機(jī)組為1300兆瓦，單軸機(jī)組為800兆瓦。

凝汽式機(jī)組設(shè)計(jì)為低轉(zhuǎn)速（1500或1800轉(zhuǎn)/分）時(shí)，可提升極限功率，但這又使汽輪機(jī)尺寸及材料消耗增加，由于汽輪機(jī)總重量與轉(zhuǎn)速三次方成反比。因此，除核電站為適應(yīng)低參數(shù)、大流量特點(diǎn)，常采取低速汽輪機(jī)外，中國火力發(fā)電廠均采取3000轉(zhuǎn)/分汽輪機(jī)21/99背壓式汽輪機(jī)特點(diǎn)：是排汽直接用于供熱，沒有凝汽器。當(dāng)排汽作為其他中低壓汽輪機(jī)工作蒸汽時(shí)，稱為前置式汽輪機(jī)。抽汽背壓式22/99排汽壓力大于0.1兆帕汽輪機(jī)。排汽可用于供熱或供應(yīng)原有中、低壓汽輪機(jī)以替代老電廠中、低壓鍋爐。后者又稱為前置式汽輪機(jī)，它不但能夠增加原有電廠發(fā)電能力，并且能夠提升原有電廠熱經(jīng)濟(jì)性。供熱用背壓式汽輪機(jī)排汽壓力設(shè)計(jì)值視不一樣供熱目標(biāo)而定；前置式汽輪機(jī)背壓常大于2兆帕，視原有機(jī)組蒸汽參數(shù)而定。排汽在供熱系統(tǒng)中被利用之后凝結(jié)為水，再由水泵送回鍋爐作為給水。一般供熱系統(tǒng)凝結(jié)水不能所有回收，需要補(bǔ)充給水。

背壓式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)出電功率由熱負(fù)荷決定，因而不能同步滿足熱、電負(fù)荷需要。背壓式汽輪機(jī)一般不單獨(dú)裝置，而是和其他凝汽式汽輪機(jī)并列運(yùn)行，由凝汽式汽輪機(jī)承當(dāng)電負(fù)荷變動(dòng)，以滿足外界對電負(fù)荷需要。前置式汽輪機(jī)電功率由中、低壓汽輪機(jī)所需要蒸汽量決定。利用調(diào)壓器來控制進(jìn)汽量，以維持其排汽壓力不變；低壓機(jī)組則根據(jù)電負(fù)荷需要來調(diào)整本身進(jìn)汽量，從而變化前置式汽輪機(jī)排汽量。因此，不能由前置式汽輪機(jī)直接根據(jù)電負(fù)荷大小來控制其進(jìn)汽量。

由于供熱背壓式機(jī)組發(fā)電量決定于熱負(fù)荷大小，宜用于熱負(fù)荷相對穩(wěn)定場所，不然應(yīng)采取調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)。

背壓式汽輪機(jī)排汽壓力高,蒸汽熱降較小,與排汽壓力很低凝汽式汽輪機(jī)相比，發(fā)出同樣功率，所需蒸汽量為大，因而背壓式汽輪機(jī)每單位功率所需蒸汽量大于凝汽式汽輪機(jī)。不過，背壓式汽輪機(jī)排汽所含熱量絕大部分被熱顧客所利用，不存在冷源損失，因此從燃料熱利用系數(shù)來看，背壓式汽輪機(jī)裝置熱效率較凝汽式汽輪機(jī)為高。由于背壓式汽輪機(jī)可通過較大蒸汽流量，前幾級可采取尺寸較大葉片，因此內(nèi)效率較凝汽式汽輪機(jī)高壓部分為高。

