1.6级的热力设计原理

持不吸汽不漏汽。
根部漏汽、
根部吸汽
根部不吸不漏
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， 已知根部反动度，求 平
均反动度为：
m 1 [(1 r )( d b lb )] db
叶顶反动度为：
db lb t 1 [(1 r )( )] db lb 式中，动叶栅的平均直径、叶高 db、 b 。 l
热力计算的步骤如下： 第一步，计算静动叶栅出口汽流速度，画 出动叶进出口速度三角形和热力过程线，算出 级的轮周功率和轮周效率； 第二步，计算静动叶的出口面积和叶高； 第三步，除轮周损失外，分析级内存在的 其它各项损失，并计算出各项损失的大小； 第四步，算出该级的相对内效率和内功率。
六、级的模化和模拟设计简介 级的模化实验：将实物尺寸缩小（或放大）， 或者选用方便的工质实验。 在模化实验基础上进行的设计就是汽轮机的 模拟设计。 指导模化实验的理论基础是相似理论。
n =0.97,对于饱和蒸汽， =1.02; n
c1t ----喷嘴出口汽流理想速度(m/s)。
若整级喷嘴个数
为 anln lntn sin1
zn
，每个汽道喉部面积
：则级的喷嘴出口总面积为：
An zntnln sin1
上式中， t n 为喷嘴节距， Z ntn 为安装有喷嘴
的弧长。当级为全周进汽时，Z ntn d n （ d m 为级
(e为部分进汽度）。
的平均直径）。当级为部分进汽(e<1)时 znln edn
当考虑了部分进汽之后，则喷嘴叶高为：
An Gn1t ln ed n sin 1 ed mC1t n sin 1
上式中， 1 由所选用喷嘴型线来确定。而喷嘴
型线又由喷嘴前后压力比来确定。

(2) 当0.3＜ n ＜ cr 时，汽流在斜切部分发 生膨胀偏转，此时要计算出喷嘴喉部面积之外，还 需计算出汽流偏转角
１有径向汽封 ２无径向汽封
盖度对级效率的影响
2. 轴向间隙
动叶和静叶、动叶和持 环之间的轴向间隙和径向 间隙。 总的轴向间隙：
1 2 z
1 , 2 喷嘴和动叶的闭式
轴向间隙。
z 开式轴向间隙，
从减少叶顶漏汽损失和减短机组轴向长度
看， 开式轴向间隙越小越好；
为合理。
2、反动度的合理选用：
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。
根部反动度对级效率的影响。
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，扰乱主汽流，或者使级后蒸汽通过平衡孔回 到动叶前，造成损失； 3、当根部反动度 r =0.03～0.05时，隔板漏汽 全部通过平衡孔流到级后，从而使动叶根部间隙处保
三、级的某些结构因素对效率的影响 1. 盖度⊿ 指：动叶进口高度盖
过喷嘴出口高度的那部
分叶高， lb ln 。它由
顶部盖度⊿ t 和根部盖度
组成。⊿=⊿t+⊿r，
盖度对级效率的影响：
有利方面：
满足汽流径向扩散的要求； 减少叶顶漏汽； 防止由于制造和装配上的误差，使动静叶错位而造 成喷嘴出口汽流撞击在围带和叶根上，产生额外的损失--减少流动损失。 不利方面：助长气流的突然膨胀，在顶部和根部形
以平面叶栅静吹风试验资料为依据；
以平均截面的参数为代表；
通过基本方程和速度三角形的求解来完成级的热
力计算。
级的相对内效率的பைடு நூலகம்小与选用的叶型、速比、反 动度和级的结构参数等有关。
一、叶栅类型的选择：
依据：工作汽流马赫数的大小。
1、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。即根据喷嘴压比来确定：
两种流动相似的充分必要条件是： 相似准则数相等——几何相似、运动相似、 动力相似。
级的模化的决定性准则： 几何相似、速比相等、马赫数相等、雷诺 数相等、定熵指数相等
Z n (l n ) cr a min
L
an a min 2tg