在構(gòu)造上，背壓式汽輪機(jī)與凝汽式汽輪機(jī)高壓部分相同。背壓式汽輪機(jī)多采取噴嘴調(diào)整配汽方式，以確保在工況變動(dòng)時(shí)效率變化不大。因背壓機(jī)常用于熱負(fù)荷較穩(wěn)定場所，一般采取單列沖動(dòng)級作為調(diào)整級。23/99調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)特點(diǎn)：從汽輪機(jī)某級后抽出具有一定壓力蒸汽對外供熱，其他排汽仍進(jìn)入凝汽器。中間再熱式汽輪機(jī)特點(diǎn)：進(jìn)入汽輪機(jī)蒸汽膨脹到某一壓力后，被所有抽出送往鍋爐再熱器進(jìn)行再熱，再返回汽輪機(jī)繼續(xù)膨脹作功。中間再熱式汽輪機(jī)就是蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)做了一部分功后，從中間引出，通過鍋爐再熱器提升溫度（一般升高到機(jī)組額定溫度），然后再回到汽輪機(jī)繼續(xù)做功，最后排入凝汽器汽輪機(jī)。24/99由汽輪機(jī)中間級抽出一部分蒸汽供應(yīng)顧客，即在發(fā)電同步還供熱汽輪機(jī)。根據(jù)顧客需要能夠設(shè)計(jì)成一次調(diào)整抽汽式或二次調(diào)整抽汽式。

一次調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)

又稱單抽汽式汽輪機(jī)。由高壓部分和低壓部分組成，相稱于一臺(tái)背壓式汽輪機(jī)與一臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)組合。新汽進(jìn)入高壓部分作功，膨脹至一定壓力后分為二股，一股抽出供應(yīng)熱顧客，一股進(jìn)入低壓部分繼續(xù)膨脹作功，最后排入凝汽器。抽汽壓力設(shè)計(jì)值根據(jù)熱顧客需要確定，并由調(diào)壓器控制，以維持抽汽壓力穩(wěn)定。單抽汽式汽輪機(jī)功率為高、低壓部分所生產(chǎn)功率之和，由進(jìn)汽量和流經(jīng)低壓部分蒸汽量所決定。調(diào)整進(jìn)汽量能夠得到不一樣功率。因此，在一定范圍內(nèi)，可同步滿足熱、電負(fù)荷需要。單抽汽式汽輪機(jī)在供熱抽汽量為零時(shí)，相稱于一臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)；若將進(jìn)入高壓缸蒸汽所有抽出供應(yīng)熱顧客，則相稱于一臺(tái)背壓式汽輪機(jī)。但實(shí)際運(yùn)行中，為了冷卻低壓缸，帶走由于鼓風(fēng)摩擦損失所產(chǎn)生熱量，必須有一定量蒸汽流過低壓部分進(jìn)入凝汽器，所需最小流量約為低壓缸設(shè)計(jì)流量10％。

25/99二次調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)

又稱雙抽汽式汽輪機(jī)。能夠同步滿足不一樣參數(shù)熱負(fù)荷。整個(gè)汽輪機(jī)分為高、中、低壓3部分。新汽進(jìn)入高壓部分作功，膨脹到一定壓力，抽出一部分蒸汽供應(yīng)熱顧客；另一部分進(jìn)入中壓部分繼續(xù)膨脹作功后，再抽出一部分供暖，其他蒸汽通過低壓部分排入凝汽器。

雙抽汽式汽輪機(jī)工況圖是按照一定典型系統(tǒng)和額定參數(shù)繪制。若汽輪機(jī)運(yùn)行條件不一樣于繪制工況時(shí)，應(yīng)進(jìn)行合適修正。調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)各缸均單獨(dú)設(shè)置配汽機(jī)構(gòu)，分別控制各缸進(jìn)汽量。中、低壓缸配汽機(jī)構(gòu)有調(diào)整閥和旋轉(zhuǎn)隔板兩種形式。功率較小抽汽機(jī)組采取旋轉(zhuǎn)隔板形式有助于設(shè)計(jì)成單缸構(gòu)造；高壓缸則普遍采取噴嘴調(diào)整方式，調(diào)整級多數(shù)為雙列級，以確保有足夠大通流能力。

雙抽汽式汽輪機(jī)在高、低壓缸流量均接近設(shè)計(jì)值時(shí)具有較高發(fā)電經(jīng)濟(jì)性。由于熱負(fù)荷變化，有時(shí)流經(jīng)各缸流量差異很大，在某些工況下發(fā)電經(jīng)濟(jì)性較低。因此，調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)應(yīng)根據(jù)主要熱負(fù)荷情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理分派各缸流量，以確保長期運(yùn)行中有較高經(jīng)濟(jì)性。合理選定抽汽壓力對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性有顯著影響，在滿足熱顧客前提下，應(yīng)盡可能減少抽汽壓力。早期生產(chǎn)供暖抽汽機(jī)組，抽汽壓力為0.12～0.25兆帕，近年已將下限降為0.07兆帕。

26/99按主蒸汽壓力分汽輪機(jī)類別主蒸汽壓力（MPa)低壓汽輪機(jī)0.12~1.5中壓汽輪機(jī)2~4高壓汽輪機(jī)6~10超高壓汽輪機(jī)12~14亞臨界壓力汽輪機(jī)16~18超臨界壓力汽輪機(jī)>22.1超超臨界壓力汽輪機(jī)>3227/99ΔXX-XX-XX變型設(shè)計(jì)次序蒸汽參數(shù)額定功率型式例：N300-16.7/537/537-2型汽輪機(jī)300MW凝汽式汽輪機(jī),主蒸汽壓力為16.7MPa，溫度為537oC,再熱蒸汽溫度537oC,中間再熱凝汽式汽輪機(jī)，屬第二次變型設(shè)計(jì)汽輪機(jī)型號28/99汽輪機(jī)型式代號見下表代號型式代號型式N凝汽式CB抽汽背壓式B背壓式CY船用C一次調(diào)整抽汽式Y(jié)移動(dòng)式CC兩次調(diào)整抽汽式HN核電汽輪機(jī)29/99汽輪機(jī)型號中蒸汽參數(shù)表達(dá)法

型式參數(shù)表達(dá)措施示例凝汽式主蒸汽壓力/主蒸汽溫度N100-8.83/535中間再熱式主蒸汽壓力/主蒸汽溫度/中間再熱溫度N300-16.7/538/538抽汽式主蒸汽壓力/高壓抽汽壓力/低壓抽汽壓力C50-8.83/0.98/0.118背壓式主蒸汽壓力/背壓B50-8.83/0.98抽汽背壓式主蒸汽壓力/抽汽壓力/背壓CB25-8.83/0.98/0.11830/99第二節(jié)汽輪機(jī)工作過程對蒸汽在汽輪機(jī)中流動(dòng)作下列假設(shè)：略去蒸汽粘性，并假定蒸汽在葉柵通道內(nèi)流動(dòng)是一元、穩(wěn)定絕熱流動(dòng)。

一、可壓縮流體一元流動(dòng)基本方程：連續(xù)性方程：

微分形式：31/99運(yùn)動(dòng)方程：能量方程：狀態(tài)方程：32/99二、蒸汽在噴嘴中膨脹過程蒸汽在噴嘴中膨脹過程（一）噴嘴中汽流速度1.噴嘴出口汽流抱負(fù)速度：可由能量方程求得33/992.臨界速度和臨界壓力比臨界狀態(tài)：汽流速度等于本地音速狀態(tài)臨界壓力比：臨界壓力與滯止初壓之比即3.噴嘴出口汽流實(shí)際速度：c1=c1t

----噴嘴速度系數(shù)噴嘴動(dòng)能損失:噴嘴能量損失系數(shù):34/99影響速度系數(shù)原因有：噴嘴高度、葉型、汽道形狀、表面粗糙度、前后壓力等。速度系數(shù)與葉高關(guān)系曲線如下列圖：35/99（二）噴嘴截面積變化規(guī)律

當(dāng)噴嘴內(nèi)流動(dòng)為亞音速流動(dòng)時(shí)，M<1，汽道截面積伴隨汽流加速而逐漸減小，稱為漸縮噴嘴當(dāng)噴嘴內(nèi)流動(dòng)為超音速流動(dòng)時(shí)，M>1，汽道截面積伴隨汽流加速而逐漸增大，稱為漸擴(kuò)噴嘴當(dāng)噴嘴內(nèi)汽流速度等于本地音速時(shí)，M=1，噴嘴截面積達(dá)最小值，稱為臨界截面積或候部36/9937/99（三）噴嘴流量計(jì)算1.噴嘴抱負(fù)流量:

噴嘴臨界流量——噴嘴所能通過最大流量。上式中：

僅與蒸汽性質(zhì)有關(guān)系數(shù)，對過熱蒸汽

=0.667，對飽和蒸汽

=0.635。式中：38/9939/99

n

為噴嘴流量系數(shù)，其大小與噴嘴幾何參數(shù)、汽體參數(shù)及汽體物理性質(zhì)等原因有關(guān)，另外還與噴嘴出口實(shí)際密度與等熵密度之比有關(guān)。下列圖為試驗(yàn)得到流量系數(shù)曲線。由圖可知：過熱蒸汽區(qū)：令，則有濕蒸汽區(qū)：2.通過噴嘴實(shí)際流量40/99考慮了流量系數(shù)后，實(shí)際臨界流量公式為：41/9942/99與n關(guān)系繪成如圖所示曲線。計(jì)算時(shí)，先在圖上查取

值，然后利用下式計(jì)算：43/99（四）蒸汽在噴嘴斜切部分中流動(dòng)1.蒸汽在斜切部分中膨脹在汽輪機(jī)級中，為了確保噴嘴出口對汽流良好導(dǎo)向作用，必須在出口截面之外有一段斜切部分，這種噴嘴稱為斜切噴嘴，如圖所示。44/99斜切部分對汽流影響如下：當(dāng)

n

cr時(shí)，AB截面上流速不大于或等于音速，壓力與噴嘴背壓相等，斜切部分不膨脹。此時(shí)當(dāng)

n<cr時(shí)，喉部截面上流速等于臨界速度，壓力為臨界壓力，蒸汽在斜切部分繼續(xù)膨脹，從而取得超音速汽流。且汽流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)?？s放噴嘴：45/99A.噴嘴斜切部分膨脹極限工況：

最后一條特性線與AC重合時(shí)工況。B.汽流在斜切部分偏轉(zhuǎn)原因：由圖1-17（b）解釋。46/992.斜切部分汽流偏轉(zhuǎn)角近似計(jì)算可利用連續(xù)性方程求解，即通過最小截面流量應(yīng)與出口截面流量相等。最小截面：出口截面:在實(shí)際構(gòu)造中，lnln′，因此：47/99對等熵流動(dòng)，有下列等式成立：因此：48/993.極限壓力計(jì)算或斜切部分膨脹達(dá)極限時(shí)，馬赫角與汽流角和偏轉(zhuǎn)角之和相等，于是有：而49/99因此：50/99因此：3.斜切部分膨脹極限與極限壓力噴管斜切部分能夠膨脹到最低壓力稱為噴管極限壓力51/99三、蒸汽在動(dòng)葉柵中流動(dòng)重點(diǎn)：蒸汽動(dòng)能到葉輪機(jī)械能轉(zhuǎn)換。目標(biāo)：確定蒸汽在動(dòng)葉通道進(jìn)口和出口速度變化與所做功定量關(guān)系。一、動(dòng)葉柵進(jìn)出口速度三角形絕對速度c：蒸汽相對于噴嘴速度；相對速度w：蒸汽相對于動(dòng)葉速度；圓周速度u：葉輪旋轉(zhuǎn)圓周速度。52/991.動(dòng)葉進(jìn)口速度三角形2.動(dòng)葉柵出口汽流相對速度3.動(dòng)葉出口速度三角形53/99一、蒸汽作用在動(dòng)葉片上力和輪周功率第三節(jié)級輪周效率與輪周效率54/99.蒸汽作用在動(dòng)葉片上力：可由牛頓第三定律和動(dòng)量方程求得。如圖所示。將汽流力分解為周向分力Fu和軸向分力Fz。則，或或蒸汽對動(dòng)葉片總作用力Fb為：55/992.輪周功率單位時(shí)間內(nèi)圓周力Fu在動(dòng)葉片上所做功，它等于圓周力Fu于動(dòng)葉圓周速度u乘積，稱為輪周功率，其體現(xiàn)式為：或1Kg蒸汽所作輪周功，稱為級作功能力，其大小為：或56/99在葉片進(jìn)出口速度三角形中應(yīng)用余弦定理，即可得到輪周功率另一種體現(xiàn)形式：57/99二、級輪周效率定義：蒸汽在輪周上所做之功與整個(gè)級所消耗蒸汽抱負(fù)能量（級抱負(fù)能量）之比，即E0----級抱負(fù)能量，它包括熱能和動(dòng)能兩部分，其體現(xiàn)式為58/99三、速度比及其與輪周效率關(guān)系速度比：輪周速度u與噴嘴出口汽流速度c1之比。用x1表達(dá)，即x1=u/c1。研究速度比與輪周效率關(guān)系目標(biāo)在于根據(jù)不一樣級特點(diǎn)，分析速度比對輪周效率影響，并確定最佳速度比。（一）純沖動(dòng)級速度比與輪周效率1.余速不利用：對純沖動(dòng)級，余速不利用，則，則有59/99輪周效率體現(xiàn)式為：應(yīng)用速度三角形，上式變?yōu)椋河缮鲜娇梢姡?/p>

對

u影響最大。提升

和

及減少

1

和

2均可提升

u。一旦噴嘴及動(dòng)葉型線確定后，這些參數(shù)也就隨之而定，唯有x1能夠選擇：（1）當(dāng)x1=0時(shí)，

u＝0。（2）當(dāng)x1=cos

1時(shí)，

u＝0。（3）因此，當(dāng)x1從零變化到cos

1過程中，必存在一種使

u達(dá)最大值速度比。即最佳速度比。60/99最佳速度比：輪周效率最高時(shí)速度比。用(x1)op表達(dá)。求解辦法：函數(shù)求極值法和速度三角形法。函數(shù)求極值法：將

u體現(xiàn)式對x1求導(dǎo)，并令其為零即可得最佳速度比值。即可求得最佳速度比：速度三角形法：對純沖動(dòng)級，

2

1，w2w1，則在相同

1和c1下，變化x1，就可作出如圖1--25所示速度三角形。61/9962/99由圖可知：當(dāng)

2＝90時(shí)，c2最小，輪周效率最高，此時(shí)速度比即為最佳速度比。由（b）圖可知：最佳速度比物理意義為：使動(dòng)葉出口絕對速度c2方向角

2＝90，即軸向排汽，從而使c2值最小，輪周效率最高時(shí)速度比。速度比x1與輪周效率關(guān)系可繪制成如下列圖所示曲線。它是一條拋物線。其中：不隨速度比變化而變化。隨速度比增大而減小。隨速度比增大先逐漸減小，達(dá)成最小值后又逐漸增大。63/9964/992.余速利用：最佳速度比：余速利用對輪周效率影響：如圖1－26所示。提升了級輪周效率。中間級效率曲線在最大值附近變化平穩(wěn)。使最佳速度比增大。抱負(fù)速度比xa：Xa與x1關(guān)系為：最佳抱負(fù)速度比：65/9966/99（二）反動(dòng)級速度比與輪周效率關(guān)系由于反動(dòng)級噴嘴葉型和動(dòng)葉葉型相同，反動(dòng)級余速基本上都能得到利用，即

0＝1＝1根據(jù)最佳速度比物理意義可得反動(dòng)級在最佳速度比下速度三角形如圖1－27所示。由圖可得最佳速度比為u＝c1uuc1w2=c1w1=c267/99用解析法求反動(dòng)級最佳速度比：利用速度三角形簡化為：利用余弦定理代換得：68/99為得到

u最大值，須使得：將

u與x1、xa關(guān)系繪成如圖1--28所示曲線。對于不一樣反動(dòng)度級，其最佳速度比在不一樣余速利用系數(shù)下隨反動(dòng)度變化規(guī)律如圖1--29所示。最大。令：69/99圖1－28圖1－2970/99一、級內(nèi)損失級內(nèi)損失主要有葉柵損失、余速損失、扇形損失、葉輪摩擦損失、部分進(jìn)汽損失、漏汽損失、濕汽損失等（一）葉柵幾何參數(shù)及葉柵損失反應(yīng)葉柵幾何特性主要參數(shù)有葉柵平均直徑、葉片高度、葉柵節(jié)距、葉柵寬度B、葉型弦長、出口邊厚度、進(jìn)口邊寬度、出口邊寬度等。第四節(jié)汽輪機(jī)級內(nèi)損失和級效率71/9972/99平面葉柵汽流流動(dòng)損失包括：1.葉型損失（1）附面層中摩擦損失（2）附面層分離時(shí)渦流損失（3）尾跡損失2.沖波損失3.葉端損失（1）端部附面層中摩擦損失（2）二次流損失73/99（二）余速損失（三）扇形損失74/99（四）葉輪摩擦損失

＝75/99(五)部分進(jìn)汽損失假如將噴嘴布置在隔板（或蒸汽室）整個(gè)圓周上，使蒸汽沿整個(gè)圓周進(jìn)汽，這種進(jìn)汽方式稱為全周進(jìn)汽。為了增高噴嘴高度，則將噴嘴布置在部分圓周上，使蒸汽沿部分圓弧進(jìn)汽，這種進(jìn)汽方式稱為部分進(jìn)汽。76/9977/99(六)漏汽損失78/99(七)濕汽損失(1)濕蒸汽在噴嘴中膨脹加速時(shí)，一部分蒸汽凝結(jié)成水滴，使作功蒸汽量減少。(2)由于水滴本身不膨脹加速，因此懸浮在蒸汽中水滴是依靠蒸汽帶動(dòng)，因此主汽流要消耗一部分動(dòng)能。79/99（3）水滴進(jìn)入動(dòng)葉時(shí)正好沖擊在動(dòng)葉進(jìn)口邊背弧上，制止了葉輪旋轉(zhuǎn)，從而消耗了一部分輪周功去克服這個(gè)阻力，造成損失(4)濕蒸汽在噴嘴中膨脹時(shí)，由于汽態(tài)變化非?？?，蒸汽一部分還來不及凝結(jié)成水，汽化潛熱沒有釋放出來，形成了過飽和蒸汽或稱過冷蒸汽，致使蒸汽抱負(fù)焓降減小，形成過冷損失。80/99為了提升濕蒸汽級效率和避免動(dòng)葉被水滴侵蝕損壞，常采取下列兩種辦法：一是采取去濕裝置，減少濕蒸汽中水分；二是提升動(dòng)葉抗侵蝕能力。81/9982/99二、汽輪機(jī)級相對內(nèi)效率和內(nèi)功率83/99

三、級內(nèi)損失對最佳速比影響級內(nèi)損失使級相對內(nèi)效率最大值低于輪周效率最大值，并且還會(huì)使最佳速比值減小，即相對內(nèi)效率最高時(shí)最佳速比不大于輪周效率最高時(shí)最佳速比。84/99第五節(jié)級熱力設(shè)計(jì)原理一、葉型選擇

二、級特性參數(shù)確實(shí)定85/99三、級某些構(gòu)造原因?qū)π视绊?.蓋度蓋度采取一方面能適應(yīng)汽流徑向擴(kuò)散要求，使汽流較好地進(jìn)入動(dòng)葉通道，減少葉頂漏汽損失；另一方面避免由于制造和裝配上誤差，使動(dòng)靜葉錯(cuò)位而造成噴嘴出口汽流撞擊在圍帶和葉根上，產(chǎn)生額外損失。不過假如蓋度太大，將使汽流突然膨脹，以致在動(dòng)葉頂部和根部產(chǎn)生很大徑向分速度，形成旋渦，減少級效率，因此應(yīng)有一種最佳蓋度。86/9987/992．動(dòng)靜葉之間軸向間隙從安全、經(jīng)濟(jì)兩方面考慮確定開式軸向間隙取值閉式軸向間隙增大對級效率影響有兩方面，一方面使噴嘴出汽邊到動(dòng)葉進(jìn)汽邊之間軸向距離增大，可減小噴嘴出口尾跡影響，從而使動(dòng)葉進(jìn)口汽流趨于均勻，這有助于級效率改善；另一方面使汽流運(yùn)動(dòng)距離增加，因而增加了汽流與汽道上下端面之間摩擦，這不利于級效率提升。因此，閉式間隙存在一種較佳范圍88/993．徑向間隙