2
（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算：
Gb2t Ab edblb sin 2 b w2t
Ab lb ed b sin 2
§１.６
级的热力设计 原理
叶片按形状分类： 直叶片(c)：型线沿叶高不变的等截面叶片； 扭叶片(扭叶片级)：型线沿叶高变化的等截 面叶片； 级的热力设计的主要任务：确定级的几何结 构参数、热力参数、级的效率和功率 设计方法：速度三角形法(直叶片)、模拟法。
速度三角形法，特点是：
以一元流动为理论基础；
从机组运行角度看，根据相对膨胀差（差 胀）来确定。 从安全、经济两方面考虑确定开式轴向间 隙的取值 ．
z
=1.5-2.2mm.
闭式轴向间隙对级效率的影响有两方面：
使喷嘴出汽边到动叶进汽边之间的轴向距离增
大，可减小喷嘴出口尾迹的影响，使动叶进口的 汽流趋于均匀，改善级效率； 使汽流运动的距离增长，因而增加了汽流与汽 道上下端面之间的摩擦，这不利于级效率的提高。
( An ) min
Gn 0.648 p
0 0 0 0
( An ) min ln ed n sin 1
v1t ccr sin(1 1 ) sin 1 vcr c1t

（二）缩放斜切喷嘴
An an Z n ln
( An ) min G
* * 0.648 p0 v0
选用缩放喷嘴。
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。根据动叶栅的各参
数，根据速度三角形，计算 w1 ，查
力比的值 b p2
p
0 1
p10
；再根据压
和临界压力比相比，是否超临界。
国产汽轮机常用动叶叶型见表1.6.2。
2. 汽流出口角α1和β2的选择
高压级：级的容积流量一般较小，为了减少
端部损失，不应使叶片高度太小，往往选取出口
角α1较小的叶型，取α1=11°～14°
中压级：容积流量较大，为了减缓叶片高度
的急剧增长，选择出口角较大的叶型，取
α1=13°～17°。同一级段内的叶片应尽量选用
相同的叶型，以便于制造。
喷嘴出汽角 1 的选择
通常，喷嘴出汽角 1
成漩涡，降低了级效率。
最佳盖度的选择：
按叶顶漏汽损失和端部突然膨胀损失之和最小的
原则。 由于离心力的作用，叶顶盖度〉叶根盖度 动叶进出口汽流比容相差不大时，进出口高 度
lb lb ；
动叶进出口汽流比容相差大时，进出口高 度： l b l b ，动叶顶部倾角 不大于12°～15°。
因此，闭式间隙存在一个较佳的范围．
3．径向间隙 从封汽效果看， 越小越好， 从机组振动和 热膨胀看，不 能太小 应从安全和经 济两方面来考 虑。
动叶顶部的封汽效果：径向间隙、径向汽封的齿 数、开式轴向间隙有关。
４．平衡孔 叶轮轮面上，主要是为 了减少轴向推力。 平衡孔只有在叶根反动 度适当，隔板漏汽量较 大时，才能提高级效 率． 平衡孔通流面积的大小 应能够使隔板漏汽量全 部通过平衡孔流到级后， 并保证在动叶的根部不 发生吸汽和漏汽。
５．拉筋 动叶较长时，根据动叶振动调频的需要，采 用拉筋把动叶片成组的连接起来。拉筋使汽 流受阻，汽流发生扰动，降低级效率。避免 使用。
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
选定反动度 m ，选定静、动叶叶型和节距， 得到静动叶汽流出口角 1和 2 ，选定速度系数 和 然后进行级的热力计算。
热力计算的步骤如下： 第一步，计算静动叶栅出口汽流速度，画 出动叶进出口速度三角形和热力过程线，算出 级的轮周功率和轮周效率； 第二步，计算静动叶的出口面积和叶高； 第三步，除轮周损失外，分析级内存在的 其它各项损失，并计算出各项损失的大小； 第四步，算出该级的相对内效率和内功率。
=11～14°；
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一些，一般， 1 13 ~ 180 。 另外，在复速级中，要使通流部分光滑变化。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。
2 1 (3 ~ 50 );1 1 (5 ~ 100 ); 2 1 (7 ~ 80 )
f=1.86---1.65.
2.扭叶片级
m 0.2 ~ 0.4
f=1.7----1.4.
3.复速级
复速级的反动度在
面积比为：
m =0.03～0.08范围内，则其
f n : f1b : f gb : f 2b 1: (1.6 ~ 1.45) : (2.6 ~ 2.35) : (4 ~ 3.2).
确定某一级的反动度，除了合理选用动、静叶
栅之叶型之外，主要是靠通过一定的动静叶栅出口
面积比( f Ab A ）来实现的。
n
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减小。 汽轮机中反动度与动静叶栅出口面积比的对应 范围为